Оценка степени влияния учета сжимаемости воздуха на расчет воздухораспределения в вентиляционных сетях глубоких рудников

Традиционные методы расчета вентиляции рудников основаны на допущении о несжимаемости воздуха, однако с увеличением глубины разработки это допущение может приводить к значительным погрешностям в расчетах. Выполнен анализ факторов, влияющих на изменение плотности воздуха при его движении по горным выработкам. На основе проведенного анализа предложена математическая модель расчета воздухораспределения, учитывающая эффект сжимаемости в наклонных и вертикальных выработках. Проведена оценка степени влияния сжимаемости воздуха на результаты расчета воздухораспределения в глубоких рудниках, а также анализ эффектов, возникающих при изменении плотности воздуха в результате сжимаемости. Предложенная модель показала, что объемные расходы воздуха значительно изменяются при движении по наклонным и вертикальным горным выработкам, в результате чего значения расходов в рабочих зонах оказываются меньше прогнозируемых. Величина этой ошибки главным образом зависит от глубины ведения горных работ и геотермической ступени, а ее результатом является подбор неоптимальных параметров вентиляции и, как следствие, повышение риска для здоровья персонала из-за недостаточного проветривания. Практическая значимость результатов заключается в возможности повышения точности проектирования вентиляционных систем, что способствует оптимизации энергопотребления и повышению безопасности ведения горных работ.

Лядов Е. А., Бородавкин Д. А., Зайцев А. В. Оценка степени влияния учета сжимаемости воздуха на расчет воздухораспределения в вентиляционных сетях глубоких рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 12. – С. 72–83. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_12_0_72.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (рег. номер НИОКТР: 126012716039-2).

Лядов Егор Алексеевич¹ — техник, e-mail: E.Lyadov@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0001-7174-2621,
Бородавкин Дмитрий Алексеевич^1,2 — канд. техн. наук, научный сотрудник; доцент, e-mail: borodavkin.dmitriy@gmail.com, ORCID ID: 0009-0002-3307-4295,
Зайцев Артем Вячеславович^1,2 — д-р. техн. наук, зав. лабораторией; профессор, e-mail: artem.v.zaitsev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-2314-0482,
¹ Горный институт Уральского отделения РАН, лаборатория Развития горного производства,
² Пермский национальный политехнический университет.

Лядов Е.А., e-mail: E.Lyadov@yandex.ru.

1. Ghorbani Y., Nwaila G. T., Zhang S. E., Bourdeau J. E., Canovas M., Arzua J., Nikadat N. Moving towards deep underground mineral resources: Drivers, challenges and potential solutions // Resources Policy. 2023, vol. 80, no. 2, article 103222. DOI: 10.1016/j.resourpol.2022.103222.

2. Босиков И. И., Клюев Р. В., Ляшенко В. И. Повышение безопасности и эффективности проветривания угольных шахт путем управления воздухораспределением // Безопасность труда в промышленности. — 2022. — № 3. — С. 67—72. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-3-67-72.

3. Wasilewski S. Influence of barometric pressure changes on ventilation conditions in deep mines // Archives of Mining Sciences. 2014, vol. 59, no. 3, pp. 621—639. DOI: 10.2478/amsc-2014-0044.

4. Адриан М. В., Зайцев А. В., Паршаков О. С. Исследование влияния сжимаемости воздуха на депрессию глубоких шахтных стволов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2025. — № 2. — С. 116—124. DOI: 10.21440/0536-1028-2025-2-116-124.

5. Ольховский Д. В., Зайцев А. В., Уткин Н. Н., Дарбинян Т. П., Давыдов А. А. О влиянии роста давления воздуха с глубиной на расчет требуемого количества воздуха в глубоких рудниках // Безопасность труда в промышленности. — 2023. — № 8. — С. 89—94. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-8-89-94.

6. Кобылкин С. С. Методологические основы системного проектирования вентиляции шахт: Автореф. дис. … докт. техн. наук. — М.: НИТУ «МИСиС», 2018. — 40 с.

7. Trybala P., Rigon S., Remondino F., Banasiewicz A., Wroblewski A., Macek A., Kujawa P., Romanczukiewicz K., Redondo C., Espada F. Optimizing mining ventilation using 3D tecnologies // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2024, vol. XLVIII-2-2024, pp. 427—434. DOI: 10.5194/isprs-archives-XLVIII-2-2024-427-2024.

8. Хохолов Ю. А. Расчет температуры и воздухораспределения в сети горных выработок рудника «Айхал» // Наука и образование. — 2005. — № 1. — С. 25—28.

9. Zeyni E. E., Sereshki F., Kakaie R. The complete model of wet air analysis in mine ventilation design (CMWAA method) // International Journal of Mining and Geo-Engineering. 2024, vol. 58-1, pp. 1—9. DOI: 10.22059/IJMGE.2023.357181.595048.

10. Hardcastle S. G., Kocsis C. K. The ventilation challenge // CIM Bulletin. 2004, vol. 97, no. 1080, pp. 51—57.

11. Barcza M. A review of the ventilation of some deep mines (Witwatersrand gold fields) // Journal of the Chemical, Metallurgical and Mining Society of South Africa. 1952, vol. 52, pp. 168—186.

12. Shakeri J., Ghorbani E., Taheri A. A review of deep mining challenges, hazard mitigation, design approaches, and support methods // Underground Space. 2026, vol. 28, pp. 86—136. DOI: 10.1016/j.undsp.2025.10.011.

13. Wei L., Yanqing L., Lang Z. Model and numerical solution method the failure of air volume and air flow components in the ventilation network during the period of external fire // Coal Science and Technology. 2025, vol. 53, no. 5, pp. 196—212. DOI: 10.12438/cst.2024-0226.

14. Карнаух Н. В., Мавроди А. В., Захлебин В. В., Агарков А. В. Компьютерное моделирование аварийных режимов проветривания шахты // Научный вестник НИИГД «Респиратор». — 2019. — № 2(56). — С. 37—46.

15. Палеев Д. Ю. Сложность практического расчета вентиляции шахт при пожарах // Горное эхо. — 2024. — № 2(95). — С. 75—80. DOI: 10.7242/echo.2024.2.14.

16. Hao H., Jiang S., Wang K., Wu Z., Xi X. Numerical simulation of smoke spread characteristics and emergency escape at different scales under the interaction of ventilation and thermal driving force in mine with complex ventilation network // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2024, vol. 149, pp. 4603—4625. DOI: 10.1007/s10973-024-13024-8.

17. Popov M. D., Semin M. A., Levin L. Yu. Air distribution in inclined drifts with intense heat emission sources // Journal of Mining Science. 2024, vol. 60, no. 4, pp. 658—668. DOI: 10.1134/S1062739124040124.

18. Levin L., Popov M., Semin M., Zhikharev S. Experimental and numerical study of air flow reversal induced by fire in an inclined mine working // Applied Sciences. 2024, vol. 14, article 6840. DOI: 10.3390/app14156840.

19. Левин Л. Ю., Кузьминых Е. Г., Жихарев С. Я. Разработка методики измерения движения воздушных потоков в наклонных выработках при возникновении эффекта теплового запирания // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2025. — № 3. — С. 129—134.

20. McPherson M. J. Subsurface Ventilation and Environmental Engineering, London, Chapman and Hall, 1993, 904 p.

21. Зайцев А. В. Разработка способов нормализации микроклиматических условий в горных выработках глубоких рудников: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Пермь: ГИ УрО РАН, 2013. — 19 с.