CC BY
16
6. Prognoz radonovoj opasnosti i raschet kolichestva vozduha dlja provetrivanija ochistnyh uchastkov po radonovomu faktoru / N.M. Kachu-rin, V.I. Efimov, G.V. Stas', A.N. Kachurin // Ugol'. 2018. №1. S. 40 - 43.
7. Zakon soprotivlenija i obobshhennaja matematicheskaja model' fil'tracii gazov v ugol'nyh plastah i vmeshhajushhih porodah / M.V. Grjazev, N.M. Kachurin, G.V. Stas', A.N. Kachurin // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 3. S. 170 - 179.
8. Kachurin A.N. Fenomenologicheskij zakon soprotivlenija i ma-tematicheskoe opisanie fil'tracii gazov v gornom massive // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 1. S. 248 - 256.
9. Kachurin N.M. Perenos gaza v porodougol'nom massive // Iz-vestija vuzov. Gornyj zhurnal, 1991. № 1. S. 43 - 47.
10. Prognoz gazovyh situacij v ugol'nyh shahtah v periody pa-denija atmosfernogo davlenija / N.M. Kachurin, S.A. Vorob'ev, O.A. Afanas'ev, D.N. Shkuratskij // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki. 2014. Vyp. 1. S. 165-172.
УДК 622.4
АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГОРНЫХ
ВЫРАБОТКАХ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ АЭРОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Г.В. Стась, А.Н. Качурин, В.И. Голик, В.П. Стась
Аэрогазодинамические процессы в рудничной атмосфере являются следствием технологических воздействий на угольные, гипсовые и калийные пласты, на рудные тела и вмещающие породы и проявляются в форме фильтрационного течения, диффузионной миграции и конвективно-турбулентного переноса, которые описываются дифференциальными уравнениями параболического и гиперболического типов. Параметры математических моделей отражают физико-химические свойства вещества горных массивов и газов, влияющих на состав воздуха. Моделирование состояния аэрологической безопасности в угольных шахтах и рудниках позволяет осуществлять ситуационный анализ прогнозных оценок нестационарных и установившихся полей концентраций газовых компонент рудничной атмосферы. Взрывобезопасное и безвредное состояние рудничной атмосферы обеспечивается количеством воздуха, определяемым на основе решений дифференциальных уравнений, учитывающих стационарный конвективно-диффузионный перенос рассматриваемых примесей.
Ключевые слова: газ, метан, радон, кислород, конвективно-турбулентная диффузия, математическая модель, вентилятор местного проветривания, подготовительная выработка, очистной участок.
Аэрологическая безопасность основывается на нормативных значениях тепловлажностных параметров рудничной атмосферы и ее состава и характеризуется взрывобезопасностью шахтного воздуха и эффективностью управления распределением воздуха в вентиляционных сетях. Следо-
вательно, аэрологическая безопасность является главным элементом общей безопасности шахт и рудников [1 - 3]. При этом научной базой аэрологической безопасности являются рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика. Такой подход предполагает, что физические принципы прогнозирования газовых ситуаций, а также расчета количества воздуха должны быть едиными независимо от того, какие полезные ископаемые, добывают подземным способом, и от того, какие газовые примеси выделяются в рудничную атмосферу или из нее поглощаются [4 - 6].
Поэтому установление новых и уточнение существующих закономерностей конвективно-турбулентной диффузии примесей в вентиляционных струях угольных шахт и рудников для прогнозирования газовых ситуаций и подачи на очистные и подготовительные участки аэрогазодинамически обоснованного количества воздуха является научной основой для разработки геотехнологических решений, обеспечивающих аэрологическую безопасность на всех этапах существования угольных шахт и рудников.
Моделирование аэрогазодинамических процессов при проветривании выработок различного поперечного сечения основывается в общем случае на системе уравнений движения О. Рейнольдса, описывающих течение вязкого, сжимаемого теплопроводного газа в трехмерной постановке, которая состоит из основных уравнений сохранения [7]. Дискретизация уравнений осуществляется методом конечных объемов. В трехмерной постановке потоковый элемент состоит из восьми октантов и двадцати четырех поверхностей, содержащих точки интегрирования. В дискретной форме уравнения движения имеют следующий вид:
/
Уо1
М
+
Х( ри Ап, =0;
'р
(2)
рУо1
Г о Л и, - и.
