автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Исследование и выбор рациональных способов регулирования теплового режима подземных сооружений специального назначения в условиях Севера

На правах рукописи

КИСЕЛЕВ ВАЛЕРИИ ВАСИЛЬЕВИЧ

УДК 536:24:622.413

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Специальность: 05.15.11- Физические процессы горного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск-1998

Работа выполнена в Институте горного дела Севера СО РАН.

Научный руководитель — к.т.н., с.н.с. Галкин Александр Фёдорович.

■ Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Викулов Михаил Александрович, кандидат технических наук Кузьмин Георгий Петрович.

Ведущее предприятие: Государственный комитет республики Саха (Якутия) по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий.

Защита диссертации состоится 28 мая 1998г. в часов на заседании диссертационного совета КООЗ.44.01. при Институте горного дела Севера СО РАН (677891, г.Якутск, пр.Ленина,43).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить в адрес института.

Автореферат разослан 1998г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук — С.М.Ткач

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие горнодобывающей промышленности Севе-за предполагает наряду с разработкой месторождений, залегающих на неболь-иой глубине, освоение глубоко залегающих месторождений особо ценных твёр-1ых полезных ископаемых (кимберлитовые, золотосодержащие, полиметалли-¡еские руды и т.п.).

С углублением горных работ повышается горное давление и увеличивает-:я вероятность горных ударов, вызывающих повреждение крепи, завалы выработок, пожары и т.д. Природные и техногенные катастрофы могут вызвать дли-ельное обесточивание рудника, повреждение копра, пожар в надшахтном зда-1ии и стволе и т.д. В раде чрезвычайных ситуаций (ЧС), как на поверхности, ак и под землёй (отсутствие электроэнергии, задымленность, низкая темпера-ура наружного воздуха) может стать невозможным своевременный подъем орнорабочих работающей смены на поверхность, причём с ростом глубины разработки степень риска повышается.

В этом случае актуальным становится вопрос временного укрытия горнорабочих под землёй на время ликвидации последствий аварий с оборудованием 1ля этого специальных помещений и обеспечения в них требуемых параметров микроклимата. Наиболее жёсткие климатические условия, вызывающие пере-»хлажцение горнорабочих, возникают во время пожара в горных выработках в ;имнее время, когда в результате вынужденного реверса вентиляционной струи ( рудник начинает поступать холодный воздух.

Из анализа литературных источников следует, что одним из путей реше-[ия проблемы может быть оборудование камер ожидания (КО) по типу под-емных защитных сооружений гражданской обороны с использованием для юддержания требуемых параметров микроклимата безэнергетических спосо->ов его регулирования. Однако, отсутствие методик прогноза теплового режима 1 подобных условиях, недостаточная изученность особенностей формирования шкроклимата в подземных камерах при отрицательной температуре воздуха в >уднике требует проведения специальных исследований, включая натурные ксперименты в условиях максимально приближённых к чрезвычайным с ими-ацией нахождения укрываемых в них людей.

Диссертация выполнена в соответствии с планами НИР ИГДС по теме: Разработать научные основы проектирования систем регулирования теплового «жима шахт и рудников Севера" (№ 0187009604В) и хоздоговорных работ.

Идея работы заключается в комплексном использовании метаболического епла укрываемых горнорабочих и пассивной тепловой защиты для обеспече-[ия нормативной температуры воздуха в КО рудников Севера.

