Определение безопасных параметров системы вентиляции тупиковых калийных выработок при всасывающем способе проветривания по фактору взрывоопасных газов

Добыча калийной руды механизированным способом, как правило, сопровождается интенсивным образованием пыли, особенно в условиях ограниченного пространства тупиковой горной выработки. Основными источниками пыления являются зоны перегруза руды, а также исполнительные органы комбайна. Повышенная запыленность рабочей зоны негативно влияет как на здоровье и безопасность персонала, так и на общую эффективность работы оборудования. Перспективным мероприятием по нормализации пылевой обстановки является изменение способа проветривания с нагнетательного на всасывающий. Для реализации данных мероприятий требуется не только техническое переоснащение вентиляционной системы, но и разработка комплекса технических и организационных решений. Эти решения должны быть включены в состав обоснования безопасности опасного производственного объекта. Их внедрение направлено на обеспечение надежной и безопасной эксплуатации объектов горнодобывающей промышленности, в частности, на глубинных калийных рудниках. В работе выполнено трехмерное численное моделирование распределения горючих газов в тупиковой комбайновой выработке при использовании предлагаемого всасывающего способа проветривания. Рассматривались сценарии при различных углах наклона пласта, а также при различных отставаниях всасывающего вентиляционного трубопровода от щита комбайна. По результатам расчетов представлены допустимые параметры системы вентиляции тупиковой комбайновой горной выработки. Разработанные выводы позволяют в дальнейшем продолжить исследования по нормализации параметров рудничного воздуха в рабочих зонах глубокого калийного рудника.

Левин Л. Ю., Суханов А. Е., Мальцев С. В. Определение безопасных параметров системы вентиляции тупиковых калийных выработок при всасывающем способе проветривания по фактору взрывоопасных газов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 9. – С. 117–134. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_9_ 0_117.

Работа выполнена в рамках крупного научного проекта при финансовой поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075–15-2024-535 от 23.04.2024).

Левин Лев Юрьевич¹ —д-р. техн. наук, член корр. РАН, заведующий отделом, e-mail: aerolog_lev@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0767-9207,
Суханов Андрей Евгеньевич¹ — младший научный сотрудник, e-mail: asukhanov@aerologist.ru, ORCID ID: 0009-0002-7960-8344,
Мальцев Станислав Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, заведующий сектором, e-mail: stasmalcev32@gmail.com, ORCID ID: 0009-0002-9887-1455,
¹ Горный институт УрО РАН.

Суханов А.Е., e-mail: asukhanov@aerologist.ru.

1. Misaqi F. L., Inderberg J. G., Blumenstein P. D., Naiman T. Heat stress in hot U.S. mines and criteria for standards for mining in hot environments // Mining Enforcement and Safety Administration, United States Department of the Interior. MESA Report. 1976, no. 1048, pp. 1—47.

2. Афанасьева Р. Ф., Чеботарев А. Г., Константинов Е. И. Методические подходы к установлению класса условий труда по параметрам микроклимата на рабочих местах горнодобывающих предприятий // Горная промышленность. — 2013. — № 6 (112). — С. 72—76.

3. Максимов А. Б., Шишлянников Д. И., Чекмасов Н. В. Определение рациональных параметров шнековых грузчиков проходческо-очистных комбайнов «Урал-20Р» // Известия УГГУ. — 2019. — № 2(54). — С. 87—92. DOI: 10.21440/2307-2091-2019-2-87-92.

4. Овсянкин А. Д. Борьба с пылью на проходческих комбайнах с помощью водовоздушных завес / Технология и безопасность горных работ, № 150. — Пермь: ППИ, 1974.

5. Овсянкин А. Д. Исследование и разработка способов мокрого обеспыливания в комбайновых забоях калийных рудников. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. — Пермь, 1975. — 20 с.

6. Меределин М. Я., Волчок Ю. П., Доброчасов Ю. Н. Эффективность пылеулавливающих установок при работе комбайнов «Караганда-7/15С» // Безопасность труда в промышленности. — 1974. — № 7. — С. 40—42.

