автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Инженерно-физическое обоснование систем кондиционирования рудничного воздуха на основе использования фазовых переходов воды

На правах рукописи БОБРОВНИКОВ Владимир Николаевич

ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ВОДЫ

Специальность 05.15.11 "Физические процессы горного производства "

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

санкт-петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) и Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и проектном угольном институте (ПечорНИИпроект)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Валентин Николаевич Скуба

доктор технических наук Виталий Викторович Ильин доктор технических наук, профессор Леонид Сергеевич Тимофеевский

Ведущее предприятие: Институт горного дела им.А.А.Скочинского

Защита диссертации состоится ¿У" 1996 г.

в /X? час. / мин. на заседании диссертационного Совета Д.063.15.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им.Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2, в зале заседаний №2 (портретная галерея).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан /7 1996г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д.063.15.01,

доктор технических наук, профессор 'О.И.Богуславский

<4

-3-

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Создание комфортных и безопасных условий труда горняков требует поддержания нормального теплового и пылевого режима. Затраты энергии на подогрев воздуха для единичных шахт и рудников Севера достигают десятков миллионов кВт • ч в год и сопоставимы с затратами энергии на охлаждение воздуха в глубоких шахтах и рудниках (Донбасс, Рур). Объемы работ и суммарные затраты на борьбу с пылью по отдельным шахтам достигают значения сотен тысяч руб. в год (в ценах до 1991 г.), но не дают гарантии полной безопасности.

Решению проблем нормализации шахтного микроклимата посвящены работы А.Н.Щербаня, О.А.Кремнева, Ю.Д.Дядькина, Ю.В.Шувалова, В.Н.Скубы, Л.С.Тимофеевского, С.А.Гончарова, А.П.Дмитриева, Ф.С.Клебанова, И.В.Сергеева, В.П.Черняка,

A.Т.Айруни, И.Г.Ищука, С.В.Сластунова, А.Е.Красноштейна, Ю.А.Цейтлина, Г.А.Позднякова, Л.А.Пучкова, П.Д.Чабана,

B.Я.Журавленко, В.Н.Андрющенко, А.Д.Вассермана, А.Ф.Зильбер-борда, А.Ф.Воропаева, А.Н.Саламатина, А.Ф.Галкина,

C.Г.Гендлера, Н.Н.Мохирева, Е.Т.Воронова, Г.П.Герасименко, Г.С.Забурдяева, В.Н.Ефремова, И.Фосса, Ф.Хайзе и др.

Регулирование теплового режима шахт и рудников осуществляется, как правило, путем использования традиционных калориферных установок и комплекса холодильных машин и оборудования. Однако, этот подход имеет ряд недостатков: высокая стоимость и сложность оборудования, значительные затраты энергии, трудности доставки и эксплуатации. Применяемые широко "мокрые" способы борьбы с пылью не всегда обеспечивают безопасность.

Системы безопасности и кондиционирования рудничной атмосферы могут быть основаны на использовании фазовых переходов воды. Это подогрев поступающего в шахту (рудник) воздуха за счет теплоты замерзания распыляемой воды, а также охлаждение воздуха на глубоких горизонтах путем использования атмосферного холода, накопленного в аккумуляторе холода на поверхности

при замораживании воды и отдаваемого при плавлении льда. Представляется не менее перспективным способ подавления и связывания пыли при конденсации пара из воздуха на самих пылинках и на контуре выработки и заполняющих ее объектов.

Необходимо исследование и выявление закономерностей тепломассообменных процессов, протекающих в элементах систем кондиционирования и безопасности на основе фазовых переходов воды, определение параметров этих систем, обеспечивающих снижение энергетических и материальных затрат по сравнению с традиционными системами.

Настоящая работа является продолжением и развитием исследований, выполненных академиками РАЕН, докторами техн.наук, проф.Ю.Д.Дядькиным и Ю.В.Шуваловым.

Цель работы

Снижение энергетических и материальных затрат на создание и эксплуатацию систем кондиционирования рудничной атмосферы и пылеподавлення.

Основная идея работы

При создании и эксплуатации систем кондиционирования рудничной атмосферы и пылеподавления для энергообеспечения и интенсификации процессов тепломассообмена следует использовать фазовые переходы воды.

Основные задачи работы:

- разработка физических основ фазовых переходов воды в системах безопасности и кондиционирования рудничной атмосферы;

- разработка инженерных методик расчета теплового режима горного массива (массива твердеющей закладки) с целью прогнозирования микроклимата выработок;

- разработка новых и выбор рациональных конструктивных решений систем на базе использования фазовых переходов воды,

обоснование возможности обеспечения на их основе безопасности и кондиционирования рудничной атмосферы;

- обоснование необходимости совместного исследования теплового и пылевого режимов (термопылевого режима) угольной шахты при создании систем пылевзрывозащиты, разработка методики шахтных исследований термопылевого режима;

- экспериментальные исследования для определения технической возможности эксплуатации элементов систем безопасности и кондиционирования;

- оценка экономической эффективности систем и практическая проверка результатов исследований.

Методы исследований

Исследования выполнены на базе теоретических и методологических основ классической теории тепло-массообмена, достижений горной теплофизики, применены аналитические методы математической физики, широко использовалась электронно-вычислительная техника. Для проверки теоретических концепций и гипотез использовались методы математического и физического моделирования, в больших объемах выполнялись лабораторные и натурные эксперименты (в том числе шахтные), для чего применена современная аппаратура. Использованы методы технико-экономического анализа.

Основные защищаемые положения

1. Тепло-хладоснабжение шахты или рудника может быть обеспечено путем использования низкопотенциальных источников тепла или холода с энергообеспечением и интенсификацией процессов теплообмена в результате фазовых переходов воды.

2. Для увлажнения пылеотложений в труднодоступных местах и повышения степени пылевзрывобезопасности горных выработок целесообразно использовать процесс конденсации избыточного водяного пара в рудничной атмосфере.

3. При решении задач Стефана необходим учет взаимовлияния "холодных" источников, что позволяет упростить методику

расчета температурного поля с многими источниками тепла, заменив ее с помощью метода наложения применением решений задач для одиночных источников.

4. Процесс охлаждения капли воды в потоке подогреваемого в гидрокалорифере воздуха продолжается в зависимости от размеров, формы, свойств капли и условий теплообмена, а затем наступает процесс нагревания капли со скоростью роста температуры воздуха.

5. Технологические процессы связывания аэрогелей, увлажнения аэрозолей, формирования гранул и массивов льда на реальных участках систем кондиционирования воздуха эффективно реализуются за счет фазовых переходов воды в процессах конденсации и замерзания.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечивается применением современных методов исследований и всей совокупностью данных по лабораторным и натурным экспериментам, широким привлечением проектных и фактических материалов рудников Норильска, Зыряновского свинцового комбината, шахт Воркуты, а также хорошей сходимостью результатов математического моделирования и теоретических исследований с результатами экспериментальных исследований и положительными результатами использования разработок, предложенных автором диссертации.

