CC BY
20Особенности формирования теплового и вентиляционного режимов шахты
«Денисовская» Хохолов Ю. А.1, Киселев В. В.2
'Хохолов Юрий Аркадьевич /КНокНоО Унту АгкоДемсИ - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник;
2Киселев Валерий Васильевич /К1$е1еу Уа1ету УавгГетсИ - кандидат технических наук, старший научный
сотрудник, лаборатория горной теплофизики, Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск
Аннотация: приведены горно-технические сведения о шахте «Денисовская», отрабатывающей одноименное угольное месторождение, расположенное в зоне островной мерзлоты. Сделан расчет теплового и вентиляционного режимов шахты, режимов с учетом водопритоков. Сравнение расчетных параметров с данными натурных наблюдений показало хорошую сходимость, что подтверждает практическую пригодность разработанных моделей и программ для прогнозных расчетов динамики вентиляционного и теплового режимов шахты в период её эксплуатации. Ключевые слова: вентиляционная сеть, тепловой и вентиляционный режимы, температура, влажность, расход воздуха.
Шахта «Денисовская» ведет разработку одноименного угольного месторождения с 2002 г. Месторождение расположено в зоне островной мерзлоты. Угольный пласт разрабатывается камерно-столбовой системой, порядок отработки - обратный. Управление кровлей - полным обрушением. Схема проветривания - фланговая, способ - нагнетательный. Главная вентиляторная установка (ГВУ) смонтирована на двухпутевом наклонном стволе, по которому подается свежий воздух двумя вентиляторами ВЦ-15. Исходящая струя выдается через центральный вспомогательный и фланговый стволы.
Как известно, шахта является динамичным производственным предприятием, проходятся подготовительные и нарезные выработки, вводятся в эксплуатацию новые участки, погашаются отработанные камеры и т. д. Соответственно, происходят постоянные корректировки вентиляционной сети шахты, влияющие на формирование теплового режима.
Как показали проведенные ИГДС СО РАН исследования [1], большое влияние на формирование теплового режима шахты оказывают высокие водопритоки в летний период и работа калориферной установки. Кроме этого на формирование микроклимата отдельных выработок и шахты в целом в значительной степени оказывают сезонные колебания температуры атмосферного воздуха, поступающего для проветривания, теплопритоки от дизельной техники, электроустановок. Вышеперечисленные особенности природных и технологических условий, протекающих физических процессов также оказывают определенное влияние на формирование микроклимата горных выработок, во многом определяющего безопасные и комфортные условия труда.
Совместный расчет теплового и вентиляционного режимов шахты с учетом вышеперечисленных особенностей является сложной и в то же время важной задачей. Для её решения были использованы разработанные в лаборатории горной теплофизики ИГДС математические модели расчета температурного и вентиляционного режимов шахты с учетом фазовых переходов влаги [2, 3, 4, 5, 6]. В шахту воздух подавался 2-мя вентиляторами ВЦ-15. Часть поступала в путевой наклонный ствол и выдавалась на поверхность через конвейерный наклонный уклон. Другая, основная часть поступала в вентиляционный штрек № 1, далее продвигалась по центральному вентиляционному уклону в добычные участки и выдавалась через центральный конвейерный уклон.
Вентиляционная сеть выработок шахты «Денисовская» состоит из 85 ветвей и 64 узлов, следовательно, количество независимых циклов равно к = 85-64+1=22. Выходы на поверхность соединены фиктивными ветвями с узлом 1 с нулевыми аэродинамическими сопротивлениями.
Изменение температуры воздуха за зимний Т^ (т) и летний Т2л (т) период представлено в виде полусинусоиды [7]:
кО
Тз (т) =-^ • БХП
2т
С ^
кт
л£1
Т" (т) =-^ • Бт
2т
чтз у
/ л кт
Утл у
(1)
где г- время, ч; Оз, Ол - значения суммы градусо-часов температуры воздуха соответственно за зимний и летний периоды, градус-час; гз, гл - продолжительности, соответственно, зимнего и летнего периодов, ч.
