автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обоснование метода расчёта параметров вентиляции шахт на основе объёмного моделирования аэрогазодинамических процессов

На правах рукописи

.......

КОБЫЛКИН Сергей Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ НА ОСНОВЕ ОБЪЁМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.26.03 - "Пожарная и промышленная безопасность" (в горной промышленности)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 9 МАЙ 2011

Москва 2011

4847208

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный универ-

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор КАЛЕДИНА Нина Олеговна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КОВАЛЕВ Роман Анатольевич; кандидат технических наук ВЕРНИГОР Владимир Михайлович

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН (УРАН ИПКОН РАН), г. Москва

Защита состоится 25 мая 2011 года в л/ часов на заседании диссертационного совета Д-212.128.06 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, дом 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан 25 апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного спнртя

ситет»

на кафедре «Аэрология и охрана труда»

доктор технических наук

В.Н. Королева

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время горные работы идут на глубинах, где газовый фактор ограничивает интенсивность добычи: высокая газоносность пластов не позволяет использовать высокопроизводительное оборудование на полную мощность. Высокая производительность забоев не обеспечивается соответствующими инженерными решениями по схемам вентиляции и дегазации. Одной из причин, приведшей к такой ситуации, является отсутствие нормативно-методической базы проектирования систем метанобезопасности угольных шахт, поскольку в основе действующей методики расчета параметров вентиляционных систем лежат эмпирические зависимости прогноза газообильности, установленные при нагрузках на лаву, которые в десятки и сотни раз меньше, чем сегодняшняя производительность выемочных комплексов. Эффективность дегазации при проектировании, как правило, не рассчитывается, а декларируется. В результате достоверность расчетов при такой ситуации недопустимо низка.

С учетом того факта, что взрывы метана, сопровождающиеся взрывами угольной пыли или подземными пожарами, характеризуются катастрофическими последствиями как в социальном плане - по массовому смертельному травматизму, так и с точки зрения материального ущерба - вплоть до потери месторождения, для создания метанобезопасных подземных горных систем обоснование метода расчёта параметров вентиляции современных шахт на основе трехмерного моделирования процессов аэрогазодинамики является актуальным.

Цель работы - обоснование метода расчета параметров вентиляции высокопроизводительных газообильпых угольных шахт, обеспечивающего детальный прогноз распределения газа в горных выработках и выработанных пространствах на основе объемного моделирования аэрогазодинамических процессов, для повышения метанобезопасности горных работ.

Основная идея заключается в использовании в качестве виртуального аналога подземных аэрогазодинамических систем многофакторной математической модели, численное решение которой позволит учесть в совокупности влияние основных горногеологических и горно-технологических факторов для определения рациональных параметров вентиляции шахт, обеспечивающих их метанобезопасность.

Методы исследования. При выполнении данной работы применялись

следующие методы исследования:

- анализ и обобщение результатов исследований, выполненных другими авторами;

- математическое моделирование процессов вентиляции шахт;

- шахтные эксперименты и натурные измерения;

- компьютерное моделирование на основе метода конечных объемов;

- математико-статистическая обработка результатов шахтных наблюдений.

Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна.

1. При скорости подвигания очистных забоев более 5 м/сут абсолютная газообильность возрастает экспоненциально с ростом природной газоносности, скорости подвигания и длины лавы; относительная газообильность при этом снижается.

2. Величину «газового барьера» - нижнюю границу газообильности, соответствующую максимальной пропускной способпости вентиляционной системы участка по газу, следует определять исходя из схемы проветривания, длины лавы и скорости подвигания очистного забоя.

3. Использование эмпирических многофакторных детерминированных зависимостей не обеспечивает необходимой точности расчетов параметров вентиляции очистных и подготовительных забоев, для этих целей целесообразно использовать виртуальные аналоги объектов проветривания, позволяющие системно учесть факторы в их взаимодействии.

4. Многофакторная математическая модель аэрогазодинамических процессов, разработанная на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса для реальных газов, замыкаемая уравнениями неразрывности и сохранения энергии, дополняемая дифференциальным уравнением диффузии и законом Дарен в общей форме, адекватно описывает конвективную диффузию в стратифицированных потоках в горных выработках и в выработанном пространстве и может использоваться для расчета параметров аэрогазодинамики при проектировании систем вентиляции шахт, опасных по газу.

5. Разработанный методологический подход к проектированию вентиляции шахт на основе моделирования аэрогазодинамических процессов позволяет

обоснованно рассчитывать рациональные параметры управления газовыделением, обеспечивающие минимальный риск загазирований.

Достоверность полученных выводов и результатов подтверждается достаточным объемом и представительностью статистической выборки; удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с шахтными замерами (погрешность не превышает 15 %) и их соответствием общепризнанным теоретическим представлениям и натурным наблюдениям.

Научное значение диссертационной работы состоит в обосновании нового методологического подхода к проектированию вентиляции высокопроизводительных газообильных шахт на основе объемного компьютерного моделирования подземных аэрогазодинамических систем, обеспечивающего возможность создания виртуальных аналогов проектируемых объектов для выбора безопасных по газовому фактору параметров и режимов проветривания и управления газовыделением в подготовительных забоях и выемочных участках.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработана методика определения величины «газового барьера» для условий мощных, пологих, высокогазоносных угольных пластов шахт Кузбасса, ограничивающего производительность выемочного оборудования, которая учитывает природную газоносность, скорость подвигания очистного забоя и длину лавы;

- разработана методика, позволяющая на основе использования разработанных моделей подземных аэрогазодинамических систем выполнять прогноз и анализ газодинамических ситуаций в горных выработках и в выработанном пространстве для выбора рациональных технических решений по управлению газовыделением как при оперативном планировании развития горных работ и реконструкции, так и при разработке проектов вновь строящихся шахт, что обеспечит существенное повышение метанобезопасности при высоких нагрузках на очистные и подготовительные забои.

Реализация. Результаты работ были использованы при обследовании состояния проветривания шахты «Эстония» компании Eesti Energía Kaevandused (Эстония) и разработке рекомендаций по реконструкции ее вентиляционной системы при доработке запасов шахтного поля. Данные численного моделирования предполагается использовать при планировании горных работ, что по-, зволит оптимизировать проветривание горных выработок шахты.

Апробация. Основное содержание и отдельные положения диссертационной работы докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008, 2009, 2010, 2011); на научных семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда» (МГГУ), на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (НТТМ) (Москва, 2008), на 6 Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» УРАН ИПКОН РАН, 2009, на Экспертном совещании «Гуманитарные и социальные проблемы обеспечения безопасности горнодобывающих регионов» (Новокузнецк, 2010), на научно-техническом совете шахты «Эстония» компании Eesti Energía Kaevandused, (Эстония, 2010).

Работа выполнена при поддержке программ «Участник молодежного научно-инновационного конкурса «УМНИК», Государственного контракта №7454р/10247 от 29.01.2010, международного гранта Dora Евросоюза.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ (в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК России).

Объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 60 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 137 наименований источников, 4 приложения.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Н.О. Калединой, сотрудникам кафедры «Аэрология и охрана труда» МГГУ, сотрудникам института «Гипроуглеавтоматизация» и Центрального штаба ВГСЧ угольной промышленности за содействие и методическую помощь.

Основное содержание работы

Основные задачи в проблеме обеспечения метанобезопасности горных работ были определены A.A. Скочинским и М.М. Протодьяконовым. Решению различных вопросов управления аэрогазодипамикой выемочных участков посвящены работы JT.A. Пучкова, А.Т. Айруни, В.А. Бойко, A.C. Бурчакова, Н.О. Калединой, Ф.С. Клебанова, Е.А.Колесниченко, В.А. Колмакова, И.Е. Колесни-ченко, Н.Г. Матвиенко, A.A. Мясникова, Д.Ю. Палеева, М.А. Патрушева, Р.Б. Тяна, Б.Д. Терентьева, К.З. Ушакова и других авторов.

