Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана
Рассматриваются вопросы математического моделирования путей эмиссии метана из угольных пластов при функционировании шахт, ведущих добычу угля и метана. Показано, что пути эмиссии шахтного метана в атмосферу могут быть отображены сетевой структурой с сосредоточенными источниками метановыделения, а та...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60049 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана / Т.В. Бунько, А.В. Боровский, А.Б. Бойкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 109. — С. 172-181. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860097970105483264 |
|---|---|
| author | Бунько, Т.В. Боровский, А.В. Бойкий, А.Б. |
| author_facet | Бунько, Т.В. Боровский, А.В. Бойкий, А.Б. |
| citation_txt | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана / Т.В. Бунько, А.В. Боровский, А.Б. Бойкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 109. — С. 172-181. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Рассматриваются вопросы математического моделирования путей эмиссии метана из угольных пластов при функционировании шахт, ведущих добычу угля и метана. Показано, что пути эмиссии шахтного метана в атмосферу могут быть отображены сетевой структурой с сосредоточенными источниками метановыделения, а также ветвями с ламинарным законом движения газовоздушной смеси через зоны обрушения на поверхность. Разработана сетевая газодинамическая атематическая модель эмиссии шахтного метана, отличающаяся учетом различных законов движения газовоздушной среды и усовершенствован адаптивный сетевой метод расчета ее параметров.
Розглядаються питання математичного моделювання шляхів емісії метану з вугільних пластів під час функціонування шахт, які ведуть видобуток вугілля і метану. Показано, що шляхи емісії шахтного метану в атмосферу можуть бути відображені мережною структурою із зосередженими джерелами метановиделенія, а також гілками з ламінарним законом руху газоповітряної суміші через зони обвалення на поверхню. Розроблена мережна газодинамічна математична модель емісії шахтного метану, яка відрізняється врахуванням різних законів руху газоповітряного середовища і вдосконалений адаптивний мережний метод повузлової нев'язки для розрахунку її апроксимаційних характеристи.
The questions of mathematical design of ways of emission methane from coal layers at functioning of mines conducting the booty of coal and methane are examined. It is shown that the ways of emission of mine methane to atmosphere can be represented by a network structure with the concentrated sources of methaneexcretion, and also branches with the lamynarnym law of motion of gasair mixture through the areas of bringing down on a surface. The network gasdynamycal mathematical model of emission of mine methane, different by the account of different laws of motion of gasair environment and the adaptive network method of calculation of its parameters.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:27:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
172
Keywords: coal massif, sudden coal, located near coal seams, hydrodynamic impact, techno-
logical holes.
Статья поступила в редакцию 22.02. 2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
УДК 622.411.332.001.57
Т.В. Бунько, д-р техн. наук, ст. научн. сотр.,
А.В. Боровский, канд. техн. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины),
А.Б. Бокий, аспирант
( ДВУЗ «ДонНТУ»)
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭМИССИИ ШАХТНОГО МЕТАНА
Т.В. Бунько, д-р техн. наук, ст. научн. сотр.,
А.В. Боровський, канд. техн. наук, ст. научн. сотр.
(ІГТМ НАН України),
А.Б. Бокий, аспірант
(ДВНЗ ―ДонНТУ‖)
РОЗРОБКА МЕТОДІВ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
ЕМІСІЇ ШАХТНОГО МЕТАНУ
T.V. Bunko, D.Sc. (Tech.), Senior Reseacher,
A.V. Borovsky, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine),
А.B. Bokij, Doctoral student
(SHEI ―NMU‖)
DEVELOPMENT OF METHODS OF MATHEMATICAL DESIGN OF
EMISSION OF MINE METHANE
Аннотация. Рассматриваются вопросы математического моделирования путей эмиссии
метана из угольных пластов при функционировании шахт, ведущих добычу угля и метана.
Показано, что пути эмиссии шахтного метана в атмосферу могут быть отображены сетевой
структурой с сосредоточенными источниками метановыделения, а также ветвями с ламинар-
ным законом движения газовоздушной смеси через зоны обрушения на поверхность. Разра-
ботана сетевая газодинамическая математическая модель эмиссии шахтного метана, отлича-
ющаяся учетом различных законов движения газовоздушной среды и усовершенствован
адаптивный сетевой метод расчета ее параметров.
Ключевые слова: шахтный метан, экология, технологические схемы проветривания, де-
газация выемочных участков, вакуумирование, воздухораспределение
Решение экологических проблем угледобычи на локальном (производствен-
ном) уровне связано с уменьшением непосредственного воздействия техноло-
гий угледобычи на компоненты природной среды: литосферу, атмосферу, гид-
росферу и почвы [1].
