Инновационные перспективы Донбасса. Том 1, 2020 г. by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

VIМЕЖДУНАРОДНЫЙНАУЧНЫЙФОРУМ ДОНЕЦКОЙНАРОДНОЙРЕСПУБЛИКИ

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

ИнновационныеперспективыДонбасса

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Научнот ехническиеаспектыразвития авт отранспортног окомплекса

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Информатика, управляющиесист емы, мат ематическое икомпьют ерноемоделирование

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Авт оматизацият ехнолог ических объект овипроцессов. Поискмолодых

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Мет аллург ияXXIст олетияг лазамимолодых

Том 1.Проблемы иперспект ивы вг орном делеист роит ельст ве

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДОННТУ) СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ДОННТУ ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Т.Г. ШЕВЧЕНКО» (ЛНУ) ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДонГТУ) ДОНЕЦКАЯ РЕСПУБЛИКАНСКАЯ МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДОНБАССА Материалы 6-й Международной научно-практической конференции Том 1. Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

г. Донецк 26-28 мая 2020 года

Донецк - 2020

ББК 65.30 УДК 330.341 (477.61/62)

И 66

Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 26-28 мая 2020 г. – Донецк: ДонНТУ, 2020. Т. 1: 1. Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве. – 2020. – 93 с.

Представлены материалы 6-й Международной научно-практической конференции “Инновационные перспективы Донбасса”, состоявшейся 26-28 мая 2020 г. в Донецке на базе Донецкого национального технического университета, включающие доклады ученых и специалистов по вопросам приоритетных направлений научно-технического обеспечения инновационного развития Донбасса и формирования механизмов повышения социально-экономической эффективности развития региона. Материалы предназначены для специалистов народного хозяйства, ученых, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Редакционная коллегия Министр образования и науки ДНР М.Н. Кушаков, ректор ДОННТУ А. Я. Аноприенко, д-р пед. наук Г. А. Сорокина, канд. наук по гос. упр. А. Е. Пожидаев, д-р техн. наук Г. Г. Литвинский, канд. техн. наук А.Н. Корчевский, д-р техн. наук Э. Г. Куренный, д-р техн. наук С. П. Еронько, канд. техн. наук С.В. Горбатко, канд. экон. наук А.В. Мешков, д-р экон. наук И.В. Филатова, председатель Совета молодых ученых ДонНТУ Е. С. Дубинка. Рекомендовано к печати ученым советом ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки ДНР. Протокол № __ от __ _______ 20__ г. Контактный адрес редакции НИЧ ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 283001 Тел.: +380 (62) 305-35-67. Эл. почта: ipd.donntu.org@gmail.com Интернет: http://ipd.donntu.org

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

СОДЕРЖАНИЕ Т.Я Мхатвари, О.Г. Кременев, В.И. Мушенко, Н.Л. Мусатова, Р.А. Насеров Разработка инструкций по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах………………………………………………………5 В.Г. Науменко, В.Г. Самойлик Методы переработки шлама с последующим обезвоживанием отходов флотационной крупности на примере опыта внедрения ленточного вакуум-фильтра на ЦОФ……………………….......................................10 В.Н. Поповский, В.Г. Чебан Анализ влияния эжектирующего действия угольного потока на эффективность проветривания механизированных лав крутого падения……………………………………………………………….…..15 О.С. Дьяковская Инновационные теплоизоляционные материалы в строительстве на основе аэрогелей…………………………………………………………20 В.Ю. Деревянский О ситуационной модели несчастного случая………………………….25 Ю.А. Плотникова, Н.И. Майбенко, Н.А. Васильева К вопросу борьбы с высокими температурами воздуха в очистных забоях глубоких шахт путем теплоизоляции участковых воздухоподающих выработок…………………………………………..30 В.Г. Самойлик, В.Г. Науменко Исследование технологии брикетирования антрацитовых штыбов....35 Л.А. Рябичева, В.В. Засько Определение влияния влажности грунта на величину тепловых потерь канальной прокладки тепловых сетей…………….……………………40 О.Г. Кременев Методика контроля радона и его дочерних продуктов распада на поверхности закрывающихся угольных шахт………………………....45 А.Я Грудачев Обоснование потребной прочности ленты при плавном пуске шахтного конвейера……………………………………………………..50 Е.А. Шумаева, В.Г. Прусов 3

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Цифровые технологии в строительстве……………………..................54 К.А. Подвигин Анализ источников тепловыделения глубоких горизонтов угольных шахт………………………………………………………………………60 К.А. Подвигин Аналитическое исследование локального охлаждения воздуха льдом на опасных производственных объектах………………………………76 В.В. Васютина Технологические решения по новому способу оставления породы в шахтах.........................................................................................................84 А.П. Делиева Повышение энергоэффективности угледобывающих предприятий Донецкой Народной Республики………………………………..……...89

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.831.322

РАЗРАБОТКА ИНСТРУКЦИИ ПО РАССЛЕДОВАНИЮ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ Т.Я. Мхатвари, О.Г. Кременев, В.И. Мушенко, Н.Л. Мусатова, Насеров Р.А. ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Макеевка, ДНР Приведены структура и нормативный правовой акт охраны труда «Инструкция по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах ДНР». Annotation. The structure and normative legal act of labor protection “Instructions for the investigation of gas-dynamic phenomena in the coalmines of the DPR” are given. Ключевые слова: авария, несчастный случай, анализ, расследование, нормативный документ, газодинамическое явление, угольная шахта. Keywords: accident, accident, analysis, investigation, regulatory document, gas-dynamic phenomenon, coal mine. Действующие нормативные документы предусматривают обязательное расследование всех несчастных случаев (НС) и аварий на производстве. К сожалению, на сегодняшний день аварийность и производственный травматизм в угольной промышленности ДНР находятся на высоком уровне. Одним из опасных производственных факторов, действующих в угольных шахтах, являются газодинамические явления (ГДЯ). Для установления порядка расследования ГДЯ с учетом специфики условий их возникновения и тяжести последствий, а также согласно ст.3 Закона ДНР «Об охране труда» [1] актуальна разработка научно обоснованного нормативного правового акта охраны труда (НПАОТ) по расследованию таких аварий. Цель доклада – разработать НПАОТ «Инструкция по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах ДНР». Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи. 1. Выполнить анализ нормативных документов по вопросам расследования и предотвращения газодинамических явлений в 5

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве угольных шахтах 2. Обосновать структуру и разработать разделы «Инструкции по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах ДНР». 3. Разработать НПАОТ «Инструкция по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах ДНР». Методология исследования – анализ и синтез законодательных и нормативных документов (НД), регламентирующих расследование и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах, обобщение опыта работы специалистов МакНИИ в комиссиях по расследованию ГДЯ. Детальный анализ НД по вопросам расследования и предотвращения газодинамических явлений в угольных шахтах выполнен авторами в [2]. Основной вывод – действующий в настоящее время документ по расследованию ГДЯ на шахтах Донбасса [3] имеет ряд недостатков, введен в действие 25 лет назад, не содержит ряда отечественных и зарубежных достижений последних лет в области расследования и учета ГДЯ, поэтому разработка нового документа необходима. Обоснование структуры разрабатываемого НПАОТ (далее структура) базируется на результатах анализа действующих НД по вопросам расследования и предотвращения ГДЯ на угольных шахтах ДНР, а также практического опыта работы сотрудников МакНИИ в комиссиях по их расследованию. Совместный результат анализа и опыта расследования и предотвращения ГДЯ позволил установить оптимальную последовательность выполняемых работ при расследовании и учёте ГДЯ в зависимости от условий их возникновения и тяжести последствий. При этом, в общих положениях разрабатываемого НПАОТ, выделили вопросы, требующие детализации методологии в процессе расследования ГДЯ. Повышенное внимание уделено вопросу ознакомления с необходимой документацией в присутствии ИТР угледобывающего предприятия с целью достоверного обследования места произошедшего ГДЯ членами комиссии и проведения опроса свидетелей для выявления обстоятельств, предшествующих и сопутствующих ГДЯ. Достоверное определение характера и объёмов работ, выполнявшихся на участке перед явлением, и точное выяснение ситуации, возникшей после явления, а также изучение технической и учётно-контрольной документации предприятия, приносят ясность в общий порядок ведения горных работ на аварийном участке. В структуре уделено внимание вопросу изучения оперативной документации и материалов контроля состояния горного массива и рудничной атмосферы с целью