В результате проведенного в работе анализа литературы в области математического моделирования конвективной диффузии стратифицированных потоков в горных выработках показано, что развивалось два направления иссле-

дет а кий процессов вентиляции: одно направление в области исследования газовой динамики горных выработок (К.З. Ушаков, А.А. Мясников, К.Ю. Лайгна, А.А. Бакланов и др.); и второе направление - в области исследования аэрогазодинамических процессов в выработанных пространствах (Л.А. Пучков, И.О. Каледина, Ф.С. Клебанов, В.А. Колмаков, В.М. Милетич, Д.Ю Палеев, Л.А. Шевченко и др.). Следует отметить, что все исследования проводились в условиях, значительно отличающихся от современных. Особую актуальность приобретает вопрос создания и решения многофакторной математической модели, позволяющей исследовать и определять рациональные параметры проветривания подземной системы горных выработок и выработанного пространства в условиях высокой производительности очистных забоев.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведение анализа причин аварий, связанных со взрывами и вспышками метановоздушной смеси на угольных шахтах Российской Федерации за последние десятилетия для выявления основных факторов риска взрывов метана и оценка опасности схем проветривания.

2. Изучение влияния основных горногеологических и горно-технических факторов на величину «газового барьера».

3. Разработка многофакторной математической модели выемочного участка как сложной аэрогазодинамической системы, включающей горные выработки и выработанное пространство с протекающими в них аэрогазодинамическими процессами, и определение краевых условий при различных горногеологичсских и горно-технических параметрах.

4. Обоснование инновационного методологического подхода к проектированию вентиляции на основе прогноза аэрогазодинамических параметров выемочных и подготовительных участков угольных шахт с использованием компьютерного моделирования.

5. Разработка методики определения рациональных параметров элементов шахтной вентиляционной системы на основе использования компьютерного моделирования для обеспечения высокой эффективности управления мета-новыделением.

Анализ статистических данных взрывов и вспышек метана показал что, их количество в Российской Федерации (рис. 1) на протяжении последних деся-

ти лет остается в среднем постоянным, а количество погибших и травмированных и тяжесть последствий растут.

Рис. I, Количество взрывов и количество погибших связи с этим горнорабочих в РФ

Из общего числа аварий 76 % произошли в Кузбассе. На сверхкатегорий-ных и опасных по внезапным выбросам угля и газа шахтах произошло 82 % аварий. На основании анализа выполнено ранжирование типовых схем проветривания по степени опасности с точки зрения взрывов метана (рис. 2). Наиболее опасными являются комбинированные схемы проветривания с применением газоотсасывающих установок, общая доля взрывов при данном типе схем составила 35 %.

Изучение влияние горногеологических и технологических параметров на метановыделение проводилось для условий четырех шахт Кузбасса с применением методов математической статистики. В результате регрессионного анализа были получены следующие зависимости, графики которых приведены на рис. 3. Исследовалось влияние на абсолютное метановыделение выемочного участка следующих факторов: скорости подвигания очистного забоя, длины лавы, сечение очистного забоя, природной метаноносности пласта. В результате анализа были получены следующие зависимости:

1998 1009 20С0 2001 2002 2003 2004 2005 ЗООЯ 2007 200В 2009 2010 год

I I Количество взрывов

Количество погибших

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

'...... 6-10

№ п. п.

Принятое обозначение

Типовые схемы проветривания

Количество взрывов и вспышек

2 1-К-Н-н-вт

13/19,5%

5 1-М-Н-н-вт

6 / 9%

7 З-В-Н-г-пт

2 / 3%

1-М-Н-в-вт сГОУ

24/35%

3 1-К-Н-в-вт

10/15%

З-В-Н-н-пт

Н /12%

6 1 -К-Н-г-вт

3 / 4,5%

Рис. 2. Ранжирование типовых схем проветривания горных выработок выемочных участков по степени их метаноопасности

где /уч.ф - абсолютное метановыделение выемочного участка, м3/мин; А - суточная нагрузка на очистной забой, т/сут; лспр - природная метаноносность пласта, м3/т; 5 - площадь сечения очистного забоя, м2; 703. - средняя скорость подвига-ния очистного забоя, м/с; Ь0 % - длина лавы, м.

Из полученных результатов следует, что определение абсолютной мета-нообильности по эмпирическим зависимостям в настоящее время затруднительно, так как она представляет собой сложную функцию большого ряда постоянных и переменных величин.

В результате теоретического анализа была получена зависимость, увязывающая относительную газообильность и максимально допустимую нагрузку иа лаву:

864 ¿>Ка

' 0.3./ 0,3.

где Ув - скорость движения воздуха в лаве, м/с; Ь - ширина очистного забоя, м; у- объемный вес угля, т/м\

Полученные зависимости позволяют определить допустимую по газовому фактору нагрузку с учетом длины лавы.

Данные зависимости отражают соотношение усредненных значений интегральных параметров, но не дают представления о динамике распределения концентраций газа и возможности образования скоплений. Поэтому предлагается новый подход к расчету параметров вентиляции на основе объемного моделирования аэрогазодинамических процессов.

С этой целью разработана многофакторная математическая модель, основанная на классических дифференциальных уравнениях, описывающая конвективную диффузию стратифицированных потоков реальных газов в горных выработках и в прилегающем к ним выработанном пространстве.

Основой теории вязких течений в подземной аэрогазодинамической системе являются уравнения Навье - Стокса, осредненные по Рейнольдсу:

т Т? Г7 д

дх, , , _

^. (7)

где ц — коэффициент динамической вязкости, р - плотность газа, и - скорость потока, р - давление, Г - массовые силы, д\{ - символ Кронекера.

(щ дсО 2 5 дЦк

И к + —- ЗХ; 1 -- 3

сечение очистного забоя, мг

5 ?

ча Э

а Л

~~-Г — -------

4 \ »■

------ 3 -

----- -----

2 N 1

О 500О 1С000 15000 20000 25000 ЗОСОО 35000 40000

суточная нагрузка на очистной забой, т/сут 1) —- Хпр.'5м.куб/т 2) —Хпр.-10м.ку6/т 3)—» Хр. * 15 м.куб/т 4)—~-Хпр.*20м.нуб/т

В)

® 60 1 1

I I

§

5 а4

с 40

и о

¡■да

а

20

2 А 6 В 10 12 скорость подвигания очистного забоя, м/сут

Рис. 3. Графики зависимостей абсолютной метанообильности участка: а) - от площади сечения очистного забоя; б) - от природной метаноносности пласта; в) - от скорости подвигания очистного забоя

Уо.з," 1,15м/сут Уо.з.= 3 м/сут

-О • И7.Г» 4я/ст *

О 10 20 30 40 50 60 70 «в 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 газообшьность очистного забоя, м*/т

Рис. 4. К определению максимально возможной длины очистного забоя в зависимости от количества выделяющегося метана из разрабатываемого пласта при различных скоростях подвигания забоя У„.% Для замыкания уравнений Навье-Стокса, используется уравнение неразрывности, в общем виде для сжимаемых газов в Эйлеровом представлении:

5р ТТдр т,др тдр ,ди дУ ■

Э? дх . ду & дх ду дг

(8)

Применение первого закона термодинамики к жидкости, протекающей через бесконечно малый фиксированный объем, приводит к уравнению сохранения энергии вида:

М, .г, гтг^

ы ы

(9)

где Е1 - полная энергия едщшцы объема, Уд - тепловые потери.

Для математического моделирования добавочных напряжений использована стандартная модель к-е.

Пористая область задается изотропной моделью потерь и моделью направленных потерь, в общем виде записываемой в виде нелинейного закона Дарси:

.Ф.

дх,

(10)

репп

где £регт - коэффициенты проницаемости, К^ - коэффициент потерь, учитывающий макрошероховатость пористой среды.

10

В общем виде постановка задачи исследования в работе распределения воздуха в подземной азрогазодинамической системе определяется как задача отыскания неизвестных функций (скорости, давления и концентрации):

V=/(х,у4 Р=<р{х,у4 С=С{х,у4 (11)

Поскольку потоки воздуха в выработках являются турбулентными, в работе используется параболическое уравнение рассеяния примесей в атмосфере с учетом правила осреднения по Рейнольдсу: дС [ д{си) | д(СУ) ^ д(ОУ) _ 8

81 дх 8у дг 8х

дг{ " " м дг) 71 _

где С, и, V, IV,/{ и/2 соответственно усредненные по времени значения концентрации, компонент скорости по осям координат, функции описывающие источник и сток, £>м - коэффициент молекулярной диффузии.