Научная новизна результатов работы:

- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены возможности создания систем кондиционирования и безопасности рудничной атмосферы на основе широкого использования фазовых переходов воды;

- выявлены закономерности, характеризующие тепломассо-обменные процессы в элементах систем кондиционирования и безопасности рудничной атмосферы на основе использования фазовых переходов воды.

Практическая значимость работы:

- разработаны новые способы, системы и средства регулирования теплового режима и пылевзрывозащиты шахт и рудников на основе использования, фазовых переходов воды, а также выполнена оценка вариантов использования вторичных тепловых ресурсов, показавшая, что наиболее рационально использование тепла шахтной воды;

- выполнена оценка степени влияния различных факторов на значение радиуса замораживания охлаждающих установок при создании запасов холода в АХ, а также разработаны методики расчета температурного поля массива для случая систем разработки с твердеющей закладкой;

- подготовлены методики выбора параметров системы конденсационного увлажнения и связывания пыли и проведения шахтных исследований термопылевого режима горных выработок.

Реализация результатов работы

Результаты исследований включены в разработки и рекомендации по внедрению систем кондиционирования и безопасности рудников Зыряновского свинцового комбината, Норильска, шахт Воркуты. Экономический эффект от внедрения результатов работ составляет около 3,5 млрд.руб. в ценах середины 1995 г.

Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) и при выполнении научно-исследовательских работ в государственном институте ПечорНИИ-проект.

В целом внедрение научно обоснованных решений по созданию систем кондиционирования и безопасности на основе использования фазовых переходов воды вносит значительный вклад в ускорение научно-техничес-кого прогресса горнодобывающей промышленности.

Личный вклад автора диссертационной работы:

- постановка задач, разработка методик, организация и научное руководство исследованиями, результаты которых приведены в диссертационной работе;

- обобщение результатов экспериментальных исследований и уточнение на их базе механизма тепло-массообменных процессов в элементах систем кондиционирования и безопасности на основе фазовых переходов воды;

- математическая постановка и решение задач при изучении тепловых процессов в ледяном аккумуляторе холода, гидрокалорифере типа теплообменной галереи, а также при расчете температурных полей горного и массива твердеющей закладки;

- разработка инженерных методик расчета физических и технических параметров ледяного аккумулятора холода, гидрокалорифера типа теплообменной галереи, системы конденсационного увлажнения и связывания пыли;

- проведение лабораторных и натурных исследований наложения температурных полей взаимодействующих источников, процессов сушки и увлажнения угольной пыли, влияния влажности пыли на ее взрывчатость, термопылевого режима шахт Воркуты.

Апробация работы

Основные положения работы в целом и отдельные ее этапы обсуждались и получили одобрение на VIII Всесоюзной научной конференции "Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов", Москва, 1984, Республиканских конференциях "Совершенствование методов поисков и разведки, технологий добычи и переработки руд", Красноярск, 1985 и "Совершенствование технологии и механизации добычи полезных ископаемых", Тбилиси, 1986, Коми республиканских семинарах, проводимых НЦ Уральского отделения АН СССР (1988 - Ухта, 1989 - Сыктывкар, 1990 - Воркута), Международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки н производства, Санкт-Петербург, 1993, Всероссийском семинаре по борьбе с пылью и

пылевзрывозащите, Кемерово, 1995, заседаниях Ученого Совета института ПечорНИИпроект, 1995-96 и т.д.

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 29 печатных работах, в том числе брошюра, инструкция и 8 изобретений.

В диссертации изложены результаты научных исследований, выполненных автором в 1985-96 гг. Большую научную и организационную помощь оказал проф., д.т.н. Ю.В.Шувалов (С.-Петербургский горный ин-т), которому автор выражает свою глубокую признательность и благодарность. Автор благодарит также профессоров, д.т.н. Ю.Д.Дядькина, Э.И.Богуславского за помощь и поддержку.

Исследования проводились по координационным планам важнейших задач Минцветмета и АН СССР, Минтопэнерго России.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Изложена на 357 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков, 35 таблиц и список литературы из 203 наименований.

В первой главе дается анализ опыта использования фазовых переходов воды в системах кондиционирования рудничного воздуха, обосновываются задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке физических основ фазовых переходов воды в системах безопасности и кондиционирования рудничного воздуха.

В третьей главе выполнено инженерно-физическое обоснование систем охлаждения рудничного воздуха на основе фазовых переходов воды (вода-лед, лед-вода).

Четвертая глава посвящена разработке систем подогрева поступающего в шахту воздуха за счет использования теплоты замерзания воды, распыляемой в потоке холодного воздуха.

Пятая глава представляет собой научное обоснование системы конденсационного увлажнения и связывания пыли.

- 10В шестой главе дана оценка эффективности предлагаемых систем безопасности и кондиционирования рудничной атмосферы, выполнена экономическая оценка систем.

В заключении обобщены результаты исследований и даны конкретные рекомендации по внедрению перспективных направлений совершенствования и развития систем кондиционирования и безопасности рудничного воздуха.

Содержание работы

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях.

1. Тепло-хладоснабисение шахты или рудника может быть обеспечено путем использования нюкопотенциальных источников тепла или холода с энергообеспечением и интенсификацией процессов теплообмена в результате фазовых переходов воды.

Анализируя предшествующие работы, следует отметить, что накоплен некоторый опыт использования фазовых переходов воды в системах кондиционирования рудничного воздуха (Ю.Д.Дядькин, Ю.В.Шувалов, В.Н.Скуба, Л.С.Тимофеевский и

др.);л - •■■■.= •■■■- •

' Возможность замены сложных и дорогостоящих: систем охлаждения на более простые и дешевые имеет принципиальное значение. Важная роль принадлежит'использованию природных источников холода. Атмосферный воздух является одним из самых стабильных и мощных относительных'первичных и вторичных источников тепла или холода на руднике (шахте) [7, 13] (табл.1).

Создание системы регулирования теплового режима глубокого рудника (шахты) с использованием атмосферного холода возможно при обеспечении этих систем способами, средствами, путями передачи холода в

требуемых количествах от источника потребителю. Это было отражено в "Способе регулирования теплового режима глубоких шахт и рудников" (Ю.Д.Дядькин, Ю.В.Шувалов, С.Г.Гендлер, Л.С.Тимофеевский; а.с. №900019, БИ №3, 1982). Использование атмосферного холода основывалось на применении водоохлади-

тельных устройств , где происходит охлаждение отработанного

холодоносителя воздухом.

Таблица 1

Характеристика некоторых источников атмосферного холода (расход воздуха 1 млн.кг/ч, температурный уровень срабаты-

вания +2° С)

Район месторождения Время, ч Диапазон среднемесячных значений (и средние за зиму) ' Годовой ресурс холода млн. кВт-ч

температур, °С абсолютной мощности, кВт

Норильск 5840 (октябрь-май) -3,6-^-30,5 (-19,0) 1550-^9030 (5830) 34,5

Якутия, Оймякон 5100 (Х-1У) -15,5-^-49, 5 (-34,4) 4900VI4300 (10100) 51,6

Усть-Каменогорск 3640 (Х1-Ш) -6,5^-15, 4 (-10,9) -2400^-4800 (3600) 13,0

Недостатком способа являлась невозможность использования холода атмосферы в летний период. Недостаток был устранен созданием нового "Способа комплексного тепло-хладоснабжения глубоких шахт и рудников" [3], в который важной составной частью вошел разработанный способ аккумулирования атмосферного холода на поверхности.

