Научная статья на тему 'Морфологический состав шахтной угольной пыли и его влияние на взрывопожароопасность горных выработок'

Морфологический состав шахтной угольной пыли и его влияние на взрывопожароопасность горных выработок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
214
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УГОЛЬНАЯ ПЫЛЬ / КЛАСС-ФОРМА / МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ / ДВУХФАЗНЫЙ ПОТОК / ANSYS FLUENT / МОДЕЛИРОВАНИЕ / ВЗРЫВООПАСНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ / ПЫЛЕВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ / COAL DUST / CLASS-FORM / MICROSCOPIC ANALYSIS / TWO-PHASE FLOW / MODELING / EXPLOSIVE CONCENTRATION / DUST-AIR MIXTURE

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Родионов Владимир Алексеевич, Цыганков Валерий Дмитриевич, Жихарев Сергей Яковлевич

Приведены результаты исследования морфологического состава фракций угольной пыли марки угля Ж пласта Тройной ш. Воркутинская Печорского угольного бассейна. Выполнены исследования частиц каменноугольной шахтной пыли дисперсностью менее 0,1 мм с помощью оптического микроскопа LEICA DM 4000 и программного обеспечения IMAGE SCOPE М. Исследования позволили выявить определенные класс-формы частиц. Установлено, что форма параллелепипеда ближе всего описывает представленные в образцах частицы угольной пыли. Данная класс-форма заложена в математическую модель, позволяющую спрогнозировать распределение взрывопожароопасной шахтной угольной пыли по горным выработкам. Реализация расчетной модели исследования проводилась при помощи специализированного комплекса ANSYS FLUENT.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Родионов Владимир Алексеевич, Цыганков Валерий Дмитриевич, Жихарев Сергей Яковлевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MORPHOLOGICAL COMPOSITION OF HARD COAL DUST AND ITS INFLUENCE ON EXPLOSION AND FIRE HAZARD OF MINING

The paper presents the results of a study of the morphological composition of coal dust fractions of the coal grade 2J of the Triple sh. Vorkutinskaya formation of the Pechora coal basin. Studies of coal mine dust particles with a dispersion of less than 0.1 mm were performed using the LEICA DM 4000 optical microscope and the IMAGE SCOPE Software. the Studies revealed certain class-forms of particles. It was found that the shape of the parallelepiped best describes the coal dust particles presented in the samples. This class-form is embedded in a mathematical model that allows you to predict the distribution of explosion-and fire-hazardous coal mine dust in mining workings. Implementation of the computational model of the study was carried out using a specialized complex ANSYS FLUENT.

Текст научной работы на тему «Морфологический состав шахтной угольной пыли и его влияние на взрывопожароопасность горных выработок»

УДК 622.807

МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШАХТНОЙ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНОСТЬ

ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

В.А. Родионов, В.Д. Цыганков, С.Я. Жихарев

Приведены результаты исследования морфологического состава фракций угольной пыли марки угля Ж пласта Тройной ш. Воркутинская Печорского угольного бассейна. Выполнены исследования частиц каменноугольной шахтной пыли дисперсностью менее 0,1 мм с помощью оптического микроскопа LEICA DM 4000 и программного обеспечения IMAGE SCOPE М. Исследования позволили выявить определенные класс-формы частиц. Установлено, что форма параллелепипеда ближе всего описывает представленные в образцах частицы угольной пыли. Данная класс-форма заложена в математическую модель, позволяющую спрогнозировать распределение взрывопо-жароопасной шахтной угольной пыли по горным выработкам. Реализация расчетной модели исследования проводилась при помощи специализированного комплекса ANSYS FLUENT.

Ключевые слова: угольная пыль, класс-форма, микроскопический анализ, двухфазный поток, ANSYS FLUENT, моделирование, взрывоопасная концентрация, пыле-воздушная смесь.

Введение

В настоящее время количество аварий, связанных со взрывом пыле-воздушной смеси на предприятиях угольной промышленности составляет значительный процент от общего числа аварий [1 - 3].

