автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка динамического метода расчета расхода воздуха для проветрирования разнопрофильных выработок выемочных участков угольных шахт

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ * ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

г -

, ч ' 1

1 « и

На правах рукописи

;.;;;,■

УДК. 622. 41. 33

Денисова Людмила Николаевна

РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОДА РАСЧЕТА

РАСХОДА ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ РАЗНОПРОФИЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Специальность 05. 26. 01—Охрана труда и пожарная безопасность

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1994

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете.

Научный руководитель—заслуж. деятель науки и техники РФ, член-корр. СО АН ВШ, доктор технич. наук, профессор В. А. КОЛМАКОВ '

Официальные оппоненты:

член-корр. РАИН, доктор технич. наук, профессор, С.П. КАЗАКОВ кандидат технич.наук,ст. научн. сотрудн. И.-Д. Мащенко

Ведущее предприятие — Акционерное общество „Ленинскуголь"

.Защита диссертации состоится 4 июля 1994 года в часов на заседании специализированного совета Ц 063. 70. 01 при Кузбасском государственном техническом университете (КГТУ) по адресу: 650026 г. Кемерово, 26, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Телефон для справок (код 384-2) 23-26-87.

Автореферат разослан „_(Ауу^-мЯ^_1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063. 70. 01, член-корреспондент АЕН РФ,

доктор технич. наук, профессор Б. А. АЛЕКСАНДРОВ

0ЫДУ1 ;(АРАК1Ш!|./ЯК/, РАВО'Ш

Акт'/гши>сск. ьабг.'Л». С пьреходем на разработку бсл-е глубслал СРризонтоЕ, довыиек'леы нагрузки яа очистной еабсй ь-арастлет гьвсо бшыюсть ишт, а следователь не, опасность вьцеыт рзСс-т, связанны/, о гаасвим фактором. Уменьшить дэйотвие охсго фактора возможно аз счет изменения технологии, сснершенстйсиаийл систем Ееитиляцин и ,ць газации шачг.

Вентиляция является основным, наиболее е^екшвньы, средс-лас-и адиаяиэацип г ¿«свсго режина. Влиять вваткляшой ка ояилёмив газоо-билькостк иожло ссверщеаотвоьннием методов расчета ра-х?ца ь.-.вдулн, додаваемого в изхту, разработкой методов по сл-пыальнсыу рэопреас-ло-;1ию воздуха по выработка* и пршэязнием ьслзе зоъерпбишн сго^.'ть рзитадчции. П:шс-яекие Солее ыс:ьнык венхилятсроЕ ьеие'кэсооорагы, но-за возрастания ггстре5ил°..юй энергии п сеярзшюго о -эти» роста аконоиичеоких затрат, а та'сле превшелием реглыгеитг.роваит.'х норм общеизхтной депрессии. Расчет расхода иоаду.ча, необходимого дга проветривания выемочных участков при механизированной виемк уия, п.: газовому фактору производи гея цеуыл методами: ст.-ш1ческ;т и динамическим при постоянной скорости дви.а;ния воздуха по сечэнто.

доследованиями установлено,чго движение гласного облика по вы;:.1 биткам определяется профиле« скоростей дг -ленпл воз^уча в яопэс.ёчт» течении, и поэтому задача разработки метода расчета расхода кегд/хл.. учитиаакиего эту зависимость, является весьма актуальной.

Цель работы - разработать дяиамичсОки£ метод раг.чета р^клнц» воздуха для проветривания и предодерешши* «газирования выемочного участка.

Идея работы заключается з исци.цц. и кль^мерлоитей «йлшел

тиьяо- турбулентной дизурии газа я заработках о /ч^том пр %мм »и поперечна р сечения для разрзбогка яшашпдокаго иё-.сда ¡л.гитв г'- • ;.ода воздуха.

й^ааНЦ-"сследовяний :

- установить влияний гсрпо-гиологическик, »«.исчезт»!«»: к...: .¡. . ( г,.-отчески.; параметров ла обрзгсванке ейцих и тстнч». '.••'••.:1л-' к:п тана п горних выработка.1 очистного апб.>л;

- составить мйтсматичелкув шдгль расщ . : , .¡ч нпл воздуха;

- раера^-лагь цпнэди-юский ыеюд расчи га ¿.ао-^д.» ь . . и{.сг5 грнлзния 1с гн!'" всрабс.гок;

определить основные гшрлметг.Ы, яаракхериеупщис гаговую о&отя-н('р-,.у в гсркыл еыглботкрх)

■ рЕйгвботать методику Ълрелвчвиия воя рамгалолгния датчиков [иктроля ловдуха.

М;тгдц исследований;

- обработка рзвулыагов щехтннх замеров параметров еэнгйлнций при различных схемах проьетриваяий для •етличэс-гввниой оценки их влияния на гаисог-гьность выработан;

- проведение инструментальных аамеров окоростзй движения воздухе, Ьонцэнтрагап изтакг.-и дег^эосии;

- математическое моделирование поля скоростей ¿¡видения эовдука ил гь-работкам и полей конкнтрзцли метола.