В создаваемой модели рассматриваемые газы (воздух и метан) являются не идеальными, для определения их давления используется уравнение состояния Редлиха-Квонга:

Р = __2_

у.-ь гХ(Ут+Ь)^ 03)

где Т- температура, Яо - универсальная газовая постоянная, Ут - мольный объём, а н Ь параметры, зависящие от критической температуры (Г*) и давления (Рк) газов.

Для решения математической модели задаются краевые условия протекания процесса переноса в начальный момент времени и на границах потока, а также трехмерная геометрическая форма области течения потока. Разработанная модель включает в себя большое количество определенных в работе физических и технологических параметров и констант, ранее не учитываемых при проектировании вентиляции (табл. 1).

Решение модели производится путём применения численного метода, основанного на конечно-объёмном методе решения уравнений аэрогазодинамики. В результате решения многофакгорной математической модели определяются характеристики потока, относящиеся к конечным объёмам. Методика расчёта реализована в программном комплексе Ашув.

и

Табл. 1. Постоянные параметры, их величина и размерность, учитываемые в математической модели__

№ Наименование параметра Обозначение Принятое значение Единицы измерения

1 Значение критической температуры для метана Тс,и 190,7 °К

2 Значение критической температуры для воздуха fjimijtyr 1к 132,3 °К

3 Значение критического давления для метана К"' 47,2 кг/см2

4 Значение критического давления для воздуха рчампс 82,3 кг/см2

6 Мольный объём метана ' m 22,380 м3/кмодь

7 Мольный объём воздуха ymtiyx 22,398 м3/кмоль

8 Молярная масса метана Мс"< 16,043 г/моль

9 Молярная масса воздуха М"аЛу' 28,960 г/моль

10 Плотность газовой фазы метана (при о "С я 101,3 хПа) Pi"' 0,717 кг/м3

11 Плотность воздуха (при о°си 101,3 кПа) Р™ 1,293 кг/м3

12 Относительная плотность газа воздуха /С 0,5544 кг/м3

13 Относительная плотность газа метана ¿сг 1 кг/м3

14 Удельная теплоемкость метана (при о °с и постоянном давлении) 2,171 кДж/кг°С

15 Удельная теплоемкость воздуха (при о°Си постоянном давлении) «oiàyx S 1,008 кДж/кг°С

16 Удельная теплоемкость метана (при о °с и постоянном давлении) гсн4 vv 1,655 кДж/кг °С

17 Удельная теплоемкость воздуха (при о °с и постоянном давлении) toUyx V 0,718 кДж/кг°С

18 Динамическая вязкость метана (газовая фаза) M*1 102,99-Ю'7 Пас

19 Динамическая вязкость воздуха шядух И 171,79-Ю"7 Пас

20 Кинематическая вязкость метана Ve"' 14,71-Ю"6 м2/с

21 Кинематическая вязкость воздуха 13,5 610"6 м2/с

22 Постоянная Кармана К 0,41 -

23 Коэффициент диффузии воздуха в метан, метана в воздух M 0,196 см2/с

25 Константа турбулентной модели к-Е с 0.085 -

26 Константа турбулентной модели к-£ Г eïJtNO 1,68 -

27 Интенсивность турбулентности e 0,065 м2/с3

28 Константа турбулентной модели к-е ^s-RNG 0.7179 -

29 Константа турбулентной модели к-£ PRNG 0.012 -

30 Средняя величина выступа шероховатости К 0,002 м

33 Толщина пограничного слоя s 0,05 м

34 Коэффициент проницаемости для вязкой жидкости потерь (учитывающий проницаемость пористой среды) k perm 0,4 105 м2

35 Коэффициент потерь (учитывающий макрошероховатость пористой среды) ^loss 0,2 105 м-1

Для создания математической модели диффузионно-фильтрационного движения рудничного воздуха в горных выработках и в выработанном пространстве были обоснованы и определены параметры, учёт которых необходим для снятия ранее вводимых допущений, упрощающих описание процесса, но приводящих к росту погрешности расчетов, что существенно влияет на оценку

метанобезопасности шахты. Сравнительный анализ преимуществ предлагаемой модели приведен в табл. 2.

Табл. 2. Сравнение допущений__

№ Вводимое ранее допущение В данной работе

1 Выбирают систему координат, у которой ось Ох направлена вдоль выработки по потоку, ось Оу - перпендикулярно кровле При численном решении используются трехмерные модели, расположение осей координат которых задается в краевых условиях по усмотрению

2 Поток воздуха принимается плоским, то есть Уу = Уг = 0, скорость вдоль потока постоянна При создании математической модели и ее решении исследуются потоки воздуха во всех плоскостях

3 Обычно рассматривают поток, ограниченный почвой и кровлей, на который борта выработки не оказывают влияния (удалены в бесконечность) В краевых условиях и при численном решении разработанной математической модели учитывается влияние кровли, почвы и бортов выработки на движение метановоздушной смеси. А также в математической модели задается средняя величина выступа шероховатости

4 Диффузионный перенос вдоль потока пренебрежимо мал по сравнению с конвективным, то есть молекулярным переносом пренебрегают В математической модели учитывается коэффициент молекулярной диффузии

5 Рассматривают случай газовыделения только с одной поверхности горной выработки (газовыделение происходит из почвы или кровли) и направление переноса газа к бортам горной выработки отсутствует В математической модели и при ее численном решении газовыделение может задаваться с любой поверхности. Исходя из поставленных целей возможно задавать одновременно несколько поверхностей газовыделений

6 Принимают, что коэффициент турбулентной диффузии не зависит от координат. Такое предположение соответствует принятию однородной структуры турбулентности в выработке, в то время как фактически она существенно неоднородна Коэффициент турбулентной диффузии зависит от координат

7 Принимают, что диффундирующий газ - пассивный. В этом случае коэффициент диффузии и скорость потока не зависят от концентрации В математической модели принимаются реальные газы по модели Редлиха-Квонга.

8 Принимают, что потоком расширения можно пренебречь, Данное пренебрежение не приводит к заметным погрешностям только в активно проветриваемых горных выработках Поток расширения учитывается в математической модели и при ее численном решении

9 Рассматривают случаи отсутствия источников (стоков) газа В математической модели рассматривается наличие источников и стоков газа, также они учитываются при численном решении

Проверка адекватности математической модели и ее численного решения выполнялась путём сравнения результатов расчёта с натурными данными.

13

Натурные исследования и моделирование процессов вентиляции проводились для камерных блоков большой протяженности сланцевой шахты «Эстония» (рис, 4). Расхождение результатов численного решения и замеров составили менее 15 %.

velocity и Contour 1

'tOUf i —'— — -/lilt 1 — — ' ' t

0 084 J \ / /' \ ;

0051 .ft®,,-., air / ■ UV ."Л- \\ '

I 1 i ■■ ii. ■ ■

■

0017 -0.017 -0 051 -0085 -0.118 -0 152 ■0.186

»

ЛОЗ.£.-" 1 i „й® г '. Г 1... . / t

0,0$ 7 1 \ r-I

\v / \ V

.»0.02 '¿ш \

■ ' .-^V'V' '■ К :;t.'

.. . i i

■0.1/ 1 I ! S I ®in/li'

0,00

[гп _____Изолинии скорости движения воздуха, Место измерение и значение

результаты численного решения скорости движения воздуха

Рис. 4. Результат численного моделирования и шахтных экспериментов в межцелико-вом сечении камерного блока 1210

Натурные исследования в подготовительных забоях проводились на шахтах «Осинниковская» и им. С.М. Кирова. Характерной особенностью структуры течения метановоздушной смеси в проходческих забоях является наличие зон с пониженными скоростями и застойными зонами, со скоростями менее 0,01 м/с, в местах за комбайном и на определенных расстояниях от груди забоя в зависимости от скорости движения поступающей свежей струи и от отставания вентиляционной трубы от забоя. Проведённые расчёты но предлагаемому методу показали возможное наличие скоплений метана при интенсивном его выделении в застойных зонах, а также за вентиляционным трубопроводом, что подтвердилось натурными исследованиями (рис. 5).