Аг
+ X (ри, Ап, )Р (и, )р = -£( РАп, )р + 8ш Уо1 +
р
'р
+
X
'р
и
е»
дш ди,
■ + ■
дх дх,.
О М-е» л
3 дх
ди1 „ 2
рУо1
'и - иоЛ м
Уо1
Г Р - Р о^
м
+
Ап
(3)
р
X (ри,Ап; ),р (н )р =
'Р
X
'р
дх,.
дИ
рГ дх J
Ап.
ди,
+ Уо1 + Х(
р
р
и.
ди ди,
■ + ■
дх дх,.
' о Мш л
3 дх,
2 Й дк А — ро,, к + и-Ап,
3 ] дх, ]
'р
pVol
к-к
о Л
At
+ 2, )Р (к)р = 2
ip
+
Vt
ди. du
/
Vt
V + —
a
\
дк
к У
дх.
An
+ Vol +
дх. дх.
pVol
8-8 "AT
У 0 N
дх.
Рк + Ц
ди
дх
ди,.
'I
дх
Vol — p8 Vol;
+
2puj An)iP (8)p =2
f \ Vt
V + —
v a8y
д8
дх.
An, +S 8 Vol +
+ -к
"81
Vt
ди ди1
■ + ■
дх,. дх,
v J i
ди,
дх,.
рк + vt
дщ_
дх,
\
ди.
дх.
Рс828
Vol,
(5)
где Vol - величина контрольного объема; нижний символ "ip" - точка интегрирования, суммирование производится по всем точкам интегрирования; An. - произведение компоненты вектора внешней нормали на площадь грани; At - шаг по времени; верхний символ "0" определяет параметр, взятый на старом временном уровне; верхняя черта над членом, учитывающим влияние источника, обозначает осредненное значение на контрольном объеме; р, t - плотность воздуха и время соответственно; и. , и* - компоненты средней скорости воздуха и пульсационные скорости (J = 1, 2, 3) соответственно; х. - пространственные координаты; S, Н - энтропия и полная энтальпия соответственно; veff, v, vt - эффективная вязкость,
динамическая вязкость и турбулентная вязкость соответственно; 5. , к-дельта Кронекера и кинетическая энергия турбулентности соответственно.
Вычислительные эксперименты были проведены для камер и подготовительных забоев тоннелей с площадью поперечного сечения 100 м При этом количество воздуха, протекающего по выработке, составляло 18...30 м /с. Были рассмотрены различные способы подачи воздуха в очистные и подготовительные забои. Комбинированное проветривание моделировалось для двух конструктивных схем систем вентиляции. В первой схеме использованы три вентиляционных трубопровода - центральный трубопровод для нагнетания воздуха и два симметрично расположенных воздуховода равномерного всасывания (рис. 1).
Разработанный алгоритм позволяет очень эффективно воспроизводить картину течения воздуха при различных схемах вентиляции выработок с различной площадью поперечного сечения. Разумеется, следующим этапом является инженерный анализ результатов моделирования и разработка технических средств для реализации выбранных схем вентиляции.
Таким образом, физическая модель аэрогазодинамики подготовительных выработок и очистных участков любой шахты или рудника представляет собой совокупность следующих физико-химических процессов.
Газовые примеси, содержащиеся в веществе полезного ископаемого, находятся в состоянии динамического равновесия до момента технологических воздействий на горный массив.
Нарушение геомеханического и газодинамического равновесия приводит к образованию полей давления и концентраций газов в веществе полезного ископаемого, где формируются градиенты давления и концентраций, которые являются движущими силами, обусловливающими процессы фильтрационного переноса и диффузионной миграции газов в массиве нарушенной структуры и разрушенной горной массе.