Основными причинами аварий, которые выделили в своих работах авторы [1, 3 - 5] являются:

- несвоевременная уборка угольной пыли на конструкциях горных выработок и просыпей угольной мелочи под ленточными конвейерами;

- отсутствие надлежащего контроля инженерно-техническими работниками шахты за состоянием промышленной безопасности и низкий уровень производственного контроля на выемочном участке и транспортных выработках шахты;

- отсутствие достоверных данных об объёмах метана и отложившейся угольной пыли в непогашенных выработках ранее отработанных выемочных участков, которые приводят к некорректному определению опасных зон, и ряд других причин.

Однако в литературных источниках [2, 3, 5 - 7] прослеживается ещё одна немаловажная проблема, решение которой позволило бы если не прекратить взрывы угольной пыли, то свести риск их возникновения к минимуму. Данная проблема является не новой, однако только в настоящее время с учетом интенсификации добычных работ стала особенно актуальной и связана с недостаточной изученностью как самих частиц шахтной

каменноугольной пыли, так и вопросов ее распределения в объеме горных выработок.

В настоящей статье предлагается способ решения данной проблемы основанной на определении класс-формы угольных частиц и построении модели распределения их по горным выработкам и в дальнейшем на основании полученных данных разработки рекомендаций, направленных на снижение риска возникновения условий, приводящих к взрыву шахтных гибридных смесей.

Цель работы

Изучение морфологического состава шахтной пыли каменного угля марки Ж пласта Тройной ш. «Воркутинская» с целью установления класс-формы частиц необходимой для дальнейшего выбора наиболее подходящей модели течения гибридной смеси, включающей в себя двухфазный поток «воздух - угольная пыль» при помощи специализированного комплекса ANSYS FLUENT.

Методика исследования морфологического состава угольной пыли

Для исследования морфологического состава фракций угольной пыли применили оптический микроскоп LEICA DM 4000, оборудованный камерой захвата изображения и прикладное программное обеспечение IMAGE SCOPE М. Считаем, что предлагаемое оборудование является наиболее эффективным и приемлемым для достижения поставленных целей исследования.

В работах авторов [2 - 5] был проведен сравнительных анализ существующих методов и методик исследования фракций угольной пыли, который и стал одним из оснований при выборе методики исследования форм частиц.

Отбор проб угля осуществлялся согласно ГОСТ 10742 и ГОСТ

9815.

После отбора пробы проводили пробоподготовку, которая заключалась в диспергировании отобранного образца каменного угля.

После дробления осуществляли гранулометрический рассев полученной массы. Для дальнейшего исследования морфологического состава угольной пыли выбрали фракции, содержащие частицы размером менее 0,1 мм.

Микроскопический анализ угольной пыли предполагает получение качественных фотоснимков при помощи микроскопа и фотокамеры и их дальнейшую обработку при помощи специализированного программного обеспечения (настройка яркости, контраста изображения, корректировка фона изображения и т.д.).

Пример форм угольных частиц представлен на рис.1.

Рис. 1. Пример форм угольных фракций размером 0,1...0,094 мм угля марки Ж пласта Тройной ш. «Воркутинская» Печорского угольного

бассейна

После получения изображений был проведён анализ полученных снимков частиц на предмет выявления наиболее типичных класс-форм для каждой из фракции.

По результатам анализа фотоизображений выделили четыре класс-формы фракций угольной пыли в трехмерном пространстве: сферическую, эллипсоидную кубической формы и в форме параллелепипеда.

В связи с тем, что получаемые фотоснимки представляют собой проекции реальных форм, то расчет будет выполнен для двухмерных объектов: круга, эллипса, квадрата и прямоугольника.

Анализ фотоснимков отобранных фракций угольной пыли осуществляли в специализированном программном обеспечении IMAGE SCOPE М. Данный программный продукт предназначен для осуществления взаимосвязанной работы микроскопа и фотокамеры, закрепленной на нем, позволяет выводить получаемые изображения окуляра микроскопа на монитор компьютера и экспортировать выбранные параметры изображений.

Для получения достоверных результатов, следуя рекомендациям авторов работ [2 - 5], провели выборку частиц в количестве более 1500 шт. в каждой фракции.