Приняв за основу способ накапливания и хранения потенциала, можно предложить следующее деление аккумуляторов холода (АХ): 1) теплоемкостные АХ, накапливающие холод лишь за счет охлаждения рабочего вещества (РВ) аккумулятора; 2) фазовые АХ, накапливающие холод при отводе от РВ теплоты фазового перехода; 3) комбинированные АХ.

Сравнение аккумуляторов холода можно производить с помощью показателя плотности потенциала Рах=Пах/Уах, где Пах - потенциал, Vax - объем АХ, расчеты свидетельствуют о предпочтительности ледяных АХ, обеспечивающих высокие значения Рдх - до 350 тыс.кДж/м3 и более. Запасы холода в АХ к началу фазы срабатывания потенциала при холодопотребности 1 млн.ккал/ч и времени срабатывания 50 суток составляют 1200 Гкал, объем льда - 1б,5тыс.м3.

Важным достоинством систем охлаждения рудничного воздуха с использованием фазовых переходов воды и аккумулированного атмосферного холода (табл.2) является возможность объединения их с системами подогрева [3]. Гидрокалориферные устройства в рамках таких систем могут использоваться и как источники образующейся при их работе водоледяной смеси, подаваемой в котлован АХ.

Новыми и перспективными, являются трехфазные (воздух-вода-лед) системы подогрева холодного воздуха [8, 9, 11, 16, 23], позволяющие полнее использовать потенциал теплоносителя в узком диапазоне температур (низкопотенциальное тепло) при минимальной поверхности и объеме теплообменников. В последнем случае срабатывание потенциала жидкого теплоносителя может происходить в две стадии: 1) путем использования части его ((?//) для нагрева воздуха с образованием льда и 2) путем использования оставшейся части {Gj) для растаивания полученного льда и получения результирующего потенциала смеси (охлажденной воды) на уровне температуры срабатывания его Tq (0ч-5°С). Этим достигается существенное сокращение объема используемого для подогрева очищенного теплоносителя (GH « GT) при полном срабатывании общего потенциала его от начальной температуры Тт до Тс.

Определено, что использование вторичных ресурсов тепла для подогрева поступающего в шахту воздуха технически возможно

Таблица 2

Основные технико-экономические показатели систем охлаждения воздуха рудника "Скалистый" НГМК

Вариант

Показатели С холодильной С аккумуляцией

машиной холода

Тип источника холода Машина 20ТХМВ-4000 Атмосфера (холодоаккуму- лятор)

Место расположения ис- Промплощадка Поверхность

точника холода

Способ и устройство для Контактный; Контактный; гра-

отвода тепла градирня на дирня на поверхно-

поверхности сти, АХ

Хладопроизводитель- 4000 4000

ность установки, кВт

Количество холодиль-

ных машин (устройств 2 1

для охлаждения пер-

вичного хладоносителя),

шт.

Установленная мощность электродвигателей, кВт 8000 4700

Годовой расход электроэнергии, тыс.кВт- ч 24500 14000

Годовые эксплуатацонные 2500 1500

затраты на охлаждение,

тыс.руб.(1990 г.)

Сметная стоимость строи- 12550 7700

тельства, тыс.руб. (1990 г.)

и выгодно [10, 14]. Наиболее рациональной из рассмотренных является схема, основанная на применении гидрокалорифера типа теп-лообменной галереи [11, 23], греющий эффект которого проявляется за счет выделения скрытого тепла при замерзании капель воды в потоке подогреваемого холодного атмосферного воздуха, а также использовании вторичных ресурсов тепла для растепления образующейся в гидрокалорифере водоледяной смеси. Для растепления шуги рекомендуется использование тепла шахтной воды или другого низкопотенциального вторичного (природного) водного тепло; носителя.

Теплообменная галерея позволяет наиболее эффективно использовать шахтную воду для подогрева поступающего в шахту воздуха. При расходе последнего 120 м3/с и его начальной температуре минус 25"С и выше подогрев до 0-ь+2° может осуществляться за счет тепла шахтной воды с температурой 7-10°С и расходом 1200 м3/ч (табл.3).

Таблица 3

Количество воздуха, подогреваемого до 0 -г +2°С шахтной водой (1\ и калорифером 0,1 при IV - 1200 м3/ч

1н, °С -25 -28 -30 -32 -34 -36 -38 -40 -42 -44

(¿и М3/с 116 103 100 95 91 87 83 80 77 74

02, мУс 4 17 20 25 29 33 37 40 43 46

Таким образом, можно выделить Целый класс систем кондиционирования и безопасности, основанных на использовании фазовых переходов воды (рис.1).

Водоиспарительное охлаждение воздуха и воды: адиабатные испарительные воздухоохладители, водоиспа-рительные водоохладители и градирни

Предупреждение и локализация взрывов газа и пыли: водяные завесы, заслоны, гидрозабойка

Конденсационное увлажнение и связывание пыли: парогенераторы, калориферы с увлажнением, восходящее проветривание

Подогрев воздуха: гидро-капориферы, воздухопо-дающие траншеи, подземные камеры с распылением, воды или подачей пара (пар-вода-лед), паровые калориферы

Аккумулирование холода: ледяные и ледопородные аккумуляторы холода

Охлаждение воздуха, воды (хладоагента): воздухоподающие траншеи, подземные камеры с льдом, фильтрующая щель АХ

Рис. 1. Классификация использования фазовых переходов воды в системах кондиционирования и безопасности рудничного воздуха

-162 .Для увлажнения пылеотложений в труднодоступных местах и повышения степени пылевзрывобезопасности горных выработок целесообразно использовать процесс конденсации избыточного водяного пара в рудничной атмосфере.

Анализируя предшествующие работы, необходимо отметить, что накоплен также некоторый опыт использования фазовых переходов воды для борьбы с пылью (И.Г.Ищук, Г.А.Поздняков, Н.З.Битколов, А.Й.Ксенофонтова, А.С.Бурчаков, И.И.Иванов,

A.А.Громов, М.И.Нецепляев, В.И.Мамаев, В.И.Саранчук,

B.Н.Качан, В.В.Рекун, Б.В.Дерягин, М.Л.Михельсон и др.).

Обычные способы увлажнения пыли путем распыления воды в форсунках требуют значительных расходов последней и не гарантируют эффективность в труднодоступных участках выработок (полости и "карманы", выработанное пространство, обрушенные породы и т.д.), способных являться мощными катализаторами и очагами взрывов газа и пыли [22, 25]. Создание нового по составу аэрозоля - смеси воздуха с частицами пыли и сопоставимыми по размерам с ними частицами воды, способными в процессе движения по выработкам и полостям взаимодействовать между собою и осаждаться на твердых поверхностях, способно устранить указанные недостатки и повысить безопасность эксплуатации горных выработок^, 18].

