Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт
Описана экспериментальная лабораторная установка модели тупиковой подготовительной выработки с регулируемыми геометрическими и термодинамическими параметрами. Приведен пример моделирования процесса нормализации температуры методом полного многофакторного эксперимента при варьировании четырьмя безраз...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87577 |
| 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: | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 113. — С. 145-150. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860070039573495808 |
|---|---|
| author | Тынына, С.В. |
| author_facet | Тынына, С.В. |
| citation_txt | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 113. — С. 145-150. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | Описана экспериментальная лабораторная установка модели тупиковой подготовительной выработки с регулируемыми геометрическими и термодинамическими параметрами. Приведен пример моделирования процесса нормализации температуры методом полного многофакторного эксперимента при варьировании четырьмя безразмерными параметрами.
Here described the experimental laboratory setting of the dead-end production with the regulation of geometrical and thermodynamic parameters. It is provided by the example modeling the process of normalization the temperature with the help of full multifactor experiment by variating of 4 dimensionless parameters.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:10:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
145
УДК 662.210.587:621.572
С.В. Тынына, мл. науч. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ
ТУПИКОВЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ
ШАХТ
Аннотация. Описана экспериментальная лабораторная установка модели тупиковой подготови-
тельной выработки с регулируемыми геометрическими и термодинамическими параметрами. Приве-
ден пример моделирования процесса нормализации температуры методом полного многофакторного
эксперимента при варьировании четырьмя безразмерными параметрами.
Ключевые слова: экспериментальная модель, тупиковая выработка, активный эксперимент, нор-
мализация температурных условий
S.V. Tynyna, Junior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine)
THE EXPERIMENTAL SETUP OF THE RESEARCH ON REDUCING THE
TEMPERATURE OF THE DEADLOCK ADVANCE WORKINGS DEEP MINES
Abstract. Here described the experimental laboratory setting of the dead-end production with the regu-
lation of geometrical and thermodynamic parameters. It is provided by the example modeling the process of
normalization the temperature with the help of full multifactor experiment by variating of 4 dimensionless
parameters.
Keywords: experimental model, a dead-end development, active experiment, the normalization of tem-
perature conditions
Исследование процесса нормализации температурных параметров шахтной
атмосферы в системе тупиковой подготовительной выработки на больших глуби-
нах, крайне затруднённо. Это особенно сложно, когда предметом исследования
являются параметры процесса нормализации шахтной атмосферы [1, 2].
Изучение данного процесса в эксплуатационных условиях требует, прежде
всего, длительного наблюдения [3, 4]. В обычных условиях объект исследования
практически не управляем по отношению к температуре атмосферы, необходима
специальная доработка системы нормализации под условия каждой выработки.
Последнее определено большими перепадами температуры в системе выработок.
Поэтому наиболее целесообразно предварительное моделирование такого про-
цесса в лабораторных условиях на специально разработанном стенде с после-
дующей проверкой полученных результатов в промышленных условиях шахты.
Для проведения лабораторных исследований способов снижения темпера-
туры подготовительных выработок в ИГТМ НАН Украины им. Н.С. Полякова была
разработана и изготовлена экспериментальная установка, конструктивная схема
которой представлена на рисунке 1, а общий вид – рис. 2.
@ Тынына С.В.
ISSN 1607-4556 146
1-
ко
рп
ус
м
од
ел
и
вы
ра
бо
тк
и;
2
- в
их
ре
во
й
ко
нд
иц
ио
не
р;
3
- п
ро
ве
тр
ив
аю
щ
ий
ка
на
л;
4
- б
ло
к у
пр
ав
ле
ни
я н
аг
ре
во
м;
5
- у
ст
ро
йс
тв
о
от
со
са
н
аг
ре
то
го
(п
ро
ко
н-
та
кт
ир
ов
ав
ш
ег
о)
во
зд
ух
а;
6
ка
на
л
от
во
да
н
аг
ре
то
го
в
оз
ду
ха
; 7
- о
бл
иц
ов
оч
ны
е
пл
ас
ти
ны
; 8
-с
мо
тр
ов
ое
о
кн
о;
9
- о
ми
че
ск
ий
н
аг
ре
ва
те
ль
Ри
с.