Схема выборки необходимых параметров изображений частиц угольной пыли в IMAGE SCOPE М для дальнейшего проведения их анализа представлена на рис. 2.

Рис. 2. Расчет геометрических параметров частиц в программном комплексе IMAGE SCOPE М (W- ширина, длина проекции объекта на малую ось эллипса, имеющего такие же моменты инерции,

как и объект; L - длина проекции объекта на большую ось эллипса, имеющего такие же моменты инерции, как и объект; at - отрезок, аппроксимирующий поверхность объекта)

Площадь объектов исследования (S) в программном продукте IMAGE SCOPE М рассчитывали как сумму всех пикселов области интереса:

S = X р ■ (*, y)

i

Периметр объектов исследования (P) рассчитывали как сумму отрезков (ai), аппроксимирующих внешнюю границу объекта интереса:

P = X at.

i

После получения данных о геометрических параметрах частиц (ширина, длина, площадь, периметр) и анализа полученных изображений установили, что в большинстве своем частицы угольной пыли имеют вытянутую форму. На основании полученных экспериментальных данных провели независимую оценку данного факта с помощью перекрестного метода. Для этого экспортировали данные в формат программного продукта Microsoft Excel и в расчетах ввели понятие коэффициента симметрии, определяющего отношение длины к ширине объектов интереса:

Для наглядности построили график распределения количества частиц от коэффициента симметрии (рис. 3).

Выявленная авторами зависимость распределения количества частиц от коэффициента симметрии позволила установить, что большая часть выборки имеет вытянутую форму. Вследствие этого было решено, что такие классности форм, как кубическая и сферическая, не подходят для описания данной выборки угольной пыли.

2,4 2,6

3,2 3,4

Коэфпциент симетрии (к=[_/\Л/)

Рис. 3. График зависимости распределения количества частиц от коэффициента симметрии

Для наиболее достоверного отнесения исследуемых фракций угольной пыли соотносили истинные площади и периметры частиц с аналитическими площадями и периметрами, с учетом их геометрических параметров.

После нахождения аналитических площадей и периметров ввели понятие «коэффициент сходимости», отображающий сходимость истинного значения площади или периметра к предполагаемому аналитическому значению:

К = ^,

где Ба - аналитическая площадь частицы; Бы - истинная площадь частицы,

Р

К=-а, Ри

где Ра - аналитический периметр частицы; Ри - истинный периметр частицы.

По полученным расчетным значениям построили график распределения частиц угольных фракций в зависимости от коэффициента сходимости формы (рис. 4). В связи с тем, что графики зависимости распределения частиц угольных фракций от коэффициента сходимости отображают одинаковые результаты, в качестве примера на рис. 4 представлен один из полученных графиков.

Проанализировав расчетные значения и данные (рис. 4), выявили, что графики имеют одинаковую динамику распределения во всех выборках фракций угольной пыли. Причем наиболее выраженная сходимость наблюдается у класс-формы прямоугольника, пики графиков которых приближены к значению «1». В результате проделанного морфологического

исследования шахтной каменноугольной пыли определили класс-формы нагляднее всего, описывающие частицы угольной пыли марки 2Ж пласта Тройной ш. «Воркутинская» с размером фракций менее 0,1 мм.

800 ■■

i Периметр элипса

------

■--- П лащадь элипса

---Периметр прямоугольника

Площадь прямоугольника

------------------

f I I I I—I—I I i'i i —I—I—I—I—I

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Коэффициент сходимости

Рис. 4. График распределения частиц угольных фракций размером 0,1. ..0,094 мм в зависимости от коэффициента сходимости формы

Класс-формой, лучше всего наглядно описывающей частицу, стала форма параллелепипеда, а вот эллипсоидная форма подошла меньше всего для этих целей.

Для дальнейшего изучения взрывопожароопасности шахтной пыли в горных выработках с учетом ее распределения выбрали класс-форму параллелепипеда и заложили ее в основу математической модели движения двухфазного потока «воздух - угольная пыль».