Цель работы - исследование процессов формирования и разработка мето-[ов прогноза и способов регулирования теплового режима в подземных сооружениях специального назначения в условиях Севера.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих ча-тных задач:

з

- анализ существующих способов и средств регулирования теплового режима шахт, рудников .и подземных сооружений Севера;

- обоснование гигиенических требований обитаемости КО;

- выбор материала теплоизоляции КО и сорбирующих покрытий;

- выбор и апробация технологии возведения теплозащитных покрытий из лёгкого бетона в горных выработках;

- обоснование рациональных объёмно-планировочных решений строительства камер, обеспечивающих максимальное накопление метаболического тепла, выделяемого укрываемыми людьми, с использованием теплоизоляции внутренних ограждений и сорбирующих покрытий;

- математическое моделирование процесса формирования теплового режима в подземных сооружениях камерного типа в условиях охлаждаемого наружного климата, рассчитанных на постоянное присутствие людей;

- проведение натурных экспериментов в подземных условиях для выявления особенностей формирования параметров микроклимата в камерных выработках с моделированием эффекта присутствия людей в условиях чрезвычайных ситуаций;

- оценка эффективности предлагаемых способов регулирования темпера-турно-влажностного и газового режимов в камерах ожидания экспериментальным путём;

- разработка методики прогноза и программы расчёта теплового режима КО, оценка их достоверности по результатам экспериментальных исследований;

- обоснование и выбор параметров теплозащитных покрытий в камерах ожидания, обеспечивающих необходимые норм;пивные параметры воздушной среды;

Методы исследований: лабораторные и натурные исследования, математическое моделирование тепловых процессов в КО при наличии рассредоточенных источников тепловыделений.

Научные положения, защищаемые автором: }

- обеспечение нормативных параметров микроклимата в подземных сооружениях специального назначения в условиях чрезвычайных ситуаций возможно путём выбора оптимальных объёмно-планировочных решений, использования специальных сорбирующих покрытий и пассивной тепловой защиты.

- выход теплового режима камер ожидания на заданный уровень и в нормативные сроки возможен за счет использования метаболического тепла и тепловой изоляции.,

Достоверность научных положений, выводов, полученных результатов, обеспечивается использованием современного оборудования и отработанных методик исследований; лабораторными и натурными экспериментами, в ходе которых проводились круглосуточные наблюдения за формированием климатического режима в подземном сооружении не теплоизолированном и тепло-

изолированном лёгким бетоном с имитацией нахождения людей в ЧС, а также удовлетворительной сходимостью результатов расчётов и натурных наблюдений.

Научная новизна, проведённых исследований состоит в следующем:

- обосновано решение актуальной проблемы обеспечения безопасности горнорабочих рабочих смен рудников Севера в период чрезвычайных ситуаций и невозможности подъёма на поверхность, которое заключается в строительстве специальных камер ожидания и обеспечении в них требуемых параметров обитания без применения энергетических способов с использованием метаболического тепла укрываемых:

- установлены закономерности формирования теплового режима в подземном сооружении при наличии «абсолютных» источников тепла;

- обоснована перспективность выбора оптимальных объёмно-планировочных решений камер для уменьшения оттока метаболического тепла, выделяемого укрываемыми;

- доказана возможность использования покрытий из лёгких бетонов для обеспечения требуемых параметров микроклимата в камерах ожидания;

- обоснована область рационального использования лёгких бетонов в КО в зависимости от объёма камеры, жёсткости рудничного микроклимата, количества укрываемых.

Личный вклад автора состоит в:

- обосновании целесообразности строительства, оборудования и обустройства КО глубоких рудников по принципу минимального воздействия наружного охлаждаемого климата и рассеяния метаболического тепла из КО;

- проведении натурных экспериментов по изучению закономерностей [динамики) формирования теплового режима в герметичных подземных сооружениях камерного типа при наличии рассредоточенных «абсолютных» источников тепловыделений;

- экспериментальном исследовании эффективности применения в КО теп-тозащитных покрытий из лёгких бетонов, наносимых способом набрызга торкретирования);

Практическая значимость работы состоит в:

- обосновании возможности обеспечения требуемых параметров микро-глимата в КО в условиях ЧС путём сохранения и накопления метаболического епла, нанесением на внутренние ограждения специальных покрытий из лёгких >етонов, обладающих высокими теплозащитными и сорбционными свойства-ш;

- разработке прикладной программы для прогноза и расчета на ПЭВМ емпературного режима КО, позволяющей рассчитывать и прогнозировать тем-гературные условия в них в зависимости от жёсткости наружного климата, сте-[ени заполнения людьми, геометрических размеров;

- определении области эффективно! и использования лёгких бетонов в качестве материала теплозащитных покрытий;

- разработке методики расчёта состава сухих смесей лёгких бетонов для получения возводимого набрызгом покрытия требуемого термического сопротивления.