1–
С
хе
ма
л
аб
ор
ат
ор
но
й
ус
та
но
вк
и
дл
я и
сс
ле
до
ва
ни
я с
по
со
бо
в
сн
иж
ен
ия
те
мп
ер
ат
ур
ы
по
дг
от
ов
ит
ел
ьн
ых
ш
ах
тн
ых
в
ыр
аб
от
ок
Геотехнічна механіка. 2013. 108 147
Основным элементом
данной установки является
модель тупиковой подготови-
тельной выработки 1 (рис. 1),
выполненная в масштабе 1:100
с поперечным сечением
fм = 0,20 м2.
Корпус модели 1 изго-
товлен из ламинированного
ДСП, внутрь которого уложены
гипсовые блоки, формирую-
щие пространство модельной
выработки.
Для создания темпера-
турных условий, аналогичных
реальным, в модели установ-
лены омические нагреватель-
ные элементы 9, при помощи
которых достигается нагрев ус-
тановки до имитируемой тем-
пературы вымещающих пород.
Нагревательные элементы ус-
тановлены между асбоцемент-
ными пластинами 7.
Управление нагревом ус-
тановки осуществляется бло-
ком управления 4, питающим-
ся от внешней электрической
сети 220 В. Регулировка нагре-
ва, осуществляется вращением
регулятора 3 (рис. 3), с визу-
альным контролем напряжения по шкале 2.
Проветривание выработки осуществляется нормализированным воздухом,
который генерируется кондиционером 2 [5-9]. Данный кондиционер был специ-
ально разработан и изготовлен для проведения подобных исследований [10]. По-
дача проветривающего воздуха в выработку происходит по каналу 3. Отведение
нагретого воздуха, который проконтактировал с поверхностью забоя, осуществля-
ется с помощью центробежных устройств 5, через канал отсоса 6.
Основные технические характеристики экспериментальной установки при-
ведены в таблице 1.
Приведём пример проведения исследований с использованием данной ус-
тановки.
При принудительной схеме проветривания с отводом (отсосом) горячего
воздуха (рис. 4) эффективность нормализации температуры шахтной атмосферы
характеризуется следующими параметрами [11]:
Рис. 2 – Общий вид экспериментальной установки для ис-
следования методов снижения температуры тупиковых
подготовительных выработок
Рис. 3 – Общий вид блока управления нагревом выработ-
ки
ISSN 1607-4556 148
Таблица 1 – Технические характеристики установки для исследования методов нормализации темпе-
ратурных параметров тупиковых подготовительных выработок
Наименование параметра Единицы измерения Величина Примечание
Габаритные размеры модели:
-Длина
-Ширина
-Высота
Внутренние размеры выработки:
-Длина
-Высота
-ширина
Диапазон моделируемых температур
Разряжение отсоса нагретого воздуха:
- I ступень
-II ступень
-III (I+II) ступень
Напряжение питания
Потребляемая мощность установки (мах) -
м
м
°С
мм. вод. ст.
В
Вт
0,40
0,60
0,55
0,35
0,40
0,50
15-80
150
150
300
220
2000
( ), , , , , , , , ,вв ос с с вс с от в вв
dT f V d f T T V F
d
ν τ
τ
= , (1)
где dT
dτ
– скорость падения
температуры стенки вы-
работки;
Vвс – скорость воздуха на
выходе из става;
с – расстояние от става
до поверхности забоя;
dс – диаметр става;
fс – площадь става;
Tвс – температура возду-
ха на выходе из става;
Tвв – начальная темпера-
тура стенки выработки;
Fв – площадь выработки;
ν – влажность воздуха в выработке;
τ – время проветривания выработки.
Чтобы выявить влияние каждого из 10 факторов потребуется большое коли-
чество экспериментов, даже если воспользоваться современными методами ра-
ционального планирования экспериментов [12]. В связи с этим согласно [13] число
исследуемых факторов целесообразно сократить. Это можно сделать, например,
исключив из рассмотрения те из них, которые не управляемы с достаточной точ-
ностью, например – влажность. А такой параметр, как время – стабилизировать.
Под стабилизацией времени следует понимать выбор такого отрезка, в те-
чение которого, будет проводиться регистрация параметров одного опыта.
