Совместное решение задачи воздухораспределения в шахтной вентиляционной сети и выработанных пространствах шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Совместное решение задачи воздухораспределения в шахтной вентиляционной сети и выработанных пространствах шахт

П.В. Емелин

Разработанный нами программный продукт «Воздухораспределение в ШВС» обладает большими возможностями и универсальностью, позволяющей применять его для решения широкого круга задач естественного распределения в шахтах и рудниках.

Как правило, в классической постановке при расчете воздухораспределения по горным выработкам шахтной вентиляционной сети (ШВС) принимается квадратичный закон H=RQ². Фильтрационные процессы движения газовоздушной смеси в выработанных пространствах описываются двучленным законом H=R_тQ²+rQ, в котором преобладание той или иной составляющей изменяется в зависимости от местоположения исследуемого участка [1-5]. воздух аэродинамика добычной

Внутренняя структура алгоритма данного программного продукта построена таким образом, что, независимо от закона движения воздуха в той или иной выработке или группе выработок, позволяет производить расчеты воздухораспределения в шахтной вентиляционной системе.

Еще одним неотъемлемым его преимуществом является возможность обработки больших потоков информации, объем которых ограничивается практически только непосредственно техническими возможностями используемых ПЭВМ.

Указанные качества позволили подойти к решению одновременно сложной и интересной задачи -- совместного расчета распределения газовоздушной смеси в шахтной вентиляционной сети с включением в модель аэродинамики выработанных пространств, прилегающих к добычным участкам (с возможностью учета и примыкающих к ним присечных целиков), с включением в сформированную модель дополнительных источников тяги вентиляционной и дегазационной систем. Тем самым имеется возможность анализировать и оценивать в комплексе работу вентиляционной и дегазационной систем, управлять и регламентировать процесс массопереноса, происходящего в выработанном пространстве добычного участка.

Для проведения исследований в данном направлении совместно со специалистами Научно-инженерного центра горноспасателей Республики Казахстан (НИЦГ РК) был разработан демонстрационный «контрольный пример» вентиляционной сети. Сеть имеет довольно сложную структуру, по своему построению близка к реально функционирующей шахтной сети и включает 85 ветвей, 4 вентилятора главного проветривания (ВГП), 2 добычных участка, 7 воздухоподающих и воздухоотводящих стволов. На рис. 1 представлена расчетная топологическая схема «контрольного примера» с указанием номеров узлов, размещения объектов проветривания, вентиляционных сооружений-регуляторов и вентиляторов главного проветривания.

На базе примера проведена серия практических расчетов, в которой последовательно усложняется структура модели, путем подсоединения к базовой схеме новых дополнительных элементов.

Первый расчет, который следует рассматривать как базовый, представляет собой результат естественного распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети при заданных строгой топологии, постоянных аэродинамических параметрах выработок и характеристик вентиляторов главного проветривания. По окончании расчета результаты представляются в виде таблицы в формате, удобном для анализа, в которой построчно напротив каждой ветви представлены топологический код, аэродинамические характеристики, расход воздуха по ней и депрессия. В табл. 1 представлены результаты расчета по наиболее важным элементам вентиляционной сети, по воздухоподающим стволам, ВГП, величины расходов воздуха поступающего и на добычном участке.

Вторым шагом проведенных исследований является расчет совместного воздухораспределения в ШВС и в примыкающем к одному из добычных участков (ветвь 11-12 в ШВС) выработанном пространстве. Этот этап выполнялся с целью определения влияния аэродинамики выработанного пространства действующего очистного забоя на работу ШВС в целом.

Для этого по методике [5] была сформирована квазимодель аэродинамики выработанного пространства. Исходные данные, которые послужили основой для моделирования выработанного пространства, приведены в табл. 2.

Далее была сформирована объединенная модель, включающая шахтную вентиляционную сеть и сеточную область, покрывающую выработанное пространство. Для наглядности и удобства проведения анализа результатов расчета топологический код ветвей выработанного пространства и ветвей, моделирующих добычной участок, начинается с тысячи (т.е. 1001, 1002 и так далее).

Собранная таким образом сеть значительно отличается от базового варианта как внутренней топологической структурой, так и аэродинамикой. Количество ветвей возросло с 85 до 309, при этом и аэродинамика добавленных 225 элементов имеет более сложное описание. Результаты совместного воздухораспределения представлены в табл. 3.

Сравнительный анализ результатов, как и следовало ожидать, показал, что наличие дополнительных смоделированных аэродинамических связей выработанного пространства повлияло на распределение воздуха ШВС. В целом направления движения воздуха по выработкам остались прежними, однако величины расходов воздуха по выработкам и режимы работы ВГП несколько изменились. Что касается рассматриваемого добычного участка, величина расхода поступающего к нему воздуха снизилась с 8,76 м³/с до 7,23 м³/с, по самому участку до величины 6,52 м³/с.

Рис. 1. Схема вентиляционной сети для контрольного примера

Таблица 1

Таблица 2

Исходные данные для моделирования аэродинамики выработанного пространства добычного участка (ветвь 11-12)

Таблица 3

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС и выработанном пространстве

Таблица 4

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС,

выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 0,82 м³/с

Таблица 5

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС,

выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 1,52 м³/с

Таблица 6

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС,

выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 2,07 м³/с

Рис. 2. График зависимости изменения расхода воздуха на добычном участке в зависимости от производительности ВНС

Как видно из проведенной серии практических расчетов, величины расхода воздуха как на добычном участке, так и по другим объектам ШВС каждый раз имели различные значения. Поддержание требуемых расходов воздуха по объектам проветривания может быть достигнуто только решением задачи принудительного распределения воздуха (ПРВ).

Наличие информации о природной метаноносности пласта, газовыделении из разрабатываемого слоя, величине остаточной метаноносности угля позволяет смоделировать и включить в расчетную схему источники газовыделения в выработанном пространстве и работу предварительной дегазации и тем самым учесть их влияние в общем газовом балансе выемочного участка.

Выводы

1. Совместное моделирование шахтной вентиляционной сети и выработанных пространств позволяет определить необходимые параметры и управлять процессами тепломассопереноса в угольных шахтах с учетом всех активных ветвей и, в конечном итоге, предупредить возникновение пожаровзрывоопасных ситуаций.

2. Разработанное для решения поставленной задачи программное обеспечение «Воздухораспределение в ШВС» на языке высокого уровня -- объектно-ориентированный язык Visual Basic -- позволяет производить расчеты для 10000 и более объектов (ветвей) шахтной вентиляционной системы, что является важным и необходимым инструментом для исследуемой проблемы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Давыдов Е.Г., Габайдуллин Р.И. Унифицированный метод расчета шахтных вентиляционных сетей // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана. 1993. № 2. С. 114-116.

2.Андрияшев М.М. Техника расчета водопроводных сетей. М.: Советское законодательство, 1982. С. 53-65.

3.Гращенков Н.Ф., Петросян А.Э., Фролов М.А. и др. Рудничная вентиляция: Справочник // Под ред. К.З. Ушакова. М.: Недра, 1988. 440 с.

4.Христианович С.А.Об основах теории фильтрации // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989. № 5. С. 3-18.

5.Емелин П.В. Исследования процессов фильтрации газов и самонагревания угля в выработанных пространствах добычных участков угольных шахт: Дис. … канд. техн. наук. Караганда, 1998.

Размещено на Allbest.ru