Study of aero- and thermodynamic processes occurring on the first stage of the cross-ventilation creation in mine

Ключевые слова: строительство рудника, межстволовая сбойка, рудничная вентиляция, законы Кирхгофа, проходческий вентилятор, естественная тяга, математическая модель, переходные процессы, инерционность воздуха, устойчивость воздухораспределения, конвективное расслоение, численное моделирование, модель идеального вытеснения, диффузия, модель турбулентности. Представлено исследование переходных процессов, возникающих в вентиляционной сети рудника Усольского калийного комбината, на этапе строительства околоствольного двора после завершения проходки межстволовой сбойки в холодный период года. Определены параметры аэрои термодинамических процессов, оказывающих влияние на организацию сквозной струи при строительстве рудника с центральной схемой проветривания. В рамках одномерной постановки на базе законов Кирхгофа построена математическая модель течения воздуха с учетом переменного во времени влияния естественной тяги, в которой учтена инерционность воздуха. Проведено сопоставление данных, полученных в одномерной постановке, с результатами численного трехмерного моделирования течения воздуха с различными термодинамическими параметрами в программном комплексе ANSYS. Численный расчет произведен в рамках модели совершенного газа, k-ε-модели турбулентности с пристеночными функциями, имеющими дополнительное слагаемое для учета шероховатости стенок. В результате сравнительного анализа выявлено соответствие решения задачи в одномерной постановке и трехмерного численного моделирования для начального промежутка времени и после установления стационарного воздухораспределения. Во временном промежутке, характеризующемся переходом от пиковых расходов воздуха к их стационарным значениям, наблюдается существенное рассогласование исследуемых величин во времени. Прогнозирование времени протекания переходных процессов в вентиляционной сети рудника после завершения проходки межстволовой сбойки необходимо осуществлять на основе расчетов, выполненных с использованием методов вычислительной динамики жидкости и газа. Расчет пиковых и стационарных значений параметров аэрои термодинамических процессов для разработки технических решений по организации проектной схемы проветривания можно осуществлять в рамках одномерной постановки.