Моделирование потока пылевого облака

Для создания достоверной математической модели движения двухфазного потока «воздух - угольная пыль» в программном продукте AN-SYS FLUENT были использованы результаты предыдущих исследований авторов [6, 8 - 11].

Этапы создания расчетной модели следующие.

1. Создание объемной модели исследуемой области интереса.

В данном случае производилось моделирование участка сопряжения конвейерного штрека с лавой при комбинированной схеме проветривания выемочного участка, при котором производятся изолированный отвод метано-воздушной смеси и проветривание очистного забоя за счет общешахтной депрессии, общая схема которого представлена на рис. 5.

2. Разбитие построенной модели на элементы или построение расчетной сетки.

В данном случае применялась кубическая сетка с размером ячеек 0,25 х 0,25 м.

3. Выбор модели решения и постановка решения задачи.

Периметр элипса

-1 Плащадь элипса 1ериметр прямоугольника 1лощадь прямоугольника

' А -1 |

I J V

—г 1— 1 ■А J 1— Н— N И N г- 1— М НИ 1—1 1—

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Коэффициент сходимости

Так как объем пылевой взвеси значительно меньше объема воздушной смеси, то было решено решать данную задачу в «лагранжевой» постановке. Кроме того, авторами был задан ряд условий:

- условие двухстороннего взаимодействия, когда частицы взаимодействуют со сплошной средой;

учет силы гравитации по одной из осей.

Исследуемый участок Рис. 5. Общий вид схемы проветривания области интереса

Модель турбулентности принята стандартная - к-ерБЙоп [9 - 11] и описывается следующим образом:

У Л

ц + —

а

| (рк ) + (рки') = д:

дх.

д_ д,

и+дХ" (р8и)=

д

дх,

дх,

с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

дк

•к; дх1

+ Ок + Оь-рг-¥м;

ц +

V

а

дг

дх,

г у

+ ^ - ( + С3£Оь )-С +

где Ок - турбулентная кинетическая энергия, образованная от средних градиентов скорости и выражается согласно гипотезе Буссинеска так:

к2

где = рСЦ —; р - плотность газа, См=сопв11, £ - интервал тензора дефор-

мации:

£ = ; О =Йа Ц дТ

г

где Рп - турбулентная постоянная Прандтля для энергии, & - компонент вектора гравитации в 1-м направлении; в - коэффициент температурного расширения,

е=-Р ^,

Р\дТ )

где Т - температура; Сзе - константа, определяющая степень взаимодействия выталкивающей силы на е,

С3Е = 1апИ

V

и

где V - компонента скорости газа, параллельная скорости гравитации; и и -компонента скорости газа, перпендикулярная скорости гравитации; Ум -вклад переменного расширения при турбулентности сжатия в общую скорость диссипации.

Данную величину следует учитывать при большом числе Маха и обязательно учитывать, когда моделируется сжимаемый идеальный газ:

Ум = 2рМ2,

где М - число Маха,

где а - скорость звука,

а = у[уЁТ,

Остальные константы определены в соответствии ряда экспериментов для заданных условий и имеют следующие значения: С1е = 1,44; С2е = 1,92; С, = 0,09; с* = 1,44; Ое = 1,3.

4. Задание граничных условий модели.

Для 1-го (исходящая струя из лавы) и 2-го (подсвежающая струя) входных отверстий были заданы скорости движения потока воздуха, равные 4 и 6 м/с соответственно.

Для выходного отверстия было задано давление, равное нулю.

Задание турбулизации потока было произведено при помощи интенсивности турбулизации, принятой 5 %, и гидравлического диаметра, равного 3 м.

5. Расчет характеристик воздушного потока.

В расчёте применялся численный метод конечных объёмов.

6. Визуализация полученного расчета и его оценка.

На данном этапе необходимо получить предварительный расчет для его оценки адекватности.

При необходимости выполняем корректировку введенных параметров. На рис. 6 слева показана цветная шкала скоростей воздушного потока в м/с.