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве уточнения послеаварийной обстановки и предварительной оценки места и характера ГДЯ. Экспертиза приборов и оборудования, опытной проверки параметров применяемых способов прогноза и предотвращения ГДЯ необходимы для установления технической возможности и правильности их выполнения в данных горногеологических и горнотехнических условиях. Показана необходимость оперативного расчёта объёма выделяемого метана при ГДЯ, определение интенсивности и вероятного вида ГДЯ, а также причин его возникновения. Существенное внимание уделено оформлению результатов расследования с приложением необходимого графического материала, разработанных рекомендаций по дальнейшему ведению горных работ в аналогичных горногеологических и горнотехнических условиях. Газодинамические явления (к которым относят внезапные выбросы угля и газа, внезапные выбросы породы и газа, внезапные выдавливания угля, внезапные обрушения (высыпания) угля, горные удары, внезапные прорывы метана из почвы выработок) в зависимости от степени тяжести вызванных ими последствий расследуют в порядке, предусмотренном положением о расследовании и учете НС на производстве [4], правилами ведения горных работ на пластах, склонных к ГДЯ [5] и другими нормативными документами по безопасной разработке пластов, склонных к ГДЯ. Все случаи ГДЯ в зависимости от условий их возникновения и тяжести последствий должны расследоваться соответствующими комиссиями: ГДЯ, не повлекшие за собой НС, расследует комиссия в составе представителя объединения (предприятия) – председатель, главного инженера шахты, представителей органа исполнительной власти, специализированного института, а также организации – разработчика способа прогноза или предотвращения ГДЯ, применявшегося в выработке; ГДЯ, не вызвавшие НС и произошедшие при сотрясательном взрывании или дистанционном управлении машинами и механизмами, расследует комиссия в составе главного инженера шахты (ШСУ) – председателя, горнотехнического инспектора органа исполнительной власти и представителя специализированного института; ГДЯ, повлекшие за собой НС, расследует комиссия согласно соответствующему действующему нормативному документу. При ГДЯ, вызвавших НС, в дополнение к обязанностям по организации спасения людей и ликвидации аварии, возложенным на директора шахты должностной инструкцией, до прибытия на шахту

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Председателя комиссии по расследованию аварии, он обязан: в кратчайший срок организовать охрану выходов из шахты, через которые будут выдавать пострадавших, органами милиции; запретить спуск в шахту всем, кто может быть ответственным за аварию; обеспечить сохранность обстановки на аварийном участке; установить свидетелей аварии и составить их список; составить схему аварийного участка; обеспечить неприкосновенность и сохранность магнитофонных записей, лент самописцев, технической документации и других источников объективной информации о режиме работы шахты и действиях лиц технического надзора в момент возникновения аварии и в процессе ввода в действие плана ликвидации аварии; организовать транспортировку пострадавших в медицинские лечебные учреждения, а погибших – в морг; к моменту доставки пострадавших на поверхность, вызвать на шахту следователя прокуратуры и судебно – медицинского эксперта; подготовить помещение для работы комиссии по расследованию, специальной комиссии и других комиссий и создать условия для их эффективной работы (обеспечить бумагой, необходимой документацией, оргтехникой и т.п.); при необходимости выделить и оборудовать помещение для отдыха личного состава комиссий. В зависимости от масштабов и тяжести последствий, вызванных ГДЯ, по требованию председателя комиссии по расследованию явления администрация объединения (предприятия) приглашает для расследования специалистов (экспертов). В состав комиссии не включают представителей шахты, на которой произошло ГДЯ, за исключением явления, не повлекшего НС. Результаты работы с выводами и предложениями комиссия оформляет в виде акта расследования ГДЯ (приложение I). Другие лица и организации, привлекавшиеся к расследованию, свои материалы и выводы оформляют в виде подписанных ими заключений, актов, протоколов испытаний (осмотров) и т.п. и прилагают к акту расследования ГДЯ. Не допускается вмешательство посторонних лиц в работу комиссии при подготовке акта. Разработанный НПАОТ конкретизирует порядок и содержание выполнения работ по расследованию ГДЯ с целью обеспечения объективной оценки причин и вида ГДЯ, и выработки оптимальных мер по предотвращению подобных явлений в дальнейшем. НПАОТ «Инструкция по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах ДНР» состоит из следующих разделов: 1. Общие положения; 2. Определение терминов; 3. Обозначения и сокращения; 4. Расследование обстоятельств и причин

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве газодинамического явления; 5. Определение вида газодинамического явления и причин его возникновения; 6. Составление акта по результатам расследования газодинамического явления; приложение 1 Акт расследования газодинамического явления; приложение 2 Примерный перечень вопросов при опросе свидетелей и лиц, причастных к аварии; приложение 3 Перечень нормативных документов, технической и контрольно-учетной документации, используемой при проведении расследования газодинамического явления; приложение 4 Классификация видов газодинамических явлений. Выводы 1. Разработаны структура НПАОТ и разделы «Общие ПОЛОЖЕНИЯ», «Определение терминов», «Обозначения и сокращения», «Составление акта по результатам расследования газодинамического явления». 2. Разработан НПАОТ «Инструкция по расследованию газодинамических явлений на угольных шахтах ДНР». Список литературы 1. Донецкая Народная Республика. Закон «Об охране труда» [Текст]: № 31IHC от 03.04.2015, действующая редакция по состоянию на 21.04.2015 [Электронный ресурс] сайт: Народный Совет ДНР. Режим доступа: https://dnrsovet.su/zakon-dnr-ob-ohrane-truda. 2. Мхатвари Т.Я. Анализ нормативных документов по вопросам расследования и предотвращения газодинамических явлений в угольных шахтах [Текст] / Т.Я. Мхатвари и др. [Электронный ресурс] Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 21-23мая 2019г. –Донецк: ДонНТУ, 2019.Т. 1: 1.Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве. –2019. ‒ С.70-74. Режим доступа: http://www.ipd.donntu.org/dl/IPD2019/s1.pdf. 3. Методические указания по расследованию и технической экспертизе газодинамических явлений на шахтах Донбасса [Текст]: утв. Госуглепром Украины 01.12.1993 г. ‒ Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1994 г. – 50 с. 4. Положение о расследовании и ведении учета несчастных случаев и профессиональных заболеваний на производстве [Текст]: Утверждено: Приказ Государственного Комитета Гортехнадзора ДНР от «27» августа 2015 года No 355 [Электронный ресурс] сайт: DOCPLAYER Режим доступа: https://docplayer.ru/25965389-Doneckaya-narodnaya-respublika-prikaz.html 5. СОУ 10.1.00174088.011.2005 Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям [Текст]: утв. приказ Минуглепром Украины от 30.12.2005 N 145. - К.: Изд-во стандартов Украины, 2005. – 225 с.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.794 МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ОБЕЗВОЖИВАНИЕМ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИОННОЙ КРУПНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ОПЫТА ВНЕДРЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ВАКУУУМ-ФИЛЬТРА НА ЦОФ «КАЛИНИНСКАЯ» В.Г. Науменко, В.Г. Самойлик ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Аннотация. Работа посвящена анализу применяемых технологий удаления влаги из тонкодисперсных продуктов в результате переработки минерального сырья. Annotation. The work is devoted to the analysis of applied technologies for removing moisture from finely dispersed products as a result of processing of mineral raw materials. Ключевые слова: флотация, полезные ископаемые, обогащение, обезвоживание, шлам, пресс-фильтр. Key words: flotation, minerals, enrichment, dehydration, sludge, press filter. Проблема и её связь с научными и практическими задачами. Переработка шламов является важнейшим звеном в технологических схемах углеобогатительных фабрик. От её эффективности зависят практически все показатели работы фабрики. Повышение содержания твёрдого в оборотной воде осложняет ведение гравитационных процессов обогащения крупного и мелкого машинного классов, повышается погрешность разделения. Сброс шламовых вод в наружные шламоотстойники приводит к потерям горючей массы в товарном продукте. С целью обеспечения максимального извлечения угля в концентрат и уменьшения потерь горючей массы с отходами обогащения, в технологических схемах переработки шлама на углеобогатительных фабриках обычно стремятся применить процессы и оборудование, способные эффективно обогащать уголь. В мировой практике на сегодняшний день единственным эффективным способом обогащения тонких шламов крупностью до «нуля» остаётся пенная флотация, основывающаяся на разнице физико10

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве химических свойств поверхности частиц угля и породы. Другие способы обогащения шламов до «нуля» (пенная сепарация, масляная агломерация и т.д.) не получили практического распространения. Для улучшения флотационных свойств угольных частиц применяют поверхностно-активные вещества (флотореагенты): собиратели и пенообразователи. Собиратели адсорбируются на поверхности угольных частиц и повышают их гидрофобность, т.е. улучшают сродство угольных частиц с воздушными пузырьками. Пенообразователи повышают устойчивость пены, тем самым предотвращая ее разрушение и выпадение угольных частиц из пенного слоя обратно в пульпу. В большинстве случаев в качестве собирателя при флотации углей используются аполярные реагенты: керосин, дизельное топливо, лёгкий газойль и др. В качестве пенообразователей - гетерополярные: КОБС (кубовые остатки производства бутилового спирта), КЭТГОЛ [1] и др. Методы обогащения в тяжелосредных гидроциклонах, отсадки, концентрационных столов ограничены нижней крупностью материала 0,15 мм. Методы с использованием водных циклонов, спиральных сепараторов и центрифугирования ограничены нижней крупностью 30 микрон (0,03 мм). Фактически, альтернативных флотации способов, позволяющих обогащать ультратонкий шлам крупностью менее 0,03 мм в промышленных масштабах, не существует. Флотацией наиболее эффективно извлекаются частицы угля крупностью 0,05-0,3 мм. Ультратонкие частицы заметно влияют на скорость флотации, стабилизацию пены, расходы реагентов и другие факторы процесса. Отрицательное влияние тонкодисперсных частиц на флотацию объясняется рядом причин, это: малая масса тонких частиц, налипание тонких частиц на более крупные частицы, бронирование поверхности воздушных пузырьков, очень высокая удельная площадь активной поверхности ультратонких частиц, пониженная скорость флотации. Малая масса тонких частиц снижает вероятность столкновения и соответственно закрепления частиц на пузырьке воздуха. Налипание тонкодисперсных шламов на поверхность угольных частиц затрудняет их прилипание к пузырькам. Тонкие частицы, обладая большой удельной поверхностью, в первую очередь адсорбируют реагенты. Низкая скорость их флотации также связана с их развитой поверхностью, поскольку требуется повышенное количество мелких воздушных пузырьков. Ввиду низкой селективности флотационного обогащения наиболее тонких частиц (крупностью менее 0,04-0,05 мм) в последние годы на ряде обогатительных фабрик, построенных по технологии СЕТСО (ОФ Северная г. Березовский, ОФ Бочатская-Коксовая г. Белово, ОФ 11

