автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Научное обоснование разработки средств ликвидации скоплений газа в горных выработках методом пульсирующей вентиляции

На правах рукописи

2 О АЫ 2009

ФИЛИН Александр Эдуардович

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СРЕДСТВ ЛИКВИДАЦИИ СКОПЛЕНИЙ ГАЗА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ МЕТОДОМ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Специальность 05.26.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»

(в горной промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2009

003475318

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Научный консультант

доктор технических наук, профессор

Ушаков Ким Захарович

доктор технических наук, профессор Каледина Нина Олеговна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор - Матвиенко Николай Григорьевич доктор технических наук, профессор - Терентьев Борис Дмитриевич доктор технических наук - Поздняков Георгий Акимович

Ведущая организация

Федеральное унитарное государственное предприятие центральный штаб военизированных горноспасательных частей угольной промышленности (ФГУП ЦШ ВГСЧ угольной промышленности), г. Москва

Защита состоится елнзаЬря 2009 г. в <с/ б~~» часов на заседании диссертационного совета Д-212.128.06 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан « » О^и^егс, 2009 г.

Ученый секретарь диссертационногсыювета,

докт. техн. наук /г\ -Г Королева В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Аварии, связанные со скоплением опасных и вредных газов, систематически проявляются на горных предприятиях, что приводит к чрезвычайным ситуациям (ЧС), нанося значительный материальный ущерб, и создает угрозу жизни и здоровью людей. В последние годы на угольных шахтах -произошли крупные взрывы метана с гибелью от 50 до 110 человек и значительными материальными потерями. Особенно остро угроза ЧС по газовому фактору проявляется на угледобывающих предприятиях, где отмечается усложнение горногеологических и технико-технологических условий эксплуатации горных выработок, сопровождающееся значительным газовыделением (СЕЦ, С02).

Основной причиной подобных ЧС является формирование в горных выработках скоплений газов с опасными концентрациями -взрывопожароопасными и отравляющими. Основными методами борьбы со скоплениями вредных и опасных газов являются вентиляция горных выработок и подземных сооружений, направленная на поддержание допустимого содержания газа по всему их объему, и дегазация основных источников газовыделения. Однако вследствие неравномерного распределения газа возникают условия, при которых эти методы не позволяют ликвидировать причины возникновения ЧС. Применяемые в этом случае дополнительные средства предупреждения образования местных скоплений в виде направляющих щитков и парусов, рассеивающих сеток и вентиляционных труб имеют либо незначительную эффективность и малый радиус воздействия, либо сложные схемы монтажа в подземных условиях и не всегда учитывают условия формирования скоплений газов. Решение этой проблемы важно и для рудников, и для подземных объектов мегаполисов: коллекторов различного назначения, коммуникационных тоннелей, подземных путепроводов и ряда других городских объектов.

Анализ и оценка методов и средств борьбы со скоплениями газа показали, что решить эту проблему возможно при использовании

пульсирующей вентиляции. ■ Этот метод применим для всего спектра горнодобывающих предприятий и подземных сооружений, где возможно возникновение скоплений динамически активных газов, при решении задач по разгазированию.

Образование скоплений газов является сложным многофакторным процессом, который трудно поддается математическому описанию, позволяющему полностью учесть указанные факторы и применить его на практике для решения задачи предотвращения ЧС и обеспечения безопасных условий труда. Для решения этой задачи необходим инструментарий, позволяющий выполнять оценку условий возникновения скоплений газа, учитывать влияние факторов на процессы газопереноса при пульсирующей вентиляции. Сегодня отсутствуют теоретические основы для разработки средств генерации пульсирующей вентиляции с учетом влияющих факторов. Вследствие этого развитие научных основ, позволяющих создавать средства для ликвидации скоплений опасных и (или) вредных газов в горных выработках и подземных сооружениях как разновидности ЧС, является актуальной научной проблемой.

Целью работы является развитие теоретических основ процесса газопереноса в горных выработках и подземных сооружениях (ГВиПС) при пульсирующей вентиляции и создание соответствующих средств ликвидации опасных скоплений газа на горных предприятиях.

Основная идея работы заключается в выявлении и использовании закономерностей процесса газопереноса при пульсирующей вентиляции для определения параметров режима проветривания в газообильных ГВиПС и разработке на их основе технических средств, обеспечивающих ликвидацию угрозы ЧС по газовому фактору на горных предприятиях.

Основные научные положения, выносимые на защиту, состоят в следующем:

1. Ликвидация ЧС, связанных со скоплениями опасных и вредных газов на горных предприятиях, наиболее эффективна при использовании

пульсирующего движения воздуха, позволяющего существенно повысить перемешивание газовоздушного потока в местах скопления газов в ГВиПС.

2. Оценку необходимости применения пульсирующей вентиляции следует выполнять на основе разработанной классификации условий формирования местных скоплений газов в ГВиПС по степени опасности.

3. Процесс формирования и разрушения местных скоплений газа при режиме пульсирующей вентиляции (РПВ) следует описывать критериальным уравнением, включающим числа Рейнольдса (Ле), Эйлера (Ей), Фруда (Рг), Галилея (ва) и Архимеда (Аг), из которых определяющими являются числа Рейнольдса (Ие), Эйлера (Ей) и Архимеда (Аг).

4. Использование полученной регрессионной модели позволяет создавать эффективный РПВ, обеспечивающий оптимальные параметры дистанционного разрушения скоплений газов в горных выработках. Основными параметрами, определяющими режим газопереноса при пульсирующей вентиляции в системе «горная выработка-газовоздушный поток-пульсатор», описываемыми моделью, являются: средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

5. Закономерности газопереноса с учетом РПВ, полученные на основе моделирования, позволяют выявить связь времени разрушения

местных скоплений ?р с определяющими параметрами системы «горная выработка - газовоздушный поток- пульсатор».

6. Режим пульсирующей вентиляции в условиях ПЗиПС необходимо формировать посредством специальных генераторов пульсаций, обеспечивающих необходимые частоту импульсов и расход воздуха (производительность).

7. Оптимальные параметры пульсатора для разрушения местных скоплений необходимо задавать на базе разработанной методики для определения оптимальной производительности пульсатора по воздуху, что позволит повысить безопасность ведения аварийно-спасательных работ при разгазировании горных выработок.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены:

- представительным количеством лабораторных, стендовых и промышленных экспериментов по исследованию процесса предупреждения возникновения и разрушения сформировавшихся опасных скоплений метана в ГВиПС угольных шахт при РПВ (более 5000 измерений);

- репрезентативным объемом статистических данных по 14 показателям;

- высокими показателями доверительного интервала показаний математической модели - 98,5;

- сходимостью лабораторных, стендовых и промышленных данных с результатами теоретических исследований (отклонение не более 19%).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана классификация условий формирования местных скоплений газов в ГВиПС по степени опасности.

2. Получено новое теоретическое описание процесса газопереноса в критериальном виде для условий подземных ГВиПС, отличающееся учетом пульсирующего движения воздуха.

3. Установлены общие закономерности газопереноса при РПВ для газообильных ГВиПС, учитывающие взаимосвязь времени разрушения скоплений газа с определяющими параметрами газопереноса и параметрами технических средств ликвидации скоплений опасных и вредных газов для обеспечения безопасного ведения аварийно-спасательных работ.

4. Впервые выявлено совокупное влияние факторов системы «горная выработка - газовоздушный поток - пульсатор»: средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

5. Впервые научно обоснованы оптимальные технические параметры и режимы генерации импульсов установки для пульсирующей вентиляции, обеспечивающие разрушение местных и слоевых скоплений опасных и вредных газов.

6. Установлены рациональные параметры РПВ в условиях газообильных ГВиПС.

Научное значение диссертации состоит в выявлении закономерностей разрушения опасных скоплений газа при пульсирующей вентиляции и научном обосновании аэродинамических параметров РПВ для решения проблемы предотвращения и ликвидации скоплений вредных и опасных газов в газообильных ГВиПС и, соответственно, снижения риска возникновения ЧС по газовому фактору и поражения людей при ведении работ по разгазированию.

Практическое значение диссертации заключается в следующем: - разработаны требования к средствам, генерирующим РПВ;

- предложены конструкторские решения по устройству генерации РПВ;

- разработана методика расчета оптимального расхода воздуха установок «Пульсатор»;

- разработаны рекомендации по применению пульсирующей вентиляции в условиях шахт ОАО «Воркутауголь».

Апробация работы

Основные результаты научных исследований, проведенных автором доложены и получили положительную оценку на: семинарах кафедры Аэрологии и охраны труда МГТУ (г. Москва, 1997-2007), на заседаниях секции «Проблемы Аэрологии и безопасности горных предприятий» научного симпозиума в рамках «Недели горняка» в МГГУ (г. Москва, 19982007), на семинарах и симпозиумах в рамках работы выставок «Промышленная безопасность» на ВВЦ (г. Москва, 2004), «Безопасность в промышленности» на ВВЦ (г. Москва, 2005), выставке «ИННОВ-2005» в ЮРГТУ (г. Новочеркасск, 2005), на 3-й межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2005), на международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2006)

Реализация выполненной работы. Основные результаты работы реализованы в виде опытно-промышленного образца установки «Пульсатор П1», руководства по применению установки «Пульсатор П1» на угольных шахтах Воркутского месторождения.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 33 работы, из них 17 в изданиях, рекомендованных ВАК, в том числе 2 авторских свидетельства.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 7 разделов, заключения и 3 приложений, включает 76 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 112 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современное состояние обеспечения безопасности работ на предприятиях горнодобывающего комплекса и объектах строительства подземных сооружений находится на той стадии, когда проявлениям внешних опасных и вредных факторов уделяется все большее внимание, часто технико-технологические решения принимаются исходя из потенциала конкретного фактора. В рамках данной работы рассматривается безопасность по газовому фактору, которая далее для краткости именуется газовой безопасностью (ГЪ). Внимание к этой проблеме связано как с усложняющимися горно-геологическими условиями ведения работ, так и с заметно возросшими темпами и объемами их выполнения. Применение традиционных методов и средств предупреждения и ликвидации ЧС, связанных с ГБ, становится малоэффективным, а в ряде случаев и опасным в силу отсутствия или неадекватного применения методов и средств предотвращения негативных проявлений газов, отсутствия соответствующих научных и технико-технологаческих решений. Это подтверждается случаями гибели бойцов ВГСЧ при ведении спасательных работ и общей статистикой гибели людей на угольных шахтах.

Решение теоретических и практических вопросов обеспечения безопасных условий труда по газовому фактору рассмотрено в трудах таких ученых и исследователей, как Р.Н. Аврамчук, A.A. Айруни, А.Т. Айруни, Г.М. Алейникова, Ф.А. Алексеев, С.А. Баталии, A.C. Бурчаков, Воронин В.И., Г.И. Войтов, Б .Я. Дробот, Г.К. Дымчук, И.О. Каледина, Ф.С. Клебанов, Е.А. Колесниченко, H.H. Красюк, А.Я. Креслинь, П.Н. Кропоткин, А.И Ксенофонтова, B.C. Лебедев, С.И. Луговский, Е.Г. Мамусов, Н.Г. Матвиенко, Н.И. Мривалов, П.И. Мустель, З.Н. Несмелова, B.C. Орехов, Г.К. Петерсон, Г.А. Поздняков, Ю.Ф. Пономаренко, Л.А. Пучков, А.Л. Романчук, A.A. Скочинский, Б.Д. Терентьев, К.З. Ушаков, В.В. Ходот, О.И. Чернов и др.