.73 е+ □ 1 .□^е+01 ,56е+01 .47 01 ЭЭе+01 .ЭСе+01 .21 е+01 1Эе+01 .[Не+01 ,55е+00 .69 6+ 00 .ВЭе+00 ,Э7е+00 .Hs+00 .26е+00 40е+00 .54е+00 .636+00 ,Э2е+00 .Sle-Ol ,02е-01

: I, I I .1 ,i л М il.ll 1 | N I! 1 .'.ill JJ ! ),J >\ ,i ii i.i U ,J I ! J J, ¡Л .i.i! t

■ » i " I i'jJl

- 1 11,1 ihj ,i,il I ji.iu

------ r. — 7", -i; ,i. / i,A i.i) i I,

л , J III I, jr 1,11

h.t'if ,i'j[U i!u [ i 1 i,i it i jj.il I ii,n hi ,[1 ,] Jili i.li 1 J.I 1, I II ,I,IJ t J ,L1 J I,

,mI [jjji I L.I J! i I jL. j] 1 1,1, i |l,J lljl

I J.J. i I I If ,11.

lljl! I j.jj ! ] 1,11 - Ijll ij

3W

[mis] --'

Рис. 6. Результат расчета скорости воздушного потока

7. Задание характеристик частиц пыли и их условия впрыска в расчетную модель.

Для задания физико-химических характеристик угольных частиц были использованы работы авторов [12 - 15].

Скорость движения частиц была задана равной скорости воздушного потока (4 м/с), а ее концентрация - 50 г/м3, диаметр частиц приняли равным 0,1 мм.

Согласно результатам, полученным в первой части работы, было решено провести моделирование двух различных класс-форм частиц и сравнение полученных результатов. Для моделирования было необходимо смоделировать движения пылевого облака в первом случае со сферическими формами частиц, а во втором - с формами параллелепипеда.

Программный пакет ANSYS FLUENT позволяет моделировать различные формы частиц при помощи коэффициента формы частицы по формуле Ваделла [13, 14]:

s

Ф = _, S

где s - площадь поверхности сферы; S- площадь частицы.

Коэффициент формы частицы принят согласно данным работы [15], для сферы он равен 1, для параллелепипеда с соотношением сторон 1х2х2 равен 0,762, для параллелепипеда с соотношением сторон 1x2x1 равен 0,768. Для второго случая коэффициент формы частицы принимаем равным 0,76.

8. Расчет и визуализация полученных результатов.

■1 70е+01 1 62е+01 1 53е+01 1 45е+01 1.3ве+01 ' 1 23е+01 1 19е+01 1 11е+01

1 02О+01

937е+00

6 52е+00

7 ббе+00 681S+00 596е+00 5 11е+00

■ 4 26е+00 3 41е+ 00

2 55е+00 1 70е+00 Б 52е-01 О 00е+00

[mis J

Рис. 7. Результат расчета скорости пылевых частиц: а - для параллелепипедной формы частиц; b - для сферических частиц

Как видно из полученных полей скорости угольной пыли (рис. 7), нет существенной разницы между моделями сферических и параллелепи-педных частиц для данной постановки задачи. Из этого сделан вывод, что при больших сечениях выработок и несложной геометрии выработок можно пренебречь класс формами пылевого облака, а расчет производить с учетом того, что все частицы имеют форму сферы.

Заключение

В ходе проведенного исследования по изучению морфологии были выявленные наиболее характерные для всех исследованных фракций класс-формы частиц угольной пыли марки Ж пласта Тройной ш. «Воркутинская» Печорского угольного бассейна. Такими характерными стали параллелепипедная и эллипсоидная класс-формы. В результате исследования возникли перспективы дальнейшего изучения поведения гибридных смесей «угольная пыль - воздух», проводимого в специализированном программном обеспечении ANSYS FLUENT других форм выработок сечений как в двумерном, так и в ЭБ-формате. После моделирования двух разных класс-форм угольной пыли можно сделать вывод, что целесообразно применять для данных задач сферические формы частиц, так как изменения класс-формы не дают значительных изменений в расчете, и таким образом упростить вычислительные методики расчетных моделей.