Результаты исследований могут служить в качестве рекомендаций по строительству, оборудованию и эксплуатации камер ожидания рудников в период ЧС;

Полученные результаты исследований также могут быть использованы при проектировании систем регулирования теплового режима подземных сооружений в северных регионах страны, рассчитанных на длительное присутствие людей.

Реализация работы. Результаты работ по формированию микроклимата в подземных сооружениях переданы институтам ЛенНИИРГ, "Норильскпроект", "Гипроцвегметобработка", "Якутзолотопроект", ВНИИ-1, ЦНИИПП.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на всесоюзных семинарах по горной теплофизике, республиканских конференциях (г.Якутск-198б, г.Житомир-1987. г.Новосибирск-1987, г.Норнльск-1988, г.Киев-1990), семинарах института и лаборатории.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 монография, получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа сострит из введения, 3 глав, заключения, 2 приложений и содержит 153 страницы машинописного текста, 3 таблицы, 45 рисунков, список использованной литературы из 85 наименований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, научные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе изложены особенности строительства и эксплуатации подземных сооружений области многолетней мерзлоты, проведён анализ литературных источников, патентов по способам регулирования теплового режима шахт, рудников и подземных сооружений Севера, существующих методов прогноза теплового режима в горных выработках, пройденных в различных геокриологических зонах и оценена возможность использования их для регулирования и прогноза тепловых условий в подземных сооружениях специального назначения.

Основы прогноза теплового режима шахт и рудников заложены советскими учёными А.Н.Щербанём, О.А.Кремнёвым; для условий Севера метол прогноза теплового режима, так же как и в первом случае базирующийся на понятии коэффициента нестационарного теплообмена, впервые разработан Ю.Д.Дядькиным и Ю.А.Будённым. Отдельные вопросы теплообмена подзем-

ных сооружений с вмещающими породами в специфических условиях северных регионов теоретического и практического плана изложены в работах Ю.В.Шувалова. С.Г.Гендлера, Б.Н.Скубы. А.Ф.Галкииа. ВАШерсгова, Э.А.Бондарева. Б.А.Красовицкого, В.Ю.Изаксона, Н.К.Петрова и др. Вопросами изучения особенностей формирования микроклимата и подъемных сооружениях ГО, построенных в регионах с умеренным климатом, которые наиболее близки по целевому назначению к КО, занимался ЛенНИИРГ (А.Н.Коржавин, В.А.Колотвин, Ю.Н.Купряшин, И.П.Стамат), которыми разработаны нормативные и методические документы по вопросам обитания.

Проведённым анализом сделано предположение, что основными принципами строительства КО является правильный выбор места расположения в руднике и рациональных объёмно-планировочных решений строительства, предотвращающих рассеивание метаболического тепла в период эксплуатации, обеспечивающих максимальную вместимость при минимуме затрат на возведение. Кроме этого, для нормализации микроклимата в КО в условиях ЧС необходима тщательная герметизация; нанесение пассивной теплоизоляции на внутренние ограждения камер; уменьшение подачи холодного воздуха для вентиляции; применение сорбирующих покрытий для улавливания паров влаги и двуокиси углерода, выделяемых людьми. Исходя из контингента укрываемых, термического сопротивления спецодежды, времени укрытия (5 суток) для условий глубоких рудников Севера приняты следующие гигиенические нормы обитания КО: температура воздуха>18°С; содержание кислорода> 180/ооб.; относительная влажность<95%; содержание двуокиси у гл е род а<3 %о б.; расположение укрываемых - в положении сидя, лёжа (на четыре человека три места для сидения и одно для лежания); плотность размещения укрываемых>0,25 кв.м. пола на человека; калорийность питания>1800 кКал в сутки.