© Т.В.Бунько, А.В. Боровский, А.Б. Бокий, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
173
Нарушение равновесного состояния массивов горных пород приводит к по-
явлению большого разнообразия взаимосвязанных механических, физических и
химических процессов, влекущих за собой дегазацию пластов угля и газонос-
ных пород.
Выделившийся из массива газ (метан или углекислый) по трещинам мигри-
рует в горные выработки, а иногда на земную поверхность. Миграция газа на
земную поверхность может представлять большую опасность для людей и жи-
вотных, а также изменять газовый состав почвенного слоя.
Теоретики рассматривают угольный пласт как совокупность блоков, окру-
женных трещинами, имеющими ширину раскрытия 10
-6
…10
-3
см [2], образую-
щими фильтрационный объем. Внутри блоков имеются так называемые закры-
тые поры, не имеющие связи с межблоковым пространством. Выделение газов
из разрабатываемого углегазового массива является следствием совместного
действия процессов диффузии флюидов из блоков и их фильтрации в трещин-
ном пространстве.
В качестве физико-химических параметров при решении задачи математи-
ческого моделирования эмиссии метана из угольных пластов используется зна-
чительное число полученных в лабораторных или натурных условиях констант,
характеризующих состояние твердой, газообразной или переходных (десорб-
ция-сорбция) фаз, характерных для определенных термодинамических условий
пластов [3, 4 и др.]. Это средняя концентрация молекул в блоке, концентрация
молекул на поверхности блока, эффективный коэффициент диффузии, динами-
ческая вязкость метана, пористость породного массива и ряд других, которые, в
свою очередь, определяются набором горно-геологических и горнотехнических
условий разработки месторождения.
Пути эмиссии шахтного метана в атмосферу с математической точки зрения
могут быть отображены сетевой структурой (ориентированным графом) с со-
средоточенными источниками метановыделения или ветвями с ламинарным за-
коном движения газовоздушной смеси через зоны обрушения на поверхность.
Для исследования влияния изолированного отвода газовоздушной смеси (га-
зоотсоса) из верхней части выработанного пространства на его аэродинамиче-
ские параметры – расход воздуха в виде утечек Qвп, депрессию hвп и сопротивле-
ние Rвп, а также такие показатели, как коэффициент утечек Кут.в и коэффициент
Коз, учитывающий движение воздушных масс в непосредственно примыкающей
к призабойному части выработанного пространства пластов, отобразим тополо-
гию выемочного участка в виде простого параллельного соединения (рис. 1),
где позиции I, II, III и значения аэродинамических параметров ветвей соответ-
ствуют положению фронта очистных работ на расстоянии 110, 230 и 470 м от
разрезной печи.
При ведении очистных работ выделим два периода. Для первого из них ха-
рактерным является то, что выработанное пространство проветривается утеч-
ками воздуха во всем его объеме.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
174
Рисунок 1 - Топология выемочного участка в виде простого параллельного соединения и
аэродинамические параметры ветвей при удалении фронта очистных работ от разрезной пе-
чи на 110 м (а), 230 м (б) и 470 м (в)
Второй период наступает после обрушения и уплотнения пород кровли, т.е.
когда часть выработанного пространства оказывается практически непроветри-
ваемой. В дальнейшем, при подвигании очистных работ, эта часть выработан-
ного пространства непрерывно увеличивается, а объем выработанного про-
странства, проветриваемый утечками воздуха, остается примерно постоянным.
Этот режим проветривания выработанного пространства имеет продолжитель-
ный период. В течение такого периода режим движения воздуха в очистном за-
бое турбулентный, а в выработанном пространстве – переходной, т.е. в законе
сопротивления движению воздуха показатель степени находитсяв интервале
1<n<2. Поэтому, используя закон равенства депрессий параллельных ветвей,
можно записать, что
RочQ
2
оч
= RвпQ
n
вп . (1)
Существующий метод определения режима движения воздушного потока
[5] основан на знании расхода воздуха и депрессии той части вентиляционной
сети, в которой определяется показатель степени n в законе сопротивления
движению, т.е.
hвп
= RвпQ
n
вп. (2)
Поскольку величину аэродинамического сопротивления любой выработки
непосредственно замерить невозможно приходится решать систему двух урав-
нений (2), соответствующих режимам проветривания с различными расходами
воздуха – Qвп1 и Qвп2. Логарифмируя эти выражения, а затем вычитая из первого
уравнения второе и решая их относительно показателя n, получаем
12
12
lglg
lglg
вnвn
вnвn
QQ
hh
n . (3)
Для определения режима движения воздуха в выработанном пространстве в
уравнение (3) необходимо подставить значения величин утечек и депрессии.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
175
Однако, поскольку в воздухопроводящих выработках, оконтуривающих вые-
мочный участок, режим движения вентиляционного потока турбулентный, име-
ется возможность определить показатель степени n в законе сопротивления
движению утечек по результатам относительного изменения расхода воздуха в
призабойном и выработанном пространствах, не проводя замеров депрессии.