7. Исаевич А. Г. Научное обоснование методологии управления пылевой обстановкой в горных выработках калийных рудников. Автореф. дисс. … докт. техн. наук. — Пермь, 2023. — 43 с.

8. Sukhanov A., Maltsev S., Semin M., Isaevich A., Starikov A. Optimization of the combined ventilation system for dust reduction in blind headings of potash mines // Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2024, vol. 11, no. 5, pp. 1236—1244. DOI: 10.18280/mmep.110512.

9. Гришин Е. Л. Аэрологические риски и барьеры безопасности // Горное эхо. — 2023. — № 4(93). — С. 88—91. DOI: 10.7242/echo.2023.4.14.

10. Gao R., Wang P., Li Y., Liu R. Determination of optimal blowing-to-suction flow ratio in mechanized excavation face with wall-mounted swirling ventilation using numerical simulations // International Journal of Coal Science & Technology. 2021, vol. 8, pp. 248—264.

11. Zhang W., Xue S., Tu Q., Shi G., Zhu Y. Study on the distribution characteristics of dust with different particle sizes under forced ventilation in a heading face // Powder Technology. 2022, vol. 406, article 117504. DOI: 10.1016/j.powtec.2022.117504.

12. Chang P., Xu G., Zhou F., Mullins B., Abishek S., Chalmers D. Minimizing DPM pollution in an underground 550 mine by optimizing auxiliary ventilation systems using CFD // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 87, pp. 112—121.

13. Исаевич А. Г., Стариков А. Н., Мальцев С. В. Совершенствование метода отбора проб воздуха для определения относительной газообильности горючих газов в рудничной атмосфере // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4. — С. 143—153. DOI: 10. 25018/0236_1493_2021_4_0_143.

14. Андрейко С. С., Иванов О. В., Литвиновская Н. А., Лукьянец Е. В. Предотвращение газодинамических явлений при последовательной отработке сильвинитовых пластов КрII и АБ в условиях Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Горный журнал. — 2023. — № 11. — С. 20—26. DOI: 10.17580/gzh.2023.11.03.

15. Андрейко С. С., Лядов В. О., Папулов А. С., Абашин В. И. Анализ геологических условий проявления газодинамических явлений в условиях Гремячинского ГОКа // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2024. — № 1. — С. 465—474.

16. Ahmadi M. H., Hekmat M. H. Numerical and experimental investigation of air flow behavior and H2S gas emission through an inclined traversed tunnel // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2021, vol. 43, no. 10. DOI: 10.1007/s40430-021-03173-4.

17. Adjiski V., Mirakovski D., Despodov Z., Mijalkovski S. Determining optimal distance from outlet of auxiliary forcing ventilation system to development of heading in underground mines // Journal of Mining and Environment. 2019, vol. 10, no. 4. DOI: 10.22044/jme.2019.8140.1683.

18. Obracaj D., Korzec M., Deszcz P. Study on methane distribution in the face zone of the fully mechanized roadway with overlap auxiliary ventilation system // Energies. 2021, vol. 14, no. 19, article 6379. DOI: 10.3390/en14196379.

19. Li Z., Zhao S., Li R., Huang Y., Xu Y., Song P. Increasing oxygen mass fraction in blind headings of a plateau metal mine by oxygen supply duct design: A CFD modelling approach // Mathematical Problems in Engineering. 2020, vol. 8, pp. 1—10. DOI: 10.1155/2020/8541909.

20. Yi H., Kim M., Lee D., Park J. Applications of computational fluid dynamics for mine ventilation in mineral development // Energies. 2022, vol. 15, no. 22, article 8405.

21. Branny M., Jaszczur M., Wodziak W., Szmyd J. Experimental and numerical analysis of air flow in a dead-end channel // Journal of Physics: Conference Series. 2016, vol. 745, no. 3, article 032045.

22. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 18.0. ANSYS, Inc. 2017, 1034 p.

23. Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Шалимов А. В. Теория и практика прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания рудников. — М.: Недра, 2016. — 245 с.