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Краснобродская - все в Кемеровской обл., ОФ Свято-Варваринская в Донецкой области предусматривается классификация необогащенного шлама перед флотацией в гидроциклонах малого диаметра с целью выделения тонких частиц. Такой подход может способствовать улучшению показателей флотации, однако, создаёт проблему переработки шламовой воды, содержащей тонкие частицы, и увеличивает потери угля. Постановка задачи. Анализ проблемы подтвердил необходимость в использовании высокоэффективного оборудования на обогатительных фабриках для обезвоживания тонкодисперсных углесодержащих осадков механическими методами. Современные экологические аспекты обогащения полезных ископаемых предопределяют необходимость перевода углеобогатительных фабрик на работу с замкнутым водошламовым комплексом, т.е. без илонакопителей с обезвоживанием жидких отходов. Транспортабельность и стоимость таких продуктов зависит от их влажности, высокие значения которой снижают эффективность использования этих материалов. Совершенствование технологий, связанных с тонкими частицами и шламами, является важной задачей производства. Наибольшие трудности вызывают обезвоживание тонких и мелких частиц, т.к. осадки, сформированные из них, имеют высокоразвитую поверхность, активно взаимодействующую с водой. Пористость и проницаемость этих сред обычно низкая. Следовательно, предприятия сталкиваются с необходимость использовать несколько стадий обезвоживания для доведения шламовых продуктов до необходимой влажности. Чаще применяют сочетание механического и термического обезвоживания. При сравнении этих принципов обезвоживания с позиций их экологической и стоимостной оценки предпочтение отдается, как правило, первому методу, особенно в случаях, когда не предъявляются жесткие требования к влажности продукта, но доведение его до транспортабельного состояния является необходимым. Наиболее экономичным и широко применяемым методом является механическое обезвоживание [2]. Повышение эффективности удаления влаги из тонких осадков с целью снижения их влажности механическими методами позволяет экономить энергию, расходуемую при термической доводке продуктов до товарной влажности. Для этих целей используется большое разнообразие оборудования с различными принципами действия, среди которых преобладает фильтрование. В связи с этим целью настоящей работы является оценка результатов внедрения ленточного пресс-фильтра фирмы ANDRITZ для обезвоживания шламов. 12

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Методика исследования. Исследования основаны на проведении испытания работы пресс-фильтра фирмы ANDRITZ в производственных условиях на ЦОФ «Калининская» г. Горловка. В схеме фабрики отходы флотации с флотомашин поступал в радиальный сгуститель. Сгущенные флотоотходы с плотностью 160-180 г/л перекачивались в илонакопитель, осветленная вода возвращается в технологический процесс. В связи с тем, что сроки эксплуатации илонакопителя заканчивались, встал вопрос об альтернативе илонакопителю. Решением данного вопроса стала установка на фабрику пресс-фильтра ANDRITZ CPF 2220 S8. Преимуществом выбора данного пресс-фильтра была его достаточная производительность, до 30 т/ч по твердому; его небольшие габаритные размеры: длина 7 м, ширина 3,5 м, высота 2,7 м; его низкая энергоемкость - 6 кВт/ч. Сгущенные отходы флотации из радиального сгустителя с плотностью 160-180 г/л подаются в радиальный сгуститель фильтрпрессового отделения для дополнительного сгущения до плотности 350-400 г/л. Затем подается непосредственно на пресс-фильтр (рис. 1).

Рисунок 1 – Ленточный пресс-фильтр CPF 2200 S8 [3] В горизонтальной части верхнего полотна происходит предварительное обезвоживание. Затем продукт поступает в клиновидную зо13

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве ну, где происходит обезвоживание за счет соединения двух полотен и происходит предварительное прессование. Далее продукт проходит зону высокого давления, где уже непосредственно происходит его остаточное обезвоживание. Обезвоженный продукт разгружается на конвейер и вместе с породой гравитации вывозится на породный отвал. Полотно перед следующей загрузкой предварительно промывается водой под давлением для удаления мелких частиц. Влажность разгружаемого продукта составляет 30-35%, что пригодно для транспортировки. Вся вода с фильтр-прессового отделения поступает в технологический процесс. Выводы и направление дальнейших исследований: 1. Результаты проведённых исследований показали, что применение ленточных пресс-фильтров дают положительный результат по влажности материала, доведя его до транспортабельного состояния и складирования их совместно с отходами гравитации в породный отвал. 2. Использование пресс-фильтра ANDRITZ CPF 2220 S8 даёт возможность снизить площадь земельных угодий занятых под илонакопитель, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды. Результаты исследований могут быть использованы при решении вопросов о сокращении площадей, занятых под илонакопители, с целью возврата их на нужды народного хозяйства. Также предложенная технология может быть успешно применена для удаления влаги из шламов в проектах новых углеобогатительных фабрик. Библиографический список

1. Флотационные методы обогащения полезных ископаемых : учебник для обучающихся образоват. учреждений высш. проф. образования / А.Н. Корчевский, Е.И. Назимко, В.Г. Науменко, Н.А. Звягинцева; ГОУВПО «ДОННТУ». – Донецк : ДОННТУ, 2019. – 191 с. 2. Обезвоживание продуктов обогащения полезных ископаемых : учеб. пособие для обучающихся образоват. учреждений высш. проф. образования / В. Г. Науменко, В. Г. Самойлик, Н.А. Звягинцева, Е. И. Назимко ; ГОУВПО «ДОННТУ». – Донецк : ДОННТУ, 2019. – 178 с. 3. Ленточные фильтр-прессы CPF: [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://andritz-se.ru/portfolio/lentochnyie-filtr-pressyi-cpf

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.416

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЭЖЕКТИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ УГОЛЬНОГО ПОТОКА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОВЕТРИВАНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ЛАВ КРУТОГО ПАДЕНИЯ В.Н. Поповский, В.Г. Чебан ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Алчевск, ЛНР Выполнен анализ влияния движущегося угольного потока на эффективность проветривания механизированных лав крутого падения. Выявлены факторы, влияющие на количество воздуха, эжектируемого потоком падающего угля. Проведены исследования по определению необходимого количества воздуха, для проветривания механизированных лав крутого падения. Annotation. Analysis of influence of moving coal stream on efficiency of ventilating of mechanized steep-drop longwall is performed. Factors affecting the amount of air ejected by the stream of falling coal have been identified. Studies were carried out to determine the necessary amount of air to ventilate mechanized steep-drop longwall. Ключевые слова: механизированная лава, вентиляционная струя, количество воздуха, аэродинамическое сопротивление, угольный поток, эжекция. Keywords: mechanized longwall, ventilation jet, amount of air, aerodynamic resistance, coal stream, ejection. Внедрение механизированной выемки угля на пластах крутого падения обеспечивает как повышение нагрузки на очистной забой, так и безопасности работ, особенно при разработке пластов склонных к внезапным выбросам угля и газа. Эффективным технологическим схемам выемки угля должны соответствовать и современные способы проветривания очистных забоев. При внедрении механизированной выемки на пластах крутого падения, возникают значительные трудности в обеспечении нормального режима проветривания выемочных участков, обусловленные воздействием потока падающего угля на вентиляционную струю. В отличие от технологии добычи угля в потолкоуступных забоях, в механизированных лавах падающий уголь уже не рассредоточен, а представляет собой мощный поток, движущийся с большой скоростью вдоль очистного забоя навстречу 15

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве вентиляционной струе. Это приводит к значительному сокращению количества воздуха, поступающего в лаву, вплоть до полного прекращения или даже опрокидывания вентиляционной струи. Таким образом, во время работы выемочной машины в лаве крутого падения нарушается стабильность проветривания, что приводит к загазированию забоя [1]. После прекращения работы выемочной машины газ, накопившийся в очистном забое, выносится на вентиляционный штрек, вследствие чего концентрация метана в исходящей струе может превысить допустимые нормы, а иногда даже достичь взрывоопасных пределов. Предотвратить подобные случаи возникновения повышенных концентраций метана можно только путем выбора оптимального режима проветривания добычного участка. Существующая методика расчета необходимого количества воздуха для механизированных лав крутого падения [2] не может в полной мере быть приемлема для всех условий Центрального района Донбасса. Эжектирующее действие угольного потока заключается в следующем. При работе выемочной машины в лаве крутого падения под воздействием угольного потока, движущегося с большой скоростью вдоль забоя, сокращается количество воздуха поступающего в лаву. Отбитый уголь транспортируется самотеком, накапливается в нижней части лавы в магазинном уступе и периодически выгружается в вагонетки. По мере накопления угля, перекрывается свободный проход, и расход воздуха уменьшается. Изза неритмичной работы транспорта, недостаточной емкости магазинного уступа возможна полная подсыпка лавы, перекрытие вентиляции и резкое повышение концентрации метана. При восходящем проветривании очистного забоя депрессия, создаваемая движущимся потоком угля достигает величины в 2025 даПа и может превысить депрессию участка. Поэтому, в период работы выемочной машины в лаве с восходящим проветриванием, всегда уменьшается расход воздуха по участку. В некоторых случаях это приводит к опрокидыванию струи. При этом концентрация метана в исходящей струе может возрасти в 2-6 раз, что приведет к превышению допустимой концентрации метана, срабатыванию аппаратуры газовой защиты и простою участка. Наряду с этим, как правило, в лаве наблюдается локальное опрокидывание струи и некоторая часть воздуха, эжектируемая потоком падающего угля, начинает двигаться вниз по направлению к магазинному уступу. 16