Последнее значительно упрощает получение в шахтных условиях исходных
данных, необходимых в дальнейшем для выполнения аналитических расчетов.
Поэтому, применив регулирование расхода воздуха (путем изменения величи-
ны аэродинамического сопротивления за пределами параллельного соедине-
ния), на основании закона равенства депрессии параллельных ветвей (2) в об-
щем виде получаем два одинаковых равенства, соответствующих различным
режимам проветривания:
RочQ
2
оч1
= RвпQ
n
вп1 , (4)
RочQ
2
оч2
= RвпQ
n
вп2 . (5)
Тогда, в соответствии с этим, для простого параллельного соединения (рис.
4) соотношения (4), (5) примут вид:
RВС″ Q
2
ВС″1
= RВС' Q
n
ВС'1. (6)
RВС″ Q
2
ВС″2
= RВС' Q
n
ВС'2. (7)
Разделив теперь почленно (6) на (7), получим
.
2
1
2
2
1
2
CB
n
CB
n
CB
CB
Q
Q
Q
Q
(8)
После чего, решая уравнение (8) относительно показателя степени n, нахо-
дим, что
.
lglg
lglg
2
21
21
CBCB
CBCB
QQ
QQ
n (9)
При выполнении шахтных экспериментальных исследований, связанных с
регулированием расхода воздуха на выемочном участке, необходимо учитывать
«осредненное» значение режима движения утечек воздуха в объеме всего выра-
ботанного пространства. Поэтому для определения величины n по результатам
шахтных экспериментальных работ наиболее рациональным будет уравнение
[6]:
,
lglg
lglg
2
21
21
ymym
ozoz
QQ
QQ
n (10)
где Qym1, Qym1 – соответственно количество утечек через выработанное про-
странство при двух разных расходах воздуха (режимах проветривания) на вые-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
176
мочном участке, полученных в результате преднамеренного регулирования –
изменения аэродинамического сопротивления за пределами параллельного со-
единения.
На выемочных участках шахт Донбасса проведено более 30 эксперимен-
тальных работ по определению значений показателя степени режима движения
утечек воздуха в выработанном пространстве [6]. В качестве примера в табл. 1
приведены сведения об определении этого показателя на выемочных участках с
обратным порядком отработки угольных пластов (в том числе на шахте им.
А.Ф. Засядько).
Таблица 1 – Результаты экспериментально определения режимов движения возду-
ха через выработанное пространство при столбовой системе разработки
Размеры
выр. про-ва
между за-
мерными
станциями, м
Расход
воздуха на I
замерной
станции,
м
3
/мин
Расход
воздуха на II
замерной
станции,
м
3
/мин
Де-
прессия,
ДаПа
Утечки
через
выр.
про-во,
м
3
/мин
Величина
показателя
степени
n
Шахта «Краснолиманская», выемочный участок 5-й северной лавы по пласту l7
(m = 1,6 м, α = 10
0
, схема 1-М-Н-в-вт)
120×500 5
24
3
09
4
20
2
57
9
,0
3
,0
1
04
4
2
1,
42
1,
58
120×550 5
88
3
16
3
92
2
20
1
5,4
4
,7
1
96
9
6
1,
59
1,
66
Шахта № 16 им. «Известий», выемочный участок 15-й западной лавы по пласту l2
(m = 0,85 м, α = 3
0
, схема 1-М-Н-в-вт)
100×600 6
41
3
68
4
42
2
67
0
,69
0
,25
1
99
1
01
1,
51
1,
50
Шахта им. А.Ф. Засядько, выемочный участок 10-й западной лавы по пласту l1
(m = 1,8 м, α = 6
0
, схема 2-В-Н-в-пт)
250×230 2
690
2
430
1
700
1
560
- - 9
90
8
70
- 1,
91
250×340 2
100
1
890
1
420
1
100
- - 6
40
4
90
- 1,
98
Шахта им. А.Ф. Засядько, выемочный участок 16-й западной лавы по пласту m3
(m = 1,9 м, α = 7
0
, схема 1-М
*
-Н-в-вт)
250×1200 2
040
1
680
1
570
1
290
- - 4
70
3
90
- 2,
02
Результаты на шахте им. А.Ф. Засядько подтверждают (табл. 1), что в уголь-
ных шахтах ламинарный режим движения утечек воздуха через выработанное
пространство наблюдается в 20% из всех случаев, переходной – в 60% и турбу-
лентный – около 20%. В настоящее время среди более 200 действующих вые-
мочных участков с комбинированным проветриванием их около 1%, а со схе-
мой второго уровня – около 12%. Более 80% всех выемочных участков провет-
риваются по возвратноточной схеме с отводом исходящей струи «на массив»
или «на выработанное пространство» (схема
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
177
1-В). Расход воздуха подаваемый на эти участки, зачастую не соответствует
расчетным значениям из-за потерь в ШВС или от недостаточной производи-
тельности ВГП.
