Анализ влияния параметров арочной крепи на интенсивность теплообмена воздуха с окружающим породным массивом

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности теплотехнических расчётов при проектировании системы вентиляции и кондиционирования в условиях глубоких подземных рудников. Цель: анализ влияния конструктивных особенностей крепи горных выработок на процессы теплообмена между вентиляционным потоком и окружающим породным массивом. Объект: рудничный воздух, взаимодействующий с конструктивными элементами арочной крепи горной выработки. Методы: численное моделирование тепломассопереноса в воздушной атмосфере горной выработки, аппроксимация расчетных зависимостей коэффициента теплоотдачи по данным многопараметрического моделирования. Результаты. Проведено численное трехмерное моделирование тепломассопереноса в горной выработке при различных расстояниях между элементами крепи и скоростях движения воздуха. Установлено, что уменьшение расстояния между стойками приводит к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи за счёт усиления турбулизации потока и расширения площади теплообмена. Основным результатом работы является аппроксимирующая зависимость для коэффициента теплоотдачи от средней скорости вентиляционного потока и конструктивных параметров крепи, определяющих макрошероховатость стенок выработки. Полученные данные позволяют дополнить результаты предыдущих исследований и могут быть использованы при проектировании систем вентиляции и кондиционирования шахт и рудников, разработке мероприятий по обеспечению безопасности ведения горных работ по тепловому фактору

Relevance. The need to improve the accuracy of thermal calculations in the design of ventilation and air conditioning systems for deep underground mines. Aim. To analysis the effect of structural features of mine support systems on heat exchange between the ventilation airflow and the surrounding rock mass. Object. Mine air interacting with the structural elements of arched mine support. Methods. Numerical simulation of heat and mass transfer in the air environment of a mine working, and approximation of the convective heat transfer coefficient correlations based on multiparametric modeling data. Results. The authors have carried out a three-dimensional numerical simulation of heat and mass transfer in a mine working for various distances between support elements and different airflow velocities. It was found that decreasing the spacing between support legs significantly increases the convective heat transfer coefficient due to enhanced flow turbulence and a larger heat exchange surface area. The key outcome of the study is an empirical correlation for the heat transfer coefficient as a function of the average ventilation flow velocity and the structural parameters of the support, which determine the macro-roughness of the working walls. The obtained data complement previous research findings and can be used in the design of mine ventilation and air conditioning systems, as well as in the development of safety measures addressing the thermal factor in underground mining operations