Результаты объемного моделирования аэрогазодинамических процессов выемочного участка проводились для условий лавы 24-54 шахты им. С.М. Кирова. Сравнение полученного решения с данными натурных экспериментов показало достаточно точность (погрешность 5-12 %). Для условий пласта Болды-ревский были получены коэффициенты проницаемости и потерь для выработанного пространства т ~ 0,4 105, = 0,2 105). При моделировании отдельно рассматривалось влияние геометрии секций крепи на скорость движения воздуха. Также исследовалось движение метана в плоскости сечения лавы

(продольными и поперечными газовоздушными съемками). Было установлено, что часть метана вдоль кровли мигрирует в выработанное пространство, при наличии зазоров между секциями крепи и высокой проницаемости выработанного пространства, помимо утечек, возможны подсосы метановоздушной смеси в призабойное пространство.

Рис. 5. Расчетная модель проходческого забоя (а) с распределением метана (б) и скорости движения воздуха (в) по горной выработке

Результаты шахтных экспериментов и численного решения задачи анализа распределения воздуха на выемочном участке лавы 24-54 шахты им. С.М. Кирова (рис. 6 и 7) позволяют сделать вывод о достоверности полученных результатов. Таким образом предлагаемый подход обеспечивает возможность расчета величины утечек воздуха и распределения метана в выработанном пространстве в зависимости от технологических и горно-геологических парамет-

Проходческий комбайн

Изолинии скорости движения воздуха

I 7'900

I I 6.584 I , 5.268 '| 3.952 2.636;

%: 1.32*1 |

т 0.005

м/с 1

Вентиляционный

ров, таких как расход воздуха, применяемый тип крепи, длина лавы, газоносность пласта, тип вмещающих пород и др.

В основе предложенного подхода к расчёту параметров вентиляции шахт лежат: сбор и формирование базы исходных данных, задание начальных и граничных условий, численное решение многофакторной математической модели процессов конвективной диффузии в рудничной атмосфере горных выработок и в выработанном пространстве по всей области течения газовоздушной смеси. В результате создаётся компьютерный аналог изучаемого объекта - проходческого или выемочного участка (рис 8). Изменяя его параметры, можно определить безопасные, экономически рациональные и оптимальные режимы вентиляции всех элементов шахтной вентиляционной сети - как в штатных, так и в нештатных ситуациях.

Воздухоподающая печь 25-54

Секция крепи №10

Чтуч^Ч\ЧЛ^\Ч\Л^ Изолинии, полученные 0 07 Мес

2 87— Место измерения и результат врсзультате численного расчета * ' шахтных измерений

Рис. 6. Изолинии движения воздуха в очистном забое 25-54 шахты им. С.М. Кирова

16

Q, м3/мин КСр„ м/с 1600 т 4,01

3,7

1400 - 3,5

1200 -к 3,0Л

II ill-Z

WOO"1 2,5

Средняя скорость движения воздуха

—Расход воздуха

Результаты моделирования по расходу воздуха

: 2,2 800 4- 2,0-

600 + 1.5-

№ секции крепи

Воздухоподающая выработка \Электропривод, насосный агрегат, Очистной забой Очистной комбайн Joy

(вентиляционная печь 24-54)

насосная станция

(лава 24-54)

Конвейерная печь и дренажная выработка

Свежая струя воздуха ---->- Исходящая струя воздуха

Рис. 7. Данные натурных измерений и численного решения математической модели

Объемное моделирование вентиляционных систем шахты и её отдельных элементов с учетом протекания в них аэрогазодинамических процессов позволяет определять места и размеры областей скопления метана в выработанном пространстве и в горных выработках, места выноса и утечек метановоздушной смеси во всех горных выработках, что актуально также с точки зрения организации мониторинга параметров метанобезопасности в условиях высокопроизводительной добычи и скоростной проходки горных выработок.

Укрупненная схема алгоритма расчета параметров вентиляционной системы шахты приведена на рис. 8.

Мониторинг параметров ШВДС

ь

Формирование базы исходных данных

Горно-геологические параметры (ш, х, I, Н, 1, к, у) Горнотехнологические параметры (Ц

Физико-химические константы и параметры (Т, Р, Рм, М, Ут, Ио, ср, с,, М,р,Тк,Рк,У,Е,8) Топология шахтной вентиляционной сети (ШВС)

4

Моделирование аэрогазодинамических систем подготовительного ' участка (у=1+к, где к - число подготовительных участков)

Определение расхода воздуха и депрессии ВМП Оптимизация геометрических параметров

*

Моделирование аэрогазодинамических систем выемочного участка (/= 1+и, где п - число выемочных участков)

Определение расхода воздуха и распределение его в системе выемочных участков - горные выработки - выработанное пространство шахт

Оптимизация геометрических параметров

т

Расчёт расходов воздуха для остальных объектов потребления (камеры, _ обособленно проветриваемые выработки и т.п.)__

Расчёт утечек через вентиляционные сооружения

I

Моделирование распределения воздуха в ШВС

Расчёт распределения воздуха, расходов и депрессии ВГП Оптимизация геометрических параметров горных выработок

Рис. 8. Укрупненная схема алгоритма расчета параметров вентиляции шахт

18

Таким образом, разработанный методологический подход к расчету вентиляции шахт, в основе которого лежит использование современных методов компьютерного моделирования, позволяет обеспечить высокий уровень аэрологической безопасности при подземной добыче угля.

Заключение

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой дано решение актуальной для угольной отрасли задачи разработки метода расчета вентиляции высокопроизводительных газообильных шахт на основе объемных аэрогазодинамических моделей, обеспечивающего метанобезопасность подземной угледобычи за счет обоснованного выбора параметров и режимов проветривания и управления газовыделением.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. На основе анализа статистики аварий, связанных с вспышками и взрывами метана на угольных шахтах России за последние 20 лет, проведено ранжирование типовых схем проветривания по степени метанобезопасности. Установлено, что наибольшей частотой взрывов с катастрофическими последствиями характеризуются комбинированные схемы проветривания выемочных участков с использованием газоотсасывающих вентиляторов.

2. Установлены количественные зависимости абсолютного метаиовыделения выемочного участка от нагрузки на очистной забой, длины лавы, её площади сечения и природной метаноносности для условий пологих пластов Кузбасса, показывающие нелинейную связь указанных параметров.

3. Разработана многофакторная математическая модель процесса конвективной диффузии в горных выработках и фильтрации метановоздушной смеси в выработанном пространстве, позволившая получить в трехмерном объёме поле скоростей движения воздуха и метана, их концентрации и поле давлений с высокой степенью детализации и достоверности.

4. Для численного решения многофакторной модели обоснованы диапазоны изменения физико-химических параметров газов, их диффузионных характеристик, учет которых в аналогичных расчетах ранее не производился.

5. Результаты численного моделирования показали, что разработанная модель позволяет выполнять прогноз и анализ газодинамических ситуаций в горных выработках и в выработанном пространстве для выбора рациональных технических решений по управлению газовыделением как при оперативном

19

планировании развития горных работ, так и при разработке проектов вновь строящихся шахт.

6. Натурные исследования подтвердили высокую степень достоверности разработанной модели: расхождение расчетных значений и результатов шахтных измерений не превышали 15 %.

7. Практическое применение разработанного методологического подхода к проектированию вентиляции высокопроизводительных газообильных шахт позволяет повысить эффективность вентиляции, и на этой основе, обеспечить повышение производительности забоев и безопасность ведения горных работ.

Основное содержание работы опубликовано в следующих трудах автора:

1. Каледина Н.О., Кобылкин С.С. Исследование области применения методов управления метановыделением // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) - М.: МГГУ. - 2008. - № ОВ 4. - Тем. пр. «Метан». - С. 9-22.

2. Кобылкин С.С. Краткий обзор и классификация аэродинамических методов управления метановыделением // Сборник научных трудов «Метрология, автоматизация и моделирование в угольной промышленности». -М.: Гипроуглеавтоматизация, - 2009. - С. 15-17.

3. Кобылкин С.С. К вопросу о рациональных схемах проветривания высокопроизводительных выемочных участков газообильных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) - М.: МГГУ, - 2009. -№ ОВ 13. - Тем. пр. «Аэрология». - С. 90-98.

4. Сологуб О.В., Кобылкин С.С. Обзор существующих средств программного обеспечения для моделирования вентиляции подземных сооружений и шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) - М.: МГГУ,-2009.-№ОВ 13.-Тем. пр. «Аэрология».-С. 115-133.

5. Кобылкин С.С. Проблема газового барьера на высокопроизводительных выемочных участках современных угольных шахт и пути ее решения // Сборник материалов 6 Международной научной школы молодых ученых и специалистов. 16-20 ноября 2009. -Издание РАН ИПКОН РАН. - С. 245-249.