Каучвие. положения, выносимые на зашту: ■

- структура газового баланса выёночкт участков, рзспределечке концентрация метена в вырябсТквх гиеыочкого участка сушэ'ЛЕьнпо ва-рп- ит 07 схемы проЪстрттия и голя ^корсотей даилення боадуха;

• поде опростей движения асэдука в вареботклг. очистного забоя определяется депрэссл-ж Ча участке я .гсрнотекнслсгиче^шш параметрами сыраОотсч;

- мзточйп-пч^слгя модель н&ля онороот'"'1 движения воздуха в горных вчрчОотках вклсчаэт дэпреооио г, динамическую вяекссть, позволят, те учесть характго дг'/декия гоэдуха а горных выработках;

- динамический метод расчета расхода воздуха, эонсваншл на уравиеяи" турбуле-лтнсй дхффунт, который позволяет предотвратить скопление метана и улучшать технйко-экономическка показатели работы выэм0чн0г0 участка.

Достоверность научных подахзвин обоснована:

- значительным объемом ш&хтва" инструментальных наблюдении, проведенных в 1в еыемочнш учзотках па 3 шахтах АС "Лешшсиуголь", АС "С-эв&рокузбасоуголг", АО "Ккселезокуголь"-,

- достаточной схоцкмостью расчетных к фактических величин. характеризующих поле- концентрации метача в выработках выемочного участия (пегр^пяооть не пре: •• нает ±Ж);

- внедрением результатов исследовании в горное производство, увеличенном интэно1т8ности отработки выемочных участков, першением надекгюоти /.з^ста системы контроля ссотава руднн его вездука.

Научная новизна полученных результатов еакяючается:

- в угланозлепин зависимости скорости двютзния вса/уха а вира-

Г 3 'Сотках от депрессии учаотка, гсрнотехнэлогичеоких яапаметров я рьа работке математической модели поля сксрйзти, учитывающей их;

, • - ь разработке алгори-.ма расчета расхода вой-духа для провзгрива кия ЕыраДсток очкотного вьбоя на основе 1?оля скоростей дьшения вев-духа;

в разработке метода оценки параметров, характеризующих пол(.«е-шк зон для измерения средней скорости движения воздуха в пеперечнец. сечении выработок;

- в оцени® коэффициентов диффузии и определении границ их применимости в зависимости от горно-геологических и технологических усхо-вий.

Личный ькдад автора состоит;

- в постановка ьадач и обосновании методор исследования;

- в ряарзботке математической модели поля скоростей движения воздуха и динамического расчета расхода еоодухз для пров-ттринончл горных выработок;

- в установлении зависимости скорости движении воздуха от депрессии участка и гпрнотехнэлогических параметров;

- в применении методов расчета для определения зон установки датчиков контроля скорости движения вовдуха;

- в определен^! границ применимости дил5*.ич£ жого метода рь:чет-1 расходе воздуха чг-рез концентрацию и чьреп пегенципл диДОуыюнаого потока.

Практическая ценность рабо?ы.

Результаты гиполненной работы пгоеолгит:

- рассчитать параметры, харагс.ч.г.иуваи. полечениз ил>т замгра скорости д в клеши вовдуха и ионцен.г -wr.i.s v.or.«i-ij

- моделировать процессы газотфеии\:а по ллзв, из сопряжении лаги о вентиляционным штреком v на вентиляционном штреке;

- повысить надежность р^сты системы контроля газа, метана, воздуха И эффективность работы системы вентиляции по гааовому фактору.

Реализация работы. Ьаучнье результаты и практические рекомендации работы вошли составной частью в рааркСотанные с участием автора "Методические указания к выберу способов управлени.. гаэовыделением" (Кемерово, КуоПИ,г994) и "Методические рекомендации по ралчету рас-хеда воздуха для проветривания подготовительных выработок" (Кемерово, КуэПИ, Е?ПЭ "КуэОаесуголь",138?).

Апгсбация работы. Основные положения ди<--ерташюннгй рпс.л-u д:к-ладывалпл и получили •-курение на Всесоизныл оове1дзнг.... "Управление

веитияциеЛ и гагсдина-лпееют.т иилониями г пштах" (Ноьосн- " бирс-к, 1981,1984,1&37 гг.), н£ 'III Всесоюзном науччо-техюгчгскоы оим-позчуме: "Физико-технические проблемы управления Еоздухообмбном ц горных выработке большего оотема "(Кохгла-Ярее,1063 г, у, ка/ч-нг-аехпических ¡{снферетшлх преподавателей г* студентов КузГШ (Кеие-рово, 1282-1930 I, !'& неучнэ-м^тодпчесюм семинаре кдфедры АОТП . :0/зЛК (Кемерсзо, г.). на хохшгчеслом соаето ассоциации "Ленинску голь" (Л&нилск-Ку^негккй,1993 г.).

Публикация. По результатам выполненной работы' опублшсовено 11 печатных раб;>т.

Обг^ц работы. Диссертация состсит из ¿ведомш, пяти г^ав, еакис-чения и содержит 165 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 8 Т.лиц. список литературы из 131 наименования, 1 приложения.

СЭДЕНКАШЕ РАЕОГЫ

Дальнейшее позьшоние добычи угля подземным споссбоа на шахтах Кузбасса, как и' ь других ( ;сейнах, сслолляется отрицательный проявлением ; природных факторов (горксе дазлеви повышенная газообкль-ность, внезапные выбросы газа, угля и т.д.), связанных с увелшениеы гаубицу разработки. Унзлич то глубины разработки приводит к переко-] на отработку уююнных полей. По дан**ым 198с; г., в производственном обхединеь^д 'Ленинскуголь" кэ 5? выемочные участков 37 участков расположены в у:моняых поляк, что связано с большой протяженностью и сдояноста» вентиляционных сетей. В целях повашгчия нагрузки на очистке^ забой разработаны новые технологические процессы, основанное на применена моцных технологически;: комплексов, позволяющих отработать угольные отолбы прстяленностью в несколько километров лавами длиной до 300-400 м. При згом высокая гааообильность на сопряле-нии. лавы о вентиляционным штреком, а соответственно, на исходящей струе выемочного участка стала сдерживающим фактором. Проводя аналие статистических данных -о аагазированиям на шехтах Кувбаоса, было сделано заключение, что технологичеокие и аварийные эагаэирования являютгя следствием несоответствия требованиям безопасности существующих способов и средств борьбы о метаном в осложненной обстановке. При проведении исследований п.) сущэсгвусщим ся&ссбям снижения мета-новвделеник па в^мочном участке угольных 'лехт было установлено, что венткд..-*ия остается и б/дет оставаться наиболее эффективным средством нормализации газовой обстановку. В настоящее время иа долю вен-

