Исследование температурного режима на неглубоком руднике в условиях Крайнего Севера при реверсировании вентиляторной установки в зимний период года

Abstract

Актуальность. На шахтах и рудниках в холодное время года воздух, поступающий на проветривание подземных горных выработок в нормальном режиме работы, подогревается главными калориферными установками. В случае необходимости реверсирования вентиляционной струи, например, при аварийной ситуации, воздух необходимо подогревать за счет вспомогательных калориферных установок, однако на большинстве шахт и рудников они отсутствуют. При этом в случае возникновения аварийной ситуации в подземные горные выработки попадет холодный атмосферный воздух, что приводит к нарушению требований п. 151 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности № 505, а также может значительно повлиять на ведение аварийно-спасательных работ. Цель. Определение минимально допустимой температуры воздуха и поддержание в подземных горных выработках температуры выше этого предела является особенно важным при рассмотрении аварийных режимов проветривания, поскольку температура воздуха будет влиять на процесс проведения горноспасательных работ. Определение значений таких температур воздуха необходимо проводить с учетом многих факторов, зависящих от конкретных географических и горно-геологических условий объекта. Данная оценка должна основываться на комплексных исследованиях, включающих экспериментальные измерения и методы математического моделирования тепломассообменных процессов проветривания горных выработок. Целью настоящего исследования является определение значения минимально возможной температуры воздуха, поступающего в шахту в зимний период года, при реверсировании вентиляционной струи на неглубоком руднике в условиях Крайнего Севера. Методы. Проведение полевых измерений изменений микроклиматических параметров рудничного воздуха при реверсировании вентиляционной струи, а также математическое моделирование распределения воздушных потоков и температуры. Результаты и выводы. По результатам замеров установлено, что при реверсировании вентиляционной струи при температуре атмосферного воздуха -23 °С холодный воздух распространяется по западной части шахтного поля. При этом наличие влаги в горных выработках в совокупности с холодным воздухом приводит к обледенению поверхности горных выработок, что создает серьезные препятствия для выхода горнорабочих и ведения аварийно-спасательных работ, поскольку спуск и подъем людей осуществляется без использования механизированного подъема. На основе полученных данных построена математическая модель распределения воздушных масс и температуры воздуха по сети горных выработок рассматриваемого рудника. Полученная модель использована для определения зон распределения воздуха с отрицательными значениями температур при реверсировании вентиляционной струи, а также для расчетов интегрального показателя условий охлаждения (обморожения). Для рассматриваемого объекта при текущих условиях определена минимально допустимая температура воздуха при реверсировании вентиляционной струи. Более низкое расчетное значение минимально допустимой температуры воздуха в реверсивном режиме возможно в случае проведения мероприятий по осушению выработок шахты, а также организации механизированного спуска/подъема людей

Relevance. In mines, in the cold season, the air supplied to ventilate underground mining workings is heated by air heaters. Currently, the main air heater installations are mainly used for heating the air in normal ventilation mode, while auxiliary installations used for reversing the ventilation flow are not widely used. When reversing the ventilation flow, cold atmospheric air will enter the underground mine workings, which leads to a violation of the requirements of paragraph 151 of Federal Norms and Regulations in the Field of Industrial Safety no. 505, and can also significantly affect the conduct of emergency rescue operations. Aim. Determining and maintaining the minimum permissible air temperature in underground mine workings is particularly important when considering emergency ventilation modes, since the air temperature will affect the process of mine rescue operations. Determining these air temperatures requires taking into account many factors that depend on the specific geographic and geological conditions of the site. This assessment should be based on comprehensive studies, including experimental measurements and mathematical modeling of heat and mass transfer processes during mine ventilation. The aim of this study is to determine the range of the minimum possible air temperature entering the mine in the winter period of the year when reversing the ventilation flow reversal in a shallow mine in the Far North. Methods. Field measurements of changes in the microclimatic parameters of the mine air during the ventilation flow reversal, as well as mathematical modeling. Results and conclusions. When the ventilation flow is reversed at an outer atmosphere air temperature of -23°C, cold air spreads across the western part of the mine field. At the same time, the presence of moisture in the mine workings in combination with cold air leads to icing of the surface of the mine workings, which creates serious obstacles for miners to evacuate and conduct emergency rescue operations, since the transportation of people is carried out without the use of mechanized transport. Based on the data obtained, the authors built a mathematical model of the air and heat distribution of the considered mine. The resulting model was used to determine the air distribution zones with negative temperature values during the reversal of the ventilation flow, as well as to calculate the integral indicator of cooling conditions (frostbite). For the considered object, under the current conditions, the minimum allowable air temperature was determined when reversing the ventilation flow. A lower calculated value of the minimum allowable air temperature in reverse mode is possible in the case of measures to drain the mine workings, as well as the organization of transportation of people