6. Каледина Н.О., Кобылкин С.С. Объёмное моделирование аэрогазодинамических процессов как основа расчетов вентиляции шахт / Учреждение Российской академии наук Всероссийский институт научной и технической информации РАН (ВИНИТИ РАН) - М.: ВИНИТИ РАН, - 2011. Деп. в ВИНИТИ №181-В2011,15 с.

Подписано в печать 2] апреля 2011 г. Формат 60х90\16 Объём 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

ОИУП МГГУ, Москва, Ленинский проспект, 6

Введение.

I Анализ проблемы и постановка задач исследования.

1.1 Анализ причин аварийности на угольных шахтах Российской Федерации.

1.2 Анализ существующих схем вентиляции выемочного участка высокопроизводительных угольных шахт, на которых произошли аварии, связанные с взрывами и вспышками метана.

1.3 Оценка современного состояния нормативно — методической базы проектирования вентиляции шахт.

1.4 Анализ состояния научных исследований в области управления метановыделением в угольных шахтах.

Выводы.

II Исследования влияния природных и организационнотехнических факторов на газоообильных угольных шахт.

2.1 Влияние скорости подвигания очистного забоя на газовыделение.

2.2 Изменение газопроницаемости угольных пластов при увеличении глубины их разработки.

2.3 Влияние горного давления при добыче угля длинными очистными забоями на распределение газовыделения.

2.4 Оценка максимальной пропускной способности по параметру скорости движения воздуха по горным выработкам выемочного участка.

2.5 Анализ влияния технологических параметров на абсолютное метановыделение при применении современной добычной техники.

2.6 Методика определения величины «газового барьера» в зависимости от технико-технологических параметров.

Выводы.

III Математическое моделирование диффузионных процессов и численное моделирование вентиляции подземных аэрогазодинамических систем.

3.1 Математическое моделирование диффузионных процессов вентиляции горных выработок выемочного участка.

3.1.1 Уравнение количества движения.

3.1.2 Уравнение неразрывности.

3.1.4 Уравнения сохранения энергии.

3.1.5 Физические модели турбулентности.

3.1.6 Модель выработанного пространства.

3.1.7 Физическая модель плавучести.

3.1.8 Распространение взрывоопасных примесей. Уравнение конвективной диффузии.

3.1.9 Аэродинамическое сопротивление горных выработок.

3.1.10 Уравнение состояния реального газа.

3.2 Краевые условия в задаче диффузионных процессов вентиляции выемочных участков.

3.3 Требования к построению разностной сетки и визуализации результатов расчетов.

3.4 Применяемый метод для решения многофакторной математической модели процессов вентиляции выемочных участков и вводимые допущения.

Выводы.

IV Разработка методологических основ расчёта шахтных вентиляционных систем с использованием объёмных моделей аэрогазодинамических процессов.

4.1 Шахтные исследования и моделирование распространения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях.

4.2 Шахтные исследования и численное моделирование процессов вентиляции и распространения метановоздушной смеси в тупиковых горных выработках при их проходке.

4.3 Шахтные исследования и численное моделирование распространения метановоздушной смеси в горных выработках выемочного участка и в выработанном пространстве.

4.4 Методологический подход к проектированию шахтных вентиляционных систем на основе объёмного моделирования.

4.5 Методика проектирования элементов шахтной вентиляционной сети с использованием объемного моделирования аэрогазодинамических процессов.

Выводы.

Актуальность работы. В настоящее время горные работы идут на глубинах, где газовый фактор ограничивает интенсивность добычи: высокая газоносность пластов не позволяет использовать высокопроизводительное оборудование на полную мощность. Высокая производительность забоев не обеспечивается соответствующими инженерными решениями по схемам вентиляции и дегазации. Одной из важных причин такой ситуации является отсутствие нормативно-методической базы проектирования систем метанобезопасности угольных шахт [ (1)], поскольку действующая методика расчета параметров вентиляционных систем, в основе которой лежат эмпирические зависимости прогноза газообильности, установленные при нагрузках на лаву в десятки и сотни раз меньших, чем сегодняшняя производительность выемочных комплексов. Эффективность дегазации при проектировании вообще не рассчитывается, а декларируется. В результате достоверность расчетов при такой ситуации недопустимо низка.

Учитывая тот факт, что взрывы метана, сопровождающиеся взрывами угольной " пыли или подземными " пожарами, характеризуются катастрофическими последствиями как в социальном плане - по массовому смертельному травматизму, так и с точки зрения материального ущерба — вплоть до потери месторождения, - для решения задачи проектирования метанобезопасных подземных горных систем обоснование метода расчёта параметров вентиляции современных шахт на основе трехмерного моделирования процессов аэрогазодинамики является актуальной темой.

Цель работы - обоснование метода расчета параметров вентиляции высокопроизводительных газообильных угольных шахт, обеспечивающего детальный прогноз распределения газа в горных выработках и выработанных пространствах на основе объемного моделирования аэрогазодинамических процессов, для повышения метанобезопасности горных работ.

Основная идея заключается в использовании в качестве виртуального аналога подземных аэрогазодинамических систем многофакторной 5 математической модели, численное решение которой позволит учесть в совокупности влияние основных горногеологических и горнотехнологических факторов для определения рациональных параметров вентиляции шахт, обеспечивающих их метанобезопасность.

Основные научные результаты, полученные автором, и их научная новизна.

1. При скорости подвигания очистных забоев более 5 м/сут абсолютная газообильность возрастает экспоненциально с ростом природной газоносности, скорости подвигания и длины лавы; относительная газообильность при этом снижается.

2. Величину «газового барьера» - нижнюю границу газообильности, соответствующую максимальной пропускной способности вентиляционной системы участка по газу, следует определять исходя из схемы проветривания, длины лавы и скорости подвигания очистного забоя.

3. Использование эмпирических многофакторных детерминированных зависимостей не обеспечивает необходимой точности расчетов параметров вентиляции очистных и подготовительных забоев, для этих целей целесообразно использовать виртуальные аналоги объектов проветривания, позволяющие системно учесть факторы в их взаимодействии.

4. Многофакторная математическая модель аэрогазодинамических процессов, разработанная на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса для реальных газов, замыкаемая уравнениями неразрывности и сохранения энергии, дополняемая дифференциальным уравнением диффузии и законом Дарси в общей форме, адекватно описывает конвективную диффузию в стратифицированных потоках в горных выработках и в выработанном пространстве и может использоваться для расчета параметров аэрогазодинамики при проектировании систем вентиляции шахт, опасных по газу.

5. Разработанный методологический подход к проектированию вентиляции шахт на основе моделирования аэрогазодинамических процессов позволяет обоснованно рассчитывать рациональные параметры управления газовыделением, обеспечивающие минимальный риск загазирований.

Научное значение диссертационной работы состоит в обосновании нового методологического подхода к проектированию вентиляции высокопроизводительных газообильных шахт на основе объемного компьютерного моделирования подземных аэрогазодинамических систем, обеспечивающего возможность создания виртуальных аналогов проектируемых объектов для выбора безопасных по газовому фактору параметров и режимов проветривания и управления газовыделением в подготовительных забоях и выемочных участках.

Методы исследования. При выполнении данной работы применялись следующие методы исследования:

- анализ и обобщение результатов исследований, выполненных другими авторами;

- математическое моделирование процессов вентиляции шахт;

- шахтные эксперименты и натурные измерения;

- компьютерное моделирование на основе метода конечных объемов;

- математико-статистическая обработка результатов шахтных наблюдений.

Одно из решений проблемы метаноопасности шахт заключается в предотвращении опасности загазирования горных выработок, путем обеспечения научно-обоснованных рациональных параметров схем вентиляции выемочных участков.

Для решения проблемы необходимо изучить влияние горногеологических и организационно-технических факторов на газовый баланс выемочного участка при высоких скоростях подвигания очистного забоя.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработана методика определения величины «газового барьера» для условий мощных, пологих, высокогазоносных угольных пластов шахт Кузбасса, ограничивающего производительность выемочного оборудования, которая учитывает природную газоносность, скорость подвигания очистного забоя и длину лавы; - разработана методика, позволяющая на основе использования разработанных моделей подземных аэрогазодинамических систем выполнять прогноз и анализ газодинамических ситуаций в горных выработках и в выработанном пространстве для выбора рациональных технических решений по управлению газовыделением как при оперативном планировании развития горных работ и реконструкции, так и при разработке проектов вновь строящихся шахт, что обеспечит существенное повышение метанобезопасности при высоких нагрузках на очистные и подготовительные забои.