Рис. 1. Комбинированное проветривание очистной камеры а - общий вид; б - вид с боку; 1 — нагнет ат ел
2 и 3 - воздуховоды равномерного всасывания; 4 - линии тока воздуха у шели равномерного всасывания; 5 - линии тока воздуха в призабойном пространстве
Процессы фильтрационно-диффузионного переноса сопровождаются процессами десорбции сорбированных газов, а при миграции радона происходит и его радиоактивный распад. Обобщение результатов много-
летних исследовании аэрогазодинамических процессов на очистных участках шахт и рудников показывает, что математические модели фильтраци-онно-диффузионного переноса газов в горном массиве и отбитой горноИ массе и модели конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в выработках очистного участка позволяют получить достоверную оценку газовой обстановки.
Основной характеристикой газовой обстановки является поле концентраций газовой примеси в атмосфере горных выработок. Дополняя результаты автоматического газового контроля рудничной атмосферы и результаты дискретных измерений результатами вычислительных экспериментов и ситуационного анализа газовой обстановки, можно повысить качество управленческих решений по газовому фактору.
Диффузионный перенос газовых примесей на очистных участках имеет свою специфику в зависимости от вида выделяющегося газа. Например, перенос метана в очистном забое, перенос метана и радона в выработках очистного участка, динамика концентрации кислорода в пределах очистного участка буроугольной шахты и перенос газовой примеси на очистном участке калийного рудника можно описать с различными видами физически обоснованных допущений [8, 10 - 11]. Адаптация основного уравнения конвективно-турбулентной диффузии с учетом таких допущений позволила получить базовые математические модели конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в выработках очистных участков, представленные в табл. 1.
Теоретическое обоснование динамического метода расчета количества воздуха, необходимого для проветривания подготовительных и очистных участков, основывается на решении стационарных задач диффузии газов в вентиляционных струях [12 - 14]. Для прогноза метановой опасности протяженной подготовительной выработки получена следующая закономерность стационарной конвективно-турбулентной диффузии:
с(х) сн — х
х 1-
ПВ
-1
ехр |о, 50пв (ВТ8пв О,250Пв (М-8т+ Опв (Ц^)
(6)
где QПВ - среднее количество воздуха, протекающего по подготовительной выработке.
Анализ зависимости (6) показывает, что она близка к линейной функции для х=1000...1200 м, что при необходимости позволяет ограничиваться начальными слагаемыми при разложении экспоненты в формуле (6) в бесконечный ряд. Динамический метод расчета количества воздуха для проветривания подготовительной выработки также основывается на решении стационарного уравнения диффузии, но при этом учитывают только конвективный перенос метана.
Таблица 1
Базовые математические модели конвективно-турбулентной диффузии газовых^ примесей в выработках очистных участков
Вид процесса Адаптированное уравнение процесса Начальные и граничные условия
Перенос метана в очистном забое дС дС — + и — = УI (*), дt дх 7=1 где и - средняя скорость воздуха; Iг - интенсивность газовыделения из ьго источника С (x,0) = Со, С (0, t) = Сн
Перенос метана в выработках очистного участка дС+д( иС ) = БЭ '"С ), дt дх Э дх2 1=1 ' где и = и(х) С (x,0) = Со, С (0, t) = Сн, lim С (x, t) ф да
Перенос радона в пределах очистного участка дА дА У А V. — + и— = -АА + 21, д1 дх где 21 - суммарные выделения радона в воздух выработок очистного участка из различных источников A( x,0) = A,, A(0, t) = Ah , lim A(x,t) ф да
Динамика концентрации кислорода в пределах очистного участка буроуголь-ной шахты дСк +д( иСк ) = Бэ д2С КСк, ^ дх1 К) э дх2 к где СК - концентрация кислорода в атмосфере горных выработок; К - константа скорости поглощения кислорода из атмосферы очистного участка Ск (x,0) = C0, Ск (0, t) = Сн, lim Ск (x, t) ф да
Перенос газовой примеси на очистном участке калийного рудника дС д , п д2С — + —(иС ) = Бэ—- дt дху ' э дх2 С (x,0) = С0, С (0, t) = Сн, lim С (x, t) ф да x^да
Пусть количество воздуха, подаваемого в подготовительный забой Qn.з, определяют как произведение подачи вентилятора местного проветривания QВМП на коэффициент доставки воздуха ц. При этом количество воздуха, протекающего по подготовительной выработке QПВ, увеличивается по мере приближения к ее устью.
