Динамическая иерархическая сегментация шахтных вентиляционных систем при моделировании способов повышения аэрологической безопасности труда

Повышение аэрологической безопасности труда шахтеров достигается путем синтеза надежных и эффективных шахтных вентиляционных систем (ШВС). На первом этапе синтеза применяется рациональная тактика восстановления работоспособности ШВС, что позволяет повысить восстанавливаемость системы без корректировки ее базового варианта. Разработан алгоритм динамической иерархической сегментации ШВС, что является первоочередной задачей при выборе рациональной тактики восстановления работоспособности системы, т.е. требуемого воздухораспределения. Сегментация ШВС заключается в представлении ее в виде иерархической совокупности аэродинамически связанных частей (т.н. «сегментов» различных уровней), содержащих группы потребителей воздуха. Такое иерархическое группирование потребителей воздуха в сегменты различных уровней позволяет определить, между какими группами потребителей целесообразно перераспределять воздух, выявить ветви, подводящие и отводящие воздух от каждого сегмента в целом, и, следовательно, выбрать места установки регуляторов расхода воздуха (РРВ), а также расширяемые выработки. Сущность иерархической сегментации заключается в выявлении последовательности разделения общешахтной свежей струи на потоки, проходящие через все более мелкие группы потребителей (вплоть до единичных потребителей), или, наоборот, последовательности слияния исходящей струи, начиная от единичных потребителей, в исходящие потоки от все более крупных групп потребителей. В силу динамики ШВС ее иерархическая сегментация выполняется динамически на основе расчета воздухораспределения в момент наступления очередного отказа. Это позволяет при выборе рациональной тактики восстановления работоспособности ШВС реализовать динамическое оптимальное регулирование воздухораспределения. В результате повышается коэффициент готовности ШВС (вследствие уменьшения средней продолжительности восстановления требуемого воздухораспределения), а также увеличивается добыча из лав (вследствие снижения их простоев по фактору вентиляции).

Ушаков В. К. Динамическая иерархическая сегментация шахтных вентиляционных систем при моделировании способов повышения аэрологической безопасности труда // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2019. – № 12. – С. 76–85. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12-0-76-85.

Ушаков Владимир Кимович — д-р техн. наук, профессор,
НИТУ «МИСиС», e-mail: ud@msmu.ru.

Ушаков Владимир Кимович, e-mail: ud@msmu.ru.

1. Пучков Л. А., Каледина Н. О. Кобылкин С. С. Естественнонаучный анализ рисков развития кризисных процессов // Горный журнал. — 2015. — № 5. — С. 4—7.
2. Ушаков В. К. Анализ затрат на создание и эксплуатацию шахтных вентиляционных систем с целью повышения безопасности труда // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 6. — С. 214—221. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-6-0-214-221.
3. Ушаков В. К. Моделирование случайных потоков дискретной динамики шахтных вентиляционных систем с целью улучшения условий труда // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 9. — С. 206—210.
4. Ушаков В. К. Проблема надежности и эффективности шахтных вентиляционных систем // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 4. — С. 240—248.
5. Каледина Н. О. Кобылкин С. С. О выборе способа проветривания тупиковых горных вы-работок газообльных угольных шахт // Горный журнал. — 2014. — № 12. — С. 99—103.
6. Kaledina N. O., Kobylkin S. S. Ventilation of blind roadways in coal mines: Problems and solutions // Eurasian Mining. 2015;2:26—30.
7. Zhang J., Xu K., You G., Wang B., Zhao L. Causation analysis of risk coupling of gas explosion accident in chinese underground coal mines // Risk Analysis. 2019 Jul;39(7):1634—1646. DOI:
10.1111/risa.13311.
8. Saki S. A., Brune J. F., Bogin G. E., Emad M. Z., Gilmore R. C. CFD study of the effect of face ventilation on CH4 in returns and explosive gas zones in progressively sealed longwall // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2017;117(3):257—262.
9. Cheng J., Li S., Zhang F., Yang S., Ghosh A. CFD modelling of ventilation optimization for improving mine safety in longwall working faces // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016;40:285—297.
10. Bai Y.-Y., Wen C.-P., Chen Z.-H. Evaluation of mine ventilation system working condition based on catastrophe progression method // Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2016;21(23):7517—7525.
11. Batugin A., Kobylkin A., Musina V., Daniil K. Validation of the geometrical model and boundary conditions for modeling the process of air intake into the body of a coal waste dump taking into account area geodynamics // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2018;18(1.3):1111—1118. DOI: 10.5593/sgem2018/1.3/S03.140.
12. Acuna E. I., Hurtado J. P. A summary of the Comoutational fluid dynamic application to the new level mine project of El teniente / 10th Internrtional Mine Ventilation Congress, IMVC2014. The Mine Ventilation Society of South Africa. Conference Paper. August 2014:91—97.