|
сосберегающая система подготовки и обработки воздуха состоит из двух основополагающих блоков модулей: поверхностного комплекса элементов, и системы подземных «тепомассообменных модулей». Выполненный обзор технических способов регулирования термовлажностного режима в подземных выработках показывает, что многообразие применяемых способов нормализации параметров микроклимата, прежде всего, зависит от условий залегания полезных ископаемых, систем разработки месторождений и вариантов технологии очистных работ. Увеличение темпов разработки месторождений, выход на глубокие горизонты, применение высокомеханизированной техники и новых технологий требует создания эффективных систем управления термовлажностным режимом в сети горных выработок. Расчет параметров микроклимата в сети подземных выработок является одной из сложнейших задач горной теплофизики [186], поскольку процесс теплообмена происходит в двух средах горном массиве и движущемся воздухе и, как правило, сопровождается массообменными процессами. Теоретические основы процессов нестационарного теплои массообмена горного массива с потоком воздуха были разработаны в трудах Г. Карслоу и Д. Егера, А.В. Лыкова, А.Н. Щербаня, О.А. Кремнева и В.Я. Журавленко, А.Ф. Воропаева, А.С. Галицына, Ю.Д. Дядькина, Ю.В. Шувалова и С.Г. Гендлера, В.П. Черняка, Б.А. Красовицкого, В.А. Стукало и А.М. Гущина, Б.И. Медведева [163-175, 183-190]. Многообразие физических условий протекания процессов теплои массообмена в горных выработках привело к созданию различных методик расчета термовлажностного режима выработок. В зависимости от условий формирования теплового режима различают методики расчета глубоких шахт, рудников, гидрошахт, шахт и рудников области многолетней мерзлоты [191]. По геометрической форме выработок различают методики для расчета щелеобразных, цилиндрических и сферических выработок. В зависимости от назначения существует расчет выработок сквозного проветривания и тупиковых с двухсторонним направлением движения струи воздуха. В данном обзоре, прежде всего, 49 |
жен рациональный режим летней эксплуатации вентиляционных скважин [198], исключающий образование закупоривающих пробок и ледяных манжет. Способ предотвращения обледенения воздухоподающих выработок подземного рудника ОАО «АПАТИТ» при использовании электрокалориферов рассмотрен А.В. Ковалевым, В.И. Деминым и др. [58, 95]. Вопросы регулирования тепло-влажностных параметров рудничной атмосферы калийных рудников тесно связаны с функционированием общешахтной вентиляции и, прежде всего, это обусловлено большими объемами подаваемого в рудник воздуха. Как отмечается в работах И.И. Медведева [127, 128], Н.Н. Мохирева [135, 136], Б.П. Казакова [86, 90] для калийных рудников, разрабатывающих гигроскопичные соляные породы, необходимо осуществлять осушение воздуха в теплый период года. Система осушения воздуха с использованием отработанного пространства рудника в качестве аккумулятора влаги была применена в руднике АО «Уралкалий» [134, 149]. С помощью источника тяги часть воздуха направлялась в три отработанные камеры, где при малой скорости движения происходило его осушение и охлаждение. Измерения показали, что содержание влаги в воздушной струе снизилось более чем в 1,5 раза. Способы нормализации влажностных параметров рудничной атмосферы в калийных рудниках рассмотрены в работе [114]. Предлагается выполнять осушение воздуха в калориферах, использовать рециркуляцию для смешивания исходящей и свежей струи воздуха, применять специальные выработки для «массообменной» обработки воздуха. Б.П. Казаков [86] обосновал необходимость применения ступенчатого расположения «тспломассоообменных модулей» для последовательной обработки воздуха. Предложенная автором комплексная ресурсосберегающая система подготовки и обработки воздуха состоит из двух основополагающих блоков: поверхностного комплекса элементов, и системы подземных «тепломассообменных модулей». Выполненный обзор технических способов регулирования тепловлажностного режима в подземных выработках показывает, что многообра21 зие применяемых способов нормализации параметров микроклимата, прежде всего, зависит от условий залегания полезных ископаемых, систем разработки месторождений и вариантов технологии очистных работ. Увеличение темпов разработки месторождений, выход на глубокие горизонты, применение высокомеханизированной техники и новых технологий требует создания эффективных систем управления тепло-влажностным режимом в сети горных выработок. 1.3 Анализ существующих методов прогноза тепло-влажностного режима горных выработок Расчет параметров микроклимата в сети подземных выработок является одной из сложнейших задач горной теплофизики [37, 45, 53, 77, 192, 206], поскольку процесс теплообмена происходит в двух средах горном массиве и движущемся воздухе и, как правило, сопровождается массообменными процессами. Теоретические основы процессов нестационарного теплои массообмена горного массива с потоком воздуха были разработаны в грудах Г. Карслоу и Д. Егера [213], А.В. Лыкова [117, 118], А.Н. Щербаня, О.А. Кремнева и В.Я. Журавленко [101, 206, 207], А.Ф. Воропаева [43, 44], А.С. Галицына [46], Ю.Д. Дядькина, Ю.В. Шувалова и С.Г. Гендлера [53, 74-76, 203], В.П. Черняка [192, 193], Б.А. Красовицкого [100], В.А. Стукало и А.М. Гущина [166, 167], Б .И. Медведева [125, 126]. Многообразие физических условий протекания процессов теплои массообмена в горных выработках привело к созданию различных методик расчета тепло-влажностного режима выработок. В зависимости ог условий формирования теплового режима различают методики расчета глубоких шахт, рудников, гидрошахт, шахт и рудников области многолетней мерзлоты [76]. По геометрической форме выработок различают методики для расчета щелеобразных, цилиндрических и сферических выработок. В зависимости от 22 назначения существует расчет выработок сквозного проветривания и тупиковых с двухсторонним направлением движения струи воздуха. В данном обзоре, прежде всего, рассматриваются выработки сквозного проветривания. Очевидно, что предложенная классификация методик расчета может быть продолжена и по другим признакам. Научные основы расчета процессов теплои массообмена в горных выработках были разработаны в 60 70-е годы XX столетия и оставались практически неизменными вплоть до настоящего времени [37]. Основу математических моделей составляли краевые задачи теплопереноса в горных массивах, решение которых позволяло найти плотность потока тепла на стенке горной выработки, ее температуру, общее количество тепла, перешедшее из массива в выработку за определенное время проветривания, или введенный О.А. Кремневым коэффициент нестационарного теплообмена [206]. Последнее получило наибольшее распространение для характеристики процесса передачи тепла от глубинных пород с естественной температурой к движущемуся воздуху. Общепринятая методика расчетов включала решение балансовых стационарных (алгебраических или дифференциальных) уравнений теплоперепоса по горным выработкам, в которых теплопритоки из горного массива учитывались коэффициентом нестационарного теплообмена к. [101]. Классификация известных формул для расчета кл, по которой все расчетные зависимости объединены в четыре группы, приведена в монографии И.Р. Венгерова [37]. К первой группе относят формулы для определения кт на основе точных решений краевых задач переноса тепла в горном массиве. При этом предлагается рассматривать три группы моделей массивов: однородные и изотропные; неоднородные и анизотропные; влагосодержащие массивы. Зависимости на основе приближенных, численных или аналоговых решений задач теплопереноса в массиве составляют вторую группу. Решения, полученные для частных случаев «базисных» задач, с использованием аппроксимации или путем преобразований для /ст двух первых групп, относят к третьей группе. Б четвертую группу вошли зависимости для определения 23 |