Обобщая все изложенное, приходим к выводу, что режим движения утечек
(притечек) в выработанном пространстве следует считать переходным, при ко-
тором показатель степени n находится в пределах 1,5-1,7. С учетом такого зна-
чения n рассмотрим влияние газоотсоса на аэродинамические параметры си-
стемы «горная выработка – выработанное пространство», являющейся анало-
гом параллельного соединения с дополнительным источником тяги в одной из
ветвей.
В результате выполненных по данной методике расчетов установлено, что в
условиях управления кровлей полным обрушением, «осредненное» в объеме
всего выработанного пространства значение показателя степени режима дви-
жения утечек воздуха n изменяется в диапазоне от 1,5 до 1,7. Таким образом,
закон движения утечек имеет переходной характер близкий к турбулентному.
При рассмотрении вопроса о влиянии газоотсоса, как дополнительного ис-
точника тяги, на изменение аэродинамических параметров выработанного про-
странства, следует учитывать, что приемное устройство газовоздушной смеси
(«свеча», «отросток») может находиться на значительном отставании от очист-
ного забоя. Длина самого «отростка» газопровода может достигать 50 м [7], а
длина зоны утечек [8] – от 50 до 150 м, что связано с горно-геологическими
условиями залегания пласт. Поэтому можно считать, что процесс отвода газо-
воздушной смеси происходит в той части выработанного пространства, где
движение этих притечек (утечек) имеет переходной режим, а среднее значение
показателя режима такого движения n = 1,6.
По результатам экспериментов на шахте им. А.Ф. Засядько были определе-
ны показатели степени режима движения утечек через выработанное простран-
ство. Численные значения показателя n определялись по результатам газовоз-
душных съемок на выемочном участке 10-й западной лавы (табл. 1), выполнен-
ных в период времени до и после посадки основной кровли. При длине вырабо-
танного пространства, соизмеримой с длиной очистной выработки, наблюдает-
ся режим интенсивного движения утечек, близкий к турбулентному. Основная
часть утечек воздуха в одном и другом эксперименте поступает в выработанное
пространство из неконтролируемой (непогашенной) части конвейерного штре-
ка. К этому следует добавить, что на режим движения утечек оказывает влия-
ние охранная полоса из БЖБТ, выкладываемая (с «окнами») для поддержания
воздухоотводящей неконтролируемой выработки позади фронта очистных ра-
бот. Ее влияние на поступление газонесущих утечек в исходящую струю со-
ставляет одну из особенностей аэрогазодинамики выемочного участка. В схе-
мах проветривания с подсвежением и отводом исходящей струи «на вырабо-
танное пространство» характер распределения притечек (утечек) определяется
аэродинамическим сопротивлением охранной полосы, как изолятора [9]. Уве-
личение ее плотности (снижение воздухопроницаемости) приводит к рассредо-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
178
точению притечек по длине воздухоотводящей выработки. Такой массообмен-
ный процесс не всегда обеспечивает динамическое равновесие между поступ-
лением метана в выработанное пространство и выносом метана из выработан-
ного пространства утечками. Последнее становится непрерывно действующим
равномерно распределенным источником газа, который, при резком колебании
расхода воздуха, подаваемого на выемочный участок, или атмосферного давле-
ния, способен загазировать сопряжение лавы с вентиляционным штреком или
воздухоотводящую выработку в целом.
Математически эта задача может быть сформулирована в следующем виде.
