Учет аэродинамических характеристик вентиляционной сети при определении параметров рециркуляционного проветривания

Приведены результаты расчета потенциальной возможности снижения энергозатрат на проветривание при применении рециркуляции в зависимости от величины утечек внутри рециркуляционного контура и коэффициента рециркуляции, а также разработано выражение для определения коэффициента рециркуляции. Предложен подход к расчету энергоэффективности системы проветривания и выполнен анализ энергоэффективности при применении рециркуляции для различных значений величины внутренних утечек воздуха в рециркуляционном контуре. Также рассматривается вопрос определения параметров работы и места размещения рециркуляционной установки в горных выработках с целью достижения максимального энергосберегающего эффекта, который заключается в возможности снижения подачи свежего воздуха за счет работы главных вентиляторных установок. Установлено, что на эффективность работы рециркуляционных систем значительное влияние оказывает место их размещения в горных выработках рудника. В рамках анализа энергоэффективности построены графики для различных параметров проветривания и выявлено, что наличие минимума общего энергопотребления и его параметры определяются расположением рециркуляционной сбойки в привязке к аэродинамическим параметрам сети. Также приведена номограмма зависимости коэффициента рециркуляции от доли сопротивления выработок, входящих в рециркуляционный контур, с учетом величины внутренних утечек воздуха.

Трушкова Н. А., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Учет аэродинамических характеристик вентиляционной сети при определении параметров рециркуляционного проветривания // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 9. – С. 5–16. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_9_0_5.

Работа выполнена в рамках крупного научного проекта при финансовой поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2024-535 от 23.04.2024).

Трушкова Надежда Анатольевна¹ — ведущий инженер, e-mail: aero.nadezhda@gmail.com,
Левин Лев Юрьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий отделом, e-mail: aerolog_lev@mail.ru,
Зайцев Артем Вячеславович¹ — д-р техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: aerolog_artem@gmail.com,
¹ Горный институт УрО РАН.

Зайцев А.В., e-mail: aerolog_artem@gmail.com.

1. Медведев И. И., Красноштейн А. Е. Аэрология калийных рудников. — Свердловск: УрО АН СССР, 1990. — 252 с.

2. Красноштейн А. Е., Файнбург Г. З. Диффузионно-сетевые методы расчета проветривания шахт и рудников. — Екатеринбург: УрО РАН, 1992. — 243 с.

3. McPherson M. J. Subsurface ventilation and Environmental engineering. Chapman & Hall, 2009, 824 p.

4. Saindon J.-P. Controlled recirculation of exhaust ventilation in Canadian Mines. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Applied Science. The University of British Columbia, 1987, 177 p.

5. Круглов Ю. В. Теоретические и технологические основы построения систем оптимального управления проветриванием подземных рудников: Автореф. дисс. … д-ра техн. наук. — Пермь, 2012. — 42 с.

6. Бублик С. А., Зайцев А. В., Мальцев С. В., Семин М. А. Анализ эффективности систем динамического управления проветриванием на калийных рудниках // Горное эхо. — 2021. — № 3. — С. 81—89. DOI: 10.7242/echo.2021.3.15.

7. Семин М. А., Гришин Е. Л., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 623—632. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.4.

8. Семин М. А., Исаевич А. Г., Трушкова Н. А., Бублик С. А., Казаков Б. П. К вопросу о расчете распространения вредных примесей в системах горных выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2022. — № 2. — С. 82—93. DOI: 10.15372/ FTPRPI20220208.

9. Трушкова Н. А., Бублик С. А. Расчет распространения газовых примесей в горных выработках на основе модели конвективно-диффузионного переноса // Горное эхо. — 2021. — № 3. — С. 110—117. DOI: 10.7242/echo.2021.3.20.

10. Pritchard C. J., Scott D. F. Examination of controlled recirculation implementation in an underground nonmetal mine // Mining Engineering. 2014, vol. 66, no. 12, pp. 49—55.

11. Pritchard C., Scott D., Frey G. Case study of controlled recirculation at a Wyoming trona mine // Transactions of Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc. 2013, vol. 334, no. 1, pp. 444—448.

12. Kazakov B., Trushkova N., Shalimov A., Grishin E. On the possibility of using controlled air recirculation in potash and metal mines / 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020. 2020, vol. 20, book no. 1.2, pp. 203—210. DOI: 10.5593/sgem2020/1.2/s03.026.

13. Hall A. E., McHaina D. M., Hardcastle S. Controlled recirculation in Canadian underground potash mines // Mining Science and Technology. 1990, vol. 10, no. 3, pp. 305—314.

14. Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Шалимов А. В. Повышение эффективности ресурсосберегающих систем вентиляции для подземных рудников // Горный журнал. — 2014. — № 5. — C. 26—28.

15. Van den Berg L., Manns K., Bluhm S. Controlled primary ventilation recirculation and re-use with reconditioning — A strategy for deep mines / Proceedings of the 11th International Mine Ventilation Congress. Springer Singapore, 2019, pp. 27—41.

16. Мальцев С. В., Александрова М. А., Громова А. М. Влияние рециркуляционного проветривания на снижение выбросов парниковых газов калийного рудника // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2023. — № 1. — С. 479—489.

17. Зайцев А. В., Трушкова Н. А. Исследование рециркуляционного проветривания при наличии источника газовыделения в рабочей зоне и внутренних утечек воздуха // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 34—46. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_34.

18. Зайцев А. В., Трушкова Н. А. Исследование параметров рециркуляционного проветривания рабочих зон с учетом различных факторов расчета количества воздуха // Горное эхо. — 2023. — № 2. — С. 82—89. DOI: 10.7242/echo.2023.2.15.

19. Трушкова Н. А. Исследование аэродинамических параметров рудничных вентиляционных сетей для определения параметров рециркуляционного проветривания // Горное эхо. — 2020. — № 4. — С. 102—106. DOI: 10.7242/echo.2020.4.21.

20. Казаков Б. П., Шалимов А. В., Трушкова Н. А. К оценке аварийных ситуаций при проектировании рециркуляционных систем // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 1. — С. 132—137.

21. Казаков Б. П., Гришин Е. Л., Трушкова Н. А. Исследование устойчивости совместной работы подземных вентиляторов в калийном руднике при применении рециркуляции // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2. — С. 108—119. DOI: 10.25018/02361493-2021-2-0-108-119.

22. Павлов С. А. Применение частичной рециркуляции воздуха для снижения энергозатрат на проветривание рудника // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 212—217. DOI: 10.15372/FPVGN2019060236.

23. Шалимов А. В. Теоретические основы прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания рудников: Автореф. дис… д-ра техн. наук. — Пермь, 2012. — 34 с.