Собенности расчета теплового режима глубоких рудников при применении систем разработок с полной закладкой выработанного пространства

конкурса научно-технического творчество студентов высших учебных заведений «Эврика-2005»: Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2005. С. 152 - 156.

3. Поляков А.В. Некоторые способы получения гидроимпульсных струи // Материалы 3-й Всероссийской конф. Студентов и молодых ученых «Георесурсы и геотехнологии»./ Изд-во ТулГУ. Тула: 2005. С. 78 - 84.

4. Vijay M.M. Numerical analysis of pulsed jet formation by electric discharge in nozzle. Pros. 14th International Conference on Jetting technology. Brugge. Belgium. 1998. Р. 73 - 89.

5. Могендович Е.М. Гидроимпульсные системы. Л.: машиностроение, 1977. 216 с.

6. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967. 495 с.

A.B. Zhabin, Al.V. Polyakov, An.V. Polyakov, I.M. Lavit

THEORETICAL RESEARCHES OF PROCESS OF FORMA TION OF A PULSE JET OF WATER IN THE MODULATOR OF THE HYDROPULSE TOOL

The methods and results of theoretical research are presented concerning the process of the pulse high-pressure water jet formation in a hydro-pulse tool.

Key words: hydro-pulse tool, jet forming nozzle, tip, nozzle form coefficient.

Получено 24.11.11

УДК 622.272.33

Б.П. Казаков, д-р техн. наук, зав. лаб., aero kaz@mail.ru (Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН),

А.В. Шалимов, канд. техн. наук, стар. науч. сотр., shalimovav@mail.ru

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ГЛУБОКИХ РУДНИКОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СИСТЕМ РАЗРАБОТОК С ПОЛНОЙ ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

Исследовано влияние закладочных работ на формирование теплового режима горных выработок в условиях глубоких рудников. Представлен подход к прогнозу теплового режима горных выработок с учётом тепловыделений от закладочного массива.

Ключевые слова: Закладочный массив, источники тепловыделения, теплообмен, программно-вычислительный комплекс, тепловой режим.

Известно [1], что к основным факторам, формирующим тепловой режим шахт и рудников, относятся: температура воздуха, поступающего в шахту, гидростатическое сжатие воздуха, теплообмен с горным массивом, влагообменные процессы, взрывные работы, окислительные процессы, ра-

бота тепловых и электрических машин. При этом удельный вклад тех или иных факторов различен в зависимости от геологических и горнотехнических условий отработки месторождения.

В настоящее время на многих рудниках применяются системы разработки с полной закладкой выработанного пространства. Состав обычно используемой закладочной смеси приведен в таблице.

В процессе твердения закладочного массива происходит химическая реакция гидратации бетона в закладочной смеси. Характерной особенностью данной реакции является экзотермичность. Выделившееся тепло разогревает закладочный массив, теплообмен которого с рудничным воздухом и вмещающими горными породами в конечном итоге приводит к их нагреву.

Компоненты закладочной смеси

Наименование компонента Содержание, т/м3

Цемент 0,14

Ангидрит 0,39

Граншлак 0,72

Щебень 0,33

Прочие 0,77

Тепловыделение от твердеющего закладочного массива, как это будет показано ниже, необходимо учитывать при расчетах теплового режима в горных выработках рудника. Особую актуальность этот вопрос приобретает при увеличении глубины ведения горных работ, когда температура пород достигает значений 26 °С и выше - в этом случае дополнительный фактор повышения температуры воздуха может сыграть решающую роль как при прогнозе микроклиматических параметров в рабочих зонах, так и при выборе мероприятий по созданию комфортных и безопасных условий труда.

В связи с этим встает задача определения влияния закладочных работ на формирование теплового режима в горных выработках рудника и разработка методики учета тепловыделений закладочного массива в расчетах температуры.

Рассмотрим решение задачи на примере типового рудника с условными стандартными параметрами системы разработки и ведения закладочных работ.

Рудное тело в горизонтальном сечении разбивается на панели. В свою очередь каждая панель по вертикали разбивается на слои. Слои отрабатываются заходками. После отбойки и отгрузки руды в заходке, ее объем закладывается, после чего отрабатывается соседняя заходка слоя панели. Геометрические размерызаходки: длина - 120 м, ширина и высота - по 8 м. Время закладки принимаем - 7 суток. Время твердения смеси - 8 суток.