Реализация. Результаты работ были использованы при обследовании состояния проветривания шахты «Эстония» компании Eesti Energía Kaevandused, Эстония и разработке рекомендаций по реконструкции ее вентиляционной системы при доработке запасов шахтного поля. Данные численного моделирования будут использованы при дальнейшем планировании горных работ, что позволит оптимизировать проветривание горных выработок шахты. На шахте им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс» были проведены натурные исследования и численное решение многофакторной математической модели для проходческого забоя и выемочного участка 25-54, позволившие определить коэффициенты проницаемости выработанного пространства.

Апробация. Основное содержание и отдельные положения диссертационной работы докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008, 2009, 2010, 2011); на научных семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда» (МГГУ), на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» (НТТМ) (Москва, 2008), на 6 Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» УРАН ИПКОН РАН, 2009, на Экспертном 8 совещании «Гуманитарные и социальные проблемы обеспечения безопасности горнодобывающих регионов» (Новокузнецк, 2010), на научно-техническом совете шахты «Эстония» компании Eesti Energía Kaevandused, (Эстония, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ (в том числе 4 работы в изданиях рекомендованных ВАК).

Объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 152 страницах машинописного текста, и содержит 60 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 137 наименования источников, 4 приложений.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. На основе анализа статистики аварий, связанных с вспышками и взрывами метана на угольных шахтах России за последние 20 лет, проведено ранжирование типовых схем проветривания по степени метанобезопасности. Установлено, что наибольшей частотой взрывов с катастрофическими последствиями характеризуются комбинированные схемы проветривания выемочных участков с использованием газоотсасывающих вентиляторов.

2. Установлены количественные зависимости абсолютного метановыделения выемочного участка от нагрузки на очистной забой, длины лавы, её площади сечения и природной метаноносности для условий пологих пластов Кузбасса, показывающие нелинейную связь указанных параметров.

3. Разработана многофакторная математическая модель процесса конвективной диффузии в горных выработках и фильтрации метановоздушной смеси в выработанном пространстве, позволившая получить в трехмерном объёме поле скоростей движения воздуха и метана, их концентрации и поле давлений с высокой степенью детализации и достоверности.

4. Для численного решения многофакторной модели обоснованы диапазоны изменения физико-химических параметров газов, их диффузионных

138 характеристик, учет которых в аналогичных расчетах ранее не производился.

5. Результаты численного моделирования показали, что разработанная модель позволяет выполнять прогноз и анализ газодинамических ситуаций в горных выработках и в выработанном пространстве для выбора рациональных технических решений по управлению газовыделением как при оперативном планировании развития горных работ, так и при разработке проектов вновь строящихся шахт.

6. Натурные исследования подтвердили высокую степень достоверности разработанной модели: расхождение расчетных значений и результатов шахтных измерений не превышали 15%.

7. Практическое применение разработанного методологического подхода к проектированию вентиляции высокопроизводительных газообильных шахт позволяет повысить эффективность вентиляции, и на этой основе, обеспечить повышение производительности забоев и безопасность ведения горных работ.

Заключение

В диссертационной работе решена задача обоснование метода расчёта параметров вентиляции шахт на основе объёмного моделирования. В основе решения лежит многофакторная математическая модель, описывающая конвективную диффузию стратифицированных потоков в горных выработках и в прилегающем к ним выработанном пространстве. В результате проведенных аналитических исследований, численного моделирования, шахтных экспериментов и наблюдений изучено влияние горногеологических и организационно-технических параметров на абсолютное метановыделение участка. В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи создания многофакторной математической модели массопереноса в горных выработках и в выработанном пространстве. Дано обоснование применяемого метода для обеспечения численного решения модели и исследования газодинамических процессов протекающих на проходческих и выемочных участках пологих газоносных пластов угольных шахт.

1. Пучков J1.A. Концепция обеспечения метанобезопасности угольных шахт Росиии на 2006-2012. М.: МГГУ, 2006. С. 1-17.

2. Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт. М.: "Недра", 1973. С. 208.

3. Тарасов Б.Г., Колмаков В.А. Газовый барьер угольнх шахт. М.: Недра, 1978. С. 63-79.

4. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. М.: Недра, 1984. С. 248.

5. Ефремов К.А., Садохин В.П., Елизарова Л.Ф. Многовариантный прогноз газообильности горных выработок // Эффективные способы дегазации угольных пластов. Кемерово : ВостНИИ, 1978. Т. 30. С. 86-95.

6. Морозов И.Ф., Тарасенко В.К. Снижение газовыделения в угольных шахтах. Харьков : "Техника", 1972. 159 с.

7. Костеренко В.Н. Справка о состоянии проветривания и пылегазового режима горных выработок угольных шахт России. М.: ВГСЧ, 2004.

8. Рубан А.Д., Артемьев В.Б., Забурдяев B.C., В.Н. Захаров, Логвинов А.К., Ютяев Е.П. Подготовка и разработка высоко-газоносных угольных пластов. М.: Горная книга, 2010. 500 с.

9. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс: 1989. 238 с.

10. Инструкция по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт. М.: Недра, 1975. стр. 80.

11. Дополнение к "Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт". М.: "Недра", 1981.

12. Правила безопасности в угольных шахтах ПБ 05-618-03. М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2007. С. 72-112.

13. Тимошенко A.M., Баранова М.Н., Никифоров Д.В., Белавенцев Л.П. Некоторые аспекты применения нормативных документов при проектировании высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт. Кемерово : ООО "ВостЭко", 2010. С. 5-15.140

14. Петросян А.Э. Закономерности характеризующие процессы газовыделений (метна) в горных выработках и их инженерное приложение. М.: Ротопринтный цех Института горного дела им. A.A. Скочинского, 1967. С. 24.

15. Липкович С.М., Сапицкий К.Ф. К вопросу определения длины лавы по фактору проветривания // Уголь Украины. Киев : 1957. Т. 8, С. 16-22.

16. Шпакелер П. Выбор рациональной длины лавы. М.: Техуправления Минзападугля, 1946. С. 7

17. Патрушев М.А., Драницын Е.С. Проветривание высокомеханизированных лав. Донецк : "Донбас", 1974. С. 14

18. Татомир К.И. Расчет оптимальных сечений горных выработок шахт. Киев : "Наукова думка", 1971. С. 30-177.

19. Васючков Ю.Ф. Подготовка газоносных угольных месторождений к разработке. М.: Ротапринт Московского горного института, 1977. 92 с.

20. Мясников A.A., Патрушев М.А. Основы проектирования вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1971. 226 с.

21. Трубецкой К.Н., Малышев Ю.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. М.: Академия горных наук, 2000. С. 9-29.

22. Рубан А.Д., Забурдяев Г.С., Забурдяев B.C. Геотехнологические проблемы разработки опасных по газу и пыли угольных пластов. М.: Наука, 2007. 279 с.

23. Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Метод определения допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору // Труды 6-й Межрегиональнойнаучно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Воркута.: 2008. С. 191-195.

24. Рубан А.Д., Артемьев В.Б., Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С., Руденко Ю.Ф. Проблемы обеспечения высокой производительности очистных забоев в метанообильных шахтах. М.: Московский издательский дом, 2009. С. 56

25. Сластунов C.B., Каркашадзе Г.Г., Лупий М.Г. Влияние газоносности, горного давления и пластового давления метана на выбросоопасность угольного пласта. М.: ГИАБ, 2009. Метан. С. 37-44.

26. Сластунов C.B., Коликов К.С., Мазаник Е.В., Лупий М.Г. Разработка основных технических решений заблаговеменной дегазационной подготови высокогазоносных угольных пластов для условий шахты «Котинская» ОАО СУЭК-Кузбасс. М.: ГИАБ, 2010. Метан. С. 153-161.

27. Сластунов C.B. Управление газодинамическим состоянием угольного пласта через скважины с поверхности. М.: Типография Московского горного института, 1991. 213 с.

28. Дмитриев A.M., Куликова H.H., Бодня Г.В. Проблемы газоносности угольных месторождений. М.: "Недра", 1982. С. 120-156.