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Количество воздуха Qэж, эжектируемого угольным потоком, зависит от следующих факторов: - производительность выемочной машины mт, кг/с; - поперечное сечение лавы S, м2; - скорость движения угля vт, м/с; - высота падения угля H, м; - удельный вес угля , кг/м3; - аэродинамическое сопротивление лавы Ra, Мюрг; - средний эквивалентный диаметр куска угля dэ, м. То есть: (1) Qэж  f  mт , S , т , H ,  , Ra , d э  , м3/с. Процесс локального опрокидывания вентиляционной струи в лаве можно представить следующим образом. В начале цикла, при работе комбайна в нижней части лавы, энергия, сообщаемая воздушному потоку падающим углем, незначительна ввиду малой высоты падения и скорости движения угля. В этом случае энергия воздушного потока Еп, движущегося вверх по лаве, больше энергии Еу, сообщаемой воздушному потоку движущимся углем, то есть Еп > Еу и опрокидывание воздушной струи не происходит. По мере движения выемочной машины вверх Eу увеличивается и может стать равной Eп, что приведет к прекращению проветривания призабойной части лавы, а воздушный поток переместится от забоя в сторону выработанного пространства. При дальнейшем движении комбайна вверх по лаве Eу становится гораздо большим Eп, что приведет к локальному опрокидыванию вентиляционной струи. Таким образом, качество проветривания призабойного пространства лавы зависит от сочетания факторов, представленных в выражении (1). Так как во время работы выемочной машины происходит интенсивное газовыделение из движущегося угольного потока, обнаженной поверхности пласта и угля в магазинном уступе, то концентрация метана в районе комбайна может достигнуть опасной концентрации. Поскольку эффективность проветривания машинной части лавы определяется количеством воздуха, эжектируемого падающим угольным потоком, то установление зависимости взаимовлияния величин, представленных в выражении (1), является актуальной задачей. Рассматривая угольный поток как неполную свободную струю сыпучего материала, движение которого происходит в однородном поле силы тяжести при квадратичном законе сопротивлении воздуха, применив к нему теорему изменения количества движения элементарного объема воздуха за время dt, получим выражение: 17

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве d  mв  vв   Fdt . где mв – массовый расход воздуха, кг/с; νв – скорость движения воздуха, м/с. Используя экспериментальные данные, представленные на рисунке 1 (кривые зависимости скорости vт и времени t угольного потока от длины машинной части лавы L), и выполнив необходимые преобразования, получим выражение для определения количества воздуха, эжектируемого движущимся угольным потоком: (2) Qэж  60    vт  S у , м3/с

где  – коэффициент скольжения фаз. Sу – сечение части призабойного пространства, по которому движется угольный поток, равное: S у  b у  m , м2 где bу – ширина призабойного пространства, по которому движется основная масса угля (bу = 1,3-1,5 м), м; m – мощность пласта, м.

1 – vт = f1(L); 2 – t = f2(L) Рисунок 2 – Зависимость скорости и времени движения потока угля в механизированном очистном забое от длины машинной части лавы при  = 60°

Необходимое количество воздуха для проветривания механизированных лав, оборудованных выемочными машинами, окончательно определяем из выражения: 18

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Qуч  Q р  Qэж , м3/с

где Qр – расчетное количество воздуха, определяемое по методике, представленной в работе [1], где коэффициент неравномерности принимается для нерабочих смен по [3]; Qэж – количество воздуха, эжектируемого движущимся угольным потоком, вычисляется по (2). Выводы. 1. Основной причиной резких повышений концентрации метана в исходящей струе механизированных лав крутого падения является рециркуляция воздушного потока, возникающая в лаве под действием мощного потока угля, движущегося с большой скоростью вдоль очистного забоя навстречу вентиляционной струе. 2. При восходящем проветривании депрессия, создаваемая падающим углем, достигает величины в 20-25 даПа и может превысить депрессию вентиляционной сети участка, обуславливая опасность опрокидывания воздушной струи в лаве и загазирования добычного участка. 3. Определено влияние основных горнотехнических факторов на величину количества воздуха, эжектируемого движущимся угольным потоком, в механизированных лавах крутого падения. 4. Получена зависимость величины количества воздуха, эжектируемого движущимся угольным потоком в механизированных лавах крутого падения, от основных горнотехнических факторов Перечень ссылок 1. Поповский, В.Н. Совершенствование методики расчета количества воздуха для проветривания механизированных лав крутого падения [Текст] / В.Н. Поповский, В.Г. Чебан // Сборник научных трудов ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ». Вып. 18 (61) — Алчевск : ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2020. — С.27-34. 2. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт [Текст] : НПАОТ 10.0-7.08-93 : утв. приказом Государственного комитета Украины по надзору за охраной труда 20.12.1993. — Киев : Министерство угольной промышленности Украины, 1994. — 311 с. 3. Рекомендации по обеспечению нормального проветривания комбайновых лав на крутых пластах с учетом влияния падающего угля и устранения опасности подсыпки угля [Текст] : утв. Минуглепромом Украины 28.10.1974. — Донецк : Министерство угольной промышленности УССР, 1975. — 13 с

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 66.045.3

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ НА ОСНОВЕ АЭРОГЕЛЕЙ О.С. Дьяковская ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ», г. Луганск, ЛНР В статье выполнен краткий обзор используемых перспективных современных теплоизоляционных материалов на основе аэрогелей. Даны основные характеристики и область применения технологических зарубежных разработок в области строительства. Annotation. The article provides a brief overview of promising modern thermal insulation materials based on aerogels. The main characteristics and the scope of technological foreign developments in the field of construction are given. Ключевые слова: аэрогель, гибкая теплоизоляция, пирогель, криогель, диоксид кремния, теплоперенос. Keywords: aerogel, flexible thermal insulation, pyrogel, cryogel, silicon dioxide, heat transfer. Введение новых теплотехнических требований и норм послужило толчком к развитию производства и широкому использованию теплоизоляционных материалов. Стали разрабатываться и внедряться различные конструктивные решения многослойных наружных стен повышенного уровня теплозащиты. Появились первые успехи, первые ошибки и первые неудачи. Все это сопровождается широкой дискуссией в массовой печати и в специальных изданиях о лоббировании введения новых норм повышенной теплозащиты зданий со стороны производителей теплоизоляционных материалов. Одним из самых перспективных и развивающихся направлением является нанотехнологии в строительстве. Одной из самых инновационных и интересных разработок является аэрогель[1]. Аэрогели (отлат. аer– воздух и gelatus – замороженный) – класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы поистине уникальны так как обладают рекордно низкой плотностью1,9 кг/м³, в 500 раз меньше плотности воды и демонстрируют ряд уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, стойкость к радиации, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность [2]. 20

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Впервые аэрогель получил еще в начале прошлого века американский химик из университета Стенфорда Сэмюэль Кистлер, опубликовавший свои результаты в журнале Nature. В ходе опытов ученый заменил жидкость в обычном геле метанолом и под высоким давлением нагрел его до критической температуры 240° С. Спирт испарился, но оставшаяся структура не уменьшилась в объеме. Среди аэрогелей наиболее распространенным является гель на кварцевой основе. Среди твердых тел он имеет отличные показатели теплопроводности 0,017 (Вт/(м×К)), данный показатель меньше чем теплопроводность воздуха 0,024 (Вт/(м×К)). На территории Российской Федерации официальным представителем производителя теплоизоляционных материалов на основе аэрогеля компании Aspen Aerogels с 2011 г. является ООО «Объединенная промышленная инициатива». Американская компания Aspen Aerogels производит серийно теплоизоляцию марок: Pyrogel XT на основе аэрогеля SiO2, армированного стекловолокном с температурой эксплуатации до 650°С, и Cryogel Z на основе аэрогеля SiO2, армированного стеклянным холстом с температурами эксплуатации от -260 до +90°С, а также марок Spaceloft и Spaseloft Subsea на основе нетканого холста из стекловолокна с частицами аэрогеля SiO2 с температурами эксплуатации от -100 до +200°С. [3]. Pyrogel XT, Pyrogel XT-E, Pyrogel XTF – высокотемпературная гибкая теплоизоляция, предназначенная для применения в условиях обычных и высоких рабочих температур. Применяется для теплоизоляции труб, паропроводов, сосудов и арматуры, обладает непревзойденной теплоизолирующей способностью, сохраняет свои теплоизолирующие свойства даже будучи в сжатом состоянии. Cryogel Z –нанопористая теплоизоляция для сверхнизких температур и криогенной техники, которая представляет собой стекловолокнистый холст с распределенными в нем частицами аэрогеля диоксида кремния. Имеется пароизоляционный слой в виде алюминиевой фольги, дублированной полимерной пленкой. Обеспечивает уникальную тепловую защиту при минимальном весе и толщине в диапазоне температуры от -265 до 125°С. Плотность аэрогеля Cryogel равна 130 кг/м3. Материал является паронепроницаемым, благодаря наличию пароизоляционного слоя, препятствует коррозии, не горит, легок, имеет высокое термическое сопротивление, не содержит опасных веществ и пыли, легко режется и монтируется, работает при сверхнизких температурах. 21