Непосредственно проблеме борьбы со скоплениями метана посвящены труды К.З.Ушакова, А.И. Боброва, П.Д. Кизрякова, В.А. Лигая, Д.М. Шередекина, Г.В. Полыцикова, В.А. Полякова, В.Д. Косарева, С.Ю. Ерохина.

Анализ динамики аварий периода 1955-2008 гг. показал, что количество вспышек я взрывов с участием метана на угольных шахтах является устойчивым на протяжении всех лет, даже имеющих место в 80-90 гг. при снижении темпов добычи угля.

Анализ причин вспышек и взрывов показывает, что 80 % из них произошли по причине возникновения местных скоплений газа с опасной концентрацией. А одним из недостатков профилактики негативных проявлений скоплений газа является отсутствие упорядоченной системы учета факторов и условий, при которых возникает угроза формирования скоплений газа с опасными концентрациями. Вследствие этого не удаётся адекватно применять существующие дополнительные средства предупреждения местных скоплений газов и их ликвидации, что обусловливает необходимость разработай классификации ГВиПС по степени опасности возникновения в них местных скоплений газа.

В данной работе объектом обеспечения ГБ являются горные выработки с интенсивным газовыделением, прежде всего в угольных шахтах, а также объекты подземного строительства, подземные объекты городской инфраструктуры (коллекторы, каналы и др.). С точки зрения общей постановки задач исследований эти объекты объединяет наличие вероятности формирования скоплений газа в замкнутом объеме сооружений, что позволяет рассматривать их в качестве единого объекта исследования.

• Вследствие недостаточно эффективной вентиляции при наличии газовыделений в ГВиПС формируются области повышенной концентрации газа (местные скопления). Постепенно увеличиваются их геометрические размеры, объем и концентрация скопившегося газа, возможно перемещение (миграция) местоположения скопления по длине выработки. Образование местных скоплений и представляет собой ЧС, так как их наличие может

привести к человеческим жертвам или ущербу здоровья работающих, а также к значительным материальным потерям. Отличительными чертами такой ЧС являются ее зарождение из относительно незначительного превышения ПДК и последующее постепенное увеличение масштабов и степени опасности. Итогом такого развития событий применительно к угольным шахтам является формирование условий для взрыва метановоздушной смеси, приводящего к тяжелейшим последствиям. Применительно к объектам городской инфраструктуры, например, коллекторам, каналам и др., характерно образование скоплений метана, природного бытового газа, азота, углекислого газа.

Необходимо отметить возрастающую перспективность использования подземного пространства мегаполисов для транспортных коммуникаций и многих других целей. Возникновение в таких объектах ЧС, вызванных скоплениями газов, весьма вероятно, учитывая наличие в них источников интенсивного газовыделения, накопления продуктов сгорания и др. обстоятельства. А присутствие в подобных объектах большого количества людей, использование их не только для производственно-технологических целей, но и для многих других, включая широкий спектр бытовых потребностей, делает задачи обеспечения безопасности особо актуальными уже на стадиях, предшествующих переходу к масштабному строительству и последующей эксплуатации.

В настоящее время известен ряд методов управления ГБ в ГВиПС: газодинамические, аэрогазодинамические, аэродинамические, режимные (организационные).

Главным условием предупреждения и прекращения развития, а также ликвидации ЧС является устранение скоплений газов. Поэтому общая направленность обеспечения ГБ в подобных ЧС, принятая в настоящей работе, заключается в ликвидации образовавшихся скоплений.

Газовая опасность традиционно снижается до безопасного уровня с помощью вентиляции, являющейся до настоящего времени основным

средством обеспечения безопасности атмосферы шахт и подземных сооружений. В случаях когда вентиляционные возможности оказываются недостаточными, на угольных шахтах и подземных рудниках применяется дегазация. Сочетание вентиляции и дегазации потенциально может обеспечить ГБ при весьма значительных газовыделениях. Однако в очистных и подготовительных выработках местные скопления могут формироваться в протяженных выработках и за пределами выемочных и проходческих участков.

В настоящей работе показано, что безопасность достигается применением традиционного вентиляционного процесса, эффективность которого повышается за счет специального усиления сопровождающих этот процесс пульсаций. Специальное создание и распространение слабых импульсов давления в основном потоке газовоздушной смеси существенно увеличивает его диффузионные (перемешивающие) свойства, что придает процессу вентиляции новые возможности.

Разработанные в МГТУ теоретические основы и практические результаты применения РПВ позволили расширить возможности управления процессом газопереноса в условиях ГВиПС и тем самым более эффективно предотвращать формирование скоплений газов или ликвидировать их. Основополагающие труды в области пульсирующей вентиляции принадлежат профессору МГГУ Ушакову К.З. Им были получены основные показатели процесса газопереноса при пульсирующем движении газовоздушной среды (энергия импульса, его амплитуда, длина волны, дальность действия РПВ, ее интенсивность и скорость турбулентности пульсирующего движения, инерционность среды и др.). Разработан механизм взаимодействия воздуха и газовой примеси в случаях его местного скопления. Для реализации РПВ под руководством К.З. Ушакова были разработаны несколько видов установок его генерации - пульсаторов. Последняя из них - пульсатор барабанного типа с механическим приводом -разработана в МГГУ в конце 90-х годов. Все модели генераторов

пульсирующего режима вентиляции, включая последнюю, не имели теоретического обоснования и соответственно методических основ по разработке устройств такого назначения, учитывающих как определяющие параметры самого устройства, так и параметры условий выработок, в которых происходит процесс газопереноса. Кроме того, все исследования ограничивались укрупненным теоретическим расчетом для условий только угольных шахт. Однако данный режим вентиляции может быть использован и на других подземных объектах, где возникают задачи обеспечения безопасных условий труда по фактору местных скоплений газа.

Отсутствие развитого математического описания процесса газопереноса при пульсирующей вентиляции, допускающего его применение как для научных изысканий, так и экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях, значительно затрудняет практическое внедрение РПВ. Важнейшими требованиями к подобному описанию выдвигаются необходимость учета множества влияющих на газоперенос факторов, возможность последующей разработки математической модели и моделирования процесса ПВ с получением в итоге параметров эффективного воздействия на возможные скопления газов в различных ГВиПС и теоретических основ для создания технических средств для реализации РПВ. Для системного решения проблемы ГБ на основе принятых подходов необходимо достигнутые практические возможности поставить в соответствие с условиями возможных ГВиПС в рамках единой классификации, в конечном итоге дающей рекомендации по практическому использованию всей совокупности полученных результатов.

Выполненный анализ состояния проблемы и намеченные подходы по её реализации позволяют выделить в качестве основных следующие задачи:

- разработка классификации условий возникновения местных скоплений метана в подготовительных ГВиПС по степени опасности;

- научное обоснование определяющих факторов и параметров, описывающих процесс газопереноса при ПВ;

- разработка математической модели процесса газопереноса при ПВ для условий подготовительных ГВиПС угольных шахт, отражающей связь показателей безопасности с параметрами ГВиПС, вентиляционного потока и устройств генерации РПВ;

- установление закономерностей газопереноса и взаимосвязи между определяющими факторами при ПВ на основе полученной модели;

- определение рациональных параметров ПВ для различных ГВиПС;

- определение рациональных технических параметров устройства генерации РПВ;

- разработка устройств, генерирующих РПВ;

- разработка рекомендаций по применению ПВ в условиях различных ГВиПС.

Для решения поставленных задач использовались методы теории подобия, математической статистики, математического моделирования, а также опытно-конструкторские проработки, лабораторные, заводские стендовые и натурные испытания.

Как известно, в физике изучение турбулентности - механизма перемешивающих свойств потока, в том числе и при РПВ, до сих пор является проблемным вопросом и областью интенсивных научных поисков, что свидетельствует о научной сложности описания явлений турбулентности.

Идея использования ПВ и развития указанного научного направления встречает в качестве основного общего препятствия, как уже отмечалось, отсутствие исчерпывающего научного и математического описания и явлений турбулентности, и их отдельного проявления при РПВ. Это обстоятельство определяет выбор путей и задач исследования, общая направленность которых - получение приближенного (упрощенного) решения, но обеспечивающего при этом ощутимое повышение эффективности РПВ, а значит и повышение ГБ.

Для оценки необходимости проведения мероприятий по ликвидации ЧС по газовому фактору с учетом анализа статистики причин взрывов, условий и

мест загазирования ГВиПС разработана классификация условий возникновения скоплений газа по степени опасности (табл. 1). Представленные данные по негативным проявлениям скоплений газов позволяют систематизировать учитываемые объекты по степени их опасности. Максимально опасными с точки зрения возникновения скоплений газов могут считаться тупиковые выработки, в которых ведутся горные работы, имеются источники газовыделения (техногенного и природного происхождения), имеются непосредственно прилегающие к ним ГВ, оказывающие влияние на условия формирования скоплений газа в тупиковых выработках. Менее опасными могут считаться выработки магистрального типа со сквозным движением воздуха, иногда имеющие аэрологическую связь с источниками газовыделения и аэродинамические условия, при которых динамически активные газы могут формировать скопления.

Наименее опасными в данном аспекте могут считаться выработки -камеры с их специфическими аэрологическими условиями (большое сечение и малые скорости движения воздуха) и источниками газовыделения, допускающими систематическое формирование скоплений газов.

В коллекторах г. Москвы проложено 114,2 км водопровода с горячей водой и 421,1 км с холодной, 338,5 км трасс теплосети, 31 км газопроводов, 21000 км кабелей энергоснабжения и связи. Этот объем источников тепло-, влаго- и газовыделения приводит к инцидентам в виде загазирований, связанных с превышением ПДК. Приведенные данные по распределению негативных проявлений в ГВиПС, а также исследованные с использованием критериев Архимеда и Рейнольдса условия возникновения скоплений газа позволили классифицировать условия возникновения скоплений метана в ГВиПС по степени опасности.

Данная классификация позволяет оценить угрозу возможности возникновения ЧС в виде скопления газа с взрывоопасной концентрацией и своевременно применить соответствующие методы и средства для ее предупреждения.

Таблица 1

Классификация условий возникновения скоплений метана в ГВиПС по степени опасности (на примере метана)

Признаки классификации Класс условий возникновения скоплений газа по степени опасности

1 - относительно опасные О^ю"4) 2 - опасные (К=10"4-10'3) 3 - особо опасные (К>10"3)

Тип выработок Камеры Сквозные Тупиковые

Диаметр выработок, м от 5 до 15 от 3 до 5 ДоЗ

Необходимая скорость воздушного потока для разрушения скопления, м/с при 1% СН4 -У0=3,3^>,7 при 2% СН4-У„=4,5-г13,8 при 1% СН4-У0=2,(КЗ,2 при 2% СН4-У0=2,8-4,6 при 1% СН4-Уо=0,2-М,9 при 2% СН4 -Уо=0,2-2,7

Число Рейнольдса для разрушения скопления, млн. ед. при 1%СН4-Ие=1,1-9,8 при 2% СН4-Ле=1,6-13,8 при 1% СН4- Ке=0,5-1 при 2% СН4-1*6=0,7-1,5 при 1% СН4- Ые<0,4 при 2% СН4 -Ые<0,6

Далее необходима теоретическая основа, позволяющая выявить и оценить физические силы, определяющие процесс формирования и разрушения скоплений в воздушном потоке при пульсирующем движении. Для решения задачи разработки теоретических основ описания процесса газопереноса при РПВ использованы следующие уравнения в виде системы:

- уравнения движения для несжимаемой вязкой жидкости в декартовых координатах как для ламинарного, так и для турбулентного режима движения в проекциях по осям;

- уравнение неразрывности (сплошности);

- уравнение теплопроводности.