29. Колесниченко И.Е. Аэродинамическое обеспечение метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МГГУ, 2005. 35 с.

30. Измалков A.B., Романченко С.Б., Подображин С.Н., Руденко Ф.Ю., Костеренко В.Н. Состояние безопасности в угольной отрасли и пути ее повышения на современном этапе. М.: Горная промышленность, 2004. №5

31. Сергеев И.В., Забурдяев B.C., Айруни А.Т. Управление газовыделением в угольных шахтах при ведении очистных работ. М.: "Недра", 1992. 256 с.

32. Мясников A.A., Рябченко A.C., В.А. Садчиков. Управление газовыделением при разработке угольных пластов. М.: "Недра", 1987. 374 с.

33. Мясников A.A., Носик М.И., Бугримов В.И. Улучшение газового режима угольных шахт. Кемерово : Кемеровское книжное издательство, 1977. С. 28-56.

34. Мясников A.A., Колотовки Л.Д. Борьба с газом в очистных выработках шахт. Кемерово : Кемеровское книжное издательство, 1975. 108 с.

35. Мясников A.A. Проветривание горных выработок при новых способах выемки угля. М.: "Недра", 1966. 203 с.

36. Мясников A.A. Проветривание горных выработок при различных системах разработки. М.: Госгортехиздат, 1962. 220 с.

37. Пучков JI.A., Каледина Н.О. Динамика метана в выработанных постранствах шахт. М.: МГГУ, 1995. 312 с.

38. Пучков JI.A. Аэродинамика подземных выработанных пространств. М.: М/ГГУ, 1993. С. 11-206.

39. Каледина Н.О. Управление газовыделением из выработанных постранств: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: 1995. 322 с.

40. Алехичв С.П., Пучков JI.A. Аэродинамика зон обрушения и расчет блоковых утечек воздуха. Ленинград : Наука, 1968, С. 122-133.

41. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях. М.: Наука, 1971. 135 с.

42. Methan emission from coal mining. E.P.A.: Us Environmental protection Agency / Issues and opportunities for reduction, 1990.109 p. 400/9-90/008.

43. Клебанов Ф.С., Карагодина Э.В. Исследование цикличности газовыделения из разрабатываемого пласта. М.: Недра, 1969. № 4.

44. Клебанов Ф.С. О выделении метана в подготовительных выработках. М.: Уголь, 1965. № 10. С. 65-68.

45. Бенявский З.Т. Управление горным давлением. М.: Мир, 1990. С. 138-201.

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

47. Лидин Г.Д., Айруни А.Т., Клебанов Ф.С., Матвиенко Н.Г. Борьба со скоплениями метана в угольных шахтах. М.: "Госгортехнадзора", 1961. 142 с.

48. Лидин Г.Д., Айруни А.Т., Бартош В.Р. Упавление газовыделением при проведении капитальных и подготовительных выработок. М.: Типография издательства "Связь", 1969. С. 11.

49. Матвиенко Н.Г. Борьба с метаном в очистных забоях. М.: Углетехиздат, 1958. С. 2-14.

50. Скочинский, А.А. Рудничная атмосфера. М.: НКТП, 1932.

51. Мясников А.А. Газовыделение в зависимости от скорости подвигания очистного забоя // Научно-исследовательские работы в угольной промышленности. М.: Углетехиздат, 1959. №2. С. 22-26.

52. Петросян А.Э. Разработка пластов пологого падения с высокой газоносностью в Донбассе. М.: Углетехиздат, 1954. 81 с.

53. Cassman W. und Mommertz W. Schlagwetter im Abbau Cluckauf: 1939. 23 p.

54. Alfred, Hudson. Gas évolution and rate of fase advance // Transaction of the Institution of Mining Engineers, USA: 1933. Part III. 35 p.

55. Carter W. and Hudson A. Gas évolution and rate of face advance. The Colliery Guardian, 1936. 76 p.

56. Осипов C.H. Управление метановыделением при различных скоростях подвигания очистного забоя. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу. 1960. 94 с.

57. Липкович С.М., Осипов С.Н. О газовыделении при комбинированной системе разработки парными штреками. М.: Уголь, 1957. №3.

58. Осипов С.Н. Метановыделение при разработке пологих угольных пластов. М.: "Недра", 1964. 256 с.

59. Колесниченко И.Е. Технология интенсивной выемки метаноносных пластов. Новочеркаск : НГТУ, 1996. С. 4-27.

60. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Закономерности утечек воздуха из очистного пространства в лавах большой длины // Угольная промышленность СССР, М.: ЦНИЭИуголь, 1988. №5 карта 141

61. Петросян А.Э., Сергеев И.В., Устинов Н.И. Научные основы расчета параметров горных выработок по газовому фактору. М.: "Наука", 1969. С. 100-114.

62. 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. A.A. Скочинского, 1968. С. 32.

63. Трасиц Ю.П. Определение нагрузки на очистной забой по газовому фактору при новой технологии выемки угля // Рудничная аэрология и безопасность ведения горных работ. М.: 1974. стр. 63-67.

64. Ефремов К.А., Дьячков А.И. Газовыделение из разрабатываемого пласта при высокой скорости подвигания очистных забоев // Эффективные способы дегазации угольных пластов Кемерово : ВостНИИ, 1978. С. 95101. Т. 30.

65. Каратаев А.Ф. Определение типовых вариантов систем проветривания угольных шахт. М.: "Госгортехиздат", 1962.

66. Лаврухин В.Н. Рациональные режим и параметры технологии очистной выемки газоносных угольных пластов / Учебное пособие. М.: Типография ХОЗУ Минуглепрома СССР, 1985. 150 с.

67. Лаврухин В.Н. Улучшение схем проветривания горных выработок эксплуатационных участков / Учебное пособие. М.: "ИПК Минуглепрома", 1985. 103. с.

68. Устинова Н.И., Пак B.C. Определение газовыделения из вмещающих пород на глубоких горизонтах // Рудничная аэрология и безопасность горных работ М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1974. С. 55-59.

69. Фоминых Е.И., Калякина Т.Н. Изменение газопроницаемости выбрасоопасных угольных пластов при увеличении глубины их разработки145

70. Управление газовыделением средствами вентиляции и дегазации в угольных шахтах. Кемерово : Труды ВостНИИ, 1980.

71. Талакперов А.Ш., Калякина Т.Н. Влияние природных факторов на газопроницаемость углей Карагандинского бассейна // Эффективные способы дегазации угольных пластов. Кемерово : ВостНИИ, 1978. С. 128131. Т. 30.

72. Калякина Т.Н.Определение микротрещеноватости углей в напряженном состоянии // Эффективные способы дегазации угольных пластов. Кемерово: ВостНИИ, 1978. С. 131-134. Т. 30.

73. Айруни А.Т., Бурчаков A.C., Смирнов Н.С. Изменение газопроницаемости угольных пластов с глубиной // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Научн.-техн.реф. сб. М.: ЦНИЭИуголь. 1975. № I С. 6-8.

74. Радионовский B.JI. Выбор рациональных параметров систем разработки при гидродобыче угля на пологих пластах Донбасса с учетом особенностей горного давления. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1966. 19 с.

75. Владимирский В.В. К вопросу пересмотра Правил проветривания угольных шахт // Сборник трудов Рудничная аэрология и безопасность труда в шахтах. М.: Углетехиздат, 1949. С. 45-51.

76. Хоменко Н.П. Оптимизация параметров горных выработок. М.: "Недра", 1981. 224 с.

77. Хоменко Н.П. Оптимизация сечений выработок вентиляционных сетей шахт. М.: "Недра" 1977. 184 с.

78. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. 192 с.

79. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Финансы и статистика, 1986. 366 с.

80. Кондрашев А.П., Шестопалов Е.В. Основы физического эксперимента и математическая обработка результатов измерений. М.: Атомиздат, 1977. 200 с.

81. Зима П.Ф., Тимошенко Г.М. Теория инженерного эксперимента: Учеб. пособие. Киев : УМК ВО, 1991. 124 с.

82. Launder В.Е., Spalding D.B. Mathematical models of turbulence. London -New York: 1972. Academ. Press. 169 p.

83. Dale A. Anderson, John C.Tannehill, Richard H.Plether. Computational fluid mechanics and heat transfer. Е.Ю. Шальман C.B. Сенин. M.: Мир, 1990. 5-03001927-8.