Вентиляционная сеть задана графом G(X,U), для каждой ветви которого из-
вестны l(i,j), v(i,j), S(i,j), концентрация метана в начальном узле ветви c(i) и ко-
нечном узле c(j). Таким образом, каждая ветвь этой сети может быть однознач-
но определена вектором состояний K(i, j, Q, l, S, R, J, c(i), c(j))
ШВС содержит выработки следующих типов:
U
I
- выработки, с ламинарным законом движения воздуха ,n=1;
U
II
- выработки, с переходным законом движения воздуха, n=1,5÷1,7
U
III
- выработки с квадратичным законом движения воздуха, n=2
При моделировании газораспределения в ШВС в сети учитываются законы
распределения воздуха в ШВС (11), (12), уравнение, аппрокси-мирующее рабо-
чую характеристику ВГП (13), зависимости между аэродинамическим сопро-
тивлением выработки, ее сечением, длиной и коэффициентом аэродинамиче-
ского сопротивления выработки (3.15)
( , )
( , ) 0, 1, ,
li j U
Q i j l m (11)
)(),(),(
2 1,1,0),()),(),()),(((
bUUji
е
Uji
nmjiHhjiQjiRjiQsign
, (12)
,),(),,(),(),(),( 2
bUjijiQjibjiajiH (13)
,),(,
),(
),(),(
),(
5,2 xUji
jiS
jiLji
jiR (14)
Требуется определить распределение расходов воздуха, депрессий, концен-
траций метана в ШВС. Система уравнений относится к нелинейным, и для ее
решения возможно применение стандартных математических методов.методов.
Однако, как показали исследования, проведенные ИГТМ НАН Украины [10],
сходимость стандартных методов неудовлетворительна по причине большого
разброса начальных данных.
Поэтому нами предложен оригинальный сетевой адаптивный метод, являю-
щийся модернизацией метода поузловой невязки.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
179
Основные положения метода заключаются в следующем.
1. Задана начальная сеть Gи (Xи,Uи). На множестве ветвей Uм моделируемого
графа выделяется постоянная часть Uconst, то есть ветви, которые отображаются
в математической модели ШВС.
2. Результаты измерения расходов воздуха и депрессий наносятся на моде-
лирующий граф Gм(Xм,Uм). В моделирующем графе определяются узлы с нару-
шением первого закона сетей таким образом:
( , )
( , ) , 1, ,
l
i
i j U
q Q i j l n ',1, niqi ,
где Δqi – невязка расходов воздуха в i - том узле;
δε – необходимая точность моделирования воздухораспределения в i –том
узле;
n’ – количество узлов с нарушением первого закона сетей.
3. Определяется множество ветвей (і,j), которые моделируют пути эмиссии
метана. Для этого выполняются операции сравнения
1) Δqi>0, 2) Δqj<0,3, ji qq .
По результатам этого расчета определяются пути эмиссионного движения
метана.
4. Для расчета воздухораспределения используется метод узловых давле-
ний.
Эмиссия шахтного метана описывается сетевой структурой, включающей
ветви с сосредоточенными источниками эмиссии метана, с ламинарным зако-
ном движением газовоздушной смеси через зоны обрушения и утечки в выра-
ботанном пространстве в условиях управления кровлей полным обрушением,
при котором показатель турбулентности находится в пределах 1,5-1,7. Аппрок-
симационные характеристики сетевой структуры определяются адаптивным
методом поузловой увязки.
В результате выполненных исследований разработана сетевая газодинами-
ческая математическая модель эмиссии шахтного метана, отличающаяся уче-
том различных законов движения газовоздушной среды и усовершенствован
адаптивный сетевой метод расчета узловых давлений определения параметров
этой модели.
________________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бокий, Б.В. Совершенствование интегрального десорбометрического прогноза выбросоопасно-
сти и область его применения / Б.В. Бокий, С.Г. Ирисов, Е.В. Шкурат // Физико-технические проблемы
горного производства: сб. науч. тр. / НАН Украины, Институт физики горнах процессов. - 2010. - вып. 13. -
С. 109-116.
2. Булат, А.Ф. Создание индустрии шахтного метана в топливно-энергетическом комплексе
Украины / А.Ф. Булат // Геотехнічна механіка: міжвід. зб. наук. праць / ІГТМ НАН України, 1998. –
Вип. 10. – С. 3-12.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
180
3. Звягільський, Ю.Л. Дослідження процесу перерозподілу метану навколо очисного вибою що
рухається. / Ю.Л. Звягільський, Б.В. Бокій, В.В. Назімко. – Донецьк: «Норд-Прес», 2005. – 195 с.