Параметры Оз, гз, г необходимые для расчета температуры воздуха, определялись на основе данных стационарных метеорологических наблюдений. Для метеостанции «Чульман» эти параметры следующие [7]: Оз = -116808 градус-час; Ол = 41112 градус-час; гз = 4672 ч; гл= 3504 ч.
Кривая характеристики нагнетающего вентилятора ВЦ-15, соответствующая углу установки лопаток направляющего аппарата 30°, имеет вид [8]:
Н = 616,426 +17,9613 • д - 0,572438 • д2, даПа (3)
где д - расход воздуха, м3/с.
Два параллельно работающих вентилятора представлено одним условным вентилятором, имеющим суммарную характеристику, описываемую уравнением:
Н4 = 616,426 + 8,98 • д - 0,1431 • д2, даПа ( (4)
Работа машин и механизмов физически связана с преобразованием различных видов энергии (механической, электрической, химической) в тепловую. Суммарная энергия, выделяющаяся при работе машин и механизмов, определяется их установленной мощностью. Часть этой энергии переходит в теплоту, другая часть - в потенциальную энергию. Таким образом, для расчета величины тепловыделений от энергетических источников может быть использована формула [9]:
О = к N -АП, (5)
загр ' 4 '
где кзагр - коэффициент загрузки машин во времени, в зависимости от характера работы кзагр=0,3 -0,7; N - установленная мощность, Вт; ДП - потенциальная энергия, Вт.
С учетом кпд электродвигателей их тепловыделения были рассчитаны по формуле:
Ои = КзаР7N, (6)
где п - кпд электродвигателя.
Величину суммарной мощности всех электродвигателей, находящихся в шахте, были рассчитаны по мощностям центральных и передвижных участковых подземных трансформаторных подстанций.
По разработанной программе были проведены численные расчеты воздухораспределения и теплового режима шахты, результаты в графической форме приведены на рис. 1-2. Рассмотрен режим проветривания с подогревом шахтного воздуха в зимний период до +2°С. Как показали расчеты, воздух в шахту поступает с расходом 93,2 м3/с. Сделано также сравнение расчетных параметров расхода воздуха с данными натурных наблюдений, которые представлены в таблице 1. Как показали расчеты, данные совпадают в начале вентиляционного пути, а на дальних участках наблюдаются некоторые расхождения, которые объясняются утечками воздуха в выработанное пространство, неплотностями перемычек, вентиляционных дверей.
Таблица 1. Сравнение результатов замеров и расчетных показателей расхода воздуха (м3/с) на замерных
станциях шахты «Денисовская»
Номер станции 1 6 9 20 22 28 31
Замер 96 13,3 30 51,3 74,5 56,7 84
Расчет 93,2 14 23,1 39,7 84 65,4 65
Повышенные водопритоки в шахте наблюдаются в зонах геологических нарушений, а именно, в центральном конвейерном уклоне, центральном вентиляционном уклоне, магистральном штреке, вентиляционном штреке и путевом штреке, где в расчетах учтено наличие испарительных процессов.
Расчет теплового режима проведен для всех выработок сети шахты, а на рис. 1 показана динамика температур воздуха в отдельных ветвях. Как видно из графиков, в зимний период температура воздуха изменяется от +2°С до +4°С, а в летний период температура воздуха повышается до +18°С в соответствии с ростом температуры наружного воздуха.
о
20 18 16 14
г
<и
та
£ 12 10
о. ё 8
6
4
2
0
2
3
-ветвь 14
- -■ветвь 35
--ветвь 24
— - - ветвь 27
10 11 12 Время, мес
1
4
5
6
7
8
9
Рис. '. Динамика температур воздуха в отдельных ветвях вентиляционной сети шахты «Денисовская»
Как показали расчеты, относительная влажность воздуха по длине вентиляционного пути шахты изменяется от 4 до 65 % в зависимости от сезона (рис. 2). В летний период наблюдается повышение влажности в тех местах, где вентиляционный воздух проходит через обводненные выработки. Так, в центральном вентиляционном уклоне (ветвь 35) влажность повышается до 60 % в зимний период и до 85 % в летний, в центральном конвейерном уклоне (ветвь 27) влажность повышается до 90 % в зимний период и до 95 % в летний.