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Применяется, как теплоизоляция для широкого спектра оборудования и трубопроводов, применение Криогеля повышает энергоэффективность оборудования, обеспечивает термостатирование транспортируемых или хранимых веществ, предотвращает образование конденсата и наледи. Spaceloft – гибкая нанопористая теплоизоляция на основе кварцевого аэрогеля с низким коэффициентом теплопроводности, что позволяет добиться непревзойденных результатов по сокращению теплопотерь жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений при минимальной толщине теплоизоляции в диапазоне температуры от -100 до 200°С. Плотность аэрогеля Spaceloft равна 150 кг/м3. Spaceloft легок, негорючий, отталкивает воду, не отсыревает, удобен в использовании и прост в монтаже. Материал поставляется в рулонах, идеально подходит для наружной и внутренней теплоизоляции стен, крыш, полов, потолков и стыков, сохраняет свои теплоизолирующие свойства даже будучи в сжатом состоянии. Материал легко режется, и крепится, подходит для теплоизоляции поверхностей любой конфигурации, экологичен, не содержит опасных веществ и не выделяет пыли. Низкая теплопроводность Spaceloft позволяет в несколько раз снизить толщину теплоизолирующего слоя и тепловые потери в строительстве. Китайская компания Alison Aerogel также разработала и продает материалы на основе аэрогелей SiO2 в виде гибкой рулонной и жесткой плиточной теплоизоляции, аналогичные производимым американским материалам. В России официальным представителем этой фирмы является ООО «ТИМ» г. Санкт-Петербург. Данная компания выпускает рулонную теплоизоляцию Alison Aerogel Blanket DRT06-Zи Alison Aerogel Blanket DRT1010-Z, а также жесткие плиты Alison Aerogel Panel GY10 с нанопористой структурой различной толщины, подходящих для широкого спектра температур и обладающих высокой прочностью на сжатие для применения в промышленности, строительстве и других областях. Плита на основе аэрогеля GY10 Series от Alison Aerogel выполнена с применением новой нанотехнологии и состоит из нанокварцевого аэрогеля и волокон, что позволяет данному продукту занимать лидирующие позиции в промышленности. Еще одно применение в строительстве нашли аэрогели в сфере остекления. Из-за высокой отражающей способности некоторые виды аэрогелей практически прозрачны, поэтому их используют в качестве

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве светопрозрачных конструкций, например, для заполнения пластиковых окон или создания бесшовного стеклянного фасада [4]. К осуществленным случаям применения аэрогеля в области остекления общественных зданий можно отнести: жилой дом в Холменколлене, Осло, Норвегия; супермаркет Rema 1000 в Кроппанмарке, Тронхейм, Норвегия; вестибюль торгового центра, Тамсвег, Австрия[5]. Инженеры швейцарского исследовательского института Empa создали кирпичи с наилучшими на сегодня изоляционными показателями, заполнив их аэрогелем. По сравнению с этими так называемыми «аэрокирпичами», кирпичи той же структуры и толщины с изоляцией из перлитового наполнителя на треть хуже удерживают тепло. Это значит, что стены из аэрокирпича можно строить на 35% тоньше при тех же теплоизоляционных качествах. Различие проявилось еще более ярко, когда аэрокирпичи сравнили со старыми добрыми неизолированными кирпичами, которые проводят тепло в 8 раз лучше. По расчетам Empa, для того, чтобы выложить из этих кирпичей стену, так же хорошо защищающую от холода, как 20-см стена из аэрокирпича, она должна быть шириной 2метра. Выводы. В результате проведенного обзора научно-технической литературы установлено, что в настоящее время в разработках развитых стран все активнее используется наноструктурированный инновационный материал – аэрогель при изготовлении тепло- и звукоизоляционных материалов в строительстве. Теплоизоляционные свойства материалов на основе аэрогелей как и процесс теплопереноса в стеновых конструкциях с использованием этого материала полностью не изучен и в научной литературе практически не освещен. Таким образом, представляется возможным дальнейшая разработка процесса теплопереноса в ограждающих стеновых конструкциях для решения проблем тепловой защиты зданий и сооружений. Перечень ссылок 1. Михайлов И.М. Аэрогель в гражданском строительстве. Применение и перспективы развития//Международные научно-практические конференции. М. Изд-во: ИП Коротких А.А. 2018. С.397-404 2. Иванов Н.Н., Иванов А.Н. Теплоизоляционный аэрогель и пьезоактивная пленка PVDF – современные перспективные материалы для космической техники и космического приборостроения // Вестник «НПО им. С.А.Лавочкина». 2011 № 2 3. В.Г. Бабашов, Н.М. Варрик, Т.А. Карасева Применение аэрогелей для создания теплоизоляционных материалов (обзор) //Труды ВИАМ. 2019. № 6 (78) 4. Valachova D., Zdrazilova N, Panovec V., Skotnicova I. Using of aero-gel to

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

improve thermal insulating proper-ties of windows // Civil and environmental engineering. 2018. №1. P. 2–11. 5. Копылов А.Б., Любин Н.С., Герасимова В.О. Применение аэрогеля при остеклении фасадов зданий // Вестник Евразийской науки, 2019 №2

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.8:614.8.01

О СИТУАЦИОННОЙ МОДЕЛИ НЕСЧАСТНОГО СЛУЧАЯ В.Ю. Деревянский ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Макеевка, ДНР Выполнены теоретические исследования и построена ситуационная модель несчастного случая, которая объясняет, почему работа с нарушениями требований охраны труда не всегда заканчивается травмой. Theoretical researches are executed and the situational model of accident, which explains why work with violations of requirements of labour protection not always ends with a trauma, is built. Ключевые слова: травматизм, шахтная производственная система, ситуационная модель, причина. Keywords: traumatism, mine productive system, situational model, reason. Поиск путей дальнейшего совершенствования профилактики травматизма на угольных шахтах показал, что перспективным направлением является исследование законов (закономерностей) возникновения несчастных случаев (НС) и разработка на их основе эффективных методов, способов и средств управления безопасностью. Предположение о существовании таких законов (закономерностей), общих для случаев травматизма по разным опасным производственным факторам (ОПФ), основано на том, что каждый НС, независимо от травмирующего фактора, является частным проявлением одного и того же явления – явления травматизма. Обзор работ [1-4 и др.] позволил установить, что законы (закономерности) травматизма представляют в виде моделей, теорий, концепций. Существуют разные типы моделей (теорий, концепций). Одни описывают стадии (фазы) возникновения НС, другие – поведение человека в условиях производственной опасности, третьи – причинно-следственные связи опасных происшествий, четвертые представляют собой методологическое основание для исследования событий или формирования статистики травматизма. В отечественной теории и практике наибольшее распространение получили модели НС типа «дерево отказов» [4]. За рубежом метод построения таких 25

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве моделей получил название «метод FTA» (fault tree analysis – англ. дерево анализа аварий), и также нашел широкое применение [1-3]. Анализ источников [1-4 и др.] показал, что известные модели НС не дают ответа на вопрос, почему работа с нарушениями требований охраны труда (ОТ) не всегда заканчивается травмой. Почему в одних случаях при работе с указанными нарушениями произошел НС, а в других (которых на практике гораздо больше) – нет? Ответ на этот вопрос позволит повысить эффективность работ по предотвращению производственного травматизма. Поэтому необходимо провести исследования и построить соответствующую модель НС. Анализ возможных методологических подходов к построению модели НС показал, что решение этой задачи целесообразно осуществить с помощью классической логики [5]. Логические условия возникновения НС сформулируем исходя из следующих положений. Каждый случай производственного травматизма на угольных шахтах происходит в пределах определенной шахтной производственной системы (ШПрС), под которой в зависимости от зоны действия ОПФ понимается рабочее место, горная выработка, участок (сеть горных выработок), объект шахтной поверхности, шахта. Как показывает практика, к травмированию работника приводят нарушения требований ОТ, которые выступают в роли причин НС. В то же время, работа с нарушениями ОТ далеко не всегда заканчивается травмой. Это свидетельствует о существовании условия достаточности нарушений требований ОТ (причин) для возникновения НС. Исследуем данную закономерность травматизма на конкретном примере. Поскольку разрабатываемый метод предназначен для управления безопасностью ШПрС независимо от фактора (кроме случаев естественной смерти и криминальных происшествий), то акт расследования НС для теоретического исследования был выбран случайным образом – извлечен из стопки актов «вслепую». Пострадавший – работавший в третью смену проходчик, до окончания смены самовольно покинул рабочее место и направился в сторону клетевого ствола для выезда на поверхность. По пути он сел в заднюю кабину электровоза – «спарки» 2АМ8Д, доставлявшего к стволу партию вагонеток, груженных углем. Во время движения состава по выработке на стрелочном переводе электровоз сошел с рельсового пути, при этом сорвавшейся аккумуляторной батареей пострадавший был прижат и тяжело травмирован. Причины НС: самовольное досрочное оставление рабочего места пострадавшим без разрешения инженерно-технического работника (ИТР);