ти-пяцки српходигся пулло 70% удаляемого из горш'х ьыр^эггк маг&на, а в д&лъкейяем с учетом ре" >нсл"г оффектизко^тп дегззац.У1 будет преходиться н-: .-:енеэ Б0% ¡.-этана г,о шахтам Кувбасоа. В сьлси о эт.т задача повышения эффективности венгшлцги лвллетсл звсьма актуально.':. Решение атой задачи осуществляется по следующзл направлениям:

- устанозлеьле закскомернсстей пвмонеы'л де5нга метана по; 'гтоточ* текам (интенсивности газоьудблоиия. с поверхности обнажения, из стСи-тсго угля и выработанного пространства);

- пршенепке более эффе/тизшх схеЫ проветрш^ "кя:

- разработка бол?? точкш мен в расчета расхода воздуха для провотривачия вчрзбогоч выемочного участка:

- споратилиое ьзтома11П5ск?в регулирование о5в;рЕалтного расходз вогдуха и пер?р£лпрвд£ле>шз его м«.ду зыра£от(ссг.от.

Теоретические и практические реко.'ендацчл по взнтиляц5иг угоотних □акт наши своз решение а трудах зклдоиг/лесгсих, отраслозых, учс^нш и проектных институтов: ИГД ку.А.А.Скочиясксг£>, ЕостНЙК, МгкгЮМ, Ш'ГУ,. ЛГГУ, КасПТИ, 'ПечорНИИ, КуэГТУ и др. Накбольслш вклад в: исследование аэрсга^одииампяп ггрг.ьк выработок внесли А. А.с;-хчг.н0:'згй, 3. Н. Зорснин, Х.З. Ушаков, О.С. ;01ебаисв, И, И.МздвОдгз,Л.А. Пучков,Ф. А. Лб-ра:.юв, А. Э.Петросян, II.Г.Матвиенко.М. А. Патрувсв, А, А.Мяснн; в,И. А.! г-мгкся, И. Д. Маце гко, А.Э.Грап^ьгав.В. А. Сатаров, А. Д; Хре «лев, Й. Ф. ЯремСап, С.П.Греков, В.К.Фсмччев, Л.О.Чрэменчуцкчй, К.О.Лзйгнз, Г.З.Каллйкн, К.Г.Гурхрв, С.П.Кага.чоз, Д. А.Певчетсо, В. Л. Мурашов,' А.Е.Краснг.отейн, Г.З.Файнбург.В.Н.Вылег.пашга и др.

8настсяп$ время имеются аргументированные ргкет/ендзцкк ¡:о расу* чету ,эффективности га?овыдэл9йия йч оазличных источников: К чжэ сйссногань* достоинства к недостатки рззр'г&этЕННих" в "Руководстве па проектирования вентиляции угольных гзчт" схем проветривания зоптилл-ционных участков, Динамического яе кетода расчета расхода ' вссдуха, рекоь.еадовапчогэ для разных горно-геолопигскж и ^хнолЬгичч'ггатх условий, в данное ьремя нгт иг-с а сложности учета веек факторе», хт зактеризукцих аарогвзояинамику выемочного у част:«*. На •торОгаэоди' мпк/ выемочного участка1оказывает деотвзяипо влияние природная га-йонзоность разрабатываемого. шиптз, тасгена рзяраСсткл, порток ст-работли. свахбы управления кровлей ц счраиь- наработок, пгогугДй по поречпг.го сс-чзкня, плотность и тип крепи, прч'унлемзя мехдрирдага? рвбот, ширина захвата выемочной «отчиы, сдарэотъ и яеарагяеняе '.<-ДВКЯСШИ, ТГП 'I плотють крзпи очистного просгрякшт, длина стрз-

бг,та:«1ого столба и лавы, счгрость -движения вовдуха, утечки восдуха на смелных выработал я Др.

Не каждом этапе рз&втга гернчх райот точность рекомендуемых методов расчета расхода воздуха определяется сугаеств/гщш к гтому моменту способами и средствами достоверной экопер'ллегталь ной оценки основных параметров, характеризующих газовую сботановк/ в варьбот-как, л возможностями математического А..п&рата для аналитического й численного. решения дифференциальных уравнений турбулеаткетг дкф^увии с реализацией на ОБМ. Применяемые в настоящее время статический и динамический методы рзочота г ^хода вэедуха в? позволял-" учесть вли-пяче всех факторов; характеризующих гаьовую оботачоику в' выработках. Так при отатклегком методе необходимый расход воздухз определяется ра основе вероятностных свойств метановыделеик? в Her<affo*-!yio смену

Q = (100IV4KK) / (С - C(j), U)

где 1уи ~ ожидаемое среднее газоваделэнн& на участке; Со - кояценг-рацяп гааз в поступающей ча участок вентиляционной струе,?.; С - до' пуспгмаа концентрация в исходящей струе,', Кн коэффициент неравномерности гавовиделония. .

