Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания.
В горнодобывающей отрасли особое внимание уделяется подземным выработкам без сквозного прохода, именуемым тупиковыми. Обеспечение эффективной вентиляции в таких зонах играет ключевую роль в создании безопасных условий труда и предотвращении скопления вредных газов. Успешность вентиляционных систем определяется множеством параметров, включая динамику воздушных потоков в рабочем пространстве и характер вихревых образований при столкновении воздушных масс с горными породами.
Современная практика опирается на нагнетательную систему вентиляции, при которой свежий воздух поступает через специальный трубопровод, проложенный почти до завершения тупиковой выработки. Специалисты Пермского Политеха совместно с коллегами из Горного института УрО РАН провели инновационное исследование, раскрывающее закономерности формирования воздушных потоков от трубопровода к забою.
Инновационные технологии трехмерного компьютерного моделирования открывают новые горизонты в изучении физических процессов горнодобывающей отрасли. Данный подход позволяет не только прогнозировать результаты экспериментов, но и подтверждать научные гипотезы через валидацию моделей.
Исследовательская группа разработала передовую трехмерную модель выработки впечатляющих размеров — 100 метров в длину при площади сечения 28 квадратных метров. В модели детально воспроизведена работа вентиляционного трубопровода, что позволило изучить влияние различных вариантов его размещения на эффективность воздухообмена и формирование вихревых потоков.
В ходе исследования рассматривались различные конфигурации установки трубопровода с отступом от забоя на 15 и 30 метров. Анализировались варианты размещения в разных точках выработки: центральное положение, угловое расположение, монтаж под кровлей и на уровне человеческого роста.
Результаты моделирования показали, что максимальная эффективность вентиляции достигается при плотном прилегании воздушного потока к стенкам выработки без преждевременного разворота струи. Такой режим обеспечивает наиболее качественное удаление вредных газов из рабочей зоны.
По словам Алексея Тация, ведущего специалиста кафедры горной электромеханики ПНИПУ и инженера Горного института УрО РАН, оптимальные показатели достигаются при размещении конца трубопровода в нижнем углу выработки с отступом 15-30 метров. Такое расположение создает идеальные условия для разворота воздушной струи у забоя, в то время как центральное размещение под кровлей демонстрирует меньшую эффективность.
Проведенное исследование убедительно доказало критическую важность правильного позиционирования вентиляционного трубопровода для качественного проветривания и удаления опасных газов при горных работах. Внедрение полученных результатов в производственную практику существенно повысит уровень безопасности шахтеров и эффективность горнодобывающих работ.
Источник: naked-science.ru