Максимальное диспергирование воды (раствора) и ее воздействие на пыль во всем объеме горной выработки (воздух, порода, конструкции и т.д.) и выработанного пространства достигается в ходе конденсационного процесса массообмена воздуха с окружающей средой. Конденсационный способ (см.рис.1) увлажнения и связывания пыли [24] основан на процессе объемной конденсации пересыщенного водяного пара во влажном воздухе, происходящем на твердых поверхностях горной выработки, технических средств и других находящихся в ней элементов, а также взвешенных в воздухе частицах пыли. Ядрами конденсации и поверхностями являются тончайшие твердые фракции взвешенной пыли и поверхности твердых и жидких сред, доступ к которым при обычном струйном воздействии затруднен. Образующаяся тумано-воздушная смесь способна проникать в самые труднодоступные для традиционных методов зоны выработки и вокруг нее, увлажняя находящиеся там

пылевидные и более крупные частицы (куски) и предотвращая возникновение пожара и взрыва [20, 21, 27].

Конденсационные процессы в выработке могут быть осуществлены: 1) при пересыщении воздуха в условиях, близких к изотермическим; 2) в результате периодического изменения направления массообменных процессов с положительным балансом влаги при периодическом нагревании и увлажнении воздуха; 3) в результате стабильного теплового режима с положительным балансом влаги в окружающем массиве и пылеотложениях при охлаждении воздуха. В каждом случае можно использовать теплотехнические аппараты и горнотехнические способы (например, восходящее проветривание) регулирования термовлажностного режима горных выработок.

Периодическое пересыщение воздуха паром реализуется с помощью парогенераторов (ПГ)- Производительность ПГ зависит от термопылевого режима обрабатываемого участка выработки в нормальном (естественном) режиме, расхода воздуха, отношения периодов естественного и конденсационного режимов. Для условий шахт Воркуты производительность ПГ на одном выемочном участке равна 50-75(100) кг/ч, протяженность зоны влияния ПГ около 500 м, время работы его 4-6 часов в сутки. Экспериментально установлено, что с помощью конденсационного метода можно увлажнять угольную пыль до уровня 30-35% и более с интенсивностью до 3% в час.

3. При решении задач Стефана необходим учет взаимовлияния "холодных" источников, что позволяет упростить методику расчета температурного поля с многими источниками тепла, заменив ее с помощью метода наложения применением решений задач для одиночных источников.

С точки зрения теории теплообмена задачи на замораживание-оттаивание (затвердевание-плавление) являются одними из самых сложных. Известны решения, полученные Л.С.Лейбензоном,

A.В.Лыковым, Х.Р.Хакимовым, Г.Карслоу и Д.Егером,

B.С.Лукьяновым, А.И.Пеховичем и В.М.Жидких, Н.С.Ивановым, И.Д.Насоновым и др. Во многих случаях решения являются громоздкими, что затрудняет их использование в инженерных расчетах.

Для аккумулятора холода (АХ) с сезоннодействующими охлаждающими устройствами (СОУ) типа тепловых труб, работающем в режиме накапливания потенциала, использована физическая модель, основанная на подходе Н.А.Бучко, И.'К.Лебедкиной, Н.Ю.Зеленовой. Тепловой расчет системы атмосфера-СОУ-окружающий массив сводится к решению задачи теплопроводности в массиве, охлаждаемом через цилиндрическую полость или систему полостей, при заданной температуре поверхности полости (граничное условие I рода) или циркулирующего через полость воздуха и эффективном коэффициенте теплоотдачи (ГУ III рода). Учитывая, что имеет место фазовый переход вода-лед, приходим к постановке задачи Стефана. - г , , г ;

Для ледяного АХ с послойным намораживанием характерно то, что создание запасов льда производится путем последовательного намораживания располагаемых друг над другом слоев водоле-дяной смеси. На основание с температурой ниже точки замерзания воды Т3 выпадает слой смеси с температурой замерзания. Верхняя поверхность слоя контактирует с холодным воздухом также с температурой ниже уровня замерзания.

При решении задачи, связанной с расчетом температурных полей вокруг парных цилиндрических полостей (СОУ) в массиве с фазовыми переходами влаги, использован метод наложения Т-полей [1, 4, 17, 28], основанный на классическом принципе суперпозиции (А.И.Пехович, В.М.Жидких).

При методе наложения 7-полей оценка результирующего температурного поля производится путем определения значений температур тела и принятии за естественную температуру в каждой точке тела при наложении поля источника температуры, соответствующей результирующей при действии предыдущего источника.

Автором получено решение однофазной задачи Стефана (начальная температура массива для случая формирования Т. поля массива вокруг пары одинаковых цилиндрических полостей

Т-Т

= 3 _'~2 = £х + S2 - , <*>

где £1=(7у7])/(7угДэ); &2=(Т1-Т] -2)/( Т\ - Г вз); Т\ (г 1 ,т) - темпера-

тура (°С) в точке при воздействии только первого источника, расстояние от центра этой полости до точки - п, м ; Т\.г(г2,х) - значение результирующей температуры в данной точке, находящейся на расстоянии Г2 от центра второй полости; - температура атмосферного воздуха (граничные условия III рода) или стенки полости (ГУ-1),°С; т - время теплообмена, ч(с).

Зависимость (1) дает связь температурного распределения в случае однофазной задачи Стефана для двух источников с распределениями для однофазной задачи Стефана с одним источником (параметр 81) и для задачи без фазовых переходов тоже с одним источником (£2). В полостях выполняются граничные условия первого или третьего рода, 81 и Бг могут браться из известных решений.

Решение задачи о промерзании слоя водоледяной смеси (аккумулятор холода с послойным намораживанием) разбито на две части. Так как начальная температура смеси соответствует точке замерзания Т3 и поэтому теплоперенос в незамерзшей зоне отсутствует, то промерзание со стороны основания и воздуха можно рассматривать отдельно. Для получения расчетных зависимостей промерзания со стороны основания автором была решена задача Стефана о теплообмене двух массивов (ГУ IV рода). Начальная температура нижнего массива (основание) < Т3, верхнего

(водоледяная смесь) - равна При допущении о постоянстве во времени температуры на контакте массивов Тст получены следующие зависимости для определения толщины промерзшего слоя со стороны основания ^2(т) и температурного распределения в слое

Ткф 2,"С)

(2)

■ мг

Т = тср +

1 ст 1 оси ^

= Тст+(Т3 - Тст)-Щ , 0 < < б(т) , (3)

2с

2Л'

с -

ссн

тггн£А<

ЬрТ1Усм ,

(4)

(5)

где , Х0сн~ коэффициент теплопроводности мерзлой зоны и основания, Вт/м-К; Ь - теплота затвердевания воды, Дж/кг; рт -плотность талой зоны,кг/м3; - содержание влаги в талой зоне

(смеси), кг/кг; Хг - расстояние от плоскости контакта основание-замерзающая смесь до данной точки, м; арен ' коэффициент температуропроводности основания, м2/с.