входрпий в формулу (1) коэффициент иералномернос-н сгрэделяется ю правилу трех счгм при нормально!/ аапоне распредеке^ия концентрации мета:- на /частив, . -

Б основу дш!и«г:ес:адго метода расчета раохода гоздухг, лолояено пол/<змпнрическсе упг.вне!ш>? турбулентной диффузии, репенке которого в полном обгеме и учетом конвективной составляющей т.'ешпчески очень сложное. В поаяедшэ годы появилось много работ, кслодь&увйщх »тот метод, но с введением большого числа ограничений; стационарности ткцеооз переноса гага по выработка, расчет концеитраця-,1 че-. - pes решение одномерно! о ураыштш -с конвективной или бее •этой ссс-тавлявдей и т.д.

Предя&гаешй яиааштасю«*. мзтод такага основой на уравнении кон-ве'лтиегс-турЬулентпой двфЗ>уеки, но о Солее глубоки*,охаетсом физических процессов ко n&pwoey газ? в горш?. выработках.

Проводке эчсягершеназып» исследования пок--^ади, что аосолйт-• гагообильноога кзходптся в ¿гшисшссгн от расхода воздуха, от йатчгогввооти г.?»02нд?левиа, кегерзя определяется гэгокоа-оотью раз-■ ото^Г-а, акропъп "'.-.„тпгзлия габся.. Vpv. уеггьевл.чшт'моя

гязсх-кцэлетш в воне сопряженил лавы о вентиляш-снним вкреном колебания 'К0НЦ^К':раД-'5Н мэтазш яехсдятсд .ч ;*трсгом ссог2етс:вк1: о делите м расхода воздуха.

Исследованиями установлено, что каждая из схем провесрив-т.я, в зависимости от скорости движения вовдухг-, имеет свои "застойнее" зону. Наиболее рзспростран^нкАя гхемз. прсветр:гвг?яи:: выемочного участка - взазратнсточнлл при столбовой системе разработки (96?. таэ прсьет-рпвактся по ртск схеме)- имеет ни:более оперные "зьсгойниэ" ¿они (рис.1). Несмотря на то, что эта схема белее технологична, геат-вый фактор стал гдлвнвм одерживаема: фактором на пути дальнейшего ее пр.:мененкл. Дейслп.5 йактсра клало еннеить до допусти..мх нерь', гг.^л закономерности формирования концентртци^ннгх полей я зоне сопряжений и применяя зтр.аЗс гаяные спозобы управления ьета-.оыцгелением и гьзо-п^реиоегм. Проводимые экс^сримента-ч: вь-е исследования полон скспсст'-й движения пердуха е поперечном сечении Е!!рзйс?о.: приберег "и'» позволили выявить строго установившийся хярактгр, который ваг ¡¡сит от д;-прессш на а и геометрической формы выработок.

Млтемгтическ^е моделирование распроделелти: скорости дгикенгл воздуха проводилось кз основе уравнений гг^рединьапгки '¡ля л,?мп1дг.н го и турбулентного дьи^ения лкдкости. П[л: ламинарном двиченпу ур?с-иениэ имеет йад

.а'^(х,у) _ 1 . ^ 0У.г ' ду2 1 '

г;'е Уг('х,у) профиль окоргсти двиленгл ьовдута при ламинарном дпн л-Ч'им; V - ::»2:емат!^1ас;:г1 вяэкгсть; р • аяитнсси коздука; д-зпрессия па участке длиной !,.

1З случае турбулеятпего двиления (ь п-рны.; шрзйотках иреоблгда>т турй/лон-к;« диь+онис) 1 ши* песта следуемая ремют«.:^-.:

О.ч И1 v 1 v 'Зу V,- с1.-: ' 1 '

где VI к'^фнци.'нт т}у•¡«••нтнок кин^мьтпческ':.!'! вя^косги; '-'гкЛ'-чV) пр< ф1:.-:ъ "K-r.pt и ¿еижсмия всуд>.;а в выраб.. »•.« при тугйугептьси

£ р-'-.л !1. 1.Г.ииал л^-даолы-.-ич.-я, -¿то если ламдей величин- у-,. -:оота.з т.-т «у г г (.л; >л т -1 ч в ^мг.чеиие \'Т/, то зависимое:.. (утг; С-.

- о -

Рис.1. Схема рисполоконня "застойных" зон на сопряиении очистного забоя с с'онтплшщонним 'игреком: .- очисч'чой забой; 2- вентиляционный штрек; 3- "застойные, зоны" чолцукшого потоки

- е -

д°т мзлочуватаите.д>на к адмзнетэт термы поперзчпсго свч<«п*я. Это позволяет гвесхи но;' з гс>рексяну!г

У = + ут(ут)/у] с!гт, (4)

а задача (3) оеэдотся к гадаче (&) по виду. Зто значит, регкнпе га-Да'-:и (3) со?издает с решением задач гицродпнамг • при ла^шарчси движении.