В данной системе присутствуют такие компоненты: и, и, м> -составляющие скорости движения элементарного объема воздушной смеси, м/с; И - высота положения элемента воздушной смеси, м; р - давление на верхней грани элемента воздушной смеси, Па; V - коэффициент

кинематической вязкости воздушной смеси, Па-с; I - время, с; Т -температура среды, К; X. - коэффициент теплопроводности среды, Вт/м.К; Ср

— удельная темлоемкость среды при постоянном давлении, Дж/кг-К; 5х, ду, от.

— бесконечно малые ребра элементарного объема (параллелепипеда), выделенного в движущейся по ГБиПС воздушной смеси, а, - коэффициент температуропроводности, м2/с; - А оператор Лапласа.

Как мы видим, данная система уравнений включает большое количество неизвестных и требует решения целого ряда независимых уравнений, содержащих эти переменные. Для удобства описания турбулентного движения воздуха уравнение Навье-Стокса представляют в форме уравнения Рейнольдса, где каждая переменная выражена в виде А = А + а. При этом А-среднее значение переменной по времени, а - пульсационное значение переменной. Однако решение системы уравнений в форме уравнения Рейнольдса также является сложно выполнимой задачей. Таким образом, необходим поиск других подходов в описании турбулентного движения воздуха.

Эффект существенного увеличения турбулентности при РПВ возникает вследствие сдвига скоростей частиц воздуха и газа, имеющих различную плотность, при распространении импульса давления в основном воздушном потоке. Максимальный сдвиг А/, по расчетам, в метановоздушной среде составляет около 3,2 см (при концентрации метана 1,8%), который находится из выражения Ыкл==]10(К/ж), где ] - коэффициент, учитывающий форму и плотность частиц воздуха и метана; ¡0- амплитуда пульсирующего движения; К=2я/©=1. При этом время движения частиц г, при котором достигается максимальное отклонение, составляет *=К/2.

Как установлено ранее другими исследованиями, технологичным представляется формировать импульсы давления при оптимальной частоте 6: 8 Гц путем достижения разности давления в пульсаторе и основном потоке воздуха в ГВиПС около 1500 Па посредством вентилятора местного проветривания, который широко применяется на горных предприятиях.

Введем условия однозначности, которые позволят определить и ограничить математическое описание всех частных особенностей рассматриваемого явления ПВ и включить геометрические условия, характеризующие форму и размеры системы «горная выработка -газовоздупгаый поток - генератор РПВ», в которой протекает процесс; физические условия, характеризующие физические свойства среды; временные и начальные условия, характеризующие особенности процесса в начальный момент времени (для стационарных задач они отсутствуют), граничные условия, характеризующие особенности протекания процесса на границах системы. Также к условиям однозначности относятся число Ричардсона; молекулярная масса каждого учитываемого компонента воздушной смеси и ее плотность, удельная теплоемкость, коэффициент динамической вязкости, коэффициент теплопроводности; ускорение свободного падения g, м/с2.

При движении газовоздушной смеси в ГВиПС к геометрическим условиям относятся: диаметр выработки с!„1т<с1<с}твх и фактическая длина выработки ¿т5п<£</,тах.

В современных условиях описание процесса газопереноса при РПВ возможно на основе статистических методов, позволяющих получить эмпирические зависимости между силами, обусловливающими формирование местных скоплений газа, на базе ранее полученных экспериментальных результатов. Такой подход позволяет при установлении граничных условий учесть реальные параметры физического процесса газопереноса пульсирующего движения газовоздушной смеси для разработки математической модели. Задачей разрабатываемого математического описания исследуемого процесса является возможность применения его для практических целей, т.е. для натурных и лабораторных изысканий, а также прямого сопоставления полученных результатов с теоретическими исследованиями газопереноса при РПВ и общей оценки самого процесса.

Для целей и условий настоящей работы подходит использование классического инструментария теории подобия, опирающегося на применение критериальных чисел. Критериальные числа, как известно, позволяют характеризовать и оценивать значимость и степень влияния на газоперенос отдельных составляющих этого сложного процесса.

Идея предлагаемого подхода заключается в установлении зависимостей между критериальными числами в форме уравнений регрессий путем статистической обработки ранее полученных экспериментальных данных, характеризующих РПВ. Получение таких зависимостей позволит заменить ими известную сложную систему уравнений, отражающую в общем виде взаимосвязь между всеми основными параметрами процесса газопереноса, но являющуюся крайне трудной для ее практического применения. Полученные на основе такого подхода уравнения регрессии являются приближенным описанием существующих в природе сложных взаимосвязей между параметрами. Такие уравнения являются достаточно простыми для рассмотрения и выполнения на их базе исследований путем математического моделирования интересующих соотношений. Окончательное суждение о достаточной обоснованности и точности такого подхода может дать только экспериментальная проверка при практическом применении полученных технических средств обеспечения ПВ в реальных условиях.

Физические явления подобны, если соблюдается требование: в двух системах с геометрически подобными границами должны быть геометрически подобны течения в соответствующие моменты времени. Поэтому все индивидуальные силы, действующие на соответствующие элементы жидкой среды, должны также быть подобны. Условия динамического подобия двух течений газовоздушной смеси в ГВиПС можно получить, применив и записав уравнения Навье-Стокса в безразмерной форме. В качестве характерных величин примем характерный геометрический размер выработки Ь, ми среднюю скорость газовоздушного

потока У0, м/с. Система безразмерных величин определена следующим образом:

I L L L

и X) W

U = —; V = —;W- —; р = const ; v = const.

(1)

После подстановки выражений (1) в уравнение системы уравнение Навье - Стокса для оси Ох примет вид

8U TTdU T/8U „Ш gLBH 8 +U—+V—+W—- 6 дХ BY 3Z

vl дХ дХ

{Pv0

+-

vqL

d2U c?U d2U +—

дХ2 BY2 dZ1

(2)

J.

Аналогичный вид имеют проекции уравнения движения на другие оси координат. В выражении (2) параметрами, в состав которых входят величины, определяющие геометрию и физические свойства исследуемой системы, являются числа подобия.

Определяющим фактором принимается число гомохронности Но = У01/Ь, характеризующее установившийся характер течения газовоздушной смеси.

С использованием обозначения чисел подобия уравнение (2) можно представить в следующем виде:

8U гт dU r.dU „rdU 1 дН дЕи 1

-т—r + U-— + V—+W— = —----—+—

а(Но) дХ д¥ 8Z ТтдХ дХ Re

(8г11 d2U д2и]

—з +—=-+—J

дХ 8Y 8Z ,

(3)

где указанные критериальные числа выполняют роль независимых переменных.

Исходя из этого уравнение (3) может быть представлено в виде:

Но = /(Яе, Бг, Ей, ва, Аг) (4)

или с учетом зависимостей для определения чисел Галилея и Архимеда:

Но = /(Яе.Еи, Аг) (5)

Аэродинамический режим движения газовоздушной смеси, как установлено выше, в общем случае характеризуется тремя основными числами подобия - Рейнольдса, Эйлера и Архимеда, в состав которых входят величины, определяющие физические свойства исследуемой среды и характерные геометрические размеры.

С использованием статистических методов обработки экспериментальных данных получено уравнение связи критериальных чисел при РПВ, которое имеет следующий вид;

/?е = 546342-Но0,027 - Ей-0,260 -Аг"0'045. (6)

Полученные уравнения дают возможность теоретически описывать и характеризовать параметры процесса газопереноса при ПВ для условий газообильных ГВ, лабораторных стендов и при решении задач других исследований, что позволяет условно считать и именовать их уравнениями процесса газопереноса.

Полученное описание газопереноса при ПВ в новом виде позволяет теоретически исследовать взаимосвязь между силами формирования и разрушения скоплений газа в газовоздушной среде ГВиПС. Уравнение (6) может быть использовано для разработки методического обеспечения, где появляются измеряемые на производстве параметры исследуемой системы. Возникает возможность решения задачи получения параметрального описания процесса газопереноса при ПВ.

Учитывая параметры, входящие в уравнения (4) и (5), для получения критериальных чисел мы можем перейти к уравнению подобия (7) для процесса газопереноса при пульсирующей вентиляции. Данное уравнение подобия имеет вид

Полученные параметры (см. табл. 2) являются измеряемыми на практике. Поскольку на практике важнейшим является время ликвидации ЧС, принимаем в качестве основной оценки эффективности процесса разрушения местного скопления газа промежуток времени /р, в течение которого с момента воздействия ПВ процесс газопереноса приведет к ликвидации ЧС. Выражение (8) принимает вид:

К = Ж,,, Си, , (л - Рг), р2^р, смз , к., (8)

где Гр - принимаем как интервал времени газопереноса при РПВ, который приводит к разрушению местного скопления метана в конкретных условиях.

Статистическая обработка экспериментальных данных дала возможность получить математическую модель системы «горная выработка -газовоздушный поток - генератор РПВ» в форме следующего уравнения:

, - П 037^0.612^-0,463^0,077^-0,475,0-0,475/10,609 с0,781 . 0,255 т0,1,000^1,000 р ^ °'937СМ1 СМ2 СМЗ Ир вр У 5 АР 1 V >(9)

где параметр «¿гидр выражен в виде более удобного для решения практических задач параметра - в виде сечения ГВиПС - X Обозначения и пределы варьирования определяющих параметров, принятые для математического моделирования представлены в табл. 2. Доверительный интервал вычислений составляет - 98,5.

Полученное выражение позволяет путём математического моделирования оценить изменение газовой обстановки при ПВ для исследования взаимосвязи параметров.

Соответственно принятому подходу исследований результаты математического моделирования представляются в форме графиков. На рис. 1 представлены результаты математического моделирования процесса газопереноса, выявляющие взаимосвязь между временем разрушения скопления газа 1Р и концентрацией метана в скоплении С^я при различных сечениях ГВиПС Их анализ, в частности, показывает, что с уменьшением

площади сечения выработок процесс газопереноса при ПВ происходит более интенсивно. Графики на рис. 2 отражают взаимосвязь между временем разрушения скоплений газа !р и концентрации Сдя до достижения различных значений концентраций Сш=0,75%, 0,5%, 0,3%, 0,1%. Данные свидетельствуют о наибольшей эффективности РПВ в области более высоких концентраций метана. Параметр Сдя может использоваться как индикатор интенсивности протекающих процессов. Полученные результаты согласуются с общей теорией механизма РПВ, описанной К.З.

Ушаковым.

Таблица 2

Параметры Единица измерения Обозначение Диапазон изменения*

Сечение выработки м2 5 (0-20)

Концентрация газа (метана) в поступающей струе % См1 (0-Ю,5)

Концентрация газа (метана) в конце участка % Сш (0+0,75)

Концентрация газа (метана) в скоплении % Сю (0-100)

Расход воздуха пульсатора м-7с Яв ((КЗ)

Расход воздуха в выработке м"7с 0. (0-20)

Скорость движения воздуха м/с V (0-4)

Статическая депрессия на участке Па Ар (0+100)

Протяженность участка М Ь (0-300)

*-в математической модели значения параметров > 0.

Исследование по аналогии зависимостей взаимосвязи между временем разрушения скоплений газа и концентрацией Сиз ПРИ различном расстоянии Ь местоположения пульсатора от скопления газа показало, что по мере приближения пульсатора к местному скоплению эффект увеличивается.