Получена также зависимость для расчета Т'-поля основания. Расчет толщины мерзлого слоя со стороны воздуха с температурой производился по известной зависимости (С.Н.Богданов, Н.А.Бучко и др.). Полному промерзанию за время т3 слоя смеси толщиной Ьс соответствует условие £1(тз)+£2(т

Оценка времени промерзания слоя водоледяной смеси показывает, что при снижении /дз от -20 до -50°С х3 уменьшается в два раза и более (при /гс = 0,3 м от 60 до 30 ч, а = 35 Вт/м2 • К), а при росте /гс от 0,1 до 0,4 м Тз возрастает в 8-10 раз (при tBJ = -20°С от 12 до 100 ч). Влияние коэффициента теплоотдачи к воздуху а на уменьшение Х3 значительно при росте его до уровня 30-35 Вт/м2 • К, после чего время промерзания убывает менее активно. Содержание влаги в смеси IVсм = 0,5 кг/кг. За счет промерзания снизу X3 сокращается на 20-30% в сравнении с промерзанием только сверху.

Промерзание снизу идет за счет атмосферного холода, накопленного в лежащих под данным слоях.

Взаимовлияние температурных полей парных цилиндрических полостей изучалось автором на объемной модели. Результаты этих исследований, а также данные производственных экспериментов (Б.В.Бахолдин) подтверждают теоретические данные, полученные с помощью метода наложения Т-полей. Аналогичный вывод сделан и для случая послойного намораживания.

Выполненные исследования позволяют рекомендовать параметры для ледяных аккумуляторов холода. Для АХ с сезоннодей-ствующими охлаждающими устройствами радиус замораживания единичного СОУ в стоячей воде с начальной температурой около 0°С за время 4500-5000 ч равен 1,15-1,25 м при ос = 40 Вт/м2- К, температуре воздуха tßj = -20°С и стандартном значении радиуса подземного теплообменника парожидкостного СОУ - 0,06 м. В случае АХ с послойным намораживанием толщина единичного слоя 0,2^-0,3 м, что дает возможность при tB3 = -20 + -30°С и скорости воздуха не ниже 1-2 м/с за 60-75 суток создать массив льда мощностью 10-12 м.

4. Процесс охлаждения капли воды в потоке подогреваемого в гидрокалорифере воздуха продолжается в зависимости от размеров, формы, свонста капли и условий теплообмена, а затем наступает процесс нагревания капли со скоростью роста температуры воздуха.

Для изучения процесса охлаждения капли воды принята физическая модель, описывающая случай теплообмена шара радиуса R со средой (воздухом). Тепло в шаре переносится за счет теплопроводности (кондукции), начальная температура шара /о во всех точках одинакова. Теплообмен между средой и поверхностью шара происходит по закону Ньютона, т.е. имеет место теплоотдача (граничные условия III рода).

Охлаждение капель воды в гидрокалорифере происходит при меняющейся температуре воздуха, т.к. необходимо подогреть воздух от его начальной температуры (например, минус 20 4- 25°С) до околонулевых температур, после чего поток поступит на догрев в обычный калорифер.

Следует отметить, что капли воды радиусом до 400 мкм могут переохлаждаться в потоке холодного воздуха, не замерзая, до температуры минус 25-30°С. Способны к переохлаждению и более крупные капли (Г.И.Сморыгин и др.).

В теории теплопроводности с помощью теоремы Дюамеля можно получать решения краевых задач, в которых температура внешней среды изменяется с течением времени, по известным решениям задач с постоянной температурой среды.

Используя математическое выражение теоремы Дюамеля, решение задачи при меняющейся температуре среды (воздуха) *ВЗ](Х) вокруг шара (капли воды) получим в виде

Ъ(Г,Т) = = (т'Щг,т-т')с!т\ (6)

'ю -'о дгъ

где ^(г,т) - температура (°С) в точке капли, находящейся на расстоянии г (м) от ее центра, в момент времени с начала теплообмена х, с (ч); 0Ш (г) = (¿ял (г) - Го)/0я} ~ 'о) > причем 1т -температура воздуха (°С) из задачи с постоянной температурой среды, решение которой есть 90 = ^г, г) — т' ' пе"

ременная интегрирования.

Зададим линейное изменение температуры воздуха

*вз1(д = *вз + Ьт, (7)

где Ь - скорость роста температуры воздуха, °С/сек.

Для получения решения данной задачи в виде, пригодном в инженерных расчетах, использована приближенная зависимость для

&0(г, г) П.В.Цоя. Автором получена следующая зависимость для

расчета температурного поля шара (капли воды) при контакте его с средой (воздухом), температура которой меняется по закону (7)

Цг,т) = еш(т) + в0(г,т) + М(е-А{Ш)Ро -1)-1, (8)

где М = -—1— ; К} ——— Г] ^

Ьа '

, ч 2Ж(В1 + 5) аЯ

А\о1) =-=—1--— ; В1 =--критерий Био;

1 ; 25/ +145/+ 35 Л

/о = - критерий Фурье; а - коэффициент теплоотдачи между

поверхностью тела (капли) и средой,Вт/м2 • К; Я - радиус капли, м; к, а - соответственно, коэффициент теплопроводности и температуропроводности тела Вт/м-К и м2/с; г\=г/Я - безразмерный текущий радиус; ?о - начальная температура капли,0С.

Используя объединенную приближенную формулу П.В.Цоя для 0о и теорему Дюамеля, можно получить обобщенную формулу для случая теплопроводности в пластине, цилиндре и шаре при граничных условиях третьего рода, когда температура среды меняется по линейному закону (7)

вх (г, г, т) = вш (г) + в(){г, т, т) + (9)

+ А/'[ехрМ(А»/Ь)-1]-1,

где т - параметр, зависящий от геометрической формы тела (капли), равный, соответственно, для пластины, цилиндра и шара -0, 1 и 2;

\ В1 )2(т + ]

7(т + \)а

V ' ' 2В12+2(т + 5)В1 + т2+$т + \5 '

(10)

Зависимость (9) позволяет использовать точные решения задач с постоянной температурой среды, так как одно из слагаемых

в (9) 0о(г, Т, гп) есть решения таких задач. Это повышает точность расчетов.

Анализ полученных зависимостей и расчеты показывают, что охлаждение капель воды при теплообмене их с воздухом, температура которого растет во времени, происходит до некоторого

момента времени ТШш, после чего начинается нагрев капель. Причем, скорость нагревания капель постепенно становится равной

скорости нагрева воздуха. Зависимость для 2*т}п имеет вид

*■«*, = -jln

A(Bi)(Bi+2 2 6 V Яг '

6

, (11)

где £ =

R2

Из физических соображений ясно, что определяемый (11) минимум имеет место, когда параметр Ь > 0. С помощью этой зависимости выполнен расчет rmin для центра капли воды (табл.4). Определена также минимальная температура центра капли tmin в момент времени rmin, до которой охлаждается капля, после чего начинается ее нагрев. Начальная температура капель 10°С, воздуха (tm ) - минус 20°С. Скорость капель 1 м/с при их радиусе 100 мкм и

2 м/с при jr = 250 мкм, коэффициент теплоотдачи, соответственно, 430 и 604 Вт/и2' К.