Время проходки и время отбойки руды в заходке - соответственно может составлять 25 и 24 суток. Плотность бетона р=2,35 т/м , массовое содержание цемента составляет 14 %. Удельная теплоёмкость бетона ^=1500 Дж/(кг-°С). Теплопроводность бетона ^6=1,2 Вт/(м-°С). Тепловыделение -200 кДж на 1 кг цемента, происходящее в течение времени твердения 7 суток.

Произведём оценку повышения температуры объема закладочного массива одной очистной заходки из-за гидратации цемента[3]. Общая масса цемента в заложенном объеме определяется так:

тц = 0,14-р-К,

тц = 0,14 - 2,35-120 - 8 - 8.

Общая масса бетона

т = 2,35 120 - 8 - 8 »18000 т

Суммарное тепло, выделенное в ходе твердения закладочного мате-

й = 200 - тц = 5-1011 Дж. Оценка возрастания температуры в результате повышения темпера-

дг = = 5-10" 7 » 20 • С. еу -тб 1500 1,8 107

Произведём оценку времени остывания закладочного массива.

Плотность потока тепла за пределами закладки

й . ДТ

Я =-= 1б-,

5-ДГ б Дх

где Ах - характерный поперечный размер горной выработки (принимаем равным 8 метрам), 5 - поверхность теплообмена (4000 м ).

Время остывания закладки определяется по выражению

й-Дх

риала:

туры

ДГ

5-ДТ-1б

5-1011 - 8

ДГ =-» 31500000 с.

3000-1500 - 20

Таким образом, время остывания составляет порядка 1 года.

В произведенной оценке теплообмен с воздухом и окружающим закладочным и горным массивом не учитывался, но если принять во внимание, что между закладкой и выработкой остается расстояние 4 метра, то время остывания практически уменьшится значительно и будет порядка года. Поскольку промежуток времени между проходками значительно меньше (около двух месяцев), в расчете принимается, что в процессе проветривания закладочный массив нагрет всё время и остывать не успевает.

Таким образом, при расчете теплораспределения в вентиляционной сети закладочный массив является постоянным источником тепла и по механизму теплового влияния на температуру воздуха аналогичным нагретому горному массиву. Иными словами, нагрев воздуха от закладочного массива происходит в результате процесса теплоотдачи на границе «массив -воздух».

По результатам проведенных исследований произведено совершенствование модуля теплогазодинамического расчета программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» следующим образом. В ветвях, моделирующих закладочный массив, реализована возможность задания повышенной температуры поверхности теплообмена, избыток температуры определяется либо исходя из точного численного расчёта задачи теплопроводности, либо, если позволяет специфика задачи, из оценочного расчёта, аналогично проведенному выше. Усовершенствование программно-вычислительного комплекса позволяет производить расчеты теплового режима в рабочих зонах и любых горных выработках рудников с учётом тепловыделений от закладки.

Список литературы

1. Щербань А.Н., Кремнёв О.А. Научные основы расчета и регулирования теплового режима глубоких шахт: в 2 т. Киев: Изд-во АН УССР, 1959. Т. 1. 430 с.

2.Крайнов В.П. Качественные методы в физической кинетике и гидрогазодинамике. М.: Высшая школа, 1989. 224 с.

B.P. Kazakov, A. V. Shalimov, A. V. Zaitsev

PECULIARITIESOF THE THERMAL RATE CALCULATIONFORMINES OF MMC "NORILSKNICKEL" IN APPLYING THE SYSTEM WITH SOLIDSTOWIN

The influence of stowing operations by formation the mine thermal rate in mines of MMC »Norilsk Nickel» is considered. Present an approach to the prediction of the mine thermal rate with allowance for heat release from the filling mass.

Key words: filling mass, source of heat release, heat exchange, programming and computing suite, thermal rate.

Получено 24.11.11

УДК 622.26-047.72

Э.М. Соколов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой (Россия, Тула, ТулГУ), А.Б. Копылов, д-р техн. наук, проф, (4872) 35-20-41, toolart@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

А.Е. Харламов, канд. техн. наук, ассист.,