Отсюда следует, что формула для расчета подачи вентилятора местного проветривания, необходимой для проветривания подготовитель-
ной выработки с учетом конвективного переноса метана, имеет следующий вид [7]:
QвМП — 1ПВ С1 - еХР (-^1 1п ^2 )] х
х{(1 + Ьпв ) [ПДК - ся.3 ехр (-А.11п Х2)] - ^ [1 - ехр (-^1п Х2 )]}-1, (7)
где - параметры математической модели, характеризующие длину
выработки и вентиляционного трубопровода, а также утечку воздуха; спз, с0 - концентрация метана в подготовительном забое и в свежем воздухе соответственно.
Для очистного участка из решения уравнения конвективной диффузии получена следующая формула: QОy — 0,6321ОУ /(ПДК - сн), где сн -концентрация метана на свежей струе. Следовательно, динамический метод расчета воздуха для проветривания подготовительных выработок и очистных участков, во-первых, повышает адекватность моделей воздухообмена в горных выработках и, во-вторых, позволяет существенно снизить затраты на вентиляцию основных технологических объектов шахты не снижая уровня безопасности по газовому фактору.
При незначительном избыточном давлении газовой смеси в выработанных пространствах газообильность очистных и подготовительных участков зависит от колебаний статического давления воздуха в горных выработках. При трехстороннем примыкании выработанного пространства к очистным выработкам (вентиляционный штрек - лава - конвейерный штрек) дебит углекислого газа в периоды снижения атмосферного давления достигает 1,5 м /мин. Уменьшение статического давления воздуха создает избыточное давление газовой смеси, находящейся в порах и пустотах обрушенных пород. Вследствие изотермического расширения газовая смесь фильтруется к поверхности контакта выработанного пространства с вентиляционной струей.
Для расчета количества воздуха, необходимого для проветривания подготовительных выработок и очистных участков в периоды экстренных газовыделений, получены алгебраические уравнения, для решения которых разработан комплекс программных средств.
Важнейшей системой обеспечения аэрологической безопасности работ в подготовительной выработке является система вентиляции. Эффективный контроль систем вентиляции в подготовительных выработках основывается на адекватном моделировании режимов их работы. Основными элементами системы вентиляции подготовительных выработок любого назначения являются вентилятор местного проветривания (ВМП) и вентиляционный трубопровод или соединение нескольких вентиляционных трубопроводов, которые представляют собой вентиляционную сеть (ВС), имеющую конкретное значение аэродинамического сопротивления. Режим работы ВМП при проветривании подготовительной выработки
определяется физическими характеристиками системы «ВМП - ВС». Характеристики ВМП следует задавать в аналитическом виде. Тогда производительность ВМП в общем случае можно определить из решения алгебраического уравнения
ПДК = ехр
^ПВ
- | [¿т + * (х) / и (х)] йх
>х
СН + 1 ПВ / ^ ПВ
ПВ
| и-1 (х)ехр {[¿Пв + *(£) / иф]
йх
(8)
где и (х), * (х) - продольный профиль средней скорости воздуха и его
производная соответственно.
Таким образом, для каждой подготовительной выработки необходимо создавать математическую модель аэродинамического режима работы ВМП с использованием точных аппроксимаций аэродинамических характеристик конкретного вентилятора. Эту математическую модель дополняют аппроксимациями потребляемой мощности от производительности вентилятора. Следует отметить, что методика аппроксимации аэродинамических характеристик ВМП и зависимостей потребляемой мощности от производительности вентилятора позволяет получать необходимые аналитические зависимости еще на стадии заводских испытаний ВМП. Предлагаемый подход к разработке индивидуальных, субъективно уникальных аэродинамических математических моделей проветривания подготовительных выработок существенно повысит безопасность горных работ по газовому фактору.