Таблица 4

Значения ттт и ¿тт для центра капель воды

Радиус ^тт сек (?тт,°С) при Ь,°С/сек.

капли,

мкм

1 2 4 6

100 1,57 1,34 1,10 1,0

(-18,4) (-17,3) (-15,6) (-14,0)

250 2,55 2,11 1,60 1,45

(-17,5) (-15,9) (-13,3) (-11,6)

5. Технологические процессы связывания аэрогелей, увлажнения аэрозолей, формирования гранул и массивов льда на реальных участках систем кондиционирования воздуха эффективно реализуются за счет фазовых переходов воды в процессах конденсации и замерзания.

Как уже отмечалось, использовать ресурсы атмосферного холода круглогодично позволяет "Способ комплексного тепло-

хладоснабжения глубоких шахт и рудников" [3], который реализуется следующим образом (рис.2а).

Зимой атмосферный воздух подается с помощью вентилятора 1 через теплообменную галерею 15 и воздухозаборный канал 16 в камеру гидрокалорифера 4, где при теплообмене с подаваемой из оросительного устройства 3 водой нагревается и выносится затем в вентиляционный канал 2, после чего догревается в калорифере 17 и направляется в воздухоподающий ствол. Вода, охлажденная и частично превратившаяся в лед в камере 4, в растеплительном устройстве 5 подогревается теплой водой и направляется по трубопроводу 12 на глубокий горизонт к воздухоохладителю 13. После срабатывания своего потенциала холода вода насосом 14 подается вновь на поверхность к устройствам 3 и 5. Сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ) 9 зимой отводят тепло от воды в котловане 10, передавая его в галерее 15 атмосферному воздуху, поступающему в гидрокалорифер и охлаждающего воздушные теплообменники СОУ и поверхность воды в котловане.

Рис.2. Регулирование теплового режима рудника (шахты):

а) система регулирования;

б) устройство для регулирования теплового режима горного массива. Объяснения в тексте.

За счет холода воздуха образуется лед 19 с отводом теплоты замерзания. Лед у поверхности (18) образуется при непосредственном контакте с воздухом. Увеличенное расстояние между отдельными рядами СОУ или частичная теплоизоляция устройств позволяют иметь зону незамерзшей воды - фильтрующую щель 20.

Летом подаваемая с глубокого горизонта нагретая вода из водосборника 6 закачивается нагнетательным устройством 7 через водоподающую скважину 8 в щель 20, где охлаждается при плавлении образовавшегося зимой льда. Затем через водозаборную скважину 11 и трубопровод 12 полученный хладагент направляется на глубокий горизонт к воздухоохладителям.

Ледяной аккумулятор холода (АХ) может быть создан также с использованием метода дальнеструйного дождевания в морозном воздухе (Л.И.Файко и др.) при разбрызгивании воды над поверхностью котлована с помощью намораживающего агрегата типа "Град" и послойном намораживании, о чем говорилось и выше (защищаемое положение 3).

Помимо известных конструкций в АХ в качестве охлаждающей установки можно применить устройство [12], которое (рис.2б) является замкнутым контуром и включает зоны теплоотбо-ра и транспорта, заполненные жидким наполнителем 5 с плотностью Рн, наполнитель снабжен соединенными гибкой связью 8 шариками с оболочкой 6 из упругодеформируемого материала и заполненных веществом 7. Плотность вещества 7 в жидком рж и твердом рт состояниях удовлетворяет условию р^ < Рц < рт.

За счет теплопотока от горных пород 9 (массива воды или льда) заполнитель шариков плавится, уменьшается его плотность и растет объем шариков, которые перемещаются из нижней зоны теплоотбора 4 в верхнюю 1. За счет контакта последней с холодным атмосферным воздухом происходит охлаждение шариков и затвердевание заполнителя с выделением теплоты плавления. Затвердевание приводит к уменьшению объема шарика, т.е. к росту его плотности и опусканию шарика в нижнюю зону теплоотбора. И процесс повторяется. На рис.2б 2, 3 - соответственно левая и правая транспортные зоны.

Для подогрева поступающего в шахту воздуха разработан гидрокалорифер тцпа теплообменной галереи [11, 23], которая по-

зволяет наиболее эффективно использовать тепло шахтной воды. При работе устройства (рис.3) воздух поступает в специальную галерею, оборудованную системой форсунок для распыления воды. Вследствие замерзания части подаваемой воды (около 10%) и выделения при этом теплоты замерзания (336 кДж/кг) воздух подогревается до -3 -5°С. Дальнейший подогрев происходит без фазовых переходов при контакте воздуха с распыляемой водой более высокой температуры. Для окончательного догрева (до +2°С и выше) воздушный поток подается в обычный калорифер, работающий в этом случае со значительно меньшей мощностью, т.к. до 50% и более тепловой нагрузки берет на себя гидрокалорифер. Образовавшаяся при замерзании воды водоледяная смесь падает на дно галереи, где потоком воды растепляются, после чего вся вода с частицами льда удаляется.

Исследования показывают, что очень существенно на время охлаждения и замерзания капель воды влияет их диаметр. В гидрокалорифере следует диспергировать воду до радиуса капель в среднем 200 мкм. Это позволит наиболее эффективно сработать тепловой потенциал распыляемой воды, не увеличивая сильно размеры устройства, в частности, высоту (не более 8-9 м). Сечение теплооб-менной галереи определяется, исходя из ограничения скорости воздуха величиной 1,5-2 м/с для обеспечения невыноса капель из галереи.

Разработан также вариант, представляющий собой систему гидрокалорифер-растеплитель [8]. В растеплителе происходит срабатывание теплового потенциала исходящей вентиляционной струи, которая поступает из воздухопровода в теплообменный резервуар, где за счет тепла исходящего вентиляционного потока происходит плавление льда, поступающего в составе шуги по шугопроводу из гидрокалорифера. После расплавления льда образовавшаяся вода поступает вновь в гидрокалорифер.

Рис.З. Гидрокалорифер типа теплообменной галереи.

1 - калориферная, 2 - вентиляционный канал, 3 - надшахтное здание, 4 - трубы подачи воды к форсункам, 5 - трубы подачи воды для орошения стенок, 6 - направление факелов воды. 7 - форсунки. 8 - форсунки для орошения стенок.

Разработанный способ борьбы с пылью [24] заключается в обработке пылевых отложений периодической подачей пара и характеризуется тем, что предварительно определяют влажность отложений пыли и влагосодержание воздуха в начале и конце защищаемого участка и обрабатывают воздух путем периодического выпуска пара на время увлажнения и естественной сушки.