Значительное снижение эффективности происходит также с ростом концентрации метана в поступающей струе. При уменьшении концентрации

Рисунок 1 .Зависимость времени разрушения скопления метана ^ с концентрацией до концентрации СМ2 = 0,75% при Сц\ =0,3% на расстоянии от пульсатора 100 м, с условиями: Ар=25 Па, Уср=0,5 м/с, Ор^0,67 м3/с, при различном сечении ГВиПС Б: 1-6 м3; 2 -8 м1; 3-10 м2; 4 -12 м2

Рисунок 2. Зависимость времени разрушения скоплений метана /р с концентрацией с условиями:

Ь.р-25 Па, Уцр-0,5 м/с, Ор=0,67 м3/с, в зависимости от требуемых значений 1 -

0,75%; 2 - 0,5%; 3 - 0,3%; 4 - 0,1% Ст = 0,01 % 1=100 м, 5=5 м2

газа в поступающей на участок газовоздушной смеси эффективность газопереноса при пульсирующем движении газовоздушной смеси растет, т.е. время разрушения скопления газа существенно (на порядок) уменьшается при снижении значений С^ от 0,3% до 0,001%. Это важно при проведении работ по ликвидации ЧС, где условие подачи газовоздушной смеси с предельно низким содержанием опасных или вредных газовых примесей следует считать основополагающим для обеспечения минимального срока ликвидации или эффективного предупреждения скоплений газа на участке с местными скоплениями.

Исследование взаимосвязи между временем разрушения скоплений метана /р и концентрацией Сдд при различной скорости движения воздуха в ГВиПС показало, что увеличение скорости потока снижает время разрушения скоплений. В результате математического моделирования также установлена взаимосвязь между временем разрушения и концентрацией газа в скоплении с учетом влияния статической депрессии, т.е. с учетом значений высотных отметок (угла наклона) на участке ГВиПС. Установлено, что с уменьшением угла наклона выработки эффективность режима пульсирующего движения газовоздушной смеси увеличивается.

В целом результаты математического моделирования подтверждают то, что управление параметрами РПВ посредством обеспечения их соответствующего соотношения (рациональный РПВ) даже при сложных технико-технологических и аэрологических условиях позволяет достичь требуемого ПБ состояния за время порядка 30 минут.

Результаты математического моделирования дали возможность перейти к решению задачи определения рациональных параметров режима пульсирующей вентиляции для предотвращения и ликвидации скоплений метана и определения конструктивных параметров пульсаторов для организации РПВ на угольных шахтах, т.е. при которых целесообразно применять РПВ для предотвращения возникновения местного скопления газа

(эксплуатационном режиме, когда См% имеет значение менее Сщк<1), и РПВ для ликвидации местного скопления газа (т.е. предаварийном режиме, когда См1 имеет значение Сцдк-1)-

Для каждого из указанных режимов разработаны соответствующие рекомендации по организации режима пульсирующей вентиляции в условиях угольных шахт.

На основании результатов моделирования влияния расхода воздуха пульсатора на время ликвидации ЧС (рис. 3, 4) при участии автора была разработана установка «Пульсатор» в виде модификаций «П1», «П2» и «ПЗ» для создания режима пульсирующего движения воздуха в ГВиПС. Разработанные устройства учитывают влияние определяющих факторов -расхода воздуха пульсатора при оптимальной частоте импульсов - на режим пульсирующей вентиляции и предусматривают их применение в различных типах ГВиПС, представленных в классификации условий возникновения местных скоплений по степени опасности. Все модели пульсаторов имеют оригинальные конструктивные решения (рис. 5, б), существенно сокращающие энергетические расходы на вентиляцию газообильных участков. На рис. 5 схематично представлен внешний вид установки для генерации РПВ, а на рис. 6 непосредственно схема самой установки «Пульсатор П1».

Для эффективного применения пульсаторов разработана методика для организации режима пульсирующей вентиляции, позволяющая получить оптимальный расход установки <2р при помощи выражения (10):

(Ю)

Для оценки экономического эффекта получена зависимость (11) для расчета избыточного расхода воздуха в ветви АО (расхода, добавляемого к расчетному расходу для создания необходимой скорости с целью разрушения местных скоплений).

я а

а" §■

Е

I

а Е

£ а о.

£

20

15

10

1 ------- -------

1 3

<—д 1 2 / 1

1 1 1 ♦ 0,75

<3„, м/с3

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Расход воздуха пульсатора, м 3/с

3,0

Рисунок 3. Зависимость времени разрушения

скопления газа от расхода пульсатора (См,=0%, Сш~0,75%, £-200м, 0,5 м/с): 1 - Сш=2%; 2 ~ Смз=5%; 3 - Сиз=50%;

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Расход воздуха пульсатора, и1/с

Рисунок 4. Зависимость времени разрушения

скопления газа от расхода пульсатора (СМ1=0,3%, С иг-0,75%, 1=100 м, У=0,5м/с): 1 - Сиз=2%; 2 - См1=5%; 3 - Смз~50%;

кп ОЛ« л'.015 ^-0,049.^0,004

Вьшолненная оценка безопасных условий эксплуатации генераторов РПВ в ГВиПС позволила определить и обосновать безопасные условия применения средств генерации режима пульсирующего проветривания с точки зрения влияния его на человека.

Значительная часть работы посвящена конструкторскому совершенствованию установки «Пульсатор П1» на стадии заводских (стендовых) испытаний, а также исследованию влияния работы пульсаторов различного типа на местные скопления СН4 в условиях шахт «Воркутинская» и «Заполярная» ОАО «Воркутауголь». Промышленные эксперименты подтвердили работоспособность установки, о чём говорит динамика изменения концентрации СН4 в замерных точках.

Направление движения воздуха из выпускных ' патрубков

Выпускные ' патрубки

Набор из шести ^сменных лопаток

__________Внутренний

пульсатора барабан

Рисунок 5. Схема узлов и направление движения воздуха в установке пульсатор П1

Воздух,

_поступающий ю

выработки в ВМП и — далее в пульсатор

Вентиляционный \ ВМП рукав'

Рисунок б. Схема размещения элементов установки для создания режима

пульсирующей вентиляции и направление движения воздуха в ней

Анализ эффективности применения пульсатора с механическим приводом (в конвейерном штреке (КШ) № 236-ю шахты «Заполярная») и «Пульсатора П1» (в КШ № 724-ю шахты «Заполярная»и К.Ш. № 524-ю шахты «Воркутинская» ) показал, что эффективность последнего значительно выше (рис 7).

2,5

6 2'°

I ,5

I 1,0

0,5

1 1 / У > 1 \

ч

3 4 5

Время работы пульсатора

1, мин

Рисунок 7. Изменение концентрации СН4 в местном скоплении при проведении натурных экспериментов: 1 - модель пульсатора барабанного типа с механическим приводом; 2 - пульсатор П1: 1=40м, ¥=0,9м/с, <2Р=0.84м3/с, 0=3,9м, 1=294°К, £>=8,83м3/с, АР=2 Па, 1 - СС„2=0,6%, 2 - Сш= Сш=0,2%

Оценка угрозы возникновения местного скопления в данных выработках при помощи чисел Рейнолъдса и Архимеда показала, что в данных условиях данная угроза существовала. Соответственно значения показателей равнялись 163333 и 2,354, и при обследовании ГВиПС были обнаружены участки с местными скоплениями, включая слоевую форму. На примере выработок с приблизительно одинаковыми параметрами при проведении экспериментов время разрушения слоевых скоплений установкой П1 составило 5-6 мин, а установки с механическим приводом - 8-9 мин. Полученные результаты подтвердили эффективность предложенного научного подхода к описанию процесса газопереноса при режиме пульсирующей вентиляции и вытекающих из такого подхода результатов.

В табл. 3 представлены результаты натурных наблюдений фактического времени разрушения скоплений СЩ Тф^, в различных условиях и на различных объектах, а также расчетные значения, Анализ этих

параметров показал, что среднеарифметическая погрешность между натурными данными и расчетными показателями не превышает 19%.

Таблица 3

№п/п - СЧ го 1Г1 45 г- 00 СЛ о - см сп 1—1 -ч- 1Л .—4 40

'факт. МИН V© ю .—1 о оо оо о 00 о о) оо те

Грасч, МИН 3,17 14,46 14,38 6,64 5,19 15,57 сч оГ 4,83 4,61 ! 3,23 112,59! 2,77 7,05 19,84, 9,89 4,83

Погрешность, % 20,8 чО о\ т—< о" 33,6 35,1 сч" <—I о" сч 23,2 19,3 25,9 30,8 б'П оо^ сГ 23,6 20,8 1

Среднеарифметическая погрешность ~ 19,0%

Сравнительная оценка эффективности применения двух модификаций установок (рис. 7) в различных условиях (П1 испытывался в более сложных для разрушения местного скопления параметрах) показала, что время разрушения установкой П1 составило 8-9 мин, а установка с механическим приводом не смогла разрушить скопления. Расчетное время разрушения в данных условиях ГВиПС при режиме пульсирующей вентиляции с

применением выражения (10) составило 2,4 мин и 5,8 мин, что соответствует показателям эксперимента. Учитывая, что время разгона установки П1 до уровня оптимальных показателей разрушения составляет 1,5+2 мин, несоответствие результатов теоретических и натурных исследований является незначительным.

Для исследования процесса влагопереноса в модели ГВиПС при пульсирующем движении воздуха проводилось сравнение влияния стационарного и пульсирующего воздушных потоков на влаго- и теплоперенос. Для этого эксперименты проводились в двух режимах: с работающим пульсатором (режим пульсирующего движения воздушного потока) и работающим вентилятором; с выключенным пульсатором (стационарным режимом движения воздушного потока) и работающим вентилятором. Полученные результаты свидетельствуют о более быстром высыхании образца при пульсирующем режиме движения воздуха, что указывает на большую интенсивность влагопереноса по сравнению со стационарным движением воздушного потока, а результаты указывают на увеличение интенсивности теплообмена при пульсирующем движении воздуха по сравнению со стационарным.

Выполненные исследования по оценке работоспособности и эффективности новой модели пульсатора и возможности применения ПВ для ликвидации и предупреждения ЧС по газовому фактору, а также по обеспечению охлаждения поверхностей и испарению с них влаги показали возрастание интенсивности тепло-массопереноса и перспективность развития научного направления «пульсирующая вентиляция».

Выполненные исследования на гидромодели позволили подтвердить результаты математического моделирования и в целом предложенный подход к описанию процесса газопереноса в ГВиПС по параметрам подобия.

Проведенный комплекс исследований позволил разработать рекомендации по рациональному применению режима пульсирующей вентиляции, наиболее важными из которых являются следующие:

1. Для оценки степени угрозы возникновения местных скоплений газов и обеспечения эффективными мероприятиями необходимо выполнять категорирование условий возникновения скоплений метана в ГВиПС по степени опасности согласно разработанной классификации.

2. Особое внимание необходимо обращать на ГВиПС с интенсивным газовыделением и малыми скоростями движения воздуха в них.

3. В выработках, имеющих большое сечение (более 12 м3), более склонных к формированию местных скоплений газов, необходима организация специального режима контроля (т.е. более частая проверка) наличия скоплений газов и своевременного принятия мер по их предупреждению или ликвидации.