4. Карашкадзе, Г.Г. Методика расчета дебита метана из зоны гидрообработки неразгруженного
угольного пласта / Г.Г. Карашкадзе. // «Метан». Отдельный выпуск Горного информационно-
аналитического бюллетеня/– М.: Изд-во «Мир горной книги», 2007.- С. 83-95.
5. Скочинский, А.А. Рудничная вентиляция / А.А. Скочинский, В.Б. Комаров. – М.: Углетехиздат,
1959. – С. 185-307.
6. Методы и средства управления газовыделением на выемочных участках шахт в период неста-
ционарных процессов / Ф.А. Абрамов, Б.Е. Грецингер, Г.А. Шевелев, В.В. Соболевский. – К.: Науко-
ва думка, 1973. – С. 4-24.
7. Дегазация угольных шахт. Требования к способам и схемам дегазации: СОУ 10.1.00174088.001
– 2004. – Макеевка: МакНИИ, 2005. – 80с.
8. Аэрогазодинамика выемочного участка / Ф.А. Абрамов, Б.Е. Грецингер, В.В. Соболевский,
Г.А. Шевелев /- Киев: Наукова думка, 1972. -236 с.
9. Патрушев, М.А. Проветривание высокомеханизированных лав / М.А. Патрушев, Е.С. Драни-
цын. – Донецк: Донбасс, 1974. – 150с.
10. Классификации теорий и методов расчета вентиляционных систем в нормальных и аварийных
режимах угольных шахт / Т.В. Бунько, И.А. Ященко, Б.В. Бокий, И.Е. Кокоулин // Геотехническая
механика: межвед. сб. научных трудов. – Днепропетровск, 2012. – Вып. 101. – С. 269-277.
REFERENCES
1. Bokyy B.V., Irisov, S.G. and Shkurat, Ye.V.(2010), «Perfection of integral desorbometrycal progno-
sis of outburst hazard and its application domain», Fiziko-tekhbicheskiye prodlemy gornogo proizvodstva:
sborbik nauchnikh trudov, no. 13. - pp. 109-116.
2. Bulat A.F. (1998) «Creation industries of mine methane in the fuel and energy complex of Ukraine»,
Geo-technical mechanics: mizvid. zb. nauk. prats, no. 10, pp. 3-12.
3. Zvyagilsky Ye.L., Bokij B.V. and Nazimko V.V. (2005), Doslidzennya protsesu pererozpodilu meta-
nu navkolo ochisnogo vyboyu shcho rukhayetsya [Research processes of reapportionment of methane around
the face which move], Nord-Pres, Donetsk, Ukraine/
4. Karashkadze G.G. (2007), «Methodic calculation of debit of methane from the area of the hydropro-
cessing undisburdened coal layer», Metan. Otdelny vypusk gornogo informatsionno-analyticheskogo
byulletenya, World of mountain book, pp. 83-95.
5. Skochynsky A.A. and Komarov V.B. (1959), Rudnichnaya ventilyatsiya [Mine ventylation],
Ugletekhyzdat, Moscow, USSR.
6. Abramov F.A., Gretsynger B.Ye., Shevelev G.A. and Sobolevsky V.V. (1973), Metody i sredstva up-
ravleniya gazovideleniyem na viyemochnirh uchastkarh v period nestatsionarnirh processov [Methods and
facilities of management by gazovydelenyem on the vyemochnykh areas of mines in the period of unstation-
ary processes], Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
7. Makeevka, MakSII (2005), SOU 10.1.00174088.001-2004: Degazatsiya ugolnirh shakht. Trebovani-
ya k sposobam I sredstvam degazatsii [Degassing of coal mines. Requirements to the methods and charts of
degassing: SOU 10.1.00174088.001 – 2004], Makeevka,Ukraine.
8. Abramov F.A., Gretsynger B.Ye., Sobolevsky V.V. and Shevelev G.A. (1972), Aerogazodynamyka
viyemochnogo uchastka [Air-gas dinamic of miking area], Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
9. Patrushev M.A., Dranytsyn Ye.S. (1974), Provenrivaniye vysokomerhanizirovannirh lav [Ventilation
of high-mechanized lavas], Donbass, Donetsk, Ukraine
10. Bunko T.V., Yaschenko I.A., Bokiy B.V. and Kokoulin I.Ye (2012), «Classifications of theories and
methods of calculation of the ventilation systems in normal and accident regimes of coal mines», Geotech-
nical mechanics: mezved. sb. nauchnikh trudov, no. 101, pp. 269-277.