Полученные результаты могут быть использованы для проведения оценки рисков возникновения взрывоопасных концентраций пылевоздуш-ной смеси для аналогичных моделей.

Список литературы

1. Каледина Н.О. Методологический подход к обеспечению аэрологической безопасности угольной шахты // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № S10. С. 26-31.

2. Кобылкин А.С. Исследование распределения частиц угольной пыли по горным выработкам // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2018. № S49. С. 208-214.

3. Родионов В. А. Методологические основы изучения дисперсионного состава шахтной каменноугольной пыли // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2018. Т. 1V. № 1. С. V1- 8V.

4. Kaledina N.O., Kobylkin S.S., Ventilation of blind roadways in coal mines: problems and solutions // Eurasian Mining. 2015. № 2. С. 26-30.

5. Родионов В. А., Пихконен Л.В., Жихарев С.Я. Дисперсность каменноугольной пыли марки Ж Воргашорского месторождения и её влияние на процесс термической деструкции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 201V. Т. 16. № 4. С. 350-356.

6. Каледина Н.О., Кобылкин С.С., Кобылкин А.С. Моделирование пульсирующего проветривания горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № SV. С. 449-453.

V. Кобылкин А.С. Исследование распределения вредных газов в горных выработках с использованием компьютерного моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. № 10. С. 202-20V.

8. Цыганков В.Д. и др. Применение ANSYS Fluent для расчета параметров распространения ударной волны в узлах сопряжений горных выработок // Проблемы управления рисками в техносфере. 2018. № 4 (48). С. 40-48.

9. Официальный сайт ANS YS, Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ansys.com (дата обращения 23.01.2020 г.).

10. Renormalization group modeling and turbulence simulations / S.A. Orszag, V. Yakhot, W.S. Flannery, F. Boysan, D. Choudhury, J. Maruzewski, B. Patel //International conference on near-wall turbulent flows, Tempe, Arizona, 1993.

11. Коркодинов Я. А. Обзор семейства k-£ моделей для моделирования турбулентности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 201Э. №2 (15). С. 5-16.

12. Родионов В. А., Абиев З.А., Жихарев С.Я. Методика исследования процессов горения и детонации каменноугольной пыли в горных выработках // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2018. Т. 17. № 1. С. 50 -59.

13. Magomet R. D., Rodionov V. A., Soloviov V. B. Methodological approach to issue of researching dust-explosion protection of mine workings of coal mines // International Journal of Civil Engineering & Technology (IJCIET) -2019. Vol. 10. Issue 2. P. 1154-1161. Article ID: IJCIET_10_02_112.

14. Жихарев С.Я., Пихконен Л.В., Родионов В.А. Исследование взрывопожароопасных свойств каменного угля Прокопьевского месторождения Кузнецкого угольного бассейна // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. № 3. С. 65-74.

15. Масюткин Е.П., Просвирин В.И., Авдеев Б.А. Влияние формы золей на эффективность очистки дисперсных сред // Вост.- Европ. журн. передовых технол. 2012. Т. 5/8 (59). С. 52 - 57.

Родионов Владимир Алексеевич, канд. техн. наук, доц., 79213258397@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,

Цыганков Валерий Дмитриевич, зам. командира ВГСП, 19valery96@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, ФГКУ «УВГСЧв строительстве» ВГСЧМЧС РФ,

Жихарев Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, гл. науч. сотр., perevolo-ki55@mail.ru, Россия, Пермь, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук

MORPHOLOGICAL COMPOSITION OF HARD COAL DUST AND ITS INFLUENCE ON EXPLOSION AND FIRE HAZARD OF MINING

V.A. Rodionov, V.D. Tsygankov, S.Ya. Zhikharev

The paper presents the results of a study of the morphological composition of coal dust fractions of the coal grade 2J of the Triple sh. Vorkutinskaya formation of the Pechora coal basin. Studies of coal mine dust particles with a dispersion of less than 0.1 mm were performed using the LEICA DM 4000 optical microscope and the IMAGE SCOPE Software. the Studies revealed certain class-forms of particles. It was found that the shape of the parallelepiped best describes the coal dust particles presented in the samples. This class-form is embedded in a mathematical model that allows you to predict the distribution of explosion-and fire-hazardous coal mine dust in mining workings. Implementation of the computational model of the study was carried out using a specialized complex ANSYS FLUENT.