4. Режим пульсирующей вентиляции следует применять в двух подрежимах: профилактическом - т.е. при СМз < ПДК, позволяющем предотвратить формирование местного скопления, и предаварийном - т.е. при Сш > ПДК, позволяющем разрушить сформировавшееся местное скопление газа;

Также разработаны рекомендации по рациональному применению средств генерации режима пульсирующей вентиляции, наиболее важными из которых являются следующие:

1. Генератор РПВ необходимо подбирать по оптимальному показателю расхода воздуха, который следует определять согласно разработанной методике расчета оптимального (минимально необходимого) расхода воздуха пульсатора.

2. Оптимальный расход воздуха пульсатора и оптимальную частоту импульсов 6+8 Гц следует задавать специальными устройствами — углами поворота разгонных лопаток в узле аэродинамического отбора мощности и сечениями выпускных патрубков.

Выполненные расчеты показали, что экономический эффект от внедрения установок «пульсатор» П1, П2, ПЗ на угольных предприятиях

будет исчисляться сотнями миллионов рублей и на несколько порядков превышать затраты на годовое содержание установки Ш с учетом того, что годовая стоимость эксплуатации одной установки составит для уровня цен и зарплаты 2005-2006 гг. порядка 400-450 тыс. руб. в год. Таким образом, экономический эффект на примере инцидента в лаве 822-юг пласта "Четвертого" шахты «Воркутинская» ОАО «Воркугауголь» от 13.01.02 г. при внедрении установки «Пульсатор П1», соответственно составит 308 млн. руб. с учетом всех составляющих затрат на момент ликвидации аварии и консервации участка. Кроме того, важно отметить, что аварийные участки на длительный срок выпадают из эксплуатации.

Выполненный объем теоретических, конструкторских и экспериментальных изысканий по решению комплекса задач по научному обоснованию метода пульсирующей вентиляции, разработке модели процесса газопереноса при режиме пульсирующей вентиляции, обоснованию и разработке средств предупреждения и ликвидации ЧС по газовому фактору в сочетании с полученными практическими результатами в естественных условиях газообильных ГВиПС позволяют утверждать, что возможно существенное повышение уровня безопасности труда на предприятиях горного профиля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научной квалификационной работой, изложено решение актуальной научной проблемы развития основ процесса газопереноса при пульсирующей вентиляции и разработки на .основе выявленных закономерностей средств аэродинамического предотвращения и ликвидации образования местных скоплений вредных и (или) опасных газов для предприятий горного профиля, внедрение которых снижает риск возникновения ЧС, обеспечивает безопасность труда как в штатных, так и в аварийных ситуациях и имеет важное социально-экономическое значение.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Разработана классификация условий возникновения местных скоплений газа на основании анализа большого числа вспышек и взрывов газа и причин их появления, позволяющая оценивать угрозу возникновения ЧС и обоснованно принимать решения о необходимости ликвидации негативного воздействия газового фактора на предприятиях горного профиля.

2. Доказана возможность ликвидации ЧС при реализации аэрогазодинамического разрушения местных и слоевых скоплений газа при режиме пульсирующей вентиляции на основе теоретического обоснования его параметров и результатов многолетних шахтных экспериментов.

3. Получено описание процесса аэродинамического предупреждения и ликвидации местных скоплений опасных и (или) вредных газов при пульсирующем режиме вентиляции в виде критериального уравнения, включающего числа Рейнольдса (Яе), Эйлера (Ей), Фруда (Рг), Галилея ((За) и Архимеда (Аг), показатели которых учитывают условия формирования скоплений динамически активных газов; из

представленных чисел определяющими являются числа Рейнольдса (Яе), Эйлера (Ей) и Архимеда (Аг).

4. Выявлены определяющие параметры аэрогазодинамического процесса предупреждения образования и ликвидации местных скоплений опасных и (или) вредных газов при режиме пульсирующей вентиляции. Установлено, что ими являются средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

5. Разработана математическая модель газопереноса при РПВ в ПВиПС,

отличающаяся от других моделей тем, что в ней учтено совокупное влияние средних значений концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с него воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа. Доверительный интервал вычислений - 98,5.

6. Выявлены зависимости влияния технических параметров пульсатора на

время разрушения местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции. Подтверждено, что оптимальной частотой импульсов для разрушения скоплений метана является диапазон от 6 до 8 Гц, а расход воздуха пульсатора следует разделить

по технологическому признаку сечения выработки на 3 диапазона: до 0,5 м3/с, от 0,51 до 1,5 м3/с, более 1,5 м3/с.

7. Установлены закономерности влияния определяющих параметров системы газовоздушный поток - пульсатор» на время ликвидации местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции ГВиПС.

8. Разработана методика определения рациональных значений определяющих параметров с учетом конкретных условий системы «горная выработка - газовоздушный поток - пульсатор», при которых невозможно образование скоплений газа и ликвидируются существующие при пульсирующей вентиляции.

9. Установлено, что применять метод газодинамического предупреждения и ликвидации местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции целесообразно при двух режимах - предаварийном (разрушение образовавшихся скоплений газа) и эксплуатационном (предупреждение образования скоплений газа). При этом эксплуатационным следует считать режим, когда Смз имеет значение менее СПдк<1, а предаварийным, когда Смз имеет значение Спдк5:1.

10. Определены оптимальные режимы генерации пульсирующей вентиляции и технические параметры пульсаторов, на основе которых впервые научно обоснованы и разработаны рекомендации по применению генераторов РПВ в ГВ.

Результаты исследований отражены в следующих публикациях автора:

1. Филин А.Э. и др. Разрушение скоплений метана методом пульсирующей вентиляции в условиях шахты «Заполярная» ОАО «Воркутауголь»// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2000.

7.-С. 24-25.

2. Филин А.Э. и др. Исследование состояния проветривания коммуникационных коллекторов в г. Москве// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2000. - № 7. - С. 61-63.

3. Филин А.Э. Проблемы метанобезопасности угольных шахт с точки зрения скоплений метана// Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М: МГГУ, 2001.- С. 43-44.

4. Филин А.Э., Калинин А.Р. Анализ состояния автоматизации мониторинга воздуха при использовании подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. -М.: МГГУ, 2001. - С. 28-30.

5. Филин А.Э., Черненко А.Ю. Перспективы развития области применения пульсирующей вентиляции // Горный информационно-аналитический бюллетень - 2002. - № 6. - С. 97-98.

6. Калинин А. Р., Филин А. Э. Инвестиции как экономический стимул использования подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2002. - С. 24-26.

7. Филин А.Э., Калинин А.Р. Экономические и технологические перспективы применения пульсирующей вентиляции в условиях подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ,

2003.-С. 53-54.

8. Филин А.Э. и др. Результаты шахтных испытаний установки «пульсатор П1» на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь»// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2004. - № 8. - С. 287-291.

9. Филин А.Э. Анализ причин и роста травматизма по газовому фактору// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2004. - № 8. -С. 294-296.

10. Филин А.Э. Проблемы автоматизации обеспечения безопасности горных предприятий// Горный информационно-аналитический бюллетень -

2004,-№8.-С. 297-299.

11. Калинин А. Р., Филин А.Э. Основные этапы применения системы экономического стимулирования при технологическом освоении подземного

пространства// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2004. С. 25-27.

12. Филин А.Э. Исследование влагопереноса на модели горной выработки при пульсирующем режиме проветривания// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2004. С. 75-77.

13. Филин А.Э. Анализ результатов исследования влагопереноса в условиях модели горной выработки при пульсирующей вентиляции// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. -М.: МГГУ, 2004. С. 77-79.

14. Калинин А. Р., Филин А. Э. Экономические инструменты развития горных предприятий в условиях мегаполиса // Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. работ. -Шахты: ЮРОАГН РФ, 2004. - Вып. 7. - С. 53-54.

15. Филин А.Э. Анализ исследований МГИ-МГГУ на гидромоделях// Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. работ. - Шахты: ЮРОАГН РФ, 2004. - Вып. 7. -С. 23-25.

16. Филин А.Э. Перспектива применения пульсирующей вентиляции в условиях газообильных шахт// Народное хозяйство республики Коми: Сб. науч. трудов. - Сыктывкар: СПК, 2005. - Том 3. - С. 131-136.

17. Филин А.Э. Повышение транспортирующих свойств воздушной струи методом пульсирующей вентиляции// Тезисы VII Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности»: Сб. науч. трудов. -Кемерово: КГТУ, 2005. - С. 88-90.

18. Филин А.Э., Зубков К.Б. Разработка электронной справочно-информационной программы по аэрологии и охране труда// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 61-65.

19. Филин А.Э., Смирнов С.С. Исследование городских коммуникаций и инженерных сетей по пылевому фактору// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню -2005.-С. 265-271.

20. Малашкина В.А., Филин А.Э. Исследование факторов, влияющих на газодинамический режим разрушения слоевых и локальных скоплений метана в подземных горных выработках угольных шахт.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 207-223.

21. Филин А.Э. Классификация горных выработок по степени опасности возникновения скоплений метана.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 223-229.

22. Филин А.Э. Механизм разрушения скоплений метана в горных выработках.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 2.29-238.

23. Филин А.Э., Рыбкина С.Т. Факторы влияющие на возникновение чрезвычайных ситуаций// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С. 192 -195.

24. Филин А.Э., Зубков К.Б. Разработка программы «Сигнализатор» для инженеров по технике безопасности и охране труда// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С. 182 -186.

25. Филин А.Э. Особенности газопереноса при пульсирующей вентиляции в условиях газообильных угольных шахт// Тематическое приложение «Аэрология» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С.69-84.

26. Филин А.Э. Рациональные параметры применения метода пульсирующей вентиляции в условиях газообильных горных выработок//

Тематическое приложение «Аэрология» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С. 85-89.

27. Филин А.Э. Метод расчета оптимальных параметров расхода воздуха в выработке и расхода устройства пульсатора для дезинтеграции скоплений метана в горных выработках угольных шахт. — г. Тула: Известия ТулГУ. Естественные науки. Серия: «Науки о земле», 2007. - Вып. 2- С. 301305.

28. Филин А.Э. Повышение эффективности предотвращения и ликвидации скоплений газа в горных выработках. - г. Люберцы: ФГУП «ПИК ВИНИТИ», 2008. - С. 1-272.

29. Филин А.Э. Об оценке степени опасности возникновения местных скоплений газа в горных выработках и подземных сооружениях (на примере метана).-Уголь, 2008,-Вып.№9-С. 10-11

30. Филин А.Э. Средства повышения эффективности проветривания газообильных горных выработок. - Горная промышленность, 2008. - Вып. №5-С. 56.

31. Филин А.Э., Кобылкин A.C., Слюнин М.А. Автоматизированная информационно-аналитическая система мониторинга состояния охраны труда и промышленной безопасности в организациях// Отдельный выпуск «Безопасность» Горного информационно-аналитического бюллетеня - 2008. -Вып. №6-С. 177-180.

32. Ушаков К.З., Филин А.Э., Сребный М.А., Азерская К.Ф., Соломахин А.Н. Устройство для проветривания горных выработок Пульсатор П1. Патент на изобретение № 2193666 от 27.11.02 г. -: М.: БИПМ, 2002-№33, часть 2. С. 289.

33. Филин А.Э., Соломахин А.Н. Устройство для проветривания горных выработок Пульсатор П2. Патент № 2301341 от 20.06.07г. - М.: БИПМ, 2007 - № 17, часть 3. С. 624.

Подписано в печать 29.05.2009 г. Формат 90x60/16 Объем 2.0 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № _

Отдел печати Московского государственного горного университета

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ МЕСТНЫХ СКОПЛЕНИЙ ГАЗОВ.

1.1 Анализ существующих методов предотвращения и ликвидации местных скоплений опасных газов

1.2 Анализ исследований в области предупреждения образования и ликвидации местных скоплений газа методом пульсирующей вентиляции.

