Методика исследования аэродинамических свойств каменноугольной пыли в протяженных горизонтальных выработках

Работа посвящена актуальной проблеме в сфере пожарной и промышленной безопасности горнопромышленных предприятий, добывающих, транспортирующих, перерабатывающих и складирующих каменноугольное сырье, а именно процессам пылеобразования пожаро-взрывоопасных концентраций витающей пыли, а также ее отложению на технологическом оборудовании и в труднодоступных местах. Выполнены выбор, обоснование, описание и апробация методики исследования аэродинамических свойств каменноугольной пыли в протяженных горизонтальных и наклонных выработках. В основу практической составляющей методики положены натурные испытания, проводимые на разработанном авторами аэродинамическом стенде. Расчет и моделирование аэродимических процессов распространения каменноугольной пыли в протяженных горизонтальных и наклонных выработках выполнены при помощи программного комплекса ANSYS Fluent. В ходе апробации используемой нами методики была получена хорошая сходимость экспериментальных исследований с результатами разработанной авторской математической модели. Схожие результаты были получены авторами аналогичных исследований, что указывает на необходимость дальнейшей экспериментальной проверки и усовершенствования математической модели, используемой в данной работе. Описанная методика в дальнейшем может быть использована для моделирования движения и отложения угольной пыли на горнопромышленных объектах при добыче, транспортировке, пересыпе и складировании каменноугольного сырья, что в свою очередь позволит спрогнозировать места образования пожаро-взрывоопасных концентраций витающей пыли. Полученные результаты исследования могут быть использованы инженерно-техническими работниками предприятий для разработки мероприятий по уменьшению или устранению мест образования опасной концентрации пыли, т.е. для профилактики или недопущения взрывов отложений каменноугольной пыли.

Родионов В. А., Цыганков В. Д., Жихарев С. Я., Кормщиков Д. С. Методика исследования аэродинамических свойств каменноугольной пыли в протяженных горизонтальных выработках // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 10. – С. 69–79. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_10_0_69.

Родионов Владимир Алексеевич — канд. техн. наук, доцент, e-mail: 79213258397@mail.ru, Scopus ID: 57202923447, https://orcid.org/0000-0003-2398-5829, Санкт-Петербургский горный университет,
Цыганков Валерий Дмитриевич — заместитель командира ВГСП ФГКУ «УВГСЧ в строительстве» ВГСЧ МЧС РФ, e-mail: 19valery96@mail.ru,
Жихарев Сергей Яковлевич¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: perevoloki55@mail.ru, Scopus ID: 57202921925,
Кормщиков Денис Сергеевич¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: dkormshchikov@gmail.com,
¹ Горный институт Уральского отделения РАН.

Родионов В.А., e-mail: 79213258397@mail.ru.

1. Романченко С. Б., Руденко Ю. Ф., Костеренко В. Н. Пылевая динамика в угольных шахтах. — М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2011. — 256 с.

2. Родионов В. А., Турсенев С. А., Скрипник И. Л., Ксенофонтов Ю. Г. Результаты исследования кинетических параметров самовозгорания каменноугольной пыли // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 617—622. DOI:10.31897/PMI.2020.6.3.

3. Шаравин Е. О., Цыганков В. Д., Бельшина Ю. Н. 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.

4. Родионов В. А., Цыганков В. Д., Жихарев С. Я. Морфологическим состав шахтной угольной пыли и его влияние на взрывопожароопасность горных выработок // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. — 2020. — № 1. — С. 145—158.

5. Шаблий Л. С., Кривцов А. В., Колмакова Д. А. Компьютерное моделирование типовых гидравлических и газодинамических процессов двигателей и энергетических установок в ANSYS Fluent: учебное пособие. — Самара: Изд-во Самар. ун-та, 2017. — 108 с.

6. ANSYS Fluent User’s Guide (2018) ANSYS, Inc, URL: http://ansys.fem.ir/ansys_fluent_tutorial.pdf (Дата обращения 03.03.2021).

7. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598–1605.

8. Cundall P. A., Strack O. D. L. A discrete numerical model for granular assemblies // Geotechnique. 1979, vol. 29, pp. 47–65.

9. Tabakoff W., Wakeman T. Measured particle rebound characteristics useful for erosion prediction // ASME paper 82-GT-170. 1982.

10. Zhou Z., Hu P., Qi C., Niu T., Li M., Tian L. The influence of ventilation arrangement on the mechanism of dust distribution in woxi pithead // Shock and Vibration. 2018, vol. 2018, article 8928120. DOI: 10.1155/2018/8928120.

11. Liu X., Chang, P., Wang E., Zhang Z., Yang S. Numerical study of the respirable coal dust removal performance of a vortex ventilation system at an excavation face // Energies. 2018, vol. 11, no. 9, article 2449. DOI: 10.3390/en11092449.

12. Бруяка В. А., Фокин В. Г., Солдусова Е. А., Глазунова Н. А., Адеянов И. Е. Инженерный анализ в ANSYS Workbench: учебное пособие. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. — 271 с.

13. Кобылкин А. С. Распределение пыли различного дисперсного состава в горных выработках, в зависимости от расположения источника пылевыделения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 6. — С. 291—302.

14. Коркодинов Я. А. Обзор семейства k– моделей для моделирования турбулентности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. — 2013. — № 2 (15). — С. 5—16.

15. Grzegorz B., Bolesław D. Numerical calculation of the flow through a three-way coal dust separator // AIP Conference Proceedings. 2019, vol. 2078, article 020066. DOI: 10.1063/1.5092069.

16. Zheng Y., Organiscak J. A., Zhou L., Beck T. W., Rider J. P. CFD analysis on gas distribution for different scrubber redirection configurations in sump cut // Transactions. 2015, vol. 338, no. 1, pp. 423—432.

17. Wang J., Tang Y., Du H., Shang W. Development of a respirable dust mitigation system for a high longwall face at sihe colliery in China — a case study // Journal of Engineering & Technological Sciences. 2017, vol. 49, no. 4, pp. 438—456.

18. Левин Л. Ю., Исаевич А. И., Сёмин М. А., Газизуллин Р. Р. Исследование динамики пылевоздушной смеси при проветривании тупиковой выработки в процессе работы комбайновых комплексов // Горный журнал. — 2015. — № 1. — С. 72—75. DOI: 10.17580/ gzh.2015.01.13

19. Файнбург Г. З., Семин М. А., Исаевич А. Г. Взаимосвязь физических механизмов, математических моделей и технических способов проветривания тупиковых горных выработок // Горное эхо. — 2020. — № 3. — С. 131—137.

20. Dmitrievich M. R., Alekseevich R. V., Borisovich S. V. Methodological approach to issue of researching dust-explosion protection of mine workings of coal mines // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019, vol. 10, no. 2, pp. 1154–1161.

21. Кобылкин С. С., Хубиева В. М. Учет локальной естественной тяги при обеспечении аэрологической безопасности на горных предприятиях // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 1. — С. 60—65. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-1-60-65.

22. Кобылкин С. С., Кобылкин А. С. Трехмерное моделирование при проведении инженерных расчетов по тактике горноспасательных работ // Горный журнал. — 2018. — № 5. — С. 82—85. DOI:10.17580/gzh.2018.05.13.