Поліпшення мікроклімату шахт Донбасу способом перерозподілу тепловологісного потенціалу рудникового повітря - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОЛІПШЕННЯ МІКРОКЛІМАТУ ШАХТ ДОНБАСУ СПОСОБОМУ дисертаційній роботі виконано аналіз існуючих способів поліпшення мікроклімату в глибоких шахтах. Вивчено стан досліджень теплового режиму гірничих виробок і проведено аналіз літературних джерел. За результатами досліджень запропоновано методику розрахунку параметрів кондиціонування рудникового повітря в гірничих виробках при перерозподілі тепловологісних потенціалів. Визначено економічну ефективність упровадження установки кондиціонування рудникового повітря від реалізації запропонованого способу в межах однієї виїмкової ділянки. Дано экспериментальное обоснование возможности принудительного перераспределения тепловлажностного потенциала рудничного воздуха, обусловленное уменьшением интегрального нагревания и увлажнение воздуха подлине капитальных горных виработок в связи с уменьшением температурного напора между вентиляционным потоком и горным массивом, а также - уменьшением напора парциального давления водяного пара.Програма розвитку вугільної промисловості України на 2000 - 2030 роки передбачає збільшення видобутку вугілля до 125 млн т, що забезпечить задоволення потреб у цьому виді палива багатьох галузей промисловості, а також потреб комунального господарства. Середня глибина шахт в Українській частині Донбасу становить 730 м, максимальна глибина видобутку вугілля є 1340 метрів, а підготовчі роботи ведуться на глибині 1370 м. Гірничотехнічні умови розробки вугільних пластів на глибинах понад 600 метрів створюють складні технічні проблеми, серед яких важливе місце посідає проблема поліпшення мікроклімату в гірничих виробках. У звязку з вищевикладеним, постає актуальне завдання розробки і наукового обґрунтування нового способу поліпшення мікроклімату в шахтах Донбасу, спрямованого на всіляке зменшення витрат енергії, раціональне використання внутрішньої енергії тепла і холоду гірничого масиву для підвищення ефективності охолодження рудникового повітря в системах кондиціонування без застосування холодильних машин. Для досягнення мети і розвязання поставлених завдань були використані такі методи дослідження: аналіз та узагальнення даних науково-технічної інформації - при оцінці перспективних способів поліпшення мікроклімату в шахтах; математичне моделювання - при описі процесів переносу тепла і вологи в гірничих виробках; аналітичні й числові методи розвязання теоретичних задач нестаціонарного перерозподілу тепловологісних потенціалів рудникового повітря; фізичні методи - для вивчення процесів тепло-і масопереносу, на базі яких розроблений новий енергозбережний спосіб; натурні спостереження (дослідження) у шахтних умовах - для визначення тепловологісних параметрів гірничих виробок; техніко-економічний аналіз - для визначення ефективності запропонованих заходів щодо поліпшення мікроклімату в гірничих виробках.Виконаний математичний опис і розроблена математична модель тепло-й масообміну між вентиляційним струменем і навколишнім середовищем, яка вперше враховує новий фактор примусового регулювання температурного напору і напору парціального тиску водяної пари по довжині виробок. Уперше виявлений політропний характер термодинамічних процесів тепло-й масообміну вентиляційного струменя у повітроподавальних стволах вугільних шахт з показником політропи (n = 0,75 ? 1,35) і встановлено, що основними факторами, що зумовлюють ці процеси, є перехід частини явної (сухої) теплоти адіабатного стиснення повітря в приховану теплоту фазового переходу води, збільшення ентальпії повітря при одночасному зниженні інтенсивності підвищення температури вентиляційного потоку. Розроблені теоретичні основи нового енергозбережного способу поліпшення мікроклімату гірничих виробок вугільних шахт на основі нового принципу примусової зміни і регулювання по довжині виробок температурного напору і напору парціального тиску водяної пари між вентиляційним струменем і навколишнім середовищем виробок, що забезпечує зниження сумарного припливу теплоти і вологи до вентиляційного струменя. Обґрунтування та достовірність наукових положень і результатів підтверджується конкретністю постановки і вирішення завдань; використанням сучасних методів розвязання задач на ЕОМ; проведенням експериментальних досліджень з використанням апробованої методики; відповідністю отриманих у роботі результатів основним положенням теорії тепломасообміну і гірничої теплофізики; погодженістю результатів теоретичних і експериментальних досліджень. Практичне значення отриманих результатів полягає: в розробці нового способу кондиціонування рудникового повітря і установки для його здійснення (Патент України 53467, від 07.06.2002 р.); в розробці методичних рекомендацій до розрахунків параметрів кондиціонування повітря при перерозподілі теплових потенціалів у гірничих виробках глибоких шахт.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Виконаний математичний опис і розроблена математична модель тепло- й масообміну між вентиляційним струменем і навколишнім середовищем, яка вперше враховує новий фактор примусового регулювання температурного напору і напору парціального тиску водяної пари по довжині виробок.