Для оценки достоверности и рациональности выдвинутых предположений и выбранных способов необходимо проведение лабораторных исследований, натурных экспериментов в подземных сооружениях с имитацией нахождения людей в чрезвычайных ситуациях. Учитывая невозможность использования частных эмпирических зависимостей динамики теплового режима в КО в общем случае, ввиду различия климатических условий в подземных сооружениях и режима эксплуатации, необходима разработка методики расчёта и прогноза с последующей оценкой её достоверности по результатам экспериментальных исследований.

На основе анализа литературных источников и практического состояния дел сформулированы цели и задачи диссертационной работы и способы их решения.

. Во второй главе на основе анализа сделан выбор теплоизоляционного материала для КО. Наиболее пригодным признан лёгкий бетон на цементном связующем: недорогой, негорючий, изготавливаемый из местных материалов. Для подтверждения правильности выбора были проведены лабораторные исследования лёгких бетонов, которые показали, что варьированием содержания лёгко-

го наполнителя в смеси (вермикулита, азерита) можно получать лёгкие бетоны различной плотности, определяющей их прочностные, теплоизоляционные и сорбционные свойства (рис. 1). Высокая способность лёгких бетонов сорбировать влагу и, в особенности, двуокись углерода: до 900 литров (при плотности 1,3 т/м3) на один кв.м. поверхности, почти в пятнадцать раз превышающая аналогичный показатель у обычных бетонов, подтверждает их пригодность в условиях КО. Кроме того, процесс сорбции С02 цементным камнем сопровождается выделением тепла.

Для отработки технологии возведения покрытий из лёгких бетонов были проведены экспериментальные исследования на руднике "Тимптон" комбината "Алданслюда" РС(Я). За базовую технологию возведения покрытий была принята технология возведения набрызгбетонных крепей ''сухим" способом. В качестве лёгкого наполнителя использовался местный материал - вермикулит Инаглинского месторождения. Участок выработки был теплоизолирован вер-м и кул ито бето ном шести составов с различным содержанием лёгкого наполнителя. Испытания показали, что затворённая смесь, нанесённая на поверхность выработки набрызгом, хорошо адгезирует со скальной породой при положительных и умеренно отрицательных (-1 -г -5°С) температурах пород и воздуха. Возведённое покрытие обладало хорошими теплозащитными свойствами, сравнимыми с деревом. В результате исследований установлено, что лёгкие бетоны пригодны в качестве теплоизоляционных и сорбирующих покрытий для поддержания требуемых параметров микроклимата в КО.

Для подтверждения сделанных предположений и результатов лабораторных и экспериментальных работ следующий этап натурных экспериментов проводился в подземном сооружении, специально спроектированном институтом "Норильскпроект" в соответствии с рекомендациями ЛенНИИРГа и ИГДС. построенном в руднике "Ангидрит" Норильского ГМК (см. рис.2). Подземное сооружение включало герметичную камеру ожидания, подходные выработки, вспомогательные помещения. Натурным экспериментом планировалось: оценить степень пригодности сооружения в качестве камеры ожидания, целесообразность и эффективность предлагаемых способов нормализации микроклимата; исследовать закономерности формирования микроклимата в нетеплоизоли-рованной (I этап) и теплоизолированной (II этап) легким бетоном камере с имитацией нахождения людей в ситуациях приближенных к чрезвычайным.

Имитация нахождения пятидесяти человек в камере в состоянии покоя обеспечивалась: рассредоточенным включением пятидесяти лампочек накаливания; рассредоточенной подачей влаги и двуокиси углерода в фиксированном количестве.