В общем виде нестационарная конвективно-турбулентная диффузия радона в подготовительной выработке описывается одномерным уравнением параболического типа. В выработках очистного участка средняя скорость движения воздуха достаточно велика и, можно пренебречь турбулентной диффузией, поэтому в общем виде нестационарная конвективная диффузия радона в выработках очистного участка описывается уравнением гиперболического типа. Однако анализ результатов вычислительных экспериментов показывает, что при достаточно больших значениях времени диффузионный перенос радона воздухом в подготовительной выработке и на очистном участке происходит в стационарном режиме. Учитывая соотношения поперечных размеров и длины выработки, целесообразно рассматривать одномерную диффузию. Удельная объемная активность воздуха в подготовительной выработке и на очистном участке зависит от величины абсолютного радоновыделения, скорости радиоактивного распада радона, средней скорости движения воздуха в выработке и коэффициента турбулентной диффузии [15 - 16]. Профили продольной удельной активности рудничного воздуха по радону имеют следующий вид: подготовительная выработка
(х)=(Е ^)
пв
4-1 {1-
ехр
х 10,5иПВ Вт
-1
■•^0,25и
пв + ^^
-1
очистнои участок
А
Яп
(х) = (Е!ЯП )ОУ ^я-П [1 - ехР(-4пх / иОУ )] >
(9)
(10)
где АЯп - удельная активность рудничного воздуха по радону; х - пространственная координата; иПВ - средняя скорость воздуха в подготовительной выработке; Вт - коэффициент турбулентной диффузии; (Е 1Кп) - суммарные выделения радона в воздух подготовительной выработки из различных источников; иОУ - средняя скорость воздуха в выработках
очистного участка; (Е1Яп )ОУ - суммарные выделения радона в воздух в
выработках очистного участка из различных источников.
Зависимости (9) и (10) позволяют рассчитать количество воздуха динамическим методом, в соответствии с которым средняя по сечению выработки концентрация радона не должна превышать ПДК. Решая уравнения (9) и (10) для АЯп (х) = ПДК соответственно при х = ЬПВ и х = (ЕЬ) ОУ относительно средней скорости движения воздуха и переходя к его объемному расходу, получим следующие формулы для расчета количества воздуха по фактору радоновыделений:
в подготовительной выработке
ОПЗ = тл е Ь-1 к-0,5
•¡¿Яп гт-^гт^
'Т^ ПВ^ПВ'У
1п
^ЯпЬПВ ( Тт 1п
1 ПДК
кп
(Е ^ )ПВ )
1 ПДК кп (ЕIп )ПВ
-1_
(11)
на очистном участке
О
ОЧ Яп
^ ЯпЬОЧ ^Э
1п
(ЕI и ькпПДК кп (ЕI кп гп/
-1
,-1
, (12)
где ОЯ^ - количество воздуха, которое необходимо подавать в подготовительный забой, чтобы концентрация радона на исходящей струе подготовительной выработки не превышала ПДКЯп; ЬПВ - проектная длина подготовительной выработки; 8ПВ - площадь поперечного сечения подготовительной выработки в свету; кУТ - коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе; ОяП - количество воздуха, которое необходимо подавать в очистной забой, чтобы концентрация радона на исходящей струе очистного участка не превышала ПДКЯп; ЬОЧ - суммарная проектная длина выемочных штреков и лавы; - эквивалентная по расходу воздуха площадь поперечного сечения выработок очистного участка.
Одной из значимых составных частей программы структурной перестройки угольной промышленности является ликвидация убыточных шахт, неперспективных по их технико-экономическому состоянию, а так-
же по запасам угля. Ликвидации подлежали преимущественно шахты и разрезы небольшой производственной мощности, с длительным сроком службы, с неблагоприятными горно-геологическими условиями и неблагополучные с экологической точки зрения. Так, 60 % ликвидируемых предприятий имели срок службы более 40 лет, 35 % - 20-40 лет и лишь 5 % -менее 20 лет. Теоретически возникновение экологического аспекта проблемы закрытия горного предприятия объясняется тем, что при выводе шахты из эксплуатации имеет место сукцессия сформировавшейся при-родно-промышленной системы, т.е. переход ее из сложившегося техногенного стабильно-равновесного состояния в новое равновесное состояние. Происходит своего рода «конверсия» природной среды из одного экологического состояния в другое.