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве самовольная посадка пострадавшего в заднюю кабину электровоза; машинист электровоза допустил перевозку постороннего лица в задней кабине электровоза; неудовлетворительное состояние путевого хозяйства; и.о. помощника начальника добычного участка, работником которого является пострадавший, не обеспечил соблюдение производственной дисциплины в руководимой смене; недостаточный уровень контроля за производственной дисциплиной со стороны ИТР участка шахтного транспорта. В целях упрощения теоретических исследований из дальнейшего рассмотрения допустимо исключить необеспечение соблюдения производственной дисциплины и недостаточный уровень контроля со стороны ИТР, поскольку в данном случае эти нарушения имеют причинно-следственную связь с нарушениями требований ОТ пострадавшим и машинистом электровоза (т.е. выступают в роли причин второго порядка – причины причин); в качестве причин своевременного, до травмирования работника, неустранения нарушений они рассматриваться не могут, т.к. в месте совершения нарушений требований ОТ пострадавшим и машинистом электровоза указанных ИТР не было. Условие достаточности нарушений требований ОТ (причин) для возникновения НС сформулируем, используя принцип доказательства «от противного», в терминах естественного языка с помощью логической импликации, представляющей собой условное высказывание вида «если…, то…» [5]: «если пострадавший не ушел раньше времени с рабочего места, то его не было в кабине электровоза при сходе последнего с рельсового пути, и он не травмирован сдвинувшимся батарейным ящиком»; «если пострадавший ушел раньше времени с рабочего места, но не сел в кабину электровоза, то его нет в кабине при сходе электровоза с рельсового пути и он не травмирован сдвинувшимся батарейным ящиком»; «если пострадавший ушел раньше времени с рабочего места, сел в кабину электровоза, но машинист остановил электровоз и высадил его из кабины, то при сходе электровоза с рельсового пути он не травмирован сдвинувшимся батарейным ящиком»; «если пострадавший ушел раньше времени с рабочего места, сел в кабину электровоза и машинист не остановил электровоз и не высадил пострадавшего из кабины, но рельсовый путь соответствует

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве требованиям ОТ, то электровоз не сошел с рельсового пути и пострадавший не травмирован сдвинувшимся батарейным ящиком». Таким образом, для возникновения данного НС необходимо наличие всех четырех причин – исключение хотя бы одной из них делает возникновение НС невозможным. Отсюда следует условие достаточности нарушений требований ОТ (причин) для возникновения НС: к НС приводит не любая произвольная, а только определенная комбинация нарушений требований ОТ (причин НС). Такая комбинация представляет собой элементарную конъюнкцию (логическое произведение) причин и в последующем изложении именуется ситуацией травмирования человека (СТ). В общем виде СТ (обозначим через К) описывается выражением: r

K  x1  x2  ,...,  xr   xi i 1

где х1, х2,…, хr – нарушения ОТ, приведшие к НС (причины НС); r – количество причин в СТ (ранг конъюнкции); i – порядковый номер нарушения ОТ (причины НС) в ситуации;  – знак логического умножения (конъюнкции). Наряду с причинами, в рассмотренном НС, как и во всех случаях травматизма, присутствует фактор случайности. В книге [6] Дэвид Бом пишет: «… правильно говорить об объективно достоверных законах случая, которые говорят нам о стороне природы, не описываемой полностью одними причинными законами. Фактически законы случая столь же необходимы, как и сами причинные законы». На основе [6] и имеющихся знаний о травматизме можно сделать вывод о существовании свойства направленности фактора случайности: отрицательная направленность (обозначим С¯), когда фактор случайности способствует возникновению НС, и положительная направленность (С+), когда благодаря фактору случайности человеку удается избежать травмы даже при наличии СТ. В рассмотренном примере фактор случайности отрицательной направленности проявился следующим образом: электровоз мог проехать немного раньше или позже того времени, когда пострадавший шел по выработке, а также пострадавший мог прийти раньше или позже того времени, когда проезжал электровоз (и в первом и во втором случае он не встретил бы электровоз или не имел бы возможности сесть в его кабину); не каждый сход электровоза с рельсового пути сопровождается сдвижением батарейного ящика.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве На основании вышеизложенного построена модель, по основной ее составляющей (СТ) названная «ситуационной моделью НС»: (1) ( K  C  )  А, где → – знак импликации («если…, то»); А – НС. Модель (1) описывается логическим высказыванием: «если в производственной системе возникают ситуация травмирования человека и фактор случайности отрицательной направленности, то происходит несчастный случай». Практика показывает, что частота проявления С+ намного больше, чем С¯, но направленность фактора случайности обнаруживается только после произошедшего события и заранее прогнозировать ее (а, следовательно, и управлять ею) невозможно. Поэтому для решения практических задач профилактики травматизма, из модели (1) следует исключить С¯, и использовать неполную ситуационную модель НС. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку метода ситуационного управления безопасностью ШПрС. Выводы Проведены теоретические исследования и построена ситуационная модель НС, согласно которой условием травмирования работника является наличие в шахтной производственной системе не любой произвольной, а только определенной комбинации нарушений требований ОТ (причин НС) и фактора случайности отрицательной направленности. Для решения практических задач профилактики травматизма целесообразно использовать неполную ситуационную модель НС, не учитывающую фактор случайности. Перечень ссылок 1. Pietrzak L. Analiza wypadków przy pracy dla potrzeb prewencji / L. Pietrzak. – Warszawa: Główny inspektorat pracy, 2007. – 104 s. 2. Harms-Ringdahl L. Guide to safety analysis for accident prevention / L. HarmsRingdahl. – Stockholm: IRS Riskhantering AB, 2013. – 347 s. 3. Taylor G. Enhancing occupational safety and health / G. Taylor, K. Easter, R. Hegney. – Oxford: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004. – 618 s. 4. Ткачук С. П. Взрывопожаробезопасность горного оборудования / С. П. Ткачук, В. П. Колосюк, С. А. Ихно.– К.: Основа, 2000.– 696с. 5. Ивин А. А. Словарь по логике / А. А. Ивин, А. Л. Никифоров. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1997. – 384с. 6. Бом Д. Причинность и случайность в современной физике / Д. Бом; пер. с англ. С. Ф. Шушурина. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1959. – 248 с.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.413

К ВОПРОСУ БОРЬБЫ С ВЫСОКИМИ ТЕМПЕРАТУРАМИ ВОЗДУХА В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ ГЛУБОКИХ ШАХТ ПУТЕМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ УЧАСТКОВЫХ ВОЗДУХОПОДАЮЩИХ ВЫРАБОТОК Ю.А. Плотникова, Н.И. Майбенко, Н.А. Васильева ГУ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Макеевка, ДНР Изложены актуальность и целесообразные меры в борьбе с высокими температурами воздуха в выработках глубоких шахт Донбасса. Одним из способов регулирования температуры рудничной атмосферы служит теплоизоляция стенок выработок. В условиях дефицита шахтной холодильной техники предложен комплекс горнотехнических мер, направленных на улучшение тепловых условий в горных выработках. Annotation. Set out the urgency and appropriate direction to combat the high temperatures of air in workings of deep mines of Donbas. One of regulation ways for mine air temperature is thermal insulation of working walls. In conditions of shortage of mine refrigeration equipment presented a set of mining measures aimed at improving the thermal conditions in the mine workings. Ключевые слова: глубокая шахта, выработка, температура воздуха, горный массив, теплоизоляция, регулирование Keywords: deep mine, mine opening, air temperature, rock massif, thermal insulation, regulation Одной из наиболее сложных проблем для глубоких шахт в Донецком бассейне является формирование в горных выработках высоких значений температуры воздуха. Особенно это касается очистных забоев при ведении добычи угля на глубинах 1000 м и более. Температура шахтного воздуха в лавах без своевременного принятия комплекса мер может значительно превышать допустимые санитарные нормы. В тепловом балансе лав и выемочных участков существенную долю составляют теплопритоки из выработанного пространства. Поэтому вопрос разработки и внедрения на шахтах различного вида спо30

