Моделирование запыленности в тупиковой выработке угольной шахты
Authors: Лисаков С.А. , Сидоренко А.И. , Сыпин Е.В. 
Published: October 2024

В результате выполнения работы проведено компьютерное моделирование запыленности тупиковой выработки угольной шахты. Определен наиболее вероятный сценарий возникновения запыленности тупиковой выработки угольной пылью при работе выемочного комбайна, связанный с остановкой работы системы орошения из-за засорения форсунок. Определяющим фактором, влияющим на запылённость, является режим работы вентиляции и связанная с ним скорость потока воздуха в выработке. Предложено использовать пакет программ вычислительной гидродинамики Fire Dynamics Simulator. Расчеты выполнялись с использованием модели турбулентности Large Eddy Simulation, в приближении малых чисел Маха, модели Дидорфа для расчета турбулентной вязкости и модели на базе дискретно-траекторного метода Эйлера-Лагранжа для описания двухфазного течения. Сформулированы аналитические зависимости и определены исходные данные для моделирования: геометрические параметры тупиковой выработки, параметры вентиляции и пылевыделения, дисперсный состав пыли, начальные условия. Подтверждена адекватность разработанной компьютерной модели на основе соответствия результатов моделирования экспериментальным данным, полученных при испытаниях динамики пылевых аэрозолей на стенде МГГУ ООО Шахтпожсервис . Получены и проанализированы результаты моделирования запылённости выработки угольной шахты. Показано распределение массовой концентрации угольной пыли по сечениям выработки при различных значениях расхода воздуха 2,4, 3,6 и 4,8 м3/с. В зоне действия струи вентилятора местного проветривания концентрация угольной пыли существенно выше до 400 мг/м3 для взвешенной пыли, чем в зоне поступательного движения, что превышает допустимое значение 150 мг/м3. Определен характер изменения концентраций взвешенной и осажденной угольной пыли по длине выработке. В результате анализа дисперсного состава установлено: основные максимумы функций распределения размеров витающих частиц по массе соответствуют диаметрам частиц 2,5-7 мкм существенную долю составляют частицы с диаметрами от 20 до 40 мкм значительное осаждение пыли с диаметром более 50 мкм.
Abstract Computer simulation of the dust content in the blind drift of coal mine was carried out. The most probable scenario for the occurrence of dust content in the blind drift of coal mine during the operation of mining combine connected with the shutdown of the irrigation system due to clogging of nozzles is determined. In this case, the determining factor affecting dustiness is the ventilation mode of operation and the associated air flow rate in the mine. It is proposed to use the Fire Dynamics Simulator (FDS) software package of computational fluid dynamics. The calculations were performed using the Large Eddy Simulation (LES) turbulence model, in the approximation of small Mach numbers (Ma 0.3) (subsonic approximation), the Deardorff model for calculating of the turbulent viscosity, and the model based on the discrete-path Euler-Lagrange method for describing of the two-phase flow. Analytical dependencies and initial data for modeling were determined: geometric parameters of the blind drift, ventilation and dust emission parameters, dispersed dust composition, initial conditions. The adequacy of the developed computer model was verified on the basis of experimental data obtained by testing the dynamics of dust aerosols at the test bench - MGU Shakhtpozhservice LLC. The adequacy of the developed computer model is confirmed based on satisfactory agreement of the simulation results with experimental data. The results of modeling the dust content of a coal mine were analyzed. The distribution of the coal dust mass concentration over the production cross sections for various values of air consumption of 2.4, 3.6 and 4.8 m3 / s is shown. The concentration of coal dust in the area of local ventilation fan jet action is significantly higher - up to 400 mg / m3 for suspended dust than in the translational movement zone, which exceeds the permissible value of 150 mg / m3. The dependence of the concentrations for suspended and precipitated coal dust along the length of the BLIND DRIFT was obtained. As a result of dispersed composition analysis, it was established: the main maxima of the floating particles size distribution functions by mass correspond to particle diameters of 2.5-7 microns, in addition, particles with diameters from 20 to 40 microns constitute a significant proportion significant dust deposition with a diameter of more than 50 microns.