"Шахтный парогенератор" [26] работает следующим образом (рис.4). Вращение ротора электродвигателя 2 с помощью муфты 5 передается находящимся в гидромуфте 1 радиальным лопаткам 8, которые захватывают имеющуюся в гидромуфте рабочую жидкость (воду), создавая ее непрерывное вихревое движение. За счет трения между лопатками 8 и рабочей жидкостью последняя нагревается, кипит и превращается в пар, в результате чего давление в гидромуфте 1 возрастает. При достижении уровня давления (не более 2-3 избыточных ат), на которое рассчитан клапан выпуска пара 3, последний открывается, выпуская пар в горную выработку 9. Пар смешивается с воздухом и движется вместе с ним вдоль выработки,

Рис.4. Шахтный парогенератор.

охлаждаясь и превращаясь в конденсат (туман), который будет также двигаться вместе с воздухом по выработке, осаждаться в отложениях угольной пыли 10. переводя их в невзрывоопасное состояние. Подпитка гидромуфты 1 водой происходит через клапан впуска воды 7. Парогенератор смонтирован в корпусе 4. который установлен на раме 6. Производительность парогенератора 11,2 кг/мин.

При увлажнении отложений угольной пыли до 33-35% рекомендуется для условий шахт Воркуты принимать следующие значения времени сушки пыли до уровня влажности 25-30° о. обеспечивающего невзрывчатость пылеотложений: - при относительной влажности воздуха в выработке не менее 90° о - не более 24«ч: - при влажности воздуха от 80 до 90% - не более 18ч:- при влажности 70-80° о - не более 12 ч.

Установка парогенераторов рекомендуется в нишах с выпуском пара под кровлю выработки через гибкий шланг.

-31 -Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научную работу, на основании выполненных автором исследований разработаны научно обоснованные инженерно-физические, технические и технологические решения по созданию систем кондиционирования и безопасности рудничного воздуха на основе использования фазовых переходов воды, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса горнодобывающей промышленности.

Основные научные и практические выводы, сделанные в результате завершенных исследований, заключаются в следующем.

1. Доказано достижение и превышение верхнего предела микроклимата в выработках выемочных участков глубоких рудников, применяющих системы разработки с твердеющей закладкой, для которых разработаны методики расчета температурных полей горного и закладочного массивов.

2. На основе разработанной методики сравнения и классификации аккумуляторов холода (АХ) доказано, что оптимальными являются ледяные АХ. Выполнен функциональный и структурный анализ холодоаккумуляторов, разработаны способы создания ледяных АХ с помощью положительно зарекомендовавших себя на практике сезоннодействующих охлаждающих устройств и метода дальнеструйного дождевания в морозном воздухе.

3. Доказана применимость метода наложения температурных полей для решения однофазной задачи Стефана при наличии нескольких взаимодействующих источников, установлена связь между температурным полем в случае однофазной задачи Стефана с двумя взаимодействующими цилиндрическими полостями равного потенциала с температурными полями вокруг одиночных полостей для однофазной задачи Стефана и для задачи без фазовых переходов. Определено также, что наиболее сильное влияние на значение радиуса замораживания охлаждающих устройств оказывают температура зимнего атмосферного воздуха и эффективный коэффициент теплоотдачи, предложен новый подход к определению радиуса зоны теплового влияния.

-324. Установлена зависимость времени промерзания единичного слоя водоледяной смеси в холодоаккумуляторе с учетом действия параллельных "холодных" источников на его контурах, взаимодействие которых ускоряет процесс формирования холодоакку-мулятора на 20-30%. Предложена физическая модель для стадии срабатывания потенциала аккумулятора холода, характеризующаяся вынужденным турбулентным течением нагретого флюида через канал прямоугольного сечения, границы которого движутся по мере выплавления стенок; разработана методика расчета тепловых параметров стадии срабатывания, установлена связь режима движения флюида с технологическими параметрами.

5. Аналитические расчеты, лабораторные и натурные исследования позволили выявить основные закономерности процесса замерзания капельно-жидкой влаги в потоке холодного воздуха. Очень существенно на время замерзания капли влияет ее диаметр, в гидрокалорифере необходимо диспергировать воду до радиуса капель в среднем 200 мкм. Это позволит наиболее эффективно "сработать" тепловой потенциал распыляемой воды для подогрева поступающего в шахту воздуха, не увеличивая сильно размеры устройства, в частности, высоту - не более 8-9 м.

Получена обобщенная формула для случая теплопроводности в шаре, пластине и цилиндре при граничных условиях третьего рода, когда температура среды меняется по линейному закону.

6. Использование вторичных ресурсов тепла для подогрева поступающего в шахту воздуха технически возможно и выгодно. Наиболее рациональной является схема, основанная на применении гидрокалорифера, а также использовании вторичных ресурсов тепла для растепления образующейся в гидрокалорифере водоледяной смеси (шуги). Для растепления шуги следует рекомендовать использование тепла шахтной воды или другого низкопотенциального вторичного (природ-ного) водного теплоносителя.

7. Разновидностью схемы с гидрокалориферным устройством является вариант гидрокалорифера типа теплообменной галереи, которая позволяет использовать шахтную воду для подогрева атмосферного воздуха. При расходе 120 м3/с и температуре воздуха минус 25°С и выше подогрев возможен за счет тепла шахтной воды (температура 7°С) с расходом 1200 м3/ч. Высота теплообменной

галереи в свету 8,5 м, длина 25 м, сечение зависит от расхода воздуха. Использование предлагаемого устройства позволяет снизить на 50% и более тепловую нагрузку на калорифер шахты.

8. Выполненные исследования позволили изучить процесс увлажнения аэрогеля угольной пыли влагой, полученной при конденсации пара, выпускаемого в выработку по вентиляционной струе. Доказана возможность и эффективность увлажнения для снижения взрывоопасное™ отложений угольной пыли в выработках, разработана и опробована конструкция безопасного парогенератора и методика выбора параметров системы увлажнения пыли. Разработана методическая документация по составлению термопылевых карт выработок угольных шахт и их использования для оценки степени взрывоопасное™ выработок и выбора способов и средств профилактики путем переувлажнения воздуха паром.

9. Конденсационные процессы в выработке могут быть осуществлены при пересыщении воздуха паром в изотермических условиях, в результате периодического изменения направления мас-сообменных процессов или стабильного теплового режима с положительным балансом влаги в окружающем массиве и пылеотложе-ниях при охлаждении воздуха. В каждом случае можно использовать теплотехнические аппараты или горнотехнические способы.

10. Периодическое пересыщение воздухе паром требует применения парогенераторов, производительность которых определяется термопылевым режимом выработки, расходом воздуха, а также относительным периодом естественного и конденсационного режимов. Для условий шахт Воркуты производительность парогенератора (парогенераторов) на одном выемочном участке составляет 50-75 (100) кг/ч, протяженность зоны влияния парогенератора около 500 м, время работы его 4-6 часов в сутки.