Яадачз отыскания распределения скорости л ниработг° сломяи . сечения при турбулентзсм дадодняи сгодится к исподьгсванка 8шшрт<ю~

ко:"' взвисзмостч Рейхьрдта у('л')

у.Г2(х,у) - V(',■{) - Б 1пС1 + 1,гы / (З-ЗУЛ'тх)} *

(5)

1-/,8 Г1- ехр(,-Л/11) -(«/!!)■■ <л:р(-0,3гм)3

■ Применение данного метода рассмотрю* на примере ■ т^тепи'ев. „ноя выработки (попепечное гечэгиэ крепи и комплексов ОГЛ, У1<11, Р10МА' по форме имеет зид прямоугольной трапеции). Профиль скорости Ь поперечном -сечении в олуча? ламинарного деийюнкя описывается, слс-дтешга уравнением:

, . " 1РйР я а ' 3"П И 31П 2Ь_

+ Тгь)^) о)

гдз Ь - пирина верхнего основания; Ь - высота выработки, опреде. м:л мощностью раэрзбатюагмого ».ласта; ДР - депрессия на участке длиной Ц О 'Ь; "(Ь+-о,й)< "2< (Ь+ЬУЗг, ОХ, ОУ - каординатньн с сн, соптв-готпенно, пзрАядельтю псчз* и псЕерглюстп г^нзл.ения.

лс"ояьеул -эмпиричезависимость (У;, рэ^считп^м '/Гг(х,у) с сесть драения вэгдухч в кз^дой течке поперечного сеченгл.'

С-те::?;;;::/ --нт гг.г н1 игсл'тпотзякя г. с ли сгс; ост°1": й~ л Данией }";•

¡mvpem'. зго сеч-.кгя подтверждают прапши.нозто ьыбора м&т^иатичес.;-^;"! модели. '

Зная скорость й какдсй тачке поперечного сочения Утг(к<У). мэдно чд:ти среднюю скорость ло формуле .

Ver' '■

г г? i í -'-i г (к, у) dxdy - объемный расход воздуха аа единицу, грвмё ни через лопекчнез сечение плоеадыо f' 4х. .

. Поставляя значение средней асэросли в. выражение (Б); можно рассчитать координаты точек, скорость в котйрых разна по величине средней скорости (коог\пин?.ты места установки датчик® контроля средней опрости двинения воздуха).

. Бпергыэ tí.Н,Ворониным было гогзэано', что двидонпэ гдзевого облака, его лодебгния ьдо.шь выработок определяются профилем о коростой двсления воздуха в поперечном сечешш EtipaSOTOK; приведены формулы прочета окерссти дв.в"?нил воед/ха по точкам ¿ пепэречвэм сечет»: для гругьди -*. прямсуго.^ной ¿ори внрабиок а случав ламинарного движения ; установлен* еа^лсимеоть !.;е;еду смсрс ' ímh движение для zaumspr. ного и турбулентного течений газа.

Fio ?тсх 'Метод но наетл прп^н-нол мз-за большого объема вычисд®-Hi;t /i cyui'ícтвеннсго г-азгождениг s.ícnf^iiKíHTansHüx значеилг сиорзстл с рзеечи' - !ными 1С- установленным зависимостям.

В дисоертэн".оннсй работа приведены формула для более сложных' га-смгтгпчео'си;; фогм ''т^алёциев.игных, з^счйах), котерь'е име*т; мэстс- в f-ei-u: нык •Услов.;я:: эксплуатации ^ырлботск. Для сокращения затрат м-эни кг кйчпелг'ния разработаны прс.-реммы для £2.1/ на nsmw SGfTFAH: расчета сксрсст;: дудения эоглупа з г.ьдпой точке геяегечйого сече-ння; средней ск-рготи ;как сг'-дне-- вэт-Литг'.че-оксе значение элементов св;т ?рчогэ .-'.геенна); на.с.-зд-.-ння черадковего номера, сс зрваяш ана-•ii-Kuev скорости. Предлагаемый мо^од позволяет; повысить . нгделяоеть коктро.:гт скорости двикгст духа. Как показали иусл^дмггшия по вы ?*aw • учдзтяаа, у WK лаз было раскти? »чке' вс входящем и исходящем ;-;о,чсдах воздух*. до 9,5 м®/с 'иэ-'за ноючности измерения средней сюр*"?» лга:-^нип гсягод и плозди поперечного с--. эаин;

.'изл дод* с'корозтек, sr:<2eh> вогисжиссть оодее ■ точного мод^лнроьа-нг1 "'Л!ц»энг?%зтг-яиь;: полей и Зсгполного рясчр;а paow.."' рогтуха

- il -

Зздача расчета кткиенграцгпт метана в- лсперечвсм сучен::п в^г"'^• ron it по длше гагы с г. од иле к репэк.1» уразлеш т т/гб/леилг.п. фу?ИЛ Е СД^ДУХЩгЧ ЕИД*:

ôc , зс „ 32С , „ 0*0 .

■■ ■ -äY * V„(X,y) -g- - D* g-г * Oy äy2 •

где G - кс.-гаентрацир ¡ ага; Dy.Dv - нты турСулентпсп

яги по ДЕуи c?tc~cí'3jzh¿:a нагргзлекиям oo.i 07. n ÛV ле^зт а гисс:-ссп! поперечного сечения вграОотки,. а ось OZ - вдоль оси лалн; профг-ль скороотп ДБ1ИОКИЯ воздуха в гырапстке.

Учиткная, что ксшзс ктквный ;;зрекс rasa пдоль оси Cl за раз пр-гзьпает турбулентный, а кснЕе.гп'Знъп* перенос, я, готсречн-:,) с»-4îiu::i меньше турбулентного, ' пренебрегаем сос7агла::даил1 э урпи'пн/.и турбулентной д1рJycsw:

. дС „ Эг0 УС „ 90 „ <з"о

За,\змя начал»«»? л грзкячаде услочкя ' соотъатстгекко ^мздку М50Т0 п-точнпкам ra-íOí^eiíiíiri! 0(:;,y,ot) » Ca, C><H3i(iî,y,ztt) .рэкаех урачненк» (7).

