О МАССОПЕРЕНОСЕ РЕАГИРУЮЩЕГО ГАЗА В ВЫРАБОТКЕ КРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ, ПРОЙДЕННОЙ ПО УГОЛЬНОМУ ПЛАСТУ
Authors: Голоскоков С.И. , Шлапаков П.А. , Ерастов А.Ю. , Лебедев К.С. , Шлапаков Е.А. , Черданцев С.В. 
Published: October 2024

При разработке угольных месторождений образуются пылегазовоздушные смеси, которые предрасположены к химическому реагированию, проявляющемуся в форме нормального горения или детонации. Первой стадией любого химического реагирования является массоперенос реагирующего газа к смеси, осуществляемый посредством молекулярной диффузии. Особенностью химического реагирования в горных выработках является наличие двух зон, в одной из которых происходит химическая реакция окисления углерода, а в другой протекает восстановление углекислоты. Поскольку указанные зоны пространственно разделены, то процессы, происходящие в них, можно рассматривать по отдельности. При этом в зоне окисления углерода можно не учитывать процесс горения окиси углерода, однако необходимо учитывать изменение концентрации реагирующего газа как в плоскости поперечного сечения выработки, так и вдоль ее продольной оси. Это обстоятельство существенно усложняет решение задач о химическом реагировании смесей в горных выработках по сравнению с реагированием отдельных угольных частиц. Поэтому в данной работе рассматривается пространственная осесимметричная задача о массопереносе реагирующего газа, в которой учитывается не только молекулярная диффузия, но и конвективный массоперенос, обусловленный скоростью течения газа. В процессе решения краевой задачи методом разделения переменных найдены собственные значения и соответствующие им собственные функции, описывающие массоперенос реагирующего газа в горной выработке. Построены графики изменения концентрации реагирующего газа к стенкам выработки и вдоль ее оси и выявлены некоторые закономерности.

During the development of coal deposits, dust and air mixtures are formed that are predisposed to chemical reactions manifested in the form of normal combustion or detonation. The first stage of any chemical reaction is mass transfer of the reacting gas to the mixture, carried out by molecular diffusion. A feature of the chemical response in mine workings is the presence of two zones, in one of which there is a chemical reaction of carbon oxidation, and in the other there is a reduction of carbon dioxide. Since these zones are spatially separated, the processes taking place in them can be considered separately. In this case, the carbon monoxide combustion process may not be taken into account in the carbon oxidation zone, but it is necessary to take into account the change in the concentration of the reacting gas both in the plane of the cross section of the production and along its longitudinal axis. This makes it very difficult to solve the problems of chemical reaction of mixtures in mine workings compared to the reaction of individual coal particles. Therefore, this paper considers the spatial axisymmetric problem of mass transfer of a reacting gas, which takes into account not only molecular diffusion, but also convective mass transfer due to the gas flow rate. In the process of solving the boundary problem by the method of separating variables, the eigenvalues and their corresponding eigenfunctions were found that describe the mass transfer of the reacting gas in mining. Graphs of changes in the concentration of reacting gas to the working walls and along its axis are built and some regularities are revealed.