Рис. 2. Динамика относительной влажности воздуха в отдельных ветвях вентиляционной сети шахты
«Денисовская»
В заключение можно отметить, что разработанная модель и программа расчета параметров вентиляции и теплового режима пригодны для практических целей в условиях сложной сети горных выработок шахт криолитозоны, что подтверждается данными натурных наблюдений. Позволяет сделать оценку сезонных колебаний температуры, влажности и расхода воздуха во всех выработках сети, что важно в плане обеспечения безопасных и комфортных условий ведения горных работ. Результаты расчетов подтверждают необходимость постоянного контроля за температурным,
влажностным вентиляционными режимами шахты. Кроме этого, методика может быть использована
для прогноза динамики изменения этих параметров в процессе изменения схемы вентиляции шахты.
Литература
1. Васильев П. Н., Курилко А. С., Хохолов Ю. А., Шерстов В. А. Тепловой режим угольных шахт Якутии и способы его регулирования. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2009. 240 с.
2. Хохолов Ю. А. Совместное решение задач воздухораспределения и теплового режима в сети горных выработок криолитозоны // Горный информ.-аналит. Бюллетень, 2003. № 7. С. 70-73.
3. Хохолов Ю. А. Математическое моделирование тепловых процессов в горных выработках криолитозоны // Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны: Труды Межд. науч. -практ. конф. - Якутск: Изд-во Ин-та мерзлотоведения СО РАН, 2005. Т. 2. С. 76-82.
4. Хохолов Ю. А., Соловьев Д. Е. Температурный режим многолетнемерзлого горного массива при ведении проходческих работ // Горный информ.-аналит. Бюллетень, 2009. № 4. С. 177-182.
5. Хохолов Ю. А., Соловьев Д. Е. Методика совместного расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2013. № 1. С. 138-145.
6. Курилко А. С., Хохолов Ю. А. Математическая модель тепломассобмена вентиляционного воздуха с горными породами в протяженных горных выработках рудников и шахт криолитозоны с учетом испарения и конденсации // Горный информ.-аналит. бюллетень. Спец. выпуск № 30. Геомеханические и геотехнологические проблемы освоения недр Севера, 2015. С. 300-310.
7. Фельдман Г. М., Тетельбаум А. С., Шендер Н. И., Гаврильев Р. И. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН СССР, 1988. 240 с.
8. Мохирев Н. Н., Радько В. В. Вентиляция бокситовых шахт (на примере ОАО «Севуралбокситруда»). - Пермь - Североуральск, 2008. 302 с.
9. Гендлер С. Г. Тепловой режим подземных сооружений. Л.: Изд. ЛГИ, 1987. 102 с.
Cotton stalk puller-baler Tojiboev B.1, Tursunov O.2, Yusupov S.3 Сноповязальный корчеватель стеблей хлопчатника Тожибоев Б. М.1, Турсунов О. А.2, Юсупов С. А.3
1Тожибоев Бегижон Мамитжонович / Tojiboev Begijon Mamitjonovich - кандидат технических наук, доцент; 2Турсунов Ойбек Абдухалим угли / Tursunov Oybek Abduxalim ugli — бакалавр систем наземного транспорта,
магистрант;
3Юсупов Саидаброр Анвар угли / Yusupov Saidabror Anvar ugli — студент, кафедра автомобилестроения и тракторостроения, факультет машиностроения, Андижанский машиностроительный институт, г. Андижан, Республика Узбекистан
Abstract: manual pulling of cotton stalks after picking cotton is difficult and time consuming for the manual power, which could be devoted to some other productive work. This study describes a newly designed mechanization that can pull and bale the cotton stalks at the same time. It helps to accelerate and simplify harvesting the stalks after picking cotton up.
Аннотация: после сбора хлопка вручную вытягивать стебли хлопчатника трудно и отнимает много времени для ручной силы, которая могла бы быть посвящена какой-либо другой продуктивной работе. Данное исследование описывает новый разработанный механизм, который может тянуть и укладывать в тюки стебли хлопчатника в одно и то же время. Это помогает ускорить и упростить уборку стеблей после сбора хлопка.
Keywords: cotton stalk; cotton stalk puller.
Ключевые слова: стебли хлопчатника, корчеватель стеблей хлопчатника.
