Молодой ученый физико-технического факультета Томского государственного университета Григорий Колегов под руководством заведующего кафедрой математической физики ФТФ ТГУ Алексея Крайнова предложил новый метод учёта аэродинамических параметров выработанных пространств в моделях шахтных вентиляционных систем. Этот метод позволит обеспечить объекты проветривания требуемыми расходами воздуха и будет способствовать разработке эффективных планов предупреждения и ликвидации аварий. 

Выработанные пространства угольных шахт являются важным элементом рудничных вентиляционных сетей, при этом долгое время способа их включения в модели рудничной вентиляции не существовало. Как отмечают ученые ФТФ, решить этот вопрос пытались с 2007 года. Поскольку после отработки участок добычи забутовывается кусками породы, в шахте образуется пористое пространство, где происходит накопление метана. При этом постепенно метан вытесняет кислород из воздуха, а значит, есть необходимость в увеличении вентиляционных мощностей. Более того, если процентное содержание метана превышает 1%, датчики должны отключить подачу электроэнергии, чтобы предотвратить возникновение искры, которая может спровоцировать взрыв. 

 Формирование зоны выработанного пространства из элементарных объемов 

Чтобы избежать аварийной ситуации, отработанные пространства необходимо включать в систему моделирования вентиляции шахты. Ученые ТГУ предложили сделать это при помощи представления пористой среды в виде сети фиктивных ветвей, учитывающих свойства элементарных репрезентативных объемов. Аэродинамические параметры этих фиктивных ветвей предлагается вычислять с использованием квадратичных сопротивлений, соблюдая законы Кирхгофа. 

– Математическое моделирование является неотъемлемой частью современных производственных процессов. От качества моделей зависит эффективность мероприятий, разрабатываемых на их основе. Качество определяется условиями и объектами, которые учитывает модель, а также соответствием вводных данных и получаемых результатов фактически наблюдаемой ситуации в шахте. Помимо этого, инструменты и методы моделирования, широко применяемые на горнодобывающих предприятиях, должны обладать достаточной простотой при сохранении определенного уровня точности и не быть требовательными к вычислительным мощностям, – пояснил Алексей Крайнов. ​

Выработанные пространства угольных шахт, применяющих столбовую систему разработки с полным обрушением, представляют собой пористые среды, где преобладают фильтрационные режимы движения газов. На современном этапе к их расчету, в основном, применяется подход с использованием средств вычислительной гидродинамики. Это обеспечивает точность вычислений, но не позволяет оперативно учитывать изменяющиеся условия в шахте. 

– Также существуют исследования, позволяющие в модели шахтной вентиляционной сети учитывать аэродинамику в выработанных пространствах, рассчитываемую методами конечных объемов. Однако такие подходы требуют значительных вычислительных мощностей. Мы же представили метод расчета аэродинамики в выработанном пространстве совместно с расчетом аэродинамики проветривания сети выработок шахты, – уточнил Алексей Крайнов. 

Распределение избыточных давлений вдоль выемочного столба 5а-7-34 

Разработанный метод задания аэродинамического сопротивления выработанного пространства был применен для оценки градиентов давления в выработанных пространствах выемочных столбов, включенных в общую модель шахтной вентиляционной сети шахты «Распадская» (Кузбасс). Для выработанного пространства лавы №5а7-34 было сделано предположение о равномерном распределении пористости по ширине столба и переменном – по его длине. Метод показал свою эффективность и в ближайшее время будет включен в моделирование вентиляционных систем и других шахт. 

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания № 0721-2020-0036. Подробное описание метода опубликовано в научном журнале Ugol (Q3). 

Источник: www.tsu.ru

Похожие новости

  • 18/08/2021

    Зараженные вредителями леса смогут определять при помощи дронов с ИИ

    Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) создали микропроцессор для беспилотных летательных аппаратов, который наделен искусственным интеллектом и может определять по ходу движения дрона зараженные вредителями леса.
    223
  • 19/11/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: «умные» удобрения, ферритовая керамика и наносеребро

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за октябрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 57, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 7,246.
    1115
  • 10/08/2020

    Теплофизики создадут базу данных по экологичному органоводоугольному топливу

    ​Масштабное фундаментальное исследованиее будут вести специалисты десяти ведущих российских научных центров во главе с учеными Института теплофизики СО РАН. Участники научного консорциума объединят результаты своих исследований в области горения и детонации топлив.
    1304
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6166
  • 08/08/2020

    Томские учёные разработают новые модели поиска золота и нефти

    ​​​Команда учёных геолого-географического ТГУ приступила к реализации крупного междисциплинарного проекта, нацеленного на развитие ресурсной базы России – поиск и разведку новых месторождений полезных ископаемых.
    709
  • 04/09/2021

    Летающая машина, возможность видеть сквозь стены и бактерии, борющиеся с опустыниванием

    В дайджесте Минобрнауки России собраны самые важные, по мнению редакции, материалы о науке и образовании. Сегодня в рубрике: устройство, которое помогает видеть людей через стены, отслеживание эффективности приема лекарств пациентами с сердечно-сосудистыми заболеваниями и структура, которая концентрирует энергию внутри себя и не излучает ее наружу.
    337
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    806
  • 02/08/2021

    Созданное в России устройство для очистки воды от нефти выйдет на рынок в 2022-2023 годах

    Биологи Томского государственного университета (ТГУ) запатентовали не имеющие аналогов воздушные барьеры для экологичной очистки от нефти воды в реках. На российский и европейский рынки с данным устройством планируется выйти в 2022-2023 годах, сообщил ТАСС директор Биологического института ТГУ Данил Воробьев.
    223
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    2077
  • 20/09/2021

    Дно рижского порта очистят с помощью инновационной технологии Аэрощуп

    Биологи Томского государственного университета совместно с компанией PurOceans Technology, созданной в ЕС при участии ТГУ, проведут в порту Риги опытно-промышленные испытания технологии «Аэрощуп». Инновационный подход, разработанный в ТГУ, будет использован для очистки донных отложений портовой зоны от нефти и нефтепродуктов.
    156