Повышение энергоэффективности системы вентиляции глубокого рудника за счет изменения аэродинамических параметров скипового ствола

Потребность в увеличении объемов добычи полезных ископаемых на рудниках в конечном счете приводит к возрастанию количества требуемого для проветривания рудников воздуха. Увеличить подачу воздуха в шахту можно за счет ввода в вентиляцию имеющихся нейтральных шахтных стволов, которые, как правило, являются скиповыми. Подача воздуха по скиповым стволам может оказаться энергозатратной вследствие их относительно малого диаметра и большого количества технологического оборудования, расположенного в них. Для выяснения целесообразности перевода скипового ствола СС-1 рудника «Октябрьский» ПАО «ГМК «Норильский никель» из нейтрального в воздухоподающий проведен анализ зависимости относительных энергозатрат на его проветривание от его диаметра, скорости воздуха и коэффициента аэродинамического сопротивления. Показано, что относительные энергозатраты на проветривание ствола не превышают 20% от энергозатрат на поддержание расходов во всех горных выработках рудника при величинах диаметра ствола от 6,5 м и более, а также при скоростях воздуха в стволе менее 9 м/с. Теоретический анализ воздухораспределения в руднике при различных значениях коэффициента аэродинамического сопротивления и диаметра ствола показал, что для уменьшения погонных энергозатрат на проветривание наиболее эффективным мероприятием при любых скоростях воздуха в стволе является снижение коэффициента аэродинамического сопротивления, однако это труднодостижимо, так как требуется замена технологического оборудования ствола и остановка технологического процесса рудника.

Ключевые слова: рудничная вентиляция, скиповой ствол, энергозатраты, численное моделирование, энергоэффективность, коэффициент аэродинамического сопротивления, диаметр ствола, скорость воздуха.
Как процитировать:

Поспелов Д. А., Зайцев А. В., Семин М. А., Мальцев С. В., Мизонов Е. Н. Повышение энергоэффективности системы вентиляции глубокого рудника за счет изменения аэродинамических параметров скипового ствола // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 9. – С. 135–144. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_9_0_135.

Благодарности:

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 19-77-30008.

Номер: 9
Год: 2021
Номера страниц: 135-144
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.4
DOI: 10.25018/0236_1493_2021_9_0_135
Дата поступления: 02.12.2020
Дата получения рецензии: 10.02.2021
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.08.2021
Информация об авторах:

Поспелов Дмитрий Андреевич1 — младший научный сотрудник, e-mail: dimapospelov7@gmail.com,
Зайцев Артем Вячеславович1 — д-р техн. наук, зав. сектором,
Семин Михаил Александрович1 — канд. техн. наук, научный сотрудник,
Мальцев Станислав Владимирович1 — канд. техн. наук, инженер,
Мизонов Евгений Николаевич — заместитель директора департамента горного производства ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель» по развитию горного производства, ПАО «ГМК «Норильский никель»,
1 Горный институт УрО РАН.

 

Контактное лицо:

Поспелов Д.А., e-mail: dimapospelov7@gmail.com.

Список литературы:

1. Dziurzyński W., Krach A., Palka T. Airflow sensitivity assessment based on underground mine ventilation systems modeling // Energies. 2017, vol. 10, no. 10, p. 1451. DOI: 10.3390/ en10101451.

2. Круглов Ю. В. Моделирование систем оптимального управления воздухораспределением в вентиляционных сетях подземных рудников: дисс. канд. техн. наук. — Пермь, 2006. — 170 с.

3. Мальцев С. В. Исследование и разработка способов определения аэродинамических параметров сложных вентиляционных систем подземных рудников: дисс. канд. техн. наук. — Пермь, 2020. — 148 с.

4. Kempson W. J. Designing energy-efficient mineshaft systems // Essays Innovate. 2014, no. 9, pp. 76—79.

5. Семин М. А., Левин Л. Ю. Теоретическое исследование теплообмена между воздушным потоком и крепью шахтного ствола при наличии тепловой конвекции // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6. — С. 151–167. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-0-151-167.

6. Мальцев С. В., Казаков Б. П., Исаевич А. Г., Семин М. А. Исследование динамики процесса воздухообмена в системе тупиковых и сквозной выработок большого сечения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 46–57. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-46-57.

7. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. — М.: Недра, 1975. — 238 с.

8. Kempson W. J., Webber-Youngman R. C. W., Meyer J. P. Optimizing shaft pressure losses through computational fluid dynamics modelling // Applied Thermal Engineering. 2015, vol. 90, pp. 1098—1108.

9. Рубель А. А. Исследование аэродинамического сопротивления различных типов конструкций армировки ствола // Геотехнічна механіка. — 2017. — № 136. — С. 221—232.

10. Deen J. B. Field verification of shaft resistance equations / Proceedings of the 5th US Mine Ventilation Symposium. 1991, pp. 647—655.

11. Поспелов Д. А., Зайцев А. В., Семин М. А. Обоснование максимальной допустимой скорости воздуха в стволах по фактору аэродинамической нагрузки на технологическое оборудование // Горное эхо. — 2020. — № 1 (78). — С. 90—94.

12. McPherson M. J. An analysis of the resistance and airflow characteristics of mine shafts / Fourth International Mine Ventilation Congress, Brisbane, Queensland. 1988.

13. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых»: утв. приказом Ростехнадзора от 11.12.2013 № 599, 2014. — 122 с.

14. Ивановский И. Г. Шахтные вентиляторы: Учебное пособие. — Владивосток: Издво ДВГТУ, 2003. — 196 с.

15. Chatterjee A., Zhang L., Xia X. Optimization of mine ventilation fan speeds according to ventilation on demand and time of use tariff // Applied Energy. 2015, vol. 146, pp. 65–73.

16. De Souza E. Improving the energy efficiency of mine fan assemblages // Applied Thermal Engineering. 2015, vol. 90. pp. 1092–1097.

17. Левит B. В., Боршевский С. В., Прокопов А. Ю. Основные направления совершенствования бурения шахтных стволов большого диаметра // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2012. — № 6. — С. 39—46.

18. Скочинский А. А., Ксенофонтова А. И., Харев А. А. и др. Аэродинамическое сопротивление шахтных стволов и способы его снижения. — М.: Углетехиздат, 1953. — 363 c.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.