1.3 Обоснование целей и задач исследований.

2. РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ МЕСТНЫХ СКОПЛЕНИЙ ГАЗА.

2.1. Анализ состояния метановой опасности угольных шахт.

2.2. Систематизация средств предотвращения и ликвидации местных скоплений газа в горных выработках и подземных сооружениях.

2.3. Технические средства создания пульсирующего режима вентиляции.

2.4. Условия возникновения местных скоплений газа в горных выработках и подземных сооружениях.

2.5 Классификация условий возникновения скоплений метана в ГВиПС по степени опасности—.

ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ МЕСТНЫХ СКОПЛЕНИЙ ГАЗА.

3.1. Анализ состояния исследований условий формирования и разрушения местных скоплений газа.

3.2. Исследование факторов, влияющих на газодинамический режим разрушения слоевых и локальных скоплений метана в подземных горных выработках угольных шахт.

3.3. Критериальное описание газодинамического режима предотвращения и ликвидации местных скоплений газа.

3.4. Исследование закономерностей изменения параметров газопереноса при пульсирующем режиме вентиляции.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕНОСА ПРИ ПУЛЬСИРУЮЩЕМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКИХ И ГАЗОВОЗДУШНЫХ СРЕД ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ПАРМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ.

4.1. Анализ опыта применения пульсирующего режима движения жидкостей и воздушного потока.

4.2. Эксперименты по изучению влияния пульсирующего движения воздуха на влаго- и теплоперенос в модели горной выработки.

4.3. Исследование влияния на процесс газопереноса работы пульсатора с механическим приводом в натурных условиях.

4.4. Обоснование конструктивных параметров генератора пульсирующего режима вентиляции - пульсатора барабанного типа с аэродинамическим приводом «Пульсатор П1».

ВЫВОДЫ.

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО РЕЖИМА ВЕНТИЛЯЦИИ

5.1. Описание конструкции пульсатора П1.

5.2. Краткое описание пульсатора дискового типа «П2».

5.3. Краткое описание пульсатора пневматического типа «ПЗ».

ВЫВОДЫ.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ

ВЕНТИЛЯЦИИ

6.1. Исследование безопасных условий работы генераторов пульсирующего режима вентиляции в горных выработках и подземных сооружениях.

6.2. Исследование влияния работы пульсатора барабанного типа с аэродинамическим приводом «Пульсатор П1»

6.2.1. Исследование влияния работы пульсатора барабанного типа с аэродинамическим приводом «Пульсатор П1» при заводских (стендовых) испытаниях.

6.2.2. Исследование влияния работы установки барабанного типа с аэродинамическим приводом «Пульсатор П1» в условиях шахты «Воркутинская» и «Заполярная» ОАО «Воркутауголь».

ВЫВОДЫ.

7. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В УСЛОВИЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ.

7.1. Область применения метода пульсирующей вентиляции.

7.2. Рациональные параметры предотвращения образования местных скоплений газа и их ликвидации в горных выработках и подземных сооружениях.

7.3. Рациональные параметры работы установки «Пульсатор П1» предотвращения образования местных скоплений газа и их ликвидации в горных выработках и подземных сооружения.

7.4. Метод расчета оптимальных параметров расхода воздуха в выработке и расхода пульсатора для дезинтеграции скоплений метана в горных выработках угольных шахт.

7.5. Оценка экономической эффективности применения пульсирующей вентиляции в условиях угольной шахты

7.6. Перспектива развития пульсирующей вентиляции.

ВЫВОДЫ.

Аварии, связанные со скоплением опасных и вредных газов, систематически проявляются на горных предприятиях, что приводит к чрезвычайным ситуациям (ЧС), нанося значительный материальный ущерб, и создает угрозу жизни и здоровью людей. В последние годы на угольных шахтах произошли крупные взрывы метана с гибелью от 50 до 110 человек и значительными материальными потерями. Особенно остро угроза ЧС по газовому фактору проявляется на угледобывающих предприятиях, где отмечается усложнение горно-геологических и технико-технологических условий эксплуатации горных выработок, сопровождающееся значительным газовыделением (СН4, С02).

Основной причиной подобных ЧС является формирование в горных выработках скоплений газов с опасными концентрациями — взрывопожароопасными и отравляющими. Основными методами борьбы со скоплениями вредных и опасных газов являются вентиляция горных выработок и подземных сооружений, направленная на поддержание допустимого содержания газа по всему их объему, и дегазация основных источников газовыделения. Однако вследствие неравномерного распределения газа возникают условия, при которых эти методы не позволяют ликвидировать причины возникновения ЧС. Применяемые в этом случае дополнительные средства предупреждения образования местных скоплений в виде направляющих щитков и парусов, рассеивающих сеток и вентиляционных труб имеют либо незначительную эффективность и малый радиус воздействия, либо сложные схемы монтажа в подземных условиях и не всегда учитывают условия формирования скоплений газов. Решение этой проблемы важно и для рудников, и для подземных объектов мегаполисов: коллекторов различного назначения, коммуникационных тоннелей, подземных путепроводов и ряда других городских объектов.

Анализ и оценка методов и средств борьбы со скоплениями газа показали, что решить эту проблему возможно при использовании пульсирующей вентиляции. Этот метод применим для всего спектра горнодобывающих предприятий и подземных сооружений, где возможно возникновение скоплений динамически активных газов, при решении задач по разгазированию.

Образование скоплений газов является сложным многофакторным процессом, который трудно поддается математическому описанию, позволяющему полностью учесть указанные факторы и применить его на практике для решения задачи предотвращения ЧС и обеспечения безопасных условий труда. Для решения этой задачи необходим инструментарий, позволяющий выполнять оценку условий возникновения скоплений газа, учитывать влияние факторов на процессы газопереноса при пульсирующей вентиляции. Сегодня отсутствуют теоретические основы для разработки средств генерации пульсирующей вентиляции с учетом влияющих факторов. Вследствие этого развитие научных основ, позволяющих создавать средства для ликвидации скоплений опасных и (или) вредных газов в горных выработках и подземных сооружениях как разновидности ЧС, является актуальной научной проблемой.

Целью работы является развитие теоретических основ процесса газопереноса в горных выработках и подземных сооружениях (ГВиПС) при пульсирующей вентиляции и создание соответствующих средств ликвидации опасных скоплений газа на горных предприятиях.

Основная идея работы заключается в выявлении и использовании закономерностей процесса газопереноса при пульсирующей вентиляции для определения параметров режима проветривания в газообильных ГВиПС и разработке на их основе технических средств, обеспечивающих ликвидацию угрозы ЧС по газовому фактору на горных предприятиях.

Основные научные положения, выносимые на защиту, состоят в следующем:

1. Ликвидация ЧС, связанных со скоплениями опасных и вредных газов на горных предприятиях, наиболее эффективна при использовании пульсирующего движения воздуха, позволяющего существенно повысить перемешивание газовоздушного потока в местах скопления газов в ГВиПС.

2. Оценку необходимости применения пульсирующей вентиляции следует выполнять на основе разработанной классификации условий формирования местных скоплений газов в ГВиПС по степени опасности.

3. Процесс формирования и разрушения местных скоплений газа при режиме пульсирующей вентиляции (РПВ) следует описывать критериальным уравнением, включающим числа Рейнольдса (Re), Эйлера (Ей), Фруда (Fr), Галилея (Ga) и Архимеда (Аг), из которых определяющими являются числа Рейнольдса (Re), Эйлера (Ей) и Архимеда (Аг);

4. Использование полученной регрессионной модели позволяет создавать эффективный РПВ, обеспечивающего оптимальные параметры дистанционного разрушения скоплений газов в горных выработках. Основными параметрами, определяющими режим газопереноса при пульсирующей вентиляции в системе «горная выработка - газовоздушный поток - пульсатор», описываемыми моделью, являются: средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

5. Закономерности газопереноса с учетом РПВ, полученные на основе моделирования, позволяют выявить связь времени разрушения местных скоплений tp с определяющими параметрами системы «горная выработка -газовоздушный поток- пульсатор».

6. Режим пульсирующей вентиляции в условиях ГВиПС необходимо формировать посредством специальных генераторов пульсаций, обеспечивающих необходимые частоту импульсов и расход воздуха (производительность).

7. Оптимальные параметры пульсатора для разрушения местных скоплений необходимо задавать на базе разработанной методики для определения оптимальной производительности пульсатора по воздуху с учетом впервые разработанных рекомендаций, что позволит повысить безопасность ведения аварийно-спасательных работ при разгазировании горных выработок.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены:

- представительным количеством лабораторных, стендовых и промышленных экспериментов по исследованию процесса предупреждения возникновения и разрушения сформировавшихся опасных скоплений метана в ГВиПС угольных шахт при РПВ (более 5000 измерений);

- репрезентативным объемом статистических данных по 14 показателям;

- высокими показателями доверительного интервала показаний математической модели - 98,5;

- сходимостью лабораторных, стендовых и промышленных данных с результатами теоретических исследований (отклонение не более 19%).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана классификация условий формирования местных скоплений газов в ГВиПС по степени опасности.

2. Получено новое теоретическое описание процесса газопереноса в критериальном виде для условий подземных ГВиПС, отличающееся учетом пульсирующего движения воздуха.

3. Установлены общие закономерности газопереноса при РПВ для газообильных ГВиПС, учитывающие взаимосвязь времени разрушения скоплений газа с определяющими параметрами газопереноса и параметрами технических средств ликвидации скоплений опасных и вредных газов для обеспечения безопасного ведения аварийно-спасательных работ.

4. Впервые выявлено совокупное влияние факторов системы «горная выработка - газовоздушный поток — пульсатор»: средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

5. Впервые научно обоснованы оптимальные технические параметры и режимы генерации импульсов установки для пульсирующей вентиляции, обеспечивающих разрушение местных и слоевых скоплений опасных и вредных газов.

6. Установлены рациональные параметры РПВ в условиях газообильных ГВиПС.

Научное значение диссертации состоит в выявлении закономерностей разрушения опасных скоплений газа при пульсирующей вентиляции и научном обосновании аэродинамических параметров РПВ при решении проблемы предотвращения и ликвидации скоплений вредных и опасных газов в газообильных ГВиПС и соответственно снижения риска возникновения ЧС по газовому фактору и поражения людей при ведении работ по разгазированию.

Практическое значение диссертации заключается в следующем:

- разработаны требования к средствам, генерирующим РПВ;

- предложены конструкторские решения по устройству генерации

РПВ;

- разработана методика расчета оптимального расхода воздуха установок «Пульсатор»;

- разработаны рекомендации по применению пульсирующей вентиляции в условиях шахт ОАО «Воркутауголь». Апробация работы

Основные результаты научных исследований, проведенных автором доложены и получили положительную оценку на: семинарах кафедры Аэрологии и охраны труда МГГУ (г. Москва, 1997-2007), на заседаниях секции «Проблемы Аэрологии и безопасности горных предприятий» научного симпозиума в рамках «Недели горняка» в МГГУ (г. Москва, 19982007), на семинарах и симпозиумах в рамках работы выставок «Промышленная безопасность» на ВВЦ (г. Москва, 2004), «Безопасность в промышленности» на ВВЦ (г. Москва, 2005), выставке «ИННОВ-2005» в ЮРГТУ (г. Новочеркасск, 2005), на 3-й межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2005), на международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2006)

Реализация выполненной работы. Основные результаты работы реализованы в виде опытно-промышленного образца установки «Пульсатор П1», руководства по применению установки «Пульсатор П1» на угольных шахтах Воркутского месторождения. Публикации

По теме диссертации опубликованы 33 работы, из них 17 в изданиях, рекомендованных ВАК, в том числе 2 авторских свидетельства. Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 7 разделов, заключения и 3 приложений, включает 76 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 112 наименований.