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

85. Ушаков К.З. О методе установления коэффициента запаса воздуха для газовых шахт Донбасса // Горное дело. Часть 1. Научные доклады высшей школы. М.: МГИ им. И.В. Сталин, 1958. С. 179-185.

86. Ушаков К.З. Утечки воздуха в параллельных выработках и меры борьбы с ними // Научные доклады высшей школы; Часть 2; Горное дело. 1958.

87. Ушаков К.З. Аэродинамическое моделирование шахтных вентиляционных потоков // Физическое моделирование тепловентиляционных и пылевых процессов Апатиты : Кольский Филиал АН СССР, 1977. С. 5-11.

88. Лайгна К.Ю. Расчет конвективно-диффузионного переноса газообразных примесей в горных выработках сланцевых шахт эстонской ССР. Таллин : "Валгус", 1982. 98 с.

89. Лайгна К.Ю., Суллакатко O.A. Элементы аэрогазодинамики шахт // Методы расчета проветривания сланцевых шахт; Часть И.Таллин : ЭК "Бит", 1986. С. 26-51.

90. Лайгна К.Ю. Математическое моделирование диффузионных процессов вентиляции штреко и камерообразных выработок. Талин : НИИ СВЦ, 1979. 134 с.

91. Бакланов A.A., Рапута В.Ф., Ригина О.Ю Численные эксперименты по управлению источниками вентиляции карьеров. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1986. С. 30-38.

92. Бакланов A.A. Численное моделирование задач гидротермодинамики атмосферы в областях сложной формы // Материалы Всесоюзной конференции Новосибирск : ИТФ СО АН СССР, 1985. С. 155-161.

93. Бакланов A.A. Математическая модель вентиляционных струй и термиков // Вентиляция шахт и рудников. Аэродинамика горных выработок Ленинград : ЛГИ, 1985. С. 60-66.

94. Барский A.C. О турбулентной диффузии примесей в тупиковых и сквозных выработках. М.: ФТПРПИ, 1972. Т. 3. С. 70-77.

95. Красноштейн А.Е., Файнбург Г.З. Управление проветриванием шахт и рудников на основе математического моделирования вентиляционных ппроцессов // Применение ЭВМ и математических методов в горном деле М.: Недра, 1982., Т. 3, С. 10-12.

96. Пучков Л.А. Моделирование процесса оперативного управления вентиляцией газовых шахт на ЭВМ // Применение ЭВМ и математических методов в горном деле М.: Недра, 1982. Т. 3. С. 18-21.

97. Красноштейн А.Е., Файнбург Г.З. Диффузионно-сетевые методы расчета проветривания шахт и рудников. Екатеринбург: "Уральский рабочий", 1992 С. 242.

98. Абрамов Ф.А., Бойко В.А., Фролов H.A. Моделирование вентиляционных сетей шахт. М.: "Госгортехиздат", 1961. С. 11-17.

99. Абрамов Ф.А., Тян Р.Б., Потемкин В.Я. Расчет вентиляционных сетей шахт и рудников. М.: Недра, 1978. 231 с.

100. Абрамов Ф.А., Фельдман Л.П., Святный В. А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии. Киев : "Наукова думка", 1981.284 с.

101. Тян Р.Б., Потемкин В.Я. Управление проветриванием шахт. Киев : Издательство "Наукова думка", 1977. 204 с.

102. Алехичев С.П., Пучков Л.А. Аэродинамика зон обрушения и расчет блоковых утечек воздуха. Ленинград : "Наука", 1968. 66 с.

103. Клебанов Ф.С. Влияние выработанных пространств на аэрогазодинамические режимы шахт // Научные исследования по разработке угольных и рудных месторождений. М.: Госгортехиздат, 1959.

104. Прандтль Л. Гидраэромеханика. Москва: Иностранной литературы, 1949. С. 38-49.

105. Клебанов Ф.С. О выделении метана из выработанных пространств // Проблемы рудничной аэрологии. М.: Госгортехиздат 1959. С. 113-122.

106. Милетич А.Ф. Утечки воздуха в шахтах. М.: "Госгортехиздат", 1962. С. 73-99.

107. Милетич А.Ф. Утечки воздуха и их расчет при проветривании шахт. М.: "Недра", 1968. 148 с.

108. Пучков Л.А. Аэрогазодинамические основы оперативного управления вентиляцией высокопроизводительных шахт: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МГИ, 1973. 386 с.

109. Гуршев И.Г. Проветривание камерообразных выработок (теоретичесие основы). Алма-Ата : Наука, 1985. 76 с.149

110. Бакланов А.А. Численное моделирование в рудничной аэрологии.

111. Апатиты : Кольского филиала АН СССР, 1988. 184 с. ИЗ. Лайгна К.Ю., Поттер Э.А., Суллакатко О. А. Элементы аэрогазодинамики шахт // Расчет шахтных вентиляционных струй; Часть I. Таллин : "Валгус", 1986. С. 172.

112. Redlich О., Kwong J. N. S. On the Thermodynamics of Solution. Chemical Reviews : Y. An Equation of State. Fugacities of Gaseous Solutions, 1949. p. 233-244. Т. T. 44. № 1.

113. Redlich O. On the Three-Parameter Representation of the Equation of State: Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals, 1975. p. 257—260. Т. T. 14.

114. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. С. 712.

115. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности. М.: Иностранной литературы, 1962. С. 203.

116. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. С. 888.

117. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутреннее течение газовых смесей. М.: Наука, 1989. С. 132.

118. Бакланов А.А. Методы решения задачи динамики атмосферы в областях сложной формы // Математическое моделирование систем и явлений. Апатиты : Кольского филиала АН СССР, 1986. С. 79-87.

119. Raw MJ. Robustness of Coupled Algebraic Multigrid for the Navier-Stokes Equations. Reno : 34th Aerospace and Sciences Meeting and Exhibit, 1996. AIAA 96-0297, p. 15-18.

120. A Coupled Algebraic Multigrid Method for the 3D Navier-Stokes Equations. Kiel: 10th GAMM Seminar, 1994. p. 23-34.150

121. Годунов С.К., Заборин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976.

122. Годунов С.К. Разностный метод численного расчета разрывных решений уравнений гидродинамики // Математический сборник.СПб.: 1959. С. 271306. №3.

123. Годунов С.К., Забородин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н.,Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.

124. Karacan C.Ó., ТХ. Ren & R. Balusu. Advances in grid-based numerical modeling techniques for improving gas management in coal mines. 12th U.S./North American Mine Ventilation Symposium. Wallace (ed), 2008. p. 313320.

125. Кочин H.E., Кибель И.А., Розе H.B. Теоретическая гидромеханика. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. 583 с. Т. 1.

126. Палеев Д.Ю., Ващилов В.В. Расчет газодинамических процессов в нестационарной постановке. Кемерово : ННЦ ГП ИГД им. А А Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2008. С. 43-45.

127. Цой С., Рогов Е.И. Основы теории вентиляционных сетей. Алма-ата : Наука ,1965. 283 с.

128. Богомолов H.A. Проветривание подготовительных выработок. Сталино : Облтипография, 1959. С 3-6.

129. Ксенофонтова А.И., Бурчаков A.C., Орехов B.C. Проветривание подготовительных выработок большой протяженности в газовых шахтах Карагандинского угольного бассейна. М.: Типография Московского горного института им. И.В. Сталина, 1959. С. 1-16.

130. Ушаков К.З. Аэромеханика вентиляционных потоков в горных выработках. М.: Недра, 1975. 168 с.

131. Бойко В.А. Кременчуцкий Н.Ф. Основы теории расчета вентиляции шахт. М.: Недра, 1978. 280 с.

132. Сергей Кобылкин Аспирант кафедры Аэрологии и охраны труда Московского государственного горного университета06 декабря 2010 EK-JH2-,t/<?1. СПРАВКА

133. EESTI ENERGIA KAEVANDUSED AS

134. Jaarrtó 10 41533 JOHVI TW 336 4801 FaKs 336 4803 Rog koort 10032389 kaevdodusydiot1 nerita ее1. ESTONIA KAEVANDUS

135. Váike-Puiigeria Küla 41301 Máewguie vatd líla-Virunirtd Tel 336 53.24 F.iks 336 5683