_______________________________
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
181
Об авторах
Бунько Татьяна Викторовна, доктор технических наук, старший научный сотрудник в отделе
проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им.
Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск,
Украина, bunko2007@mail.ru
Боровский Анатолий Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
в отделе проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической меха-
ники им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропет-
ровск, Украина, igtmnanu@yandex.ru
Бокий Александр Борисович, аспирант Государственного высшего учебного заведения «Донец-
кий национальный технический университет» Украины ( ГВУЗ ДонНТУ), Донецк, Украина,
bokiy@yahoo.com
About the authors
Bunko Tatyana Victorovna, Doctor of Technical Sciences (D.Sc.), Senior Researcher in the Department
of problems development of deposits on large depths, Institute of geotechnical mechanics by N.S. Polyakov
National academy of sciences of Ukraine (IGTM NAS of Ukraine), Dnepropetrovsk, Ukraine, bun-
ko2007@mail.ru
Borovsky Anatoliy Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher in the Depart-
ment of problems development of deposits on large depths, Institute of geotechnical mechanics by N.S. Pol-
yakov National academy of sciences of Ukraine (IGTM NAS of Ukraine), Dnepropetrovsk, Ukraine, igtm-
nanu@yandex.ru
Bokyy Alexander Borisovich, Doctoral student of State Higher Educational Establishment «The Nation-
al Technical University» of Ukraine (SHEE «DonNTU» Ukraine), Ukraine, bokiy@yahoo.com
______________________________
Анотація. Розглядаються питання математичного моделювання шляхів емісії метану з
вугільних пластів під час функціонування шахт, які ведуть видобуток вугілля і метану. Пока-
зано, що шляхи емісії шахтного метану в атмосферу можуть бути відображені мережною
структурою із зосередженими джерелами метановиделенія, а також гілками з ламінарним за-
коном руху газоповітряної суміші через зони обвалення на поверхню. Розроблена мережна
газодинамічна математична модель емісії шахтного метану, яка відрізняється врахуванням
різних законів руху газоповітряного середовища і вдосконалений адаптивний мережний ме-
тод повузлової нев'язки для розрахунку її апроксимаційних характеристи.
Ключові слова: шахтний метан, екологія, технологічні схеми провітрювання, дегазація
виїмкових ділянок, вакуумування, повітророзподіл
Anstract. The questions of mathematical design of ways of emission methane from coal layers
at functioning of mines conducting the booty of coal and methane are examined. It is shown that the
ways of emission of mine methane to atmosphere can be represented by a network structure with
the concentrated sources of methane-excretion, and also branches with the lamynarnym law of mo-
tion of gas-air mixture through the areas of bringing down on a surface. The network gas-
dynamycal mathematical model of emission of mine methane, different by the account of different
laws of motion of gas-air environment and the adaptive network method of calculation of its param-
eters.
Keywords: mine methane, ecology, technological charts of ventilation, degassing of vyemo-
chnykh areas, vakuumyrovanye, vozdukhoraspredelenye.
Статья поступила в редакцию 22.02.2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
mailto:bunko2007@mail.ru
mailto:igtmnanu@yandex.ru
mailto:bunko2007@mail.ru
mailto:bunko2007@mail.ru
mailto:igtmnanu@yandex.ru
mailto:igtmnanu@yandex.ru
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №109
______________________________________________________________________________________________
182
УДК [622.42/.44:536.24].001.57
В.Р. Алабьев, канд. техн. наук, ст. научн. сотр.,
Б.В. Бокий, д-р техн. наук
(ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько»)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В
ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТКАХ ПРИ ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
В.Р. Алаб΄єв, канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
Б.В. Бокій, д-р техн. наук
(ПАТ «Шахта ім. О.Ф. Засядька»)
МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛООБМІННИХ ПРОЦЕСІВ В ТУПИКОВИХ
ВИРОБКАХ ЗА ПРИРОДНИХ УМОВ ФОРМУВАННЯ ТЕПЛОВОГО
РЕЖИМУ
V.R. Alabyev, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
Bokiy B.V., D. Sc. (Tech.)
(PAS « A.F. Zasyadko mine)
DESIGN OF HEAT-EXCHANGE PROCESSES IN DEADLOCK MAKING
AT NATURAL TERMS OF FORMING OF THERMAL MODE
Аннотация. Обоснована необходимость, для условий угледобычи на больших глубинах,
использования искусственного холода для нормализации климатических русловий на робо-
чих местах. Предложена математическая модель теплообменных процессов в тупиковых вы-
работках при естественных условиях формирования теплового режима. На основании реше-
ния системы уравнений теплового и массового баланса для тупиковой выработки при нагне-
тательном проветривании и принятых допущениях получены конечные зависимости для рас-
чета температуры воздуха в характерных пунктах тупиковой выработки. Полученные зави-
симости могут применяться при регулировании теплового режима тупиковой выработки с
помощью различных горнотехнических мероприятий или искусственного охлаждения возду-
ха.