Количество факторов может быть уменьшено так же путём их обезразмери-
вания, в данном случае, целесообразно их представить в таком виде:
, , , .вв ос в с
от с с вс
V l F T
V d f T
(2)
Рис. 4 – Схема параметров тупиковой подготовительной
выработки при стандартном проветривании
Геотехнічна механіка. 2013. 108 149
где вв
вв
V
V
– относительная скорость воздуха при нормализации (проветривании);
ос
с
l
d
– относительное расстояние от става до поверхности торца забоя, выра-
женное в диаметрах става;
в
с
F
f
– относительная площадь выработки;
с
вс
T
T
– относительный перепад температур стенки и нормализирующего воз-
духа.
Таким образом, (1) с учётом (2) примет вид:
, , ,вв ос в с
от с с вс
dT V l F Tf
d V d f Tτ
=
. (3)
Выводы. Выполнение на экспериментальном оборудовании лабораторных
исследований позволит охватить максимальное количество основных параметров
процесса. При этом многофакторный анализ безразмерных величин показал, что
при их двухуровневом варьировании необходимо было выполнить 16 опытов,
достаточно необходимых для построения регрессионной модели процесса. Вме-
сте с тем, следует отметить, что при однофакторном эксперименте таких опытов
потребовалось бы более 2000, не учитывая необходимости неоднократного их
дублирования.
Для описанного выше примера изменение oc, fв, Tc, Vот обеспечивается ре-
гулировочными средствами стенда с достаточно высокой точностью.
В заключение необходимо отметить, что проведение запланированных экс-
периментов в лабораторных условиях позволит экономить значительное количе-
ство средств и времени, а также ускорит подготовку и проведение таких же экспе-
риментов в промышленных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Перепелица, В.Г. К вопросу о возможности применения вихревых охладителей при создании систем
кондиционирования тупиковых выработок глубоких шахт / В.Г. Перепелица, С.В. Тынына //
Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. – 2008. – Вып. 77. – С. 154-159.
2. Бойко, В.А. К вопросу о выборе способа и средств нормализации тепловых условий в подготовительных
горных выработках глубоких шахт Добасса в период их проходки/ В.А. Бойко, А.В. Бойко // Науковий
вісник НГУ. – Днепропетровск, 2004.
3. Бойко, В.А. Структура и математическая модель системы охлаждения горного массива глубокой шахты /
В.А. Бойко // Науковий вісник НГУ. – Днепропетровск, 2004.
4. Гутенберг, Б. Физика земных недр / Б. Гутенберг // М.: Мир, 1983. – 264 с.
5. Меркулов, А.П. Вихревой эффект и его применение в технике/ А.П. Меркулов. – М.: Машиностроение,
1981. – 184 с.
6. Патент на полезную модель № 31326 Украина, ПМК(2006) F04F 5/00, B02C 19/6, G01M 9/00, Кольцевое
эжекторное устройство / С.В. Тынына, А.И. Астапов, А.Д. Чаплиц, Н.И. Тоцкая, Ю.С. Яцук. – № u200706582;
Заявл. 12.06.2007; Опубл. 10.04.2008, Бюл.№7. – 4 с.
7. Перепелица, В.Г. О возможности повышения эффективности вихревых шахтных кондиционеров /
В.Г. Перепелица, С.В. Тынына, В.В. Власенко [и др.] // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. –
2009. – №82. – С. 113-119.
8. Перепелица, В.Г. О возможности применения тепловых насосов для нормализации параметров шахтной
атмосферы в процессе разработки месторождений на больших глубинах / В.Г. Перепелица, С.В. Тынына,
Э.С. Клюев // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. – 2009. – №81. – С. 211-219.
ISSN 1607-4556 150
9. Тынына, С.В. Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых
подготовительных выработок глубоких шахт // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. – 2011. –
№95. – С. 149-153.
10. Тынына, С.В. О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых
подготовительных выработок глубоких шахт // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. – 2011. –
№94. – С. 266-271.
11. Цейтлин, Ю.А. Проектирование и эксплуатация шахтных систем кондиционирования воздуха /
Ю.А. Цейтлин, Т.Г. Абрамова, В.И. Могилевский [и др.]. – М.: Недра, 1983. – 261 с.
12. Налимов, В.В. Статистические методы планирования экспериментов / В.В. Налимов, Н.А. Чернова. – М.:
Наука, 1983. – 340 с.
13. Окунь, Я. Факторный анализ / Я. Окунь. – М.: Статистика, 1974. – 200 с.