И. На основе технико-экономической оценки установлено, что системы регулирования теплового режима с использованием фазовых переходов воды и аккумулированием атмосферного холода в условиях горных предприятий Севера в 1,5-1,6 раза экономичнее базовых теплотехнических систем. Рациональной шириной котлована аккумулятора холода является величина 12-20 м при глубине 10-15 м и 1-2 фильтрующих полостях с начальной шириной 1-1,5 м. Установлено также существенное снижение (на 40-50%) затрат на

подогрев воздуха при использовании гидрокалориферов вместо обычных паровых или водяных калориферов.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Оценка методик расчета температурных полей горного массива и твердеющей закладки. В кн. Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов. Тез.докл. VIII Все-союзн. научн. конф., М., МГИ, 1984. с.26 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, С.Г.Гендлер).

2. Прогноз теплового режима выработок в зоне влияния твердеющей закладки. В кн. Совершенствование методов поисков и разведки, технологии добычи и переработки руд с целью охраны окружающей среды (Материалы научн. конференции). Красноярск, КИЦМ, 1985. с.36-37.

3. A.c. № 1183684. Способ комплексного теплохладоснабже-ния глубоких шахт и рудников. Б.И. № 37, 1985 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

4. Расчет температурного поля массива в зоне влияния твердеющей закладки. В сб. Физические процессы горного производства. Тепломассоперенос в горных выработках и породных коллекторах. Всесоюзн. межвуз. сб., Л., ЛГИ, 1985. с.91-97 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

5. Расчет температурного поля бетонной закладки и руды (породы) при системах с закладкой. В кн. Совершенствование технологии и механизации добычи полезных ископаемых (Материалы научн. конференции), Тбилиси, ИГМ АН ГССР, 1986. с.100-101.

6. Учет теплообмена с окружающим воздухом при моделировании проветривания горных выработок. В кн. Разработка соляных месторождений. Сб. научн. трудов. Пермь, ППИ, 1987. с. 112115 (Соавтор В.Ю.Григорьев).

7. Опыт регулирования теплового режима рудников Севера. М., ЦНИИцветмет экономики и информации, 1987, вып.2. 48 с. (Соавторы: Ю.В.Шувалов, В.Т.Кравченко, Ю.М.Смйрнов).

8. A.C. № 1421879. Способ подогрева атмосферного воздуха для шахт и рудников. Б.И; № 33, 1988 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, Ю.Д.Дядькин, М.Г.Журавлев).

-359. Адиабатные воздухоохладители и воздухонагреватели. В кн. Вентиляция шахт и рудников. Комфортность и безопасность атмосферы. Сб. научн. трудов, JL, ЛГИ, 1988. с.25-30 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, Ю.М.Смирнов, И.А.Богданова, Л.Д.Дьяконов).

10. Перспективы использования вторичных ресурсов тепла для подогрева воздуха на шахтах ПО "Воркутауголь". В кн. Разработка полезных ископаемых и горношахтное строительство в условиях Крайнего Севера (Материалы республик, семинара). Ухта, 1988. с.81-83 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

11. A.c. № 1460330. Устройство для подогрева воздуха в шахтах. Б.И. № 7, 1989 (Соавторы: С.Г.Гендлер, Л.А.Потылицын).

12. A.c. № 1484972. Устройство для регулирования теплового режима горного массива. Б.И. № 21, 1989 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, С.В.Жижин, С.Е.Беспалов).

13. Использование природных ресурсов в системах регулирования теплового режима глубоких рудников Севера. В кн. Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера (Материалы республик, семинара). Сыктывкар, 1989. с. 10-12 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

14. Оценка эффективности использования вторичных ресурсов тепла для подогрева воздуха на шахтах Севера. В кн. Тезисы XI Коми Республиканской молодежной научной конференции. Сыктывкар, 1990, с.52.

15. Конденсационный метод увлажнения и связывания пыли. В кн. Передовые технологии разведки и добычи полезных ископаемых, особенности строительства и экологии в условиях Крайнего Севера (Материалы республик, семинара). Воркута, 1990. с.250-251 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, Ю.В.Спиридонов, В.А.Белозеров).

16. A.c. № 1544986. Гидрокалориферная установка для подогрева воздуха. Б.И. № 7, 1990 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

17. Исследования взаимовлияния тепловых полей горных выработок. В кн. Передовые технологии разведки и добычи полезных ископаемых, особенности строительства и экологии в условиях Крайнего Севера. Материалы республик, семинара. Воркута, 1990. с.240-241 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

18. Пароконденсационный способ предотвращения возгорания и взрывов угольной пыли. В кн. Новые технологии добычи

полезных ископаемых (подземная разработка полезных ископаемых). Безопасность горных работ (Материалы международного симпозиума). С.-Петербург, СПГГИ, 1993. с. 18 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, В.А.Белозеров, А.П.Веселов).

19. Аэро-пыле-термодинамика горных выработок рудников Зыряновского свинцового комбината. В кн. Новые технологии добычи полезных ископаемых (подземная разработка полезных ископаемых). Безопасность горных работ (Материалы международного симпозиума). С.-Петербург, СПГГИ, 1993. с. 17 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, А.П.Васильев).

20. Конденсационное увлажнение аэрозолей и аэрогелей угольной пыли/ Записки Санкт-Петербургского государственного горного института. Том 139. Подземная разработка месторождений. Изд. СПГГИ, 1994. с.54-61 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, В.А.Белозеров, А.П.Веселов).

21. Конденсационное увлажнение и предотвращение взрывов пыли. Горный журнал, 1994. № 1. с.46-51 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, ВЛ.Белозеров, А.П.Веселов).

22. Газовыделение в выработки по мере развития горных работ/ Безопасность труда в . промышленности, 1995, № 7. с.37-41 (Соавторы: В.С.Пак, Н.И.Устинов, Л.С.Пантелеев).

23. Патент № 2029873 на изобретение. Устройство для подогрева воздуха на шахтах. Б.И. № 6, 1995 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, С.Г.Гендлер, А.П.Васильев, А.И.Гановичев, А.МШушаков, И.А.Ферхо, Г.Г.Можеев).

24. Патент № 2029098 на изобретение. Способ борьбы с пылью. Б.И. № 5.1995 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, В.А.Белозеров).

25. Изолированный отвод метана из выработанного пространства при прямоточных схемах проветривания/ Безопасность труда в промышленности, 1995, №11. с.23-26 (Соавторы: Ю,В.Шувалов, С.П.Ганшевский, Ю.Р.Лобес, Э.М.Шейман).

26. Патент № 2039294 на изобретение. Шахтный парогенератор. Б.И. № 19, 1995 (Соавторы: Ю.В.Шувалов, В.А.Белозеров, А.К.Горенок, Ю.В.Спиридонов).

27. Временная инструкция по профилактике взрывов отложений угольной пыли конденсационным увлажнением. Воркута.

ПечорНИИпроект, 1995. 16 с. (Соавторы:' Ю.В.Шувалов, А.П.Веселов, В.А.Белозеров, Ю.В.Спиридонов).

28. Исследование взаимовлияния тепловых полей горных выработок/ Народное хозяйство Республики Коми. 1992. т.1, №4 (Соавтор Ю.В.Шувалов).

29. Использование фазовых переходов воды в системах кондиционирования рудничного воздуха. В сб. Полезные ископаемые России и их освоение (Материалы научной конференции). С.Петербург, СПГГИ, 1996. с. 105.