Key words: coal dust, class-form, microscopic analysis, two-phase flow, ANSYS FLUENT, modeling, explosive concentration, dust-air mixture.

Rodionov Vladimir Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, 7921325 8397@mail.ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Mining University,

Tsygankov Valery Dmitrievich, VGSP Commander, 19valery96@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Federal State-Funded Educational Institute,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Zhikharev Sergey Yakovlevich, doctor of technical sciences, chief researcher, pere-vo-loki55@mail.ru, Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Science

Reference

1. Kaledina N. O. Methodological approach to ensuring the aerological safety of a coal mine // Gorny information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2019. No. S10. Pp. 26-31.

2. Kobylkin A. S. Investigation of the distribution of coal dust particles in mining workings // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2018. No. S49. Pp. 208-214.

3. Rodionov V. A. Methodological bases for studying the dispersion composition of coal mine dust // Bulletin of the Perm national research Polytechnic University. Geology. Oil and gas and mining. 2018. Vol. 17. No. 1. P. 71 - 87.

4. Kaledina N. O., Kobylkin S. S., Ventilation of blind roadways in coal mines: problems and solutions // Eurasian Mining. 2015. No. 2. Pp. 26-30.

5. Rodionov V. A., Pikhkonen L. V., Zhikharev S. Ya. Dispersion of coal dust of the Vorgashorskoye Deposit grade And its influence on the process of thermal destruction // Bulletin of the Perm national research Polytechnic University. Geology. Oil and gas and mining. 2017. Vol. 16. No. 4. Pp. 350-356.

6. Kaledina N. O., Kobylkin S. S., Kobylkin A. S. Modeling of pulsating ventilation of mine workings // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2011. No. S7. Pp. 449-453.

7. Kobylkin A. S. Investigation of the distribution of harmful gases in mining operations using computer modeling. // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2014. No. 10. Pp. 202-207.

8. Tsygankov V. D. et al. application of ANSYS Fluent for calculating shock wave propagation parameters in the junctions of mine workings // Problems of risk management in the technosphere. 2018. No. 4 (48). Pp. 40-48.

9. The official website of ANSYS, Inc. [Electronic resource]. URL: https://www.ansys.com (accessed 23.01.2020 g).

10. Renormalization group modeling and turbulence simulations / S. A. Orszag, V. Yakhot, W. S. Flannery, F. Boysan, D. Choudhury, J. Maruzewski, B. Patel // International conference on near-wall turbulent flows, Tempe, Arizona, 1993.

11. Korkodinov Ya. a. Review of a family of k-type models for turbulence modeling. // Bulletin of the Perm national research Polytechnic University. Mechanical engineering, materials science. 2013. No. 2 (15). Pp. 5-16.

12. Rodionov V. A., Abiev Z. A., Zhikharev S. Ya. Method of research of Gorenje and detonation processes of coal dust in mining workings // Vestnik Perm national research Polytechnic University. Geology. Oil and gas and mining. 2018. Vol. 17. No. 1. Pp. 50 -59.

13. Magomet R. D., Rodionov V. A., Soloviev V. B., Methodological approach to issue of research dust-explosion protection of mine workings of coal mines. International Journal of Civil Engineering & Technology (IJCIET). 2019. Volume:10, Issue: 2, Pages: 11541161. Article ID: IJCIET 10 02 112.

14. Zhikharev S. Ya., Pikhkonen L. V., Rodionov V. A. Investigation of explosive and fire-hazardous properties of coal from the prokopyevsky Deposit of the Kuznetsk coal basin. Izvestiya Tula state University. earth science. 2017. No. 3. Pp. 65-74.

15. Masyutkin E. P., Prosvirin V. I., Avdeev B. A. Influence of the form of sols on the efficiency of purification of dispersed media. Europeans'. Jur. PE-ed technology. 2012. Vol. 5/8 (59). Pp. 52-57.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.