ВЫВОДЫ

Выполненные в данном разделе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Определена область применения режима пульсирующей вентиляции, генерируемого установками типа «Пульсатор П1».

2. Определены рациональные параметры предотвращения образования местных скоплений опасных и (или) вредных газов или их ликвидации в условиях горных выработок и подземных сооружений.

3. Определены рациональные параметры работы установки для предотвращения образования местных скоплений опасных и (или) вредных газов или их ликвидации в условиях горных выработок и подземных сооружений - «Пульсатор П1».

4. Получены укрупненные показатели экономической эффективности j при внедрении установок «Пульсатор П1» для реализации пульсирующей вентиляции при режиме аварийного разрушения скоплений газа и эксплуатационном режиме предупреждения их возникновения в условиях горных выработок и подземных сооружений.

5. Определена перспектива применения пульсирующего режима вентиляции на различных объектах народного хозяйства и дальнейших научных изысканий в данной области.

6. Получена зависимость для определения необходимого расхода метановоздушной смеси пульсатора.

7. Получена зависимость избыточного расхода воздуха системой общешахтного распределения метановоздушной смеси.

8. Разработан метод оптимального расчета расхода пульсатора при РПВ, позволяющий существенно снизить расходы воздуха по фактору местных скоплений метана и задать рациональные параметры работы установки для генерации пульсирующего режима вентиляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научной квалификационной работой, изложено решение актуальной научной проблемы развития основ процесса газопереноса при пульсирующей вентиляции и разработки на основе выявленных закономерностей средств аэродинамического предотвращения и ликвидации образования местных скоплений вредных и (или) опасных газов для предприятий горного профиля, внедрение которых снижает риск возникновения ЧС, обеспечивает безопасность труда как в штатных, так и в аварийных ситуациях и имеет важное социально-экономическое значение.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Разработана классификация условий возникновения местных скоплений газа на основании анализа большого числа вспышек и взрывов газа и причин их появления, позволяющая оценивать угрозу возникновения ЧС и обоснованно принимать решения о необходимости ликвидации негативного воздействия газового фактора на предприятиях горного профиля.

2. Доказана возможность ликвидации ЧС при реализации аэрогазодинамического разрушения местных и слоевых скоплений газа при режиме пульсирующей вентиляции на основе теоретического обоснования его параметров и результатов многолетних шахтных экспериментов.

3. Получено описание процесса аэродинамического предупреждения и ликвидации местных скоплений опасных и (или) вредных газов при пульсирующем режиме вентиляции в виде критериального уравнения, включающего числа Рейнольдса (Re), Эйлера (Ей), Фруда (Fr), Галилея (Ga) и Архимеда (Аг), показатели которых учитывают условия формирования скоплений динамически активных газов; из представленных чисел определяющими являются числа Рейнольдса (Re), Эйлера (Ей) и Архимеда (Аг).

4. Выявлены определяющие параметры аэрогазодинамического процесса предупреждения образования и ликвидации местных скоплений опасных и (или) вредных газов при режиме пульсирующей вентиляции. Установлено, что ими являются средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

5. Разработана математическая модель газопереноса при РПВ в ГВиПС, отличающаяся от других моделей тем, что в ней учтено совокупное влияние средних значений концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с него воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа. Доверительный интервал вычислений - 98,5.

6. Выявлены зависимости влияния технических параметров пульсатора на время разрушения местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции. Подтверждено, что оптимальной частотой импульсов для разрушения скоплений метана является диапазон от 6 до 8 Гц, а расход воздуха пульсатора следует разделить по технологическому признаку сечения выработки на 3 диапазона: до 0,5 м3/с, от 0,51 до 1,5 м3/с, более 1,5 м3/с.

7. Установлены закономерности влияния определяющих параметров системы газовоздушный поток - пульсатор» на время ликвидации местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции ГВиПС.

8. Разработана методика определения рациональных значений определяющих параметров с учетом конкретных условий системы «горная выработка - газовоздушный поток - пульсатор», при которых невозможно образование скоплений газа и ликвидируются существующие при пульсирующей вентиляции.

9. Установлено, что применять метод газодинамического предупреждения и ликвидации местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции целесообразно при двух режимах - предаварийном (разрушение образовавшихся скоплений газа) и эксплуатационном (предупреждение образования скоплений газа). При этом эксплуатационным следует считать режим, когда Смз имеет значение менее СПдк<1, а предаварийным, когда Смз имеет значение СцдК>1 .

10. Определены оптимальные режимы генерации пульсирующей вентиляции и технические параметры пульсаторов, на основе которых впервые научно обоснованы и разработаны рекомендации по применению генераторов РПВ в ГВ.

1. Быков JI.H., Ксенофонтова А.И. и др. Справочник по рудной вентиляции. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу. 1962. С. 16 -39.

2. Филин А.Э. Повышение эффективности предотвращения и ликвидации скоплений газа в горных выработках. г. Люберцы: ФГУП «ПИК ВИНИТИ», 2008.-С. 1-272.

3. Филин А.Э. н др. Исследование состояния проветривания коммуникационных коллекторов в г. Москве. Горный информационно-аналитический бюллетень- М.:МГГУ. 2000 №7- С. 61-63 г.

4. Лидин Г.Д. Проблемы рудничной аэрологии М.: Ротопринтный цех Института горного дела им. А.А. Скочинсого, 1967. С. 3-7,8.

5. Филин А.Э., Смирнов С.С. Исследование городских коммуникаций и инженерных сетей по пылевому фактору// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2005. - С. 265271.

6. Проскуряков Н.М. Ковалев О.В., Мещеряков В.В. Управление газодинамическими процессами в пластах калийных руд Книга. Москва : Издательство "Недра", 1988. Стр. 106- 107.

7. Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт М. : Недра, 1973. С. 87-108.

8. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях. М.: Наука, 1974. С. 78 - 80.

9. Лайгна К.Ю. Поттер Э.А., Суллакатко О.А. Элементы аэрогазодинамики шахт. Часть I. Расчет шахтных вентиляционных струй Книга. Таллин : Издательство "Валгус", 1986. С. 123-126.

10. ФилинА.Э. Механизм разрушения скоплений метана в горных выработках.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2005. - С. 229-238.

11. Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. М., Изд-во Моск. Ун-та, 1978. С. 94-101.

12. Скочинский А.А., Ходот В.В. Метан в угольных пластах Книга. -Москва : Углетехиздат, 1958. Стр. 5-6.

13. Дмитриев A.M. Куликова Н.Н., Бодня Г.В. Проблемы газоносности угольных месторождений Книга. Москва : Издательство "Недра", 1982. с. 120, 206, 230.

14. Мясников А. А., Рябченко А.С., Садчиков В. А. Управление газовыделением при разработке угольных пластов. М.: Недра 1987. Стр. 10.

15. Сластунов С.В. Управление газодинамическим состоянием угольного пласта через скважины с поверхности. М.:МГИ, 1991. С. 4-10.

16. Лидин Г.Д. и др. Управление газовыделением при проведении капитальных и подготовительных выработок. М.: ЦНИЭИуголь С. 7-9.

17. Дмириев A.M. и др. Опыт борьбы с газом в глубоких шахтах. М.: "Недра" -1989- С. 1,8,22.

18. Филин А.Э., Рыбкина С.Т. Факторы влияющие на возникновение чрезвычайных ситуаций// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2006. - С. 192-195.

19. Филин А.Э. Проблемы метанобезопасности угольных шахт с точки зрения скоплений метана// Проблемы большого города: Сб. науч. работ. М: МГГУ, 2001.-С. 43-44.

20. Мясников А.А., Носик М.И., Бугримов В.И. Улучшение газового режима угольных шахт. Кемеровское книжное издательство, 1977 стр. 3-10.

21. Патрушев М.А., Драницын Е.С. Проветривание высокомеханизированных лав Донецк : Донбас, 1974. С. 82 — 84.

22. Филин А.Э. Анализ причин и роста травматизма по газовому фактору// Горный информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2004. - № 8. - С. 294-296.

23. Тарасов Б.Г., Кол маков В. А. Газовый барьер угольнх шахт. М.: Недра, 1978. С. 5-15.

24. Сергеев И.В. Забурдяев B.C., Айруни А.Т. и др. Управление газовыделением в угольных шахтах при ведении очистных работ Книга. -Москва : Издательство "Недра", 1992. стр. 100-106.

25. Петросян А.Э. Исследование режимов газовыделения и разработка способов управления ими при больших скоростях подвигания забоев на современных и больших глубинах разработки М.: Ротапринтный цех Института горного дела им. А.А. Скочинского, 19.

26. Мясников А.А., Колотовкин Л.Д. Борьба с газом в очистных выработках шахт. Кемеровское книжное издательство 1975. Стр. 101-103.

27. Воронина Л.Д. Совершенствование способов проветривания выработок гидрошахт М.: 2-я типография Издательства АН СССР, 1963. С. 63-90.

28. Ефремов К.А. Дубов Г.П., Дьячков А.И. и др. Газообильность каменоугольных шахт Книга. Москва : Издательство "Недра", 1974. Стр. 197-203.

29. Морозов В.К., Тарасенко И.Ф. Снижение газовыделения в угольных шахтах Харьков : Техшка, 1972. С. 52-136.

30. Лидин Г.Д. Айруни А.Т., Клебанов Ф.С., Матвиенко Н.Г. Борьба со скоплениями метана в угольных шахтах Книга. Москва : Издательство "Госгортехнадзора", 1961. Стр. 125 - 127.

31. Филин А.Э. Средства повышения эффективности проветривания газообильных горных выработок. — М.: Журнал «Горная промышленность», . 2008. -Вып. №5-С. 56.

32. Бобров А.И. Борьба с местными скоплениями метанав угольных шахтах М.: Недра, 1988 С. 3-145.

33. Владимирский В.В. Расчет эквивалентных отверстий шахт и учет утечек воздуха. М.: 1-я типография Углетехиздата Министерства угольной промышленности СССР, 1954 С. 3-16.

34. Матвиенко Н.Г. Борьба с метаном в очистных забоях. (Из опыта применения рациональных схем проветривания) М.: Углетехиздат, 1958 С. 34-37.

35. Матвиенко Н.Г. Выделение природных газов при освоении рудных месторождений М.: Наука, 1988 С. 23-26.

36. Патрушев М.А. Самойленко Е.Я., Ус В.Н. Совершенствование проветривания угольных шахт Книга. Донецк : Издательство "Донбас", 1976. Стр. 5-8, 115-123.

37. Милетич А.Ф. Утечки воздуха в шахтах М.: Госгортехиздат, 1962. С. 72 -74.

38. Милетич А.Ф. Утечки воздуха и их расчет при проветривании шахт М.: Недра, 1968. С. 73 - 75.

39. Шашмурин Ю.А. Фильтрационные утечки рудничного воздуха -Ленинград : Наука, 1970. С. 37-38.

40. Терентьев Б.Д., Артемьев В.Б. и др. Выбросоопасноть и фильтрационные свойствами угольных пластов Ростов-на-Дону: Книга, 2002, С. 52,53.

41. Каратаев А.Ф. Определение типовых вариантов систем проветривания угольных шахт. М.:-Госгортехиздат 1962. Стр. 8 — 9.