Ревели* уравнения осчсвано на примекешш м9Тсдоа Е "ковй-P-^fp ккпа и Характеристик.

ОСзя®. рссени-5 /равнения (7) имеет зия

C(x,y,r.,t) - ?i(r:,у,2,t)* яя<г, t; • VkO'.y), '(3)

'rae " cbc-ws косг'ц1шатйы:< ^гиК1Пв"1,:У!Т0ри«» -анбираот:* • i—".out

•и ícpta: поперечного с?ч<г!",и гуряй-5тг.и и усгссий кулетгы:'. г1'.т;е:н:П rpairsi'te; t) - неиг-ргпш-5 фупгцпи. кот^сые находятся ч ?р&г р»со н»з y-'SEPgrnnl г чэстщх проягвс-днчх первого

га"пред?.'?кпе пап н-Г'пептрацш '¿йтс^я вгогъ г кгкоге гчСо«: об'-рудсзаннс'Г'* комплексом tina С;Л. полученя^? из сонованпп р>-с'чг/л уравнения (6), при гзгоанд-?лвп:ш ;:а р5грзг*з?:-т:з№:сго плгдгг г:ггт>--тап-мг- на рис. 2.

*пр5д$дч? по..л счор-ciert дзкзгенич ar?:rm> п ■•тнце^трацпй и«тслг.. пслучсйм аог%'г.лкс-:.ть рэггттеа ра'хег пел р&бнего всг.т/х'а дся ip

29гри8?шст гс,"¡(tí;: ?крт£"тс«.

рас сиг- гег-дуча »:о.<йо пссчресдк'Л ч^рег кснажтрп^з! »! дя-^?У?:>:н»ы;*1 пст-к. Таг. î'jh кгчяг ятрвдп ггга яглгетсл -фучг.-т. :r.'f;nHnT и <гг<?м ?'»«', сдч'-íi -згсрг.ггь л ; jv.'fcí: - стер.--:-■

- Г2 ~

Рис.2. Распределение концентрации метана по очистному эчОою

-- - по математическому мсделиропоникз

зва«эния -¡огд;-.*,?., го метод ~асчэтя. расхода вогдука черва чснц*н:р?.-L-.г'п н-г ncJEc-.тяэ? получись одно?и?чн1:;! результат.

псвтс.'Г/ pî-c'-îtt расхода ьогрука дсч проз<?тр1'лаш*я горни*. аыр-;с >„• •гк ovkct?:to íí-Соя г.рскерсди." на осчогаяии ppro.n.s_ ур..ен. j>k«

r-iíM¡o- т''гсулек"но/! дк<?>17?:.к г.°эа через (Г), т.е. черел nr." -.»'.Hin" ; r;>tyai:cH».cí-c потека, »ве-дэкньт. В.А.ксл».:а:г;-.-.ь'м

; = de, _ о.

;:;•-> с - кэт'»н".иьл г.иффугке-нного г.отока; Озэ*" ■•-HV д::^уг:':<; > :":ы:екгса:л;г мэтама т гыг.зСоп*. О ян'.-Д'Нием .ютсньиала уравн^ни.* (7) при;»." вид:

9Г rfif

- v"(y'y) "ST " т .э^' Í,J}

»•59 vT2!.:<,'/) - скзрость "Е:з.ек:.л зевдухз в кзглй-тл*.-:> точ.-« nor;-речного оеченил выработки.

ур'.--знания (lu) так«», как и р-гп-'-.ч::--: ур^нг^ин (?.', ¡:rr. иагоул: кёгелвии 5у0исвэгГа.":лрхи,'з и хягахгеригчге з гщ*

¡7;e V.У. >- Cüjri-i.ia 'с 4jp..!:::iar.4'.j:-. '{унк,.',«:!1 К1:':'.:: ::- ><L::'.:t --.чп-.' ri ,:.."■ -зт п.? \ рму поперечного m.psf jtk'î .: y-'iw;:::'* //.vt:.". ws-ч

'.m гг-нг:;* n .•г^рьятеги; a >.íz, t) - кекгв-э.'гкке функ.цгп, kj.-cjw ¡n-:тг'1г:"! $ч-з«ни«» дкф^г^я-иальиът- ур^в.^нн:! a ,-'s""íh! ;' ят.:- ч;.-" ч«;< песгс:-? п;рлдкэ; í-i'k,; - п-эт*иц.!чл п::-í*íí-/e-нпкнi;-: . "OTOfLiii rpi:::v!.!,í-M:. y-ли¿гя:,::'. ь irv."r_! ■ i::íT'r!;

(.•.••'г:* Ï вес л; ?>¡f отяи

'чл фунчшл ; '.,уr.f.' : •.1 е? vrri."-' •••:■

:' Л->-.г,т, пгл.'Ч'^м ^nW-veixüHt:.': v.

.:;ч.'Нч:'г: ; üfCü'i? "i.'.?) nranvoJH у-'МГ;"' ..

■■ rv н-ч IV." -л" • : !.........у рчз^ььл'гкнл ■, .т .

•¡"л г.Г' »1 ■.!•■;

, !(■" ffvJí. i!,

i! v/. ; i'--1 ' ■: ' ,

Сспоотааляя р'_лчетнш значащи концентрации газа по формуле (8) о екоперименталлЕши значениями, получаем раохождение пэ более, чем »13 5-ЮГ,.

