Введение к работе
Актуальность темы диссертации. При добыче полезных ископаемых подземным способом одной из важнейших задач является обеспечение проветривания рудника. Подачу необходимого объема воздуха в рудник обеспечивает главная вентиляторная установка (ГВУ), наряду с работой которой постоянно действует естественная тяга (тепловая депрессия). Возникновение тепловой депрессии обусловлено разностью плотностей (удельного веса) столбов воздуха в вертикальных и наклонных выработках рудников (между стволами и в блоках и панелях, отрабатывающих наклонные пласты), в результате чего теплый воздух стремится подняться вверх, а холодный опуститься вниз. Естественная тяга может быть как положительной (способствующей проветриванию), так и отрицательной.
В зависимости от параметров наружного воздуха, взаимного расположения стволов и их аэродинамического сопротивления результирующая естественная тяга (общерудничная) может изменяться в широких пределах, что оказывает значительное влияние на работу ГВУ. Общерудничная естественная тяга также зависит от процесса предварительной воздухоподготовки в калориферных установках (КУ) и системах кондиционирования воздуха (СКВ).
Тепловые депрессии, действующие между подземными горными выработками калийных рудников, при определенных условиях, могут играть доминирующую роль в проветривании рабочих зон блоков и панелей ввиду их малого аэродинамического сопротивления.
Исходя из вышеизложенного, тепловые депрессии могут оказывать значительное влияние на воздухораспределение между выработками калийных рудников. В зависимости от их направленности возникает необходимость контролировать и, при определенных условиях, регулировать режимы работы вентилятора ГВУ, а в труднопроветриваемых рабочих зонах устанавливать дополнительные источники тяги.
Исследованию данной проблемы посвящены работы К.З.Ушакова, А.Ф. Воропаева, В.Б. Комарова, Ш.Х. Килькеева, С.П. Алехичева, А.Н. Щербаня, О. А. Кремнева, А. Д. Вассермана , А.Е. Красноштейна, И.И. Медведева, Н.Н. Мохирева, Н.И. Алыменко, Н.А. Трофимова, Г.З. Файнбурга, Ю.Д. Дядькина, С.Г. Гендлера, Н.О. Калединой, Б.П. Казакова, Л.Ю. Левина и др. Анализ основных научных и практических результатов показал, что данная проблема является актуальной научно-технической задачей и позволил сформулировать цель и идею работы, а также определить направление дальнейших исследований.
Цель работы - определить влияние тепловых депрессий на процесс проветривания калийных рудников и разработать мероприятия по эффективному управлению ими.
Основная идея диссертационной работы заключается в использовании эффекта тепловых депрессий для совершенствования проветривания калийных рудников.
Основные задачи работы:
определить взаимное влияние тепловых депрессий, действующих между несколькими стволами, на величину общерудничной естественной тяги;
разработать схемы подготовки и отработки блоков и панелей, с учетом действия тепловых депрессий, и мероприятия, повышающие эффективность проветривания рудника;
уточнить существующие и вывести новые математические зависимости, определяющие величину и направленность тепловых депрессий, возникающих между стволами как действующих, так и проектируемых калийных рудников;
определить наиболее значимые факторы, влияющие на величину общерудничной естественной тяги, при различных вариантах расположения абсолютных отметок стволов;
исследовать влияние систем предварительной подготовки воздуха (КУ и СКВ) на величину общерудничной естественной тяги, с целью управления работой ГВУ, и на величину тепловых депрессий, действующих между стволами в отдельности, для исключения образования «воздушных пробок» в воздухоподающих стволах.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
-
Тепловые депрессии, возникающие при подаче воздуха в рудник по двум и более стволам, взаимодействуют между собой, а их суммарная величина определяет абсолютное значение общерудничной естественной тяги.
-
Локальные тепловые депрессии, возникающие при проветривании блоков и панелей, отрабатывающих наклонные пласты, оказывают значительное влияние на воздухораспределение и их действие должно учитываться при разработке схем проветривания.
-
Регулирование режимов работы ГВУ и систем предварительной подготовки воздуха в зависимости от абсолютной величины общерудничной естественной тяги позволит энергоэффективно обеспечивать подачу необходимых объемов воздуха в рудник и исключить вероятность возникновения «воздушных пробок» в воздухоподающих стволах.
Научная новизна работы заключается в следующем:
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена математическая зависимость, определяющая взаимное влияние тепловых депрессий, действующих между стволами, на величину общерудничной естественной тяги, для обоснования ее влияния на режимы работы ГВУ;
установлены различные факторы, влияющие на воздухораспределе- ние в блоках, отрабатывающих наклонные пласты, и разработаны схемы проветривания, способствующие использованию положительного и исключению отрицательного действия тепловых депрессий;
на основании проведенного множественного регрессионного анализа выведены математические зависимости, позволяющие определить значения температуры и барометрического давления, предназначенные для нахождения величины средней плотности воздуха в стволах, по которым рассчитывается величина прогнозируемой естественной тяги, при динамически изменяющемся режиме проветривания, как на действующих, так и на проектируемых калийных рудниках;
исследованы процессы образования тепловых депрессий, возникающих при работе систем предварительной подготовки воздуха, позволившие разработать способы регулирования и варианты размещения систем, способствующие выбору энергосберегающих режимов работы ГВУ и исключающие образование «воздушных пробок» в воздухоподающих стволах.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием теоретических выводов практическим результатам, полученным на действующих рудниках.
Практическое значение результатов исследований заключается в выводе математических зависимостей, предназначенных для расчета величины прогнозируемой общерудничной естественной тяги и тепловых депрессий, возникающих в подземной части как действующих, так и проектируемых рудников, при динамически изменяющемся режиме проветривания. С помощью математических зависимостей моделируются различные ситуации, при обработке которых выполняется корректировка схем проветривания и разрабатываются мероприятия, способствующие снижению отрицательной естественной тяги, что сокращает затраты электроэнергии ГВУ.
Реализация результатов работы. Основные научные результаты и практические рекомендации на основе предложенных способов подготовки, отработки и проветривания блоков и панелей применены на калийных рудниках БКПРУ-4 (Березниковское калийное производственное рудоуправление № 4) и СКРУ-3 (Соликамское калийное рудоуправление № 3); при разработке исходных данных для создания эффективной системы проветривания рудника Усольского калийного комбината, Пермский край (этап договора № 467-суб-3/2009/185). Основные научные результаты используются для дипломного проектирования на кафедре ЭАГП ПермНИПУ.
Апробация результатов диссертационной работы.
Основные научные положения и практические рекомендации диссертационной работы были доложены и получили одобрение на следующих конференциях: Краевой научно-технической конференции «Проблемы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых» (Пермь, 2007 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2008 г.); на V Международной научно- практической конференции «Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование» (Пермь, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2009 г.); III Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (Екатеринбург, 2010 г.); VI Международной научно- практической конференции «Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование» (Пермь, 2010 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2010 г.); научном симпозиуме «Неделя горняка - 2011» (Москва, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2011 г.) ; Юбилейной конф., посвященной 80-летию геолог. ф- та и 95-летию Перм. ун-та «Геология и полезные ископаемые Западного Урала».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 научных работ, в том числе 7 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержание работы изложено на 159 страницах машинописного текста и содержит 41 таблицу, 46 рисунков, список литературы из 110 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям д.т.н., проф. Мохиреву Н.Н. и д.т.н., проф. Алыменко Н.И., а также д.т.н., проф. Файнбургу Г.З., к.т.н., доц. Трофимову Н.А., к.т.н., доц. Захарову Н.И., д.т.н., проф. Левину Л.Ю. и сотрудникам кафедры «Электрификации и автоматизации горных предприятий» Пермского национального исследовательского политехнического университета за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.
Похожие диссертации на Управление тепловыми депрессиями в системах вентиляции калийных рудников
-