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве собов и мер борьбы с высокой температурой воздуха остается в настоящее время весьма актуальным. Целью статьи является ознакомление руководителей и специалистов глубоких шахт с целесообразными мерами в борьбе с высокими температурами рудничной атмосферы в выработках выемочных участков. Внедрение рекомендуемых способов и мер наряду с применением других горнотехнических и специальных мер положительно скажется на регулировании тепловых условий в очистных забоях глубоких горизонтов угольных шахт Донбасса. Улучшения тепловых условий в выработках выемочных участков глубоких шахт можно достигнуть без применения холодильной техники за счет увеличения расхода воздуха, подаваемого на их проветривание [1]. Но эта мера в количественном отношении не безгранична. Требуются другие способы, которые позволили бы уменьшить теплоприток из высокотемпературного горного массива, особенно, в выработках, по которым свежий воздух подается на проветривание очистных забоев. Необходимо также внедрение способов и мер, предопределяющих уменьшение утечек воздуха через выработанное пространство и соответственно теплопритоков из него в работающие лавы. На основании анализа результатов исследований [1] и обоснования способа герметизации и теплоизоляции выработок [2] шахтам рекомендуется для улучшения тепловых условий в лавах выполнение на выемочных участках следующих мер: герметизация стенок (бутовых полос) участковых воздухоподающих выработок со стороны выработанного пространства с целью уменьшения утечек воздуха и соответственно снижения тепловыделения из выработанного пространства в очистные забои; теплоизоляция стенок участковых воздухоподающих выработок с целью уменьшения теплопритока из горного массива и соответственно нагрева воздуха по их длине. Тепловыделение горного массива является преобладающим в тепловом балансе участковых воздухоподающих выработок и возрастает с увеличением глубины разработки [1]. Участковые воздухоподающие выработки относятся к объектам, длительность существования которых исчисляется годами и месяцами. При сплошных системах разработки с проведением воздухоподающих выработок вслед за подвиганием очистного забоя длительность существования призабойных зон выработок исчисляется сутками или даже часами. В связи с этим, тепловыделение вмещающих горных

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве пород в участковых воздухоподающих выработках при столбовых системах разработки ниже, чем при сплошных. С точки зрения формирования тепловых условий в лавах наиболее неблагоприятными на глубоких горизонтах являются сплошные системы разработки с возвратноточными схемами проветривания [1]. Охрана выработок при этом осуществляется бутовыми полосами шириной 10-15 м. Для уменьшения тепловыделения горного массива и снижения нагревания воздуха на пути его следования к забоям положительный эффект может дать теплоизоляция стенок горных выработок [3]. При теплоизоляции стенок выработок снижается величина теплового потока из горного массива в воздух за счет искусственного создания термического сопротивления на границе сред «горный массив – воздух». В качестве теплоизоляционных материалов в шахтных условиях могут быть использованы различные пористые материалы или изделия из них, которые обладают низким коэффициентом теплопроводности, а также низкой влагопроницаемостью, хорошей адгезией к горным породам. Теплоизоляционные покрытия должны быстро и легко устанавливаться в горных выработках и быть относительно не дорогими. В настоящее время известен ряд разработанных способов теплоизоляции стенок горных выработок для глубоких шахт и рудников [1,4]. Наряду с теплоизоляцией стенок участковых воздухоподающих выработок перспективным способом является изоляции их от выработанных пространств работающих лав. К таким способам относятся современные технологии и технические решения по физико-химическому укреплению горного массива, обрушенных горных пород и созданию различного вида теплогидроизоляционных полос и уплотнительных теплоизоляционных покрытий на основе быстро вспенивающихся при соединении полимерных материалов. С целью уменьшения тепловыделения горного массива в воздухоподающих выработках выемочных участков и теплопритока из выработанного пространства лав наиболее целесообразными являются следующие технологические модули применения полимерных пен: - уплотнение околоштрековых бутовых полос или оборудование специальных полос для уменьшения утечек воздуха через выработанное пространство лав и соответственно уменьшения тепловыделений из него;

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве - герметизация стенок горных выработок слоем пены с низким коэффициентом теплопроводности в закрепленном арочной крепью пространстве. - теплоизоляция стенок воздухоподающих участковых выработок с помощью специальных устройств, размещаемых между арками металлической крепи без загромождения в свету их поперечного сечения [3]. Герметизирующие и теплоизоляционные материалы (двухкомпонентные пены) получают в результате соединения двух жидких компонентов - смолы и катализатора. В настоящее время известны специально разработанные для применения в подземных условиях легкие пены, например, производства фирмы «KarboTech» (Германия), A.WEBER S.A. (Франция), образуемые смешиванием двух компонентов в холодном виде с использованием сжатого воздуха. Пены обладают хорошими уплотняющими свойствами. Согласно техническим характеристикам фирм производителей, устойчивы к действию воды, устойчивы к воздействию температуры до +110 °С (температура разложения около +220 °С, без образования токсичных газов). Эти герметизирующие и теплоизолирующие технологии с точки зрения влияния на формирование теплового режима горных выработок в глубоких угольных шахтах еще недостаточно изучены, в связи с этим, не получили широкого применения. Однако следует отметить, что применение двухкомпонентных полимерных составов при разработке глубоких горизонтов шахт может оказать позитивное влияние на улучшение температурных условий в горных выработках. Непременным условием применения в горных выработках шахт легких пористых материалов (пен) должно быть получение соответствующих разрешений горного надзора. Применение рассмотренных горнотехнических решений может обеспечить снижение температуры воздуха в очистных забоях глубоких шахт на 2-3°С и более. Выводы. В решении вопросов борьбы с высокими температурами воздуха в очистных забоях глубоких шахт, в первую очередь, должны быть использованы возможности комплекса горнотехнических способов и мер, в том числе по увеличению расхода воздуха с обеспечением скорости воздуха в лавах до 4 м/с и более, а также применением на выемочных участках способов герметизации и теплоизоляции стенок воздухоподающих участковых штреков, направленных на уменьшение утечек воздуха через выработанное пространство и на уменьшение тепловыделения горного массива.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Перечень ссылок 1. Мартынов А.А., Малеев Н.В., Яковенко А.К. Тепловой режим глубоких угольных шахт. Монография /под редакцией А.А. Мартынова). - Донецк: изд-во «Ноулидж». - 2014. - 443 с. 2. Литвинский Г.Г., Мартынов А.А. Устройство для теплоизоляции и герметизации выработок. - Патент № 60721А Украины, 2004. - Бюл. №10. 3. Плотникова Ю.А., Майбенко Н.И., Мартынов А.А. Теплоизоляция стенок горных выработок как способ регулирования тепловых условий в глубоких шахтах. Научные труды – Кубань, КубГТУ, №3, 2019. - С. 421-430. (Электронное издание: http//ntk: kubstu/ru/file/2555). 4. Сучков А.Н., Шведик П.П. Технология изоляции стенок подземных выработок. - Уголь Украины. - 2000, №1. - С. 20-22.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БРИКЕТИРОВАНИЯ АНТРАЦИТОВЫХ ШТЫБОВ В.Г. Самойлик, В.Г. Науменко ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Аннотация. В статье рассмотрены особенности брикетирования антрацитовых штыбов, приведен технологический регламент процесса брикетирования исследуемых проб. Abstract. Тhe article discusses the features of briquetting anthracite shafts, provides technological regulations for the briquetting process of the samples under study. Ключевые слова: брикетирование, антрацит, влажность, расход связующего, прочность. Key words: briquetting, anthracite, humidity, binder consumption, strength. Брикетирование углей – одно из направлений превращения мелких классов углей в бытовое топливо. По сравнению с обычным топливом брикеты обладают более высокими теплотехническими показателями: высокой теплотой и полнотой сгорания, лучшей транспортабельностью, большей устойчивостью при хранении. Основные качественные показатели брикетов сводятся к следующим параметрам:  теплота сгорания (зольность);  механическая прочность;  водостойкость;  термическая прочность. Показатели брикетного топлива зависят как от состава шихты, так и от ряда технологических параметров брикетирования, в том числе:  гранулометрический состав брикетируемого угля;  тип и расход связующего компонента;  давление прессования, определяемое типом применяемых прессов;  режим термообработки брикетов (при применении водорастворимых связующих) [1, 2]. 35

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Производство угольных брикетов позволяет:  получать высокосортное и транспортабельное топливо улучшенного качества;  сокращать потери угля при хранении, перевозках и сжигании;  предотвращать самовозгорание углей;  использовать низкокачественные местные виды топлива. Целью настоящей работы является отработка технологических параметров процесса получения бытовых брикетов, приготовленных из шихты антрацитовых штыбов. Экспериментальные исследования были проведены в лабораторных условиях с использованием лабораторного оборудования и приборов. Для брикетирования применялся гидравлический автоматизированный пресс ИП-100, развивающий усилие прессования до 100 кН. Пресс снабжен блоком автоматического управления, который позволяет производить автоматический сброс давления при достижении заданного усилия прессования. Прессование осуществляется в замкнутых цилиндрических матрицах различного диаметра (от 20 до 50 мм). Пресс снабжен шнековым подпрессовщиком. Это позволяет предварительно уплотнять разрыхленный материал перед прессованием, что обеспечивает меньшую пористость полученных брикетов. Дозировка количества загружаемой шихты обеспечивала получение брикетов равной высоты (около 25 мм). Перед опытами по брикетированию для стабилизации условий экспериментов производился контроль влажности компонентов шихты. При необходимости шихта подсушивалась. В качестве исходного материала для брикетирования использовалась смесь антрацитовых штыбов двух шахт с равным содержанием в шихте. Гранулометрический состав компонентов брикетирования представлен в табл. 1. Результаты анализов свидетельствуют о том, что гранулометрический состав обоих компонентов не является рациональным для целей брикетирования. Малое содержание класса 0,1-0,5 мм и особенно <0,1 мм обусловливает наличие пустот в брикете и, как следствие, ослабление его прочности. Кроме того, 36