Проводя сопоставление расчета расхода воздуха по формулам (il), (12), (13) о фактическим расходом, имеем расхождение данных в Я-4 раза, в зависимости от формы поперечного сече.лш выработки к ооот-ретствущего ей профиля скорости деклэния воздуха.

Предлагавши метод расчета расхода воздуха указывает на то, что предотвращение загазирования на сопряжении лави о вентиляционным штреком пледу от производить перераспределением воздуха по сечен®, использованием других методов борьбы со скоплениями метана, иди средствам дегазации.

оашшение

Б дксоаргацнош.'он р^соте ,-<ано новое решзние актуальной науч-. ко-технической задали, еаклвчащейся \Е. разработке динамического метода расчета расхода воздуха для проветривания горных выработок вые-мочксго участка , что дае- возможность предотвратить загазирование выработок и с, .задние с ним последствия.

Основные научные и пракгьчесгле результаты за:-шочаютсв з следующем;

1. Установлена, что структура газов, о баланса и распределение концентрации м^ана в выработках выемочного участка существенно зависит от охеыы пров.етряваиия. При разработке пластов о природной га-еоноояостыо более 5 м3/т на пахтах акционерного общества "Лешшску-голь" отмечались ззгэзированип на опрпжешш лавы о вентиляционным атреком, проветриваемой по воэвратноточной схеме о выдачей исходящей отруи на целик, и и очистном забое при работе комбайна.

При прямоточной пх^ме проветривания выемочного учаотка с выдачей исходящей струи.на выработанное пространство,о подсведенкем, при скорости движения подавремой струи до 0,6 кУс отмечалось наличие ваотойщ« зон на сопряжении лазы с вентиляционный! штреками.

Выявлено; что при существующей системе распределения воздуха на сопряжении лавы с вентиляционным штреком, в зависимости от вначения рредней окорост.1 дь-леннл воздуха, профиля крепи ксмплексз и крепи сопряжения имеют место установленного размера и фошы застойные зоны воадуха. Так, • длг комплекса 0КЛ-70 с перекрытое. зазоров мелду сек-

днями крепи наблюдается повшпениэ кЬнцвктршйш Метана до 4Т и бол»»? под последней секцией Крепи где скорость движения г-идука близт нулезой.

Па оснозелш) экспериментальны/ данных выявлено, что , количество всйдухв, проводящего черэа выработанное йроотрансгвр, вайксят гтг схемы проветривания, скорости движения яордуха на конвейерном игреке, вагромсшеннссти сопряжений лавы с Котзенернъм штреком я.входно го о?чечия левы, ааролчнами^еских гшраме?рсь крепи сопряжения.

В йэвиоимооте от перечисленных фыкторой V течк воздуха бостзвлп-г: ет 20* ЕЮ?, ст расхода йоэдуха, посту1 ляего ио конвейерному стр^^ тз Рону сопряжения о лавой, экспериментальные иаоледо^-чига поэ^ .лили уст«ногит», что расхбжление входяйего и исходящего расходов . воздуг.^ до 1ЫГ. язййется следствием4 неточности намерения средней скорости дегйэяяя зевнула и площади поперечного оеченчя.

Я( Разработана математическая модель и программа для нахокдануя скорости дзкдопиа воедуха э лгбпй точке поперэчного сеЧс-чия г.ыга/?о-ток в зависимости от их фор®а и Двпрёссил на учаоттап РвсяЬждрниэ зтепергтмеЯтаЛьной згерн скоростей о расч"*ной нЭ превьшает С1-1С?.

Полученные еааисимости для' п^иля с^ро^тзй позволят- рассчитать оредпзст о<{орость /-.вплеши воздуха и оппэдэлить кос^Ннаты ¡. чек з сечении Ек-работки для уотено^^п детчйкав контроля её величкпн- ■

В зависимости от £зрчьг поперечного сече.чия и средней' с»®рсйтк Дснления точка места установки датчиков кентреля должна располагать-оя на. расстоянии 20-40 см ог кровли йо оси симметрии.

• Погрешнеот в кзрэреняи средней скорости движения воздуха анемс-мэтрами типов ДсО-3 и ИС-13 по точк?м и методом "СЗясла" мблэ? доо' тигать ЯЬЗОХ ¡г-па пеучотз поля серостей. Дгя поуыгсрния точпгбтп измерений средней скорости движения вогдухз олчдует переходить на автоматизированный способ эачгра 6 '/стошкой датчик?, а соомек^-тв пи с рагршЗоташюй: методикой.

4. Рй&р&Яогаиа трехмерная математическая модель расче-та пол» коццчнтрацкн метана по выработкам ' на основе ура?яэння «чэйпеш мо-Турбулёнттгон тшффуеии с пеЬоменьий княвектиавой состасллпз«й, -¿с отвеЛг/вуптей поля скярелтйй дгЧчяйя аочдуча. Дпг-пя М"аагл ляэт прогноеир-?вать годаже-шо точек мшси,<злыг:-й тени?«;галия т эг;'

т. ?. г-пйсшх г^.рорых скс*пл'?н!"й. • •

Розработ?« 'дкк'иктскнб метод расчета раехп-л эоггу/л гч>.-, •

2?-,р.1г,;1.,,..7 рыздг^нптб участка .ча (сасг.э г^^гм-.гного уг-2' •

ч-гш кС'ТГР!"; •'•угбулэкпг 3 снНугпл ,.гл"чпа.'»л •

го пои-ка о'аерт<®киои скоростью дв;вдн м дэ»духв< по сече mac a'ipa-

Oor <i'.. . . : '.'■•.

