Новые подходы к созданию трехмерных моделей вентиляции для угольных шахт разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с коллегами из других вузов. Обычно стандартные схемы построения таких систем основаны на двухмерной проекции. Предложенная методика позволяет учитывать пространственные особенности формирования воздушных потоков в 3D. Такой подход поможет снизить риски возникновения подземных пожаров и взрывов метана угольных пластов за счет более качественного использования средств вентиляции в шахтах.
Горючий газ метан зачастую выделяется при добыче угля в шахте и может нести угрозу безопасности шахтеров. Для защиты от пожаров нужно контролировать концентрацию метана и удалять его с помощью больших объемов воздуха, подаваемого системой вентиляции. При этом параметры сети горных выработок должны быть оптимальными, чтобы воздушный поток в достаточном объеме поступал в нужную точку подземной шахтной сети. Для этого используются различные методики расчета, основанные на двухмерной модели.
Специалисты Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ и их коллеги предложили трехмерную модель расчета. По их мнению, она будет давать более точные результаты и позволит надежнее разбавлять поступающий метан с последующим отводом исходящей струей воздуха. Исследователи использовали в своей работе данные шахты Садкинского угольного месторождения в Ростовской области: длину участков и коридоров, расположение узлов контроля и другие и параметры. Также в рамках исследования провели комплексный анализ и оценку газодинамических процессов в вентиляционной сети шахты.
Особенностью подхода к составлению усовершенствованной методики расчета стало рассмотрение фронтальной проекции (вида спереди) объемной модели участков вентиляционной сети. Сочетание различных проекций позволяет ее детально исследовать. Это дает возможность улучшить качество управления проветриванием на «газовых шахтах».
Исследователи установили, что устойчивость газовзрывобезопасности и воздухоснабжения угольных шахт связана с диагональными соединениями.
«Они имеют свои особенности и по-разному влияют на распределение потоков воздуха и выбросы метана в горных выработках, влияя на пожарную безопасность в целом. Поэтому построение сферической схемы вентиляционной сети с использованием проекций поверхности отклика позволит улучшить научные представления об управлении аэрогазовым режимом на выемочном участке, — объяснил доцент отделения материаловедения Томского политеха Никита Мартюшев.
Разработанную универсальную модель можно использовать, например, при проектировании эффективных схем проветривания угольных шахт или для расчета параметров при разработке разных угольных и газовых месторождений.
Также она помогает определить правильное размещение датчиков для регистрации концентрации метана в воздушных потоках. Это позволит обезопасить жизнь горняков при подземной добыче угля — минимизировать возможность возникновения пожаров.
В научную группу, кроме политехников, вошли ученые университетов Москвы, Владикавказа, Красноярска, Нижнего Новгорода.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Fire» (Q1; IF:2,726).