REFERENCES
1. Perepelica, V.G. and Tynyna, S.V. (2008) “To question about possibility of the using вихревых chillers when
making the systems of the air-conditioning of the dead-end productions of the deep mines”, Geotekhnicheskaya
Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 77, pp. 154-159
2. Boiko, V.A. and Boiko, A.V. (2004) ”To question about choice of the way and facilities to normalizations of the
heat conditions in starting-up mountain production of the deep mines Donbass at period their passed”,
Naukovyi Victnyk NGU [Scientific Bulletin of Noational Mining University],
3. Boiko, V.A. and Boiko, A.V. (2004) ”Structure and mathematical system model of the cooling the mountain array
of the deep mine”, Naukovyi Victnyk NGU [Scientific Bulletin of Noational Mining University],
4. Gutenberg, B. (1983) Fisika zemnyh nedr “Physics of the terrestrial depths”, Mir, Moscow, Russia.
5. Merkulov, A.P. (1981) Vihrevoi effect I ego primenenie v tehnike “Vortex effect and his using in tekhnics”,
Mashnostroenie, , Moscow, Russia.
6. Tynyna, S., Аstapov, A., Chaplic, A., Tockya, N., Yacuk, Yu. SVT Servis (2008), Kolcevoe ezhektornoe ustroistvo,
State Register of Patents of Ukraine, Kiev, UA, Pat. № 31326.
7. Perepelica, V.G. Tynyna, S.V. and Vlasenko, V.V (2009) “About possibility of increasing to efficiency vortex mine
conditioner”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 82, pp. 113-119
8. Perepelica, V.G. Tynyna, S.V. and Kluev, E.S. (2009) “About possibility of increasing to efficiency vortex mine
conditioner”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 81, pp. 211-219
9. Tynyna, S.V. (2011) “To increase the efficiency of the local climate deadlock development workings of deep
mines”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 94, pp. 266-271
10. Tynyna, S.V. (2011) “The use of vortex of air conditioners to normalize the climate deadlock development
workings of deep mines”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechanics], no. 95, pp. 149-153
11. Ceitlin, Yu. A., Abramova, T.G. and Mogilevskiy, V.I. [to other] (1983) ”Design and operation of the mine air
conditioning systems”, Nedra, Moscow, Russia.
12. Nalimov, N.A., and Chernova, N.A. (1983) “Statistical methods for design of experiments”, Nauka, Moscow,
Russia.
13. Okun, Ya. (1974) “Factor analysis”, Statistika, Moscow, Russia.
Об авторе
Тынына Сергей Владимирович, младший научный сотрудник в отделе механики эластомерных
конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной ака-
демии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, haritonroots@gmail.com
About the author
Tynyna Sergey Vladimirovich., Junior Researcher in Department of Elastomeric Component Mechanics in
Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Science
of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, , haritonroots@gmail.com
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87577 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:10:13Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тынына, С.В. 2015-10-21T16:29:06Z 2015-10-21T16:29:06Z 2013 Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 113. — С. 145-150. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87577 662.210.587:621.572 Описана экспериментальная лабораторная установка модели тупиковой подготовительной выработки с регулируемыми геометрическими и термодинамическими параметрами. Приведен пример моделирования процесса нормализации температуры методом полного многофакторного эксперимента при варьировании четырьмя безразмерными параметрами. Here described the experimental laboratory setting of the dead-end production with the regulation of geometrical and thermodynamic parameters. It is provided by the example modeling the process of normalization the temperature with the help of full multifactor experiment by variating of 4 dimensionless parameters. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт The experimental setup of the research on reducing the temperature of the deadlock advance workings deep mines Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт Тынына, С.В. |
| title | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_alt | The experimental setup of the research on reducing the temperature of the deadlock advance workings deep mines |
| title_full | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_fullStr | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_full_unstemmed | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_short | Экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_sort | экспериментальная установка для проведения исследований по снижению температуры тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87577 |
| work_keys_str_mv | AT tynynasv éksperimentalʹnaâustanovkadlâprovedeniâissledovaniiposniženiûtemperaturytupikovyhpodgotovitelʹnyhvyrabotokglubokihšaht AT tynynasv theexperimentalsetupoftheresearchonreducingthetemperatureofthedeadlockadvanceworkingsdeepmines |