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве материал представлен преимущественно «пластушками», что также является негативным моментом при брикетировании. Таблица 1 – Гранулометрический состав антрацитового штыба Штыб АШ № 1 Штыб АШ № 2 Класс, мм выход, % зольность, % выход, % зольность, % >3

19,60

12,52

20,50

19,97

3-1

35,80

8,39

37,70

14,32

1 – 0,5

18,60

11,13

15,60

13,34

0,5 – 0,1

18,30

14,01

20,10

21,15

< 0,1

7,70

16,34

6,10

24,54

Итого

100,00

11,35

100,00

17,32

Предварительные исследования по брикетированию смеси антрацитового штыба № 1 и № 2 при разных расходах цементного связующего (10-20%) и усилиях прессования в диапазоне 12-50 кН подтвердили это предположение. При выдерживании в течение 2 суток прочность брикетов несколько повышалась, но в целом была недостаточной. Для усиления связи в структуре брикетов необходимы тонкие классы (<0,1 мм). В следующей серии опытов в шихту добавлялись тонкие угольные шламы из илонакопителя. Исходные условия для проведения серии экспериментов представлены в табл. 2. Таблица 2 – Условия исследования процесса брикетирования Условия исследования Параметры Антрацитовый штыб (АШ № 1 + АШ № 2), %

Тонкие угольные шламы, %

Влажность шихты, %

9,0

Связующее – цемент марки ПЦ-500-Д20, расход, %

Вода, %

Усилие прессования, кН

12,0; 20,0

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Результаты исследования прочности брикетов приведены в табл. 3. Таблица 3 – Прочность брикетов по результатам исследований Усилие Прочность после Прочность после прессования, кН 1 суток, кН 2 суток, кН 12,0 1,25-1,35 1,42-1,48 20,0 1,30-1,45 1,46-1,48 Данные исследований свидетельствуют о том, что прочность брикетов из антрацитового штыба значительно повышается при добавлении илистых шламов. В последующих сериях экспериментов исследовалось влияние на процесс брикетирования содержания тонких угольных шламов, количества добавляемой воды. Исходные условия для серий опытов 3-5 приведены в табл. 4, а результаты исследования прочности брикетов – в табл. 5. Таблица 4 – Условия исследования брикетирования смеси антрацитового штыба с илистыми шламами Условия исследования Серия 3 Серия 4 Серия 5 Антрацитовый штыб (АШ № 1 + АШ № 2), % Количество тонких угольных шламов с влажностью 34%, % Связующее – цемент марки ПЦ-500-Д20, расход, % Вода, %

63,5

74,5

80,0

29,5

17,5

11,0

5 2,0

Усилие прессования, кН

3,0 27

4,0

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Таблица 5.7 – Прочность брикетов по результатам исследований Прочность ВодопоОстаточная прочЗольность Серия после 2 глощение, ность (после водобрикета, % суток, кН % поглощения), % 3 26,31 3,8-4,4 5,8 3,8-4,1 4

23,35

3,6-4,3

5,2

3,7-4,1

20,25

2,6-3,0

5,3

2,2-2,7

Анализ полученных данных позволяет заключить, что добавление илистых шламов в шихту значительно повышает прочность брикетов. При этом имеется возможность снизить расход цемента. Выводы. Выполненные исследования позволили сформулировать следующие требования к режиму брикетирования антрацитовых штыбов:  количество антрацита крупностью 0-6 мм в шихте – 74-75%;  количество дисперсного шлама в шихте –17-17,5%;  расход цемента – 5,0%;  количество добавляемой воды зависит от влажности компонентов шихты;  выдерживание (для упрочнения) брикетов – до двух суток.

Перечень ссылок 1. Окускование минерального сырья и продуктов его переработки : монография / А.Н. Корчевский, Е.И. Назимко, В.Г. Самойлик, Л.И. Серафимова, Н.А. Звягинцева, В.И. Симоненко, К.А. Холодов; ГОУВПО «ДОННТУ». – Донецк : ДОННТУ, 2019. – 339 с. 2. Евменова, Г.Л. Окускование угольной мелочи [Электронный ресурс] : учебное пособие для вузов / Г. Л. Евменова ; Г.Л. Евменова ; ФГБОУ ВПО "Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т.Ф. Горбачева". - 6 Мб. - Кемерово : КузГТУ, 2012. - 1 файл. - Систем. требования: Acrobat Reader. - http://ed.donntu.org/books/cd5318.pdf

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 628.81/83 (07)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА НА ВЕЛИЧИНУ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ КАНАЛЬНОЙ ПРОКЛАДКИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ Л.А. Рябичева, В. В. Засько ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ». ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬСТВА, АРХИТЕКТУРЫ И ЖИЛИЩНО-КОММУНИЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА г. Луганск, ЛНР Рассмотрены вопросы влияния влажности грунта в зоне канальной прокладки тепловых сетей на величину линейных тепловых потерь. Установлено, что при прокладке в непроходных каналах с тепловой изоляцией из минеральной ваты в зависимости от увлажнения грунта тепловые потери теплопроводов возрастают в 1,7–2,8 раза, в т. ч. для обратного теплопровода в 3 раза, для подающего – в 1,85 раза, при этом суммарные тепловые потери составляют около 200 % Annotation. The article deals with the influence of soil moisture in the zone of channel laying of heat networks on the value of linear heat losses. It is established that when laying in impassable channels with thermal insulation from mineral wool, depending on the soil moisture, the heat losses of heat pipelines increase by 1.7–2.8 times, including for the return heat pipeline by 3 times, for the supply one-by 1.85 times, while the total heat losses are about 200 % Ключевые слова: влажность грунта, тепловая изоляция, тепловые потери, тепловой поток Keywords: soil humidity, thermal insulation, heat loss, heat flow Действующие тепловые сети не удовлетворяют современным требованиям надежности и долговечности ни по качеству строительных конструкций теплопроводов, ни по теплофизическим показателям, т. е. не обеспечивают нормативных значений потерь теплоты. На практике часто встречаются случаи непозволительно высоких потерь теплоты, увеличенных по сравнению с нормативными в 2–4 раза. Основными причинами отклонения от проектных режимов работы теплосетей являются увлажнение изоляции и грунта из-за нарушения целостности строительной и изоляционной конструкций

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве теплопроводов, быстрое старение и разрушение практически всех применяемых видов теплоизоляционных материалов. В канальных прокладках коррозия труб обусловлена большой водопроницаемостью железобетонных элементов канала из-за недостаточной заделки стыков стенок и перекрытий. Поэтому тепловая изоляция постепенно увлажняется, теряет свои теплоизоляционные свойства и разрушается. При этом срок службы теплопроводов оказывается в 2-3 раза короче срока службы стенок канала. Влияние влажности грунта на величину тепловых потерь исследовано различными методиками [1, 2]. Нами предложена математическая модель определения тепловых потерь теплопроводов с канальной прокладкой, пригодная для решения производственных проблем [3], в которой для расчета температурного поля и теплообмена в зоне прокладок канальных теплотрасс наличие железобетонных стенок канала учитывается в явном виде без их замены эквивалентным по термическому сопротивлению слоем грунта. Для проверки адекватности предложенной модели к условиям увлажнения грунта произведен расчет тепловых потерь при следующих показателях влажности грунта: – Wгр=0 %, λгр = 0,33 Вт/(м·°С) – абсолютно сухой грунт; – Wгр=2 %, λгр = 0,36 Вт/(м·°С) – сухой грунт; – Wгр=15 %, λгр = 1,36 Вт/(м·°С) – влажный грунт (естественная влажность); – Wгр=32 %, λгр = 1,48 Вт/(м·°С) – влажный грунт; – Wгр=50 %, λгр = 1,63 Вт/(м·°С) – насыщенный водой грунт. Расчеты выполняли для следующих случаев: проектный режим; отсутствие изоляции на обратном трубопроводе; отсутствие изоляции на подающем трубопроводе; отсутствие изоляции на обоих трубопроводах. Результаты расчета и сравнение тепловых потерь с нормативными сведены в таблицу 1. Как видно из таблицы 1 тепловые потери при увлажнении грунта не превышают нормативные только при проектном режиме работы теплопровода и при нахождении канала в сухом грунте при отсутствии изоляции на обратном трубопроводе. Таблица 1 Результаты определения тепловых потерь через изолированную поверхность трубопроводов тепловых сетей в непроходных каналах

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Тепловые потери при D=426 мм, Вт/м Норма Отсутствие Отсутствие плотности Отсутствие изоляции изоляции Влажность теплового изоляции Проектный на на грунта, % потока по СП на обоих режим обратном подающем 61.13330.2012, трубопротрубопротрубопроВт/м водах воде воде 0 54,88 63,58 122,53 274,44 2 57,24 67,24 129,16 286,38 12 113 83,39 143,73 250,55 337,6 25 90,24 178,09 305,56 367,33 50 93,90 201,17 342,4 388,41

При отсутствии изоляции на обратном трубопроводе, подающем и на обоих трубопроводах одновременно тепловые потери выходят за рамки нормативных, рассчитанных по СП 61.13330.2012 (показано в таблице выделенным текстом). При сравнении полученных результатов установлено, что при прокладке в непроходных каналах с тепловой изоляцией из минеральной ваты в зависимости от увлажнения грунта тепловые