Закрытие шахт имеет такое же многокомпонентное воздействие на окружающую природную среду, как и процесс угледобычи. Загрязнение воздушного и водного бассейнов, нарушение геологических и гидрогеологических условий региона, изъятие, нарушение и загрязнение земель, создание своеобразного техногенного ландшафта, другие процессы не могут прекратиться одновременно с ликвидацией шахты, их последствия носят длительный характер. Взаимодействие кислорода с угольным веществом отвалов происходит за счет проникновения кислорода в пористую структуру вещества и диффузионного переноса газовых молекул в микропорах и по внутренним поверхностям твердого скелета. Система внутренних пор является в этом случае транспортными каналами для проникновения газов внутрь твердого вещества. Молекулы кислорода будут сорбироваться твердыми поверхностями транспортных каналов, а затем вступать в химические реакции с веществом угля. Процессы диффузионного переноса кислорода в отвалах необходимо учитывать при оценке экологической рациональности технологий эксплуатации техногенных месторождений и реализации геотехнологических методов обращения с отходами производства.
Установлены закономерности фильтрации метана на земную поверхность из подработанных горных пород. Обобщение результатов натурных наблюдений газообмена выработанных пространств с атмосферой на поверхности Земли на территориях горных отводов закрытых шахт Кузбасса показывает, что уточнение закономерностей этого процесса необходимо для обеспечения безопасности подработанных территорий.
Таким образом, экспериментальные и теоретические исследования позволили уточнить закономерности диффузионного переносов газов в атмосфере угольных шахт и рудников, а также вертикальной миграции газов выработанных пространств после ликвидации шахт, для прогнозирования газовых ситуаций, достоверного расчета количества воздуха и разработки геотехнологических решений, обеспечивающих безопасность горных работ.
Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем.
1. Натурные наблюдения и вычислительные эксперименты наглядно свидетельствуют о том, что именно содержание газовых примесей в шахтном воздухе является главным показателем газовой опасности, а прогнозная оценка аэрологической безопасности основывается на определении среднего содержания рассматриваемых газовых примесей в вентиляционных струях.
2. Содержание взрывчатых и токсичных газов, а также концентрация кислорода в рудничной атмосфере представляют собой нестационарные поля скалярных величин, которые стремятся к установившемуся продольному профилю средней концентрации, характеризующему пространственное распределение максимального содержания взрывчатых и токсичных газовых примесей, и минимального содержания кислорода. Следовательно, динамический метод расчета количества воздуха основывается на решениях уравнений стационарной конвективно-турбулентной диффузии с источником, характеризующим наиболее опасные режимы газообмена в горных выработках.
3. Алгоритм моделирования режима функционирования для вентиляторов местного проветривания основывается на расчетных значениях аэродинамического сопротивления сети с учетом утечек воздуха и высокоточной аппроксимации рабочих характеристик вентиляторов алгебраическими функциями. Этот метод может использоваться и для вентиляторов главного проветривания шахт и рудников.
4. Аэрологическая безопасность при подземной добыче полезных ископаемых основывается на ситуационном моделировании и прогнозных оценках нестационарных и установившихся полей концентраций для взрывчатых и токсичных примесей, а также содержания кислорода в шахтном воздухе. При этом взрывобезопасное и безвредное состояния рудничной атмосферы обеспечиваются подачей воздуха, количество которого определяют динамическим методом на основе уравнений стационарного конвективно-диффузионного переноса рассматриваемых примесей и кислорода.
5. В периоды экстренного газовыделения из выработанных пространств в углекислотообильных шахтах, обусловленного резким снижением статического давления воздуха в шахтах, необходимо подавать дополнительное количество воздуха на подготовительные и очистные участки, примыкающие к выработанному пространству. Дополнительное количество воздуха может достигать 90 % от расчетного значения при стабильном статическом давлении воздуха в шахте.
6. После закрытия шахт продолжаются аэрогазодинамические процессы, оказывающие отрицательное воздействие породных отвалов и выработанных пространств на атмосферу, водные ресурсы и почву.
Список литературы
1. Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса / Н.М. Качу-рин, Г.В. Стась, Т.В. Корчагина, М.В. Змеев // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 170-182.
2. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурин А.Н. Прогноз абсолютной ме-танообильности очистных и подготовительных участков угольных шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 89-102.
3. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Обоснование динамического метода расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и предельно допустимая производительность очистного участка по газовому фактору // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С.296-305.
4. Ефимов В.И., Жабин А.Б., Стась Г.В. Аэрогазодинамические процессы, влияющие на радоновую опасность в угольных шахта // Записки Горного института / Санкт-Петербургский горный университет. 2017. Т. 223. С. 109-116.
5. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Выделения радона при подземной добыче угля и прогноз радоновой опасности очистных и подготовительных участков угольных шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 4. С. 303-311.
6. Качурин Н.М., Вавилова Л.Н., Стась Г.В. Аэрологические проблемы использования углей Подмосковного бассейна // Безопасность труда в промышленности. 2004. №4. С. 27-28.
7. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Аэрогазодинамические процессы и аэрологическая безопасность при подземной добыче полезных ископаемых: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 266 с.
8. Грязев М.В., Стась Г.В., Кусакина Е.В. Методические положения оценки вероятности крупных аварий в угольной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С.127-137.
9. Стась Г.В, Агеев И.И., Демина О.В. Алгоритмы и комплекс программных средств для прогноза газообмена в атмосфере шахт Подмосковного угольного бассейна // Безопасность жизнедеятельности. 2010. №5. С. 53-56.
10. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Стась Г.В. Оценка выделения радона при подземной добыче угля // Уголь. 2017. № 12. С. 38-43.
11. Прогноз радоновой опасности и расчет количества воздуха для проветривания очистных участков по радоновому фактору / Н.М. Качурин, В.И. Ефимов, Г.В. Стась, А.Н. Качурин // Уголь. 2018. № 1. С. 40-44.
12. Радон в атмосфере угольных шахт / Н.М. Качурин, А. А. Позде-ев, Н.И. Абрамкин, Г.В. Стась // ГИАБ, 2012. Вып. 8. С. 88-94.
13. Поглощение кислорода поверхностями обнажения горного массива в очистных камерах рудников / Н.М. Качурин, А.А. Поздеев, Г.В. Стась, Д.В. Власов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 112-118.
14. Прогноз безопасности горных работ на угольных шахтах / Э.М. Соколов, Н.М. Качурин, Г.В. Стась, И.П. Карначев // Безопасность жизнедеятельности. 2012. №12. С. 3-8.
15. Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Выделение радона в атмосферу угольных шахт // Безопасность жизнедеятельности. 2012. №12. С. 20- 24.
16. Стась Г.В. Аэрогазодинамические процессы выделения радона и его переноса вентиляционными потоками воздуха при подземной добыче угля // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 173-188.
Стась Галина Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Качурин Александр Николаевич, канд. техн. наук, инж., ecology_tsu_tula@ mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Владикавказ, Северокавказский государственный технологический университет,
Стась Виктор Павлович, асп., ecology_tsu_tula@ mail.ru,Россия, Тула, Тульский государственный университет.
AEROGASDYNAMICAL PROCESSES IN MINING WORKINGS AND PROVIDING AEROLOGICAL SAFETY BY UNDERGROUND MINING MINERALS
G. V. Stas, A.N. Kachurin, V.I. Golik, V.P. Stas
Aerogasdynamical processes in mining atmosphere are consequences of technological influencing by coal, gypsum and potassic beds, ore bodies and enclosing strata and appear at the form of filtration moving, diffusion migration and convective-turbulence transfer which are described by differential equations of parabolic and hyperbolic types. Parameters of mathematical models reflect physical-chemical properties of mining massif substance and gases which influencing by air composition. Modeling aerological safety condition in coal and ore mines allow realizing situation analysis of forecasting evaluation of non-stationary and time-independent gas components concentration fields in mining atmosphere. Blast-proof and innocuous condition of mining atmosphere are provided by amount of air by basis of solutions of the differential equations which taking into account time-independent transfer considered mixtures.
Key words: gas, methane, radon, oxygen, convective-turbulence diffusion, mathematical model, ventilator of local ventilation, development working, production face.
Stas Galina Viktorovna, Candidate of Technical Science, Docent, galina_stas@ mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kachurin Alexander Nikolaevich, Candidate of Technical Science, Engineer, ecolo-gy_ [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Golik Vladimir Ivanovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, v.i.golik@, mail. ru, Russia, Vladikavkaz, North-Caucasian State University,
Stas Viktor Pavlovich, Post Graduate Student, ecology_tsu_tula@ mail.ru, Russia, Tula, Tula State University.
