Параметры стационарного косого фронта реакции в газовоздушных потоках горных выработок вблизи очагов самонагревания

При строительстве и эксплуатации угольных шахт нередко происходят газодинамические и теплофизические процессы, к которым относятся, в первую очередь, внезапные выбросы угля и газа, а также детонационные и ударные волны в газои пылегазовоздушных смесях в атмосфере горных выработок, в результате чего возникают сложные движения смесей, содержащие сильные разрывы. Эти движения могут изучаться как опытным путем на моделях, так и теоретически, путем исследования математических моделей на базе уравнений газовой динамики и теплофизики. Здесь рассматривается лишь математическая модель формирования и распространения фронта реакции, нормаль к которому не совпадает с продольной осью выработки. Математическая модель построена на базе фундаментальных законов сохранения массы, импульсов и энергии в предположении, что газовоздушный поток является идеальным газом, течение которого происходит стационарно. Получены формулы и построены графики зависимостей давления, плотности, температуры за фронтом реакции от числа Маха натекающего потока, и выявлены некоторые их закономерности при различных углах наклона фронта реакции к оси выработки. Найдена формула и построены графики зависимостей между углом натекания и углом отклонения газовоздушного потока за фронтом реакции для ряда чисел Маха и Дамкелера.

Черданцев С. В., Шлапаков П. А., Лебедев К. С., Ерастов А. Ю., Хаймин С. А. Параметры стационарного косого фронта реакции в газовоздушных потоках горных выработок вблизи очагов самонагревания // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 12. – С. 65–77. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-12-0-65-77.

Черданцев Сергей Васильевич¹ —д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: svch01@yandex.ru,
Шлапаков Павел Александрович¹ —канд. техн. наук, зав. лабораторией, е-mail: shlapak1978@mail.ru,
Лебедев Кирилл Сергеевич¹ — научный сотрудник, е-mail: lebedevks1987@yandex.ru,
Ерастов Антон Юрьевич¹ — старший научный сотрудник, e-mail: eractov_a_y@mail.ru,
Хаймин Сергей Александрович¹ — старший научный сотрудник, е-mail: hsa007@mail.ru,
¹ АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»).

Черданцев С.В., e-mail: svch01@yandex.ru.

1. Большинский М. И., Лысиков Б. А., Каплюхин А. А. Газодинамические явления в шахтах. — Севастополь: Вебер, 2003. — 284 с.

2. Черданцев Н. В., Черданцев С. В., Ли Хи Ун, Филатов Ю. М., Шлапаков П. А., Лебедев К. С. Об одном подходе к описанию суфлярных выделений газа из резервуаров угольного массива в горные выработки // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 3. — С. 45–52.

3. Линденау Н. И., Маевская В. М., Крылов В. Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. — М.: Недра, 1977. — 320 с.

4. Chanyshev A. I. A method to determine a body’s thermal state // Journal of Mining Science. 2012. Vol. 48. No 4. Pp. 660—668.

5. Cherdantsev S. V., Li Hi Un, Filatov Yu. M., Botvenko D. V., Shlapakov P. A., Kolykhalov V. V. Combustion of fine dispersed dust-gas-air mixtures in underground workings // Journal of Mining Science. 2018. Vol. 54. No 2. Pp. 339—346.

6. Glushkov D. O., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Initiation of combustion of a gel-like condensed substance by a local source of limited power // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2017. Vol. 90. No 1. Pp. 206—216.

7. Amelchugov S. P., Bykov V. I., Tsybenova S. B. Spontaneous combustion of brown-coal dust. Experiment, determination of kinetic parameters, and numerical modeling // Combustion, Explosion and Shock Waves. 2002. Vol. 38. No 3. Pp. 295—300.

8. Васильев А. А., Васильев В. А. Расчетные и экспериментальные параметры горения и детонации смесей на основе метана и угольной пыли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2016. — № 2. — С. 8—39.

9. Kurlenya M. V., Skritsky V.A. Methane Explosions and causes of their origin in highly productive sections of coal mines // Journal of Mining Science. 2017. Vol. 53. No 5. Pp. 861—867.

10. Черданцев С. В., Шлапаков П. А. Анализ состояния пылегазовоздушных смесей в атмосфере горных выработок вблизи очагов самонагревания // Безопасность труда в промышленности. — 2019. — № 10. — С. 15—21.

11. Черданцев С. В., Шлапаков П. А., Шлапаков Е. А., Лебедев К. С., Ерастов А. Ю. Теплофизические и газодинамические условия протекания процессов дефлаграции и детонации в пылегазовоздушных потоках горных выработок вблизи очагов самонагревания // Химическая физика и мезоскопия. — 2019. — Т. 21. — № 2. — С. 179—189.

12. Овсянников Л. В. Лекции по основам газовой динамики. — М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. — 336 с.

13. Bartlma А. Gasdynamik der verbrennung. Deutsche forschungs and versuchsan-stalt «Institut fur Reaktionskinetik», Stuttgart. 1975, 280 p.

14. Вукалович М. П., Новиков И. И. Термодинамика. Учебное пособие для вузов. — М.: Машиностроение, 1972. — 672 с.

15. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. — М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.