Технологическая безопасность. Рубрика в журнале - Горные науки и технологии
Влияние сорбционных свойств калийных солей на газовую обстановку в тупиковых горных выработках
Статья научная
Результаты газовоздушных съемок, выполняемых на рудниках Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей, показывают, что объем газообразных примесей, фиксируемый в главных вентиляционных штреках рудника, зачастую значительно меньше, чем в рабочих зонах тупиковых выработок. Феномен снижения газовых примесей по пути движения вентиляционной струи воздуха на калийных рудниках во многих исследованиях связывают не только с разбавлением вредных примесей утечками свежего воздуха с воздухоподающих штреков, но и с нейтрализацией газов за счет их химических реакций с калийным массивом. Результаты исследований, проведенных ранее в лабораторных условиях, показали, что сильвинит (NaCl + KCl) способен поглощать примеси токсичных и горючих газов. На основе результатов лабораторного изучения в рамках настоящей работы проведены исследования в условиях реального рудника, учитывающие динамику газовых примесей в атмосфере горных выработок и фактор разбавления газовых примесей утечками воздуха. В рамках работы выполнены замеры концентрации горючих и токсичных газов на продуктивных пластах разного минерального состава на одном из рудников ВМКМС для оценки влияния свойств калийных солей на газовый баланс в тупиковых выработках большой протяженности. Выполнен анализ степени влияния свойств калийного массива на изменение концентрации горючих и токсичных газов в выработках по пути движения вентиляционной струи воздуха. Анализ отобранных образцов воздуха проводился в лабораторных условиях. Концентрация горючих газов, оксида и диоксида углерода, содержащихся в отобранных образцах воздуха, производилась хроматографическим методом на приборе «ХРОМОС ГХ-1000». Оценена доля влияния нейтрализации газа и разбавления утечками вентиляционного трубопровода на снижение количества горючих и токсичных газов в исходящей из рабочей зоны струе воздуха. В результате проведенных экспериментов установлено, что в протяженных тупиковых камерах пласта АБ (100 м и более) количество газовых примесей снижается по протяженности выработки от тупика к устью. При проведении исследований учтены факторы, способные повлиять на снижение концентрации газа в рабочей зоне.
Бесплатно
Статья научная
По мере развития вентиляционных сетей современных рудников управление воздухораспределением осложняется воздействием трёх факторов: недостаточной глубиной регулирования и несинхронностью графиков работы отдельных участков; усложнением аэродинамических связей между рабочими зонами и регуляторами; ростом инерционности системы. Это обусловливает необходимость разработки единого подхода к созданию систем управления вентиляцией в сложных сетях, позволяющего заранее оценить условия, при которых внедрение таких систем будет экономически оправданным и технически реализуемым. Достижение указанной цели предполагало решение двух ключевых задач: определение пространственной глубины управления и временного масштаба управления. Основой методологии послужил разработанный математический аппарат для анализа аэродинамических связей в разветвлённых сетях с большим числом вентиляторов, стволов, горизонтов и диагональных соединений. Он включает использование матриц аэродинамического влияния, их графический анализ, кластеризацию и декомпозицию сети на подсистемы. С помощью метода размерностей получены оценки характерных времен различных динамических процессов в рудниках. В результате предложены принципы проектирования систем управления, предусматривающие выбор уровня регулирования с учётом числа потребителей и их производственных графиков, а также согласование временного масштаба регулирования с характерными временами аэрологических и горнотехнологических процессов. Показано, что длительность технологических циклов допускает применение регулирования вентиляции на их уровне, что открывает перспективное направление для дальнейших исследований. Установлено, что для сложных вентиляционных сетей алгоритмы управления должны быть в первую очередь ориентированы на поддержание требуемого расхода воздуха, тогда как регулирование по концентрации газов менее эффективно.
Бесплатно
Статья научная
Расширение масштабов добычи полезных ископаемых в калийных рудниках столкнулось с проблемой нехватки свежего воздуха, которую невозможно решить при текущей парадигме автономного проветривания. Перспективы связаны с последовательным и рециркуляционным проветриванием, а также концепцией «вентиляции по требованию», требующими детального описания процессов «самоочистки» рудничной атмосферы от пыли. Разрушение горных пород сопровождается выбросом солевых аэрозолей, которые во влажной атмосфере укрупняются и осаждаются на поверхность. Для прогнозирования распространения этих частиц и сопутствующих газов необходимы точные математические модели. В статье рассматриваются закономерности и механизмы влияния относительной влажности воздуха на динамику размера соляной пыли - гигроскопических аэрозольных соляных частиц галита (NaCl) и сильвина (KCl). Описаны взаимодействия при контакте «соляная поверхность - влажный воздух» и рассмотрено современное представление о процессах гистерезиса, а также об этапах растворения и обратной кристаллизации гигроскопических аэрозольных частиц. В связи с принципиальными сложностями использования современного экспериментального электронного оборудования в условиях подземных рудников в анализ вовлечены данные по океаническим аэрозолям того же химического состава. На основе анализа ряда моделей гигроскопического роста океанических аэрозолей проведена их адаптация к условиям атмосферы калийного рудника, что позволило получить усредненные значения фактора гигроскопического роста соляной аэрозоли. Для океанического аэрозоля и соляной пыли рудничной атмосферы наблюдается хорошее соответствие известных данных динамики фактора гигроскопического роста от влажности воздуха. Полученные теоретико-эмпирические данные, характеризующие изменения размера соляных частиц в зависимости от относительной влажности, апробированы в модельных исследованиях с соляным аэрозолем. Для интерпретации и прогнозирования изменений размерного распределения соляных аэрозольных частиц предложено использовать модель Юнга. На примере записи модели Юнга в двойных логарифмических координатах подтверждена эвристическая ценность предложенного подхода. Результаты исследования могут быть применены для расчета процессов формирования пылевой обстановки в каменно-соляных и калийных рудниках.
Бесплатно