Reference
1. Geomehanicheskie i ajerogazodinamicheskie posledstvija pod-rabotki territorij gornyh otvodov shaht Vostochnogo Donbassa / N.M. Kachurin, G.V. Stas', T.V. Korchagina, M.V. Zmeev // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 1. S. 170-182.
2. Kachurin N.M., Stas' G.V., Kachurin A.N. Prognoz absoljutnoj metanoobil'nosti ochistnyh i podgotovitel'nyh uchastkov ugol'nyh shaht // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 1. S. 89-102.
3. Grjazev M.V., Kachurin N.M., Stas' G.V. Obosnovanie dinami-cheskogo metoda rascheta kolichestva vozduha dlja provetrivanija ochistno-go zaboja i predel'no dopustimaja proizvoditel'nost' ochistnogo uchast-ka po gazovomu faktoru // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo uni-versiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 2. S.296-305.
4. Efimov V.I., Zhabin A.B., Stas' G.V. Ajerogazodinamicheskie processy, vlijajush-hie na radonovuju opasnost' v ugol'nyh shahta // Za-piski Gornogo instituta / Sankt-Peterburgskij gornyj universitet. 2017. T. 223. S. 109-116.
5. Grjazev M.V., Kachurin N.M., Stas' G.V. Vydelenija radona pri podzemnoj dobyche uglja i prognoz radonovoj opasnosti ochistnyh i podgotovitel'nyh uchastkov ugol'nyh shaht // Izvestija Tul'skogo gosu-darstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 4. S. 303-311.
6. Kachurin N.M., Vavilova L.N., Stas' G.V. Ajerologicheskie problemy ispol'zovan-ija uglej Podmoskovnogo bassejna // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2004. №4. S. 2728.
7. Grjazev M.V., Kachurin N.M., Stas' G.V. Ajerogazodinamicheskie processy i ajerologicheskaja bezopasnost' pri podzemnoj dobyche polez-nyh iskopaemyh: monografija. Tula: Izd-vo TulGU, 2018. 266 s.
8. Grjazev M.V., Stas' G.V., Kusakina E.V. Metodicheskie polozhe-nija ocenki vero-jatnosti krupnyh avarij v ugol'noj promyshlennosti // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 2. S.127-137.
9. Stas' G.V, Ageev I.I., Demina O.V. Algoritmy i kompleks programmnyh sredstv dlja prognoza gazoobmena v atmosfere shaht Pod-moskovnogo ugol'nogo bassejna // Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti. 2010. №5. S. 53-56.
10. Kachurin N.M., Efimov V.I., Stas' G.V. Ocenka vydelenija radona pri podzemnoj dobyche uglja // Ugol'. 2017. № 12. S. 38-43.
11. Prognoz radonovoj opasnosti i raschet kolichestva vozduha dlja provetrivanija ochistnyh uchastkov po radonovomu faktoru / N.M. Kachurin, V.I. Efimov, G.V. Stas', A.N. Kachurin // Ugol'. 2018. № 1. S. 40-44.
12. Radon v atmosfere ugol'nyh shaht / N.M. Kachurin, A.A. Poz-deev, N.I. Abram-kin, G.V. Stas' // GIAB, 2012. Vyp. 8. S. 88-94.
13. Pogloshhenie kisloroda poverhnostjami obnazhenija gornogo massiva v ochist-nyh kamerah rudnikov / N.M. Kachurin, A.A. Pozdeev, G.V. Stas', D.V. Vlasov // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo univer-siteta. Tehnicheskie nauki. 2012. Vyp. 1. S. 112-118.
14. Prognoz bezopasnosti gornyh rabot na ugol'nyh shahtah / Je.M. Sokolov, N.M. Kachurin, G.V. Stas', I.P. Karnachev // Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti. 2012. №12. S. 3-8.
15. Kachurin N.M., Pozdeev A.A., Stas' G.V. Vydelenie radona v atmosferu ugol'nyh shaht // Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti. 2012. №12. S. 20- 24.
16. Stas' G.V. Ajerogazodinamicheskie processy vydelenija rado-na i ego perenosa ventiljacionnymi potokami vozduha pri podzemnoj dobyche uglja // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. Vyp. 2. S. 173-188.