Ключевые слова: теплообменные процессы, тупиковые выработки, угольные шахты,
кондиционирование рудничного воздуха
Потребность в использовании искусственного холода на шахтах Украины
возрастает с каждым годом, что обусловлено ростом глубины разработки. В
настоящее время более 50 шахт Донбасса ведут горные работы с нарушением
Правил безопасности [5] по температурным условиям труда. На некоторых
шахтах с глубиной разработки до 1300 м температура воздуха в действующих
очистных и подготовительных забоях достигает 35-39 ˚С и выше, что приводит
к росту травматизма и заболеваемости горняков.
_________________________________________________________________
© В.Р. Алабьев, Б.В.Бокий, 2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60049 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:27:37Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бунько, Т.В. Боровский, А.В. Бойкий, А.Б. 2014-04-11T10:52:12Z 2014-04-11T10:52:12Z 2013 Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана / Т.В. Бунько, А.В. Боровский, А.Б. Бойкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 109. — С. 172-181. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60049 622.411.332.001.57 Рассматриваются вопросы математического моделирования путей эмиссии метана из угольных пластов при функционировании шахт, ведущих добычу угля и метана. Показано, что пути эмиссии шахтного метана в атмосферу могут быть отображены сетевой структурой с сосредоточенными источниками метановыделения, а также ветвями с ламинарным законом движения газовоздушной смеси через зоны обрушения на поверхность. Разработана сетевая газодинамическая атематическая модель эмиссии шахтного метана, отличающаяся учетом различных законов движения газовоздушной среды и усовершенствован адаптивный сетевой метод расчета ее параметров. Розглядаються питання математичного моделювання шляхів емісії метану з вугільних пластів під час функціонування шахт, які ведуть видобуток вугілля і метану. Показано, що шляхи емісії шахтного метану в атмосферу можуть бути відображені мережною структурою із зосередженими джерелами метановиделенія, а також гілками з ламінарним законом руху газоповітряної суміші через зони обвалення на поверхню. Розроблена мережна газодинамічна математична модель емісії шахтного метану, яка відрізняється врахуванням різних законів руху газоповітряного середовища і вдосконалений адаптивний мережний метод повузлової нев'язки для розрахунку її апроксимаційних характеристи. The questions of mathematical design of ways of emission methane from coal layers at functioning of mines conducting the booty of coal and methane are examined. It is shown that the ways of emission of mine methane to atmosphere can be represented by a network structure with the concentrated sources of methaneexcretion, and also branches with the lamynarnym law of motion of gasair mixture through the areas of bringing down on a surface. The network gasdynamycal mathematical model of emission of mine methane, different by the account of different laws of motion of gasair environment and the adaptive network method of calculation of its parameters. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана Розробка методів математичного моделювання емісії шахтного метану Development of methods of mathematical design of emission of mine methane Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана Бунько, Т.В. Боровский, А.В. Бойкий, А.Б. |
| title | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана |
| title_alt | Розробка методів математичного моделювання емісії шахтного метану Development of methods of mathematical design of emission of mine methane |
| title_full | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана |
| title_fullStr | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана |
| title_full_unstemmed | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана |
| title_short | Разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана |
| title_sort | разработка методов математического моделирования эмиссии шахтного метана |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60049 |
| work_keys_str_mv | AT bunʹkotv razrabotkametodovmatematičeskogomodelirovaniâémissiišahtnogometana AT borovskiiav razrabotkametodovmatematičeskogomodelirovaniâémissiišahtnogometana AT boikiiab razrabotkametodovmatematičeskogomodelirovaniâémissiišahtnogometana AT bunʹkotv rozrobkametodívmatematičnogomodelûvannâemísííšahtnogometanu AT borovskiiav rozrobkametodívmatematičnogomodelûvannâemísííšahtnogometanu AT boikiiab rozrobkametodívmatematičnogomodelûvannâemísííšahtnogometanu AT bunʹkotv developmentofmethodsofmathematicaldesignofemissionofminemethane AT borovskiiav developmentofmethodsofmathematicaldesignofemissionofminemethane AT boikiiab developmentofmethodsofmathematicaldesignofemissionofminemethane |