Установлено, что для позЬденпя точности расчета ьо.'шчятг/.-'диоьиы?' ¡.эл«й по предлагаемой математической модели коэффициенты турбулентной дийувик, а при ресчетэ расхода воздуха - коэффициенты ьффекит-

дифф/зпн следует рассчитйвзть с учетом полч скоростей унижения . чо?духч. , ■

С ыелуо обеспечения, достоверности расчета для рэшкия уравнения коньективно-турбулэнтией дкффуаии исг.ользуетш Ьркблда.енгый знакити-4iCKini метод Е/бнгва-Галергаи'-«, позволяоциг учесть фарг • поперечного сеченая i: обладисций хорошей схошыост^ю с зкеперпяентальньг.« данны-vtt по сравнению с другими методами.

В. 'Лпсотавление- расчетных зяач^нлй концентрации Газа с 'фага«-чэскш.ш покззало, что они не отличайся более чем на 6-10.",.

Расчетные значении расхода Еоасука в сравнении с фактическими ц иными отличяогся более чем ъ 2-4 ра?а в зона сопряжения лаш о S'-пгпляцкаяным ытрексь! при зорврвткоточней схеме проветривания.¿то сбьясляется неуче, о!.- формы и ргтгмера tic перечного ерчен..л и ' величины" еаотойно:": ьж~;. Установлено, что д.'я прззотграсекия у.чгаьиреззтй гудничден ^тмпоферы а оопрялеппи лавы с "чнгйляциоиным STpeiic« при возвретното JHOH с:;еме прсветркванпя следу«т подавггь количество £ л-вуга сосхваютпенкс расчетным данным нлй нримё-шяь дгугиа способы отпада гетанз от сопря.чения латы.

СКмсвкые лолеяемп диссертационной работы опубликованы в аяедую-цпу. г<э"5огая:

1. Колмакоу В. Л,.Денисова Я Н. Исследование поля серостей движения вор су:: а е rb^aCoTK/.v очИ'-гчьк i oaûoet /"Техкэлсгип подбитой разработки угелтчыч пластов: Сб.науч. тр./КузШ ■ - Кемеро-to.iso?..- с.1бв-1га.

Келмаков В. А.,Денисова 'Л.Н. Метод расчета нестационарного Г'с'пг 'пг'ленил о;:ор:л7и дц-|4угиончсго потйкга примеси, ь олсм»дюй■ зенти-л .«тонной сети //feHKO-iexJ ческа* проблемы управления Еогдухсобме-н:,м в V рныу вь-рзГогкчх блгьзчх эОъеиов: Гезкоы дою.Есесоигя.нз-учн.С;д.-.П')ЗИУМЭ'' Но.'стла-Ярье, гоню 19CS г.

3. Л?нпг:1=а Л.Н, ¿нглитический летод расчета эдхода везлуча для г'.'.оа'-хриггэтя горн<- r.i-'рйботск выемочного .учз-тка,-Кемерово,

с--Л"-п. J и-ГЛзЯугоьь 1950, !1 ЭШ.

4. Готоимо? Р.Л. .Гэнисова л.Ч. V.'.vomfг «'чвекад «ктол!

ния скорости диффузионного потока газа в снст?ме гпрйнх гцрабг,-ток,-Кемерово, 1385.-Э о. Д-;п. в ЩМЗйуголь 24.10.ШЗБ, н 231?.

.6. Методические' указания к выбору способов улрзвлзаия гааовыде-лением- /3. А. Колмаксз, З.М.Абрамов, Ю. Д. Рыжков, О, II БрЕбандер,Л.Н.Денисова- Кемерово; Кув1Ш,1984.-£зб о

Дешго^а Л. II. Исследование коэффициентов длффузг.и //Вопросы -аэрологии, охраны труда и пряоодц: Мемвуз.оЗ.науч.тр./ КузПИ - Кемерово, 1983.-0.47-53..

.7. Методлчеокие рекомендации по расчету расхода воздуха для проветривания псдготозиюьнкх выработок /В. а. Колпаков ,>;;Н. & >-кин, ¡3. а .Пинаев, Л. Н.Денисоьа- Кемеропо: КузП11, Рсесокэное нр-изводс таенное объединение "кузбасс-уголь", 1937.-14 с.

8. Денисова Л.Н. Математическая модель для описании поля скоростей движения восдуха з горных выработках //Управление ггчвовь'делеиием в угольных шахтах: Мелвув.сб.ньуч тр./КузШ - Кемерово, 1990.-С.42-45.

9. Шевченко Л.А. .Денисова Л.Н, Динамика гагаеирояаний гортах ви-работок на шахтах Кузбасса /'/Подготовка горных инженеров и развитие научных исследований: Тез.докл.конф..посвященной 40-летию деятельности кафедры разработки месторождений полезны:'. исксг.аемых/Куз'ЛИ-Кэ-мероао, 1990.- С.БЗ-ББ.

10. Шевченко Л.А. .Денисова Л.Н. Применение элементной баги автоматического газового контроля для решения комплексных задач проветривания шахт //Информ.листок.- Кемерово, ЦНТИ, 1990.- N 352-90.

11. Шевченко Л,л..Денисова Л.Н. Выбор рациональных схем проветривания высокопроизводительных механизированных забоев на пологих пластах //Информ.листок.- Кемерово, ЦНТИ, 1Э90. - N 304-90.