CC BY
53
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ecology@ tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Поляков Андрей Владимирович, канд. техн. наук, galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ROCK DESTRUCTION PROCESS WITH USING SUPERHIGH-PRESSURE WATER JETS A.B. Gabin, A.E. Pushkarev, A.A. Malikov, A.V.Polyakov
A test installation has been developed equipped with a superhigh-pressure source based on a double-stage hydraulic pressure intensifier. Results of the research are presented on rock destruction with superhigh-pressure water jets.
Key words: sheet of water, destruction, rocks, super high pressure, tunneling machine.
Gabin Alexander Borisovich, Doctor of Technical Sciences, Full Professor, ecolo-gy@tsu.tula.ru , Russia, Tula, Tula State University,
Pushkarev Alexander Evgenievich, Doctor of Technical Sciences, Professor, galina_ stas@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Malikov Andrei Andreevich, Doctor of Technical Sciences, Full Professor, Chief of a Department, ecology@tsu.tula.ru , Russia, Tula, Tula State University,
Polyakov Andrei Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, galinastas @,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.44
ПЕРЕНОС РАДОНА В ВЫРАБОТКАХ ОЧИСТНОГО УЧАСТКА И РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА ПО РАДОНОВОМУ ФАКТОРУ
Н.М. Качурин, Г.В. Стась, Мпеко Нсендо Арди
Показано, что целесообразно рассматривать одномерную конвективную диффузию, так как диффузионный перенос радона воздухом в выработках очистного участка происходит в стационарном режиме. Как правило, фактор радоновыделений является превалирующим фактором при стабильно атмосферном давлении. При этом количество воздуха по этому фактору на 20 ... 30 % превышает количество воздуха, необходимое для разбавления углекислого газа до предельно допустимого значения.
Ключевые слова: радон, воздух, турбулентная диффузия, количество воздуха, математическая модель.
Диффузионный перенос радона воздухом в выработках очистного участка происходит в стационарном режиме. Учитывая соотношения по-
перечных размеров и суммарной длины выработок целесообразно рассматривать одномерную конвективную диффузию [1-3]. Расчетная схема переноса радона в выработках очистного участка представлена на рис. 1.
Рис. 1. Расчетная схема переноса радона в выработках
очистного участка
В выработках очистного участка средняя скорость движения воздуха достаточно велика, чтобы можно было пренебречь турбулентной диффузией, поэтому в общем виде нестационарная конвективная диффузия радона в выработках очистного участка описывается одномерным уравнением гиперболического типа:
^Г + ^ ^ = А*п }ОУ ' (1)
где иОУ - средняя скорость воздуха в выработках очистного участка; )оу - суммарные выделения радона в воздух в выработок очистного
участка из различных источников.
Адаптируя уравнение (1) к реальным физическим условиям, перенос радона в выработках очистного участка можно описать следующим уравнением:
<ЗЛт
и
1оу със ~ Акп + )оу'
Граничные условия для выработок очистного участка имеют следу-
ющий вид:
Ar„ (0) = 0, ARn (X) = AR
Rn '
Решение уравнения (2) для условий (3) имеет вид
ARn(X)
(^Rn )
Rn) оу
X
Rn
1
exp
X
Rn
u,
X
ОУ У
(3)
(4)
Разработана программа ЛЯпОи для вычислительных экспериментов с использованием стандартного пакета МЛТИЕМЛТ1СЛ 2.2. Результаты вычислительных экспериментов представлены на рис.2 в виде графиков зависимости Ам =км(х)/АВпк от координаты x, где АВпк=(ИВп)Оу/ 1Кп
Авп =^рпАРп (х)/)оу . Вычислительные эксперименты проведены для
различных значений ю, где ю = ХВп/иОУ.
Анализ результатов вычислительных экспериментов показывает, что при больших значениях х удельной активности воздуха по радону стремиться к асимптотическому значению А^^. Удельная активность воздуха в выработках очистного участка зависит от величины абсолютного радоновыделения, скорости радиоактивного распада радона, средней скорости движения воздуха и коэффициента турбулентной диффузии. Следовательно, зависимость (4) может использоваться при расчете количества воздуха очистного участка по фактору радоновыделения.
500
1000
1500
2000
х ->
Рис. 2. Графики зависимости An от координаты x для выработок очистного участка. Значения с, 1/м: 1 - 510-2; 2 -10-2; 3 - 5 10-3; 4 -10-3; 5 - 5 10-4
Зависимость (4) позволяет рассчитать количество воздуха динамическим методом, в соответствии с которым средняя по сечению выработки концентрация радона не должна превышать ПДК. Решая уравнение (4) для ARn(x) = ПДК соответственно при x = LПВ и x = (ХЬ)ОУ относительно средней скорости движения воздуха, и переходя к объемному расходу воздуха получим, следующую формулу для расчета количества воздуха по фактору радоновыделений:
Г,ОЧ __^Кп^ОЧ__/СЛ
Шп " (и / , (5)
1п \ЫКп /ОУ
RnПДККп -{bIRn )
ОУ
OTT
где QRn - количество воздуха, которое необходимо подавать в очистной участок, чтобы концентрация радона на исходящей струе подготовительной выработки не превышала ПДК^; - проектная длина очистного участка; L04 - суммарная проектная длина выемочных штреков и лавы; SЭ - эквивалентная по расходу воздуха площадь поперечного сечения выработок очистного участка.
Результаты расчета количества воздуха для очистных участков шахт Подмосковного бассейна представлены в таблице.
Разработанные математические модели радоновыделений и расчета количества воздуха были положены в основу алгоритмов и комплекса программных средств, позволяющего автоматизировать процесс решения инженерных задач при использовании усовершенствованных методик прогноза газовыделений в выработки шахт Подмосковного бассейна и расчета количества воздуха необходимого для проветривания очистных и подготовительных участков.
Расчеты количества воздуха для очистных участков шахт
Подмосковного бассейна
№ Сочетание Расчетная углекис-лотообильность, м3/мин Расчетное количество воздуха, м3/мин
п.п расчетных параметров Средне-стати-стиче-ский очистной участок Очистной участок с оптимальными параметрами по углекислото-обильности по радоно-обильности
1 Максимальное 0,85 1,00 201 - 260 274
2 Минимальное 0,10 0,24 36 - 86 156
3 Среднее 0,63 0,74 189 - 222 231
Вычислительные эксперименты, выполненные для среднестатистических значений горно-геологических условий и технологических параметров показали, что, как правило, фактор радоновыделений является превалирующим фактором при стабильно атмосферном давлении. При этом количество воздуха по фактору радоновыделений на 20 ... 30 % превышает количество воздуха, необходимое для разбавления углекислого газа до предельно допустимого значения.
Список литературы
1. Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Прогноз выделения радона в горные выработки угольных шахт// Известия ТулГУ. Естественные науки. Вып. 1. Ч. 2. 2012. С. 133-142.
2. Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В.. Выделения радона в атмосферу горных выработок угольных шахт// Известия ТулГУ. Науки о Земле. Вып. 1. 2012. С. 46-56.
3. Радон в атмосфере угольных шахт / Н.М. Качурин [и др.]. М.: ГИАБ. Вып.8. 2012. С. 88-94.
Качурин Николай Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ecology@tsu.tula.ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Стась Галина Викторовна, канд. техн. наук, доц., galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мпеко Нсендо Арди, аспирант, galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MOVING RADON IN MINING WORKINGS OF PRODUCTION FACE AND CALCULATING QUANTITY OF AIR BY RADON FACTOR
N.M. Kachurin, G.V. Stas, Mpeko Nsendo Ardy
Diffusion radon transfer by air in mining workings of production face realizes at stationary regime. It's shown that reasonably considering one-dimension convective diffusion. As a rule, radon emission factor is prevalent factor by stable atmospheric pressure. Quantity of air by that factor better on 20-30% then quantity of air which necessity for diluting carbon acid until maximum allowable concentration.
Key words: radon, air, turbulent diffusion, quantity of air, mathematical model.
Nikolai M. Kachurin, Doctor of Sciences, Full Professor, Chief of a Department, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula City, Tula State University,
Stas Galina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, galina_stas@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mpeko Nsendo Ardy, Post Graduate student, galina_stas@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