42. Матвиенко Н.Г. Прогноз газопроявлений при разработке рудных месторождений М.: Наука, 1976. С. 12-14.

43. Филин А.Э. Об оценке степени опасности возникновения местных скоплений газа в горных выработках и подземных сооружениях (на примере метана). М.: Журнал «Уголь», 2008. - Вып. № 9- С. 10-11.

44. Воронина Л.Д. Багриновский А.Д., Никитин B.C. Расчет рудничной вентиляции Книга. Москва : Издательство "Госгортехиздат", 1962. Стр. 19 -20.

45. Якушин Н.П. Проветривание при проходке горных выработок большой длины М.: Углетехиздат, 1959. С. 3 - 5.

46. Ксенофонтова А.И. Бурчаков А.С., Орехов B.C., Ушаков К.З.

47. Проветривание подготовительных выработок большой протяженности в газовх шахтах Карагандинского угольного бассейна Книга. Москва : Типография Московского горного института им. И.В. Сталина, 1950.

48. Богомолов Н.А. Проветривание подготовительных выработок Сталино : облтипография, Университетская 2, 1959. С. 3-6.

49. Ксенофонтова А.И. Бурчаков А.С., Орехов B.C., Ушаков К.З.

50. Метановыделение и пылеобразование в подготовительных выработках большой протяженности шахт Карагандинского бассейна и расчет их проветривания Книга. Москва : Типография Московского горного инст.

51. Филин А.Э. Классификация горных выработок по степени опасности возникновения скоплений метана.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2005. - С. 223-229.

52. Красноштейн А.Е., Файнбург Г.З. Диффузионно-сетевые методы расчета проветривания шахт и рудников Екатеринбург : Уральский рабочий, 1992. С. 14-16.

53. Петросян А.Э. Закономерности характеризующие процессы газовыделений (метна) в горных выработках и их инженерное приложение

54. М.: Ротопринтный цех Института горного дела им. А.А. Скочинского, 1967. С. 6-1.

55. Ефремов К.А. Дубов Г.П., Дьячков А.И. и др. Газообильность каменоугольных шахт Книга. Москва : Издательство "Недра", 1974. Стр. 76-79.

56. Мясников А.А. Проветривание горных выработок пи новых способах выемки угля М. : Недра, 1966. С. 40 42.

57. Осипов С.Н. Управление метановыделением при различных скоростях подвигания очистного забоя М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1960. С. 58,59.

58. Васючков Ю.Ф. Подготовка газоносных угольных месторождений к разработке М.: Ротапринт Московского горного института, 1977. С. 6 — 1.

59. Слепых В.Ф., Вязниковцев Е.В. Прогнозный расчет вентиляционных систем рудников Алма-ата : Наука Казахской ССР, 1973. С. 20 — 23.

60. Абрамов Ф.А. Бойко В. А., Фролов Н.А. Моделирование вентиляционных сетей шахт Книга. Москва : Издательство "Госгортехиздат", 1961. С. 202-203.

61. Гуршев И.Г., Винокурова JI.A. Проветривания подземных выработок при эксплуатации дизельных машин. Алма-Ата.: Издательство «Наука», 1981.С. 116-118.

62. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов. М.: -Машиностроение, 1969. С. 3 — 8.

63. Лаврик В. Г., Кирик В. В, Малашкина В. А., Заславчик В. С. Расчет негерметичного газопровода шахтной дегазационной уста-новки с помощью ЭВМ. Киев : Техника, 1987.

64. Бай Ши-и. Турбулентное течение жидкостей и газов. М. : Изд во иностранной литературы, 1962. стр. 344 .

65. Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учебник для вузов. Москва : Недра, 1991. стр. 331.

66. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие / Пер. с англ. — 3-е изд. Ленинград : Химия, 1982. стр. 592.

67. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности М.: Издательство иностранной литературы, 1962. С. 22 — 23.

68. Лайгна К.Ю., Суллакатко О.А. Элементы аэрогазодинамики шахт. Часть II. Методы расчета проветривания сланцевых шахт Таллин : ЭК Бит, 1986. С. 26-28.

69. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. М. : Мир, 1985. стр. 520.

70. Аверин С. И., Минаев А. К., Швыдкой В. С. Механика жидкости и газа: учебник для вузов. Москва : Металлургия, 1987. стр. 304.70s. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Москва : Энергоиздат, 1981. стр. 417.

71. Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазодинамика М.: Недра, 1972 С. 47-51.

72. Абрамов Ф.А. Фельдман Л.П., Святный В.А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии Книга. Киев : Издательство "Наукова думка", 1981. С. 34 — 36.

73. Ушаков К.З. Моделирование по средней скорости потока Miskolc : Reprint. From publication of the technical university for heavy industry, 1987. C. 179-185.

74. Алехичев С.П., Пучков Л.А. Аэродинамика зон обрушения и расчет блоковых утечек воздуха Ленинград :Наука, 1968. Стр. 26 — 28.

75. Лайгна К.Ю. Расчет конвективно-диффузионного переноса газообразных примесей в горных выработках сланцевых шахт эстонской ССР. Таллин : Валгус, 1982 - С. 5-145.

76. Вассерман А.Д. Алехичев С.П., Максимов Е.Г. Методы оценки вентиляционных систем рудников'Книга. Ленинград : Издательство "Наука", 1974. Стр. 17,18.

77. Пэнкхерст Р., Холдер Д. Техника эксперимента в аэродинамических трубах М.: Издательство "Иностранной литературы", 1955 С.454-466.

78. Филин А.Э. Особенности газопереноса при пульсирующей вентиляции в условиях газообильных угольных шахт// Тематическое приложение «Аэрология» к Горному информ.-аналит. бюл. — М.:МГГУ, 2006. С.69-84.

79. Филин А.Э Анализ исследований МГИ-МГГУ на гидромоделях// Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. работ. Шахты: ЮРОАГН РФ, 2004. - Вып. 7. — С. 23-25.

80. Филин А.Э Анализ результатов исследования влагопереноса в условиях модели горной выработки при пульсирующей вентиляции// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. М.: МГГУ, 2004. С. 77-79.

81. Филин А.Э Исследование влагопереноса на модели горной выработки при пульсирующем режиме проветривания// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. — М.: МГГУ, 2004. С. 75-77.

82. Филин А.Э Рациональные параметры применения метода пульсирующей вентиляции в условиях газообильных горных выработок// Тематическое приложение «Аэрология» к Горному информ.-аналит. бюл. — М.:МГГУ, 2006. С. 85-89.

83. Ушаков К.З., Филин А.Э., Сребный М.А., Азерская К.Ф., Соломахин

84. А.Н. Устройство для проветривания горных выработок Пульсатор П1.

85. Патент на изобретение № 2193666 от 27.11.02 г. -: М.: БИПМ, 2002 № 33, часть 2. С. 289.

86. Филин А.Э., Соломахин А.Н. Устройство для проветривания горных выработок Пульсатор П2. Патент № 2301341 от 20.06.07г. М.: БИПМ, 2007 -№ 17, часть 3. С. 624.

87. Филин А.Э. и др. Разрушение скоплений метана методом пульсирующей вентиляции в условиях шахты "Заполярная" ОАО "Воркутауголь". Горный информационно-аналитический бюллетень М.гМГГУ. 2000 г., Т. №7- С-24-25.

88. Филин А.Э. и др. Результаты шахтных испытаний установки «пульсатор П1» на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь»// Горный информ.-аналит. бюл. М.гМГГУ, 2004. -№ 8. - С. 287-291.

89. Кафедральные отчеты за период с 1986 по 1991 года.

90. Бакиров У.Х. Пономарев Л.П., Налобин Д.П., Истомина Л.Д., Трапезникова Г.Д. Оптимизация пространственной структры схем проветривания рудников Книга. Свердловск : Цех №4 объединения "Полиграфист", 1971. Стр. 15-18.

91. Абрамов Ф.А. Тян Р.Б., Потемкин В.Я. Воздухораспределение в вентиляционных сетях шахт Книга. Киев : Издательство "Наукова думка", 1971. С. 95 -97.

92. Ксенофонтова А.И., Бурчаков А.С., Орехов B.C. Проветривание подготовительных выработок большой протяженности в газовых шахтах Карагандинского угольного бассейна. Москва : Типография Московского горного института им. И.В. Сталина, 1959 С. 3-15.

93. Бойко В.А., Кременчуцкий Н.Ф. Основы теории расчета вентиляции шахт М.: Недра, 1978. С. 166 - 184.

94. Патрушев М.А. и др. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт .- М.: Недра, 1975. С. 43-49.

95. Луговский С.И. Шкута Э.И., Ошмянский И.Б., Немченко А.А.

96. Совершенствование разработки и вентиляции рудников . Москва : Издательство "Недра", 1968 С. 151-196.

97. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт .М : "Недра"-1984 . С. 127-136.

98. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт 2-е изд. М.: Издательство МГГУ, 2004. С. 461-481.

99. Филин А.Э. Метод расчета оптимальных параметров расхода воздуха в выработке и расхода устройства пульсатора для дезинтеграции скоплений метана в горных выработках угольных шахт. г. Тула: Известия ТулГУ. Естественные науки. Серия: «Науки о земле», 2007.

100. Калинин А. Р., Филин А.Э. Основные этапы применения системы экономического стимулирования при технологическом освоении подземного пространства// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. М.: МГГУ, 2004. С. 25-27.

101. Калинин А. Р., Филин А. Э. Экономические инструменты развития горных предприятий в условиях мегаполиса // Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. работ. -Шахты: ЮРОАГН РФ, 2004. Вып. 7. - С. 53-54.

102. Филин А.Э. Перспектива применения пульсирующей вентиляции в условиях газообильных шахт// Народное хозяйство республики Коми: Сб. науч. трудов. — Сыктывкар: СПК, 2005. — Том З.-С. 131-136.

103. Филин А.Э., Калинин А.Р. Экономические и технологические перспективы применения пульсирующей вентиляции в условиях подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. — М.: МГГУ, 2003 .-С. 53-54.

104. Цой С., Рязанцев Г.К. Принцип минимума и оптимальная политика управления вентиляционными и гидравлическими сетями Алма-ата : Наука Казахской ССР, 1968. С. 144 - 145.

105. Поздняков Г.А. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий Справочник М.: Недра,,С. 18-23.

106. Поздняков Г.А. Теория и практика борьбы с пылью в механизированных подготовительных забоях М.: Наука, 1983. С. 38-41.

107. Калинин А. Р., Филин А. Э. Инвестиции как экономический стимул использования подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. М.: МГГУ, 2002. - С. 24-26.

108. Филин А.Э., Черненко А.Ю. Перспективы развития области применения пульсирующей вентиляции // Горный информ.-аналит. бюл. -М.-.МГГУ, 2002. № 6. - С. 97-98.

109. Филин А.Э., Зубков К.Б. Разработка программы «Сигнализатор» для инженеров по технике безопасности и охране труда// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2006.-С. 182-186.

110. Филин А.Э., Калинин А.Р. Анализ состояния автоматизации мониторинга воздуха при использовании подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. М.: МГГУ, 2001. - С. 28-30.

111. Филин А.Э., Зубков К.Б. Разработка электронной справочно-информационной программы по аэрологии и охране труда// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информ.-аналит. бюл. М.:МГГУ, 2005.-С. 61-65.

112. Филин А.Э. Проблемы автоматизации обеспечения безопасности горных предприятий// Горный информ.-аналит. бюл.: М.:МГГУ — 2004. № 8. - С. 297-299.