2. Отримані аналітичні й числові розвязки задачі перерозподілу тепловологісного потенціалу у системі гірничих виробок при нелінійному законі зміни парціального тиску пари води залежно від температури, наявності спільного тепло- й вологообміну вентиляційного струменя зі стінками виробок, краплями води й води в трубопроводах.

3. Уперше виявлений політропний характер термодинамічних процесів тепло- й масообміну вентиляційного струменя у повітроподавальних стволах вугільних шахт з показником політропи (n = 0,75 ? 1,35) і встановлено, що основними факторами, що зумовлюють ці процеси, є перехід частини явної (сухої) теплоти адіабатного стиснення повітря в приховану теплоту фазового переходу води, збільшення ентальпії повітря при одночасному зниженні інтенсивності підвищення температури вентиляційного потоку.

4. Розроблені теоретичні основи нового енергозбережного способу поліпшення мікроклімату гірничих виробок вугільних шахт на основі нового принципу примусової зміни і регулювання по довжині виробок температурного напору і напору парціального тиску водяної пари між вентиляційним струменем і навколишнім середовищем виробок, що забезпечує зниження сумарного припливу теплоти і вологи до вентиляційного струменя.

5. Установлені закономірності та залежності процесу тепло- й масообміну між вентиляційним струменем і навколишнім середовищем у гірничих виробках і розкритий механізм формування тепловологісного режиму в системі гірничих виробок при перерозподілі тепловологісних потенціалів рудникового повітря.

Обґрунтування та достовірність наукових положень і результатів підтверджується конкретністю постановки і вирішення завдань; використанням сучасних методів розвязання задач на ЕОМ; проведенням експериментальних досліджень з використанням апробованої методики; відповідністю отриманих у роботі результатів основним положенням теорії тепломасообміну і гірничої теплофізики; погодженістю результатів теоретичних і експериментальних досліджень.

Практичне значення отриманих результатів полягає: в розробці нового способу кондиціонування рудникового повітря і установки для його здійснення (Патент України 53467, від 07.06.2002 р.); в розробці методичних рекомендацій до розрахунків параметрів кондиціонування повітря при перерозподілі теплових потенціалів у гірничих виробках глибоких шахт.

За результатами досліджень розроблені “Науково-практичні рекомендації з нормалізації теплових умов на робочих місцях шахти “Північна” ВО “Дзержинськвугілля”. Розроблені методичні рекомендації погоджено з Держпромгірнаглядом у Донецькій області та схвалені інститутом “Дніпродіпрошахт”. Результати роботи впроваджені у виробництво на ДП "Красноармійськвугілля" при прогнозуванні температурних умов 1-ї північної лави пласту l1, блоку №2 - 3 ВП “Шахта ім. О.Г. Стаханова”.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети і постановці завдань дослідження, огляді способів поліпшення мікроклімату в шахтах, розробці способу перерозподілу тепловологісного потенціалу рудникового повітря, виконанні експериментальних досліджень теплового режиму, а також в аналізі отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на науково-практичних конференціях: “Форум гірників 2003” (м. Дніпропетровськ); “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів” (м. Дніпропетровськ, 2003 р.); “Тиждень гірника - 2004” (м. Москва); “Проблеми аерології гірничодобувних підприємств” (м. Дніпропетровськ, 2004 р.); “Шляхи підвищення безпеки гірничих робіт у вугільній галузі” (м. Макіївка, 2005 р.), “Геотехнології XXI століття” (м. Донецьк, 2006р).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковані 14 друкованих праць, у т.ч.: 7 статей у журналах і збірниках, що входять до переліку ВАК України, патент на винахід, 6 публікацій, які містять матеріали і доповіді на конференціях.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 4-х глав, висновків, викладена на 142 сторінках машинописного тексту, включає 24 рисунки, 12 таблиць, список літературних джерел із 108 найменувань на 11 сторінках та 11 додатків на 42 сторінках.