Для проведения наблюдений за динамикой микроклимата и температурой пород внутри и снаружи камеры были оборудованы замерные станции. Замеры температуры и относительной влажности воздуха производились круглосуточно в течение пяти суток аэрологическими приборами, термисторами. Замеры температуры в шнурах, контактного слоя пород и ограждений также производи-

лись термисгорами. Динамика (формирования газового состава воздуха в камере исследовалась путём периодическою 01 бора проб воздуха и обработки их на установках ВГСЧ.

С включением источников тепло-влаго-газовыделений в герметизированной камере началось формирование искусственного микроклимата, динамика которого отражена па рис.3.

Сформировавшийся в нетеплоизолированной КО микроклимат нельзя назвать комфортным, так как относительная влажность по истечении двух суток достигла 100° о. сгены камеры стали мокрыми, а с потолка начался капёж. Концентрация СО: увеличилась до 2,7° ъ по объему и приблизилась к критическому уровню (3°'о).

По истечении пяти суток (1-го этапа) камеру разгерметизировали, прекратили подачу воздуха, влаги и углекислого газа. Вывернули электролампочки и провели необходимые подготовительные работы по возведению двухслойного теплозащитного покрытия из азсритбетона. Технология возведения покрытия не отличалась ог применявшейся ранее на руднике «Тимптон» и производилась горкретобстонной установкой «Ллива-600» «сухим» способом. Основные свойства материала каждого слоя представлены в табл.1.

Таблица 1

Физико-механические и теплофизические свойства материала теплозащитного покрытия из азеритбетона__

Слой Состав смеси в объёмных частях Предел прочности, МПа Плотность, кг/м1 Порис тость, % Коэффициент тегиопро водности, Вт/м-К Влаго- емкость, % Сорбци онная способность, Л/'мг-Ч Сорбци онная емкость, л/ьГ

Цемент М400 Азернт-песок, фр.5мм Азерлт-пудра, фр.О.Змм При сжатии При югибе

1-й 1 1 1 17,8 6,0 1700 37 0,7 20 900 600

2-й | 1 I 3 - 10.0 4.0 1400 53 0,48 25 950 630

После возведения и твердения теплоизоляции в камере внутри неё и снаружи на тех же самых местах были установлены измерительные приборы и датчики. Герметичные двери были закрыты, включены источники тепла, возобновлена подача воздуха, влаги. СО? в тех же количествах, что и в первом этапе эксперимента. Сформировавшийся искусственный микроклимат (динамика которого отражена на рис.4) значительно комфортнее (по всем параметрам), чем в нетеплоизолированной камере ожидания и приемлем для условий глубоких рудников Севера.

Натурный эксперимент подтвердил, что легкий бетон обладает не только хорошими теплоизоляционными свойствами, но и хорошо сорбирует пары влаги и двуокись углерода. Темп роста температуры воздуха в теплоизолированной камере увеличился, не наблюдался капёж конденсата влаги, содержание С02 в атмосфере по истечении пяти суток было более, чем в пять раз меньше, чем в нетеплоизолированной. В результате проведённых исследований установлено, что герметичные подземные сооружения с покрытием внутренних ог-

раждений из лёгкого бетона обеспечиваю! поддержание требуемых параметров микроклимата в чрезвычайных ситуациях без применения энергетических способов и могут служить в качестве камер ожидания.

В третьей главе приведены результаты исследований по прогнозу тепловых условий в подземных сооружениях специального назначения рудников Севера. Для эшго разработана математическая модель, учитывающая основные факторы, влияющие на формирование микроклимата в КО: теплофизичсские характеристики материала перегородок и термическое сопротивление теплоизоляции, интенсивность тепловыделений внутри КО, наружную температуру воздуха; объем КО и площадь поверхности внутренних ограждающих конструкций. Схематически при разработке модели КО представляет собой сбойку, пройденную в целике между выработками, отсеченную с двух сторон перемычками, все внутренние ограждающие конструкции которой покрыты легким бетоном, обдуваемую со стороны перемычек вентиляционным потоком.

Принятые допущения: охлаждение внешних поверхностей КО происходит равномерно с двух сторон (перегородок); интенсивность тепловыделений людей, находящихся в КО, постоянная; температура и относительная влажность воздуха внутри КО одинаковы по всему объёму; камера имеет правильную геометрическую форму; толщина и свойства изоляции постоянны в пределах рассматриваемой геометрической формы.

Уравнение теплового баланса в КО будет иметь вид: ¿Гц

У°вРв ~дГ = 1 ~ Гг) + аг^2(Гсг , - Тв ) + дК + сврвОГ, (1)

где, V - объем камеры, м3; У=аЫц\ а - длина, м; Ь - ширина, м; ЬК - высота, м; св - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К); ра - плотность воздуха, кг/м3; Тв -температура воздуха, С; а1 - коэффициент теплообмена воздуха в камере со стенкой, Вт/(м2К); 3 -площадь поверхности внутренних ограждений, м2; Теп -температура внутренних ограждений, °С; с/ - интенсивность выделения тепла одним человеком, Вт; К - количество укрываемых горнорабочих; в - расход воздуха, предназначенного для подсвежения воздуха в КО, м3/с; а2 - коэффициент теплообмена воздуха в КО с целиком, Вт,(м2К); - площадь поверхности камеры без перегородок, м2; Теп - температура поверхности целиков, потолка и пола.

Влияние слоя теплоизоляции на поверхности перегородки на интенсивность теплообмена учитывалась формулой:

«1 =[/,(Д7;,гх)+Яд]"\ АТ^ = ТПIд=0 - Тв, (2)

где тк - время пребывания укрываемых в камере; Яп- термическое сопротивление теплоизоляции перегородки, м2-К/Вт.

Тепловой поток в целики учитывался формулой:

а2=[/2(ДГ2,^) + ^], ДГ5 (3)

где Иц - термическое сопротивление теплоизоляции целика, м"-К/Вт.

ю

Т£=Р{К,У.тк,Лл\ (4)

где У - функция, определяющая температуру воздуха в камере.

Температурное поле в целике Гц определялось из решения соответствующего параболического уравнения теплопроводности.

Была решена также и обратная задача, суть которой заключается в следующем. Для обеспечения необходимой температуры воздуха (Тнорм) в КО Тй> ] 8°СУ в течение всего срока пребывания укрываемых в условиях ЧС в це-тях уменьшения оттока тепла на внутреннюю поверхность ограждающих кон-ггрукций наносится теплоизоляционное покрытие требуемого термического со-тротивления.

Обратная задача формулируется следующим образом:

(5)

■де Тв(тк) - температура воздуха к окончанию срока пребывания укрываемых ! КО в условиях ЧС;/"-неявная функция, определяющая температуру воздуха в СО.

Необходимое термическое сопротивление теплоизоляционного покрытия ¡нутренних ограждений должно обеспечивать выполнение следующего усло-¡ия:

Тв(тК)=Т« ОР«- (6)

Уравнение (6) решалось численным способом на ПЭВМ с использовани-м модели (1 )-(4) способом деления отрезка пополам, в результате чего находи-юсь требуемое значение термического сопротивления К, причем отток тепла [срез целики, ввиду его небольшой величины в данном случае не учитывался.

Программа для расчета параметров теплового режима КО написана на зыке ФОРТРАН77 и позволяет прогнозировать динамику теплового режима [ри изменении жёсткости наружного климата, определять необходимое терми-еское сопротивление теплоизоляции в зависимости от объема КО и степени аполнения её людьми, что позволяет рассчитать состав смеси лёгкого бетона и асход материалов на один квадратный метр поверхности.

Достоверность разработанной модели и методики расчета производилась равнением расчетных и экспериментальных данных температуры в КО, кото-ые показали хорошую сходимость показателей. Так, для условий эксперимента а руднике «Ангидрит» разница расчётных и натурных данных по температуре оздуха в КО и температуры внутренней стенки не превышала 1,5°С.

Повышение жесткости климата в рудничном дворе (увеличение скорости снижение температуры вентиляционного потока) при реверсе вентиляцион-ой струи в зимнее время потребует увеличения термического сопротивления гплоизоляции или увеличения плотности размещения укрываемых, что на-тядно видно из рис.5.

Для практических целей разработана номограмма (рис.б), позволяющая айти толщину слоя теплоизоляции из лёгкого бетона, минерального войлока и енополистирола в зависимости от объёма КО, степени заполнения её людьми.

\У, X, МПа о/„ Вт/мК

30- -10- 1,0-

24- 0,8-

18- 6" 0,6--

12- 4' 0,4-

6 - 2 - 0,2 -

Р,г/см

О

0,4 0,8 1,2 1,6

Рис.1. Зависимость прочности, теп- -|д лопроводности, сорбционной влаго-ёмкости вермикулитобетонов от -|7 плотности

1°с ф,°/о со2,%

20- 100- з-

15 - 75- 2-

10- 50-

5 - 25- 1 -

о

у'Время (сутки)

^_I_1_

1 2 3 4 5

Рис.2. План экспериментального' блока на руднике «Ангидрит» М Г:200

1—бетонная перегородка;

2—запасной выход;

3—камера для размещения горнорабочих

Рис.3. Динамика микроклимата в 4—лампочки накаливания; герметизированной нетеплсизолиро- 5—увлажнители воздуха; ванной камере ожидания 6—вентиляторы;

1 С <Р'0//° 7—бетонная перегородка;

8—пункт подачи С02;

9—пункт подачи воздуха;

10—подсобное помещение;

11—бетонная перегородка;

12—вход в камеру ожидания;

13—тамбур-шлюз;

14—санузлы;

15—герметичная дверь;

5

-100- 0,5 ^

- 75- 0,4-

0,3-

50-

0,2-

25- од-

/Время "'(сутки) _1_1_

1 2 3 4 5 Рис.4. Динамика микроклимата в 16—коридор; герметизированной камере ожида- 17—дощатая перегородка; ния, теплоизолированной а-<ерито6с- 18—вход в опытный блок; тоном 19—замерные станции.

Vе К V м/с чел м3

10 + '50 500' -

2 ■■

4

6

8

¡0 0,4 0,8 1,2 1.6 2

Рис.5. Зависимость термического сопротивления теплозащитного покрытия камеры ожидания от скорости поступающего наружного воздуха (V), количества укрываемых людей (К), объёма камеры ожидания (V).

У[; ; — объём камеры ожидания— 300, 400, 500 м3.

К]; К2; Кэ — количество укрываемых людей— 30. 40, 50 человек. — скорость вентиляционного потока, м/с.

Рис.6. Номограмма для определения толщины теплоизоляции камеры ожидания.

1, 2, 3, 4—лёгкий бетон с коэффициентом теплопроводности (X) равным 0,6; 0,4; 0,2; 0,1

5—минеральный войлок Х=0,07

6—ггенополистерол ?.=0,04

коэффициента теплопроводности теплоизоляции. Ключ к номограмме показан штриховой линией. Штриховкой выделена область, в которой использование лёгких бетонов в качестве теплоизоляции рационально.

Заключение

В диссертации дано новое решение актуальной паучно-практ ичсской задачи - обеспечения безопасности горнорабочих работающих смен рудников Севера при чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера в случае временной невозможности подъема их на поверхность.

Основные выводы, методические положения и практические рекомендации, полученные на основе выполненных теоретических и эксперимент а льны> исследований, заключаются в следующем:

1. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразносл строительства, эксплуатации и оборудования камер ожидания глу боких руд пиков по принципу максимального накопления метаболического тепла.

2. Выявлены закономерности формирования микроклимата в подземных сооружениях (нетеплоизолированных и теплоизолированных) с точечными ис гочниками тепло-влаго-газовыделепий.

3. Экспериментальным путем доказана эффективность использования покры тий из легких бетонов, возводимых торкретированием для тенлоизоляцш камер ожидания, сорбирования влаги и двуокиси углерода.

4. Натурными исследованиями доказана возможность сохранения и иснользо вания метаболического тепла, выделяемого людьми, для нормализации тем перагурного режима в теплоизолированных герметизированных подземны: сооружениях глубоких рудников в условиях охлаждаемого климата.

5. Обоснована возможность применения норм обитания разработанных дл: подземных сооружений Г'0 в условиях чрезвычайных ситуаций камер ожи дания рудников Севера.

6. Разработана методика прогноза и расчета теплового режима подземных со оружений специального назначения, рассчитанных на постоянное присутст вис людей, в условиях охлаждаемого климата с рассредоточенными источни ками тепло-влаго-газовыделений.

7. Разработана методика приближенного расчета термического сопротивлени теплоизоляции и технологических параметров теплозащитных покрытий и легких бетонов, возводимых способом торкретирования.

8. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами гибкий теплоизоля ционный материал, а также теплоустойчивый материал для ограждающи конструкций подземных сооружений северных регионов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: 1. Тепловой режим россыпных шахт при летней проходке //Сб. Исследования рекомендации по физико-техническим проблемам. Якутск. Изд-во ЯФ С( АН СССРД975.-С 87-90 (соавторы Шепстов В.А., Акишев А.И.).

2. Влияние теплового режима россыпных шахт на простудную заболеваемость рабочих. //Сб. Исследование и рекомендации по совершенствованию разработки месторождений полезных ископаемых Северных и Восточных регионов страны. Якутск: изд-во ЯФ СО АН СССР 1976.-С 20-24 (соавторы Шер-стов В.А.. Ефремов В.Т.).

3. Оптимизация длины протяженных теплоаккумулирующих выработок на россыпных шахтах Севера //Колыма 1987,№ 1-С. 18-2¡(соавторы Муксунов Н.Х., Кивилева Н.М., Шерстов В.А.).

4. Регулирование теплового режима россыпных шахт Заполярья с помощью камер-теплообменников. //Сб.: Совершенствование технологии подземной разработки россыпных и рудных полезных ископаемых месторождений Севера. Якутск 1987. -С 52-56. (соавтор Шерстов В.А.).

5. Регулирование теплового режима высокомеханизированных россыпных шахт Севера //Прогноз и регулирование теплового режима в горных выработках,-Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1987. -с.40-43(соавторы Шерстов В.А., Муксунов Н.Х.).

6. A.C. 1604949 СССР, МКИ Е 04 В 1/76 Теплоустойчивый материал /-Опубл. в БИ 1990 № 4 ( соавторы Галкин А.Ф., Курилко A.C., Семенов A.J1., Тышев Ю.А.).

7. A.C.583560 СССР, МКИ Е 04 В 1/78 Гибкий теплоизоляционный материал -/Опубл.в БИ 1990 № 29(соавторы Галкин А.Ф., Курилко A.C., Семенов А.Л.).

8. А.С.1717813 СССР,МКИ Е 21 F3/00 Способ защиты от обмерзания канала главного вентилятора при проветривании шахт и рудников Севера-Опубл.вБИ.,1992. №9 (соавторы /Галкин А.Ф., Курилко A.C., Хохолов Ю.А.).

9. Набрызгбетонная теплозащитная крепь. Якутск: изд-во Якутского научного центра СО РАН 1992.-160 с.(соавторы Галкин А.Ф., Курилко A.C.).

10.A.Galkin,V.Kiselyev,V.Sherstov Experience and perspectives of underground refrigetators building in the North/ International Sumposium Cold regions engineeringproceedings. 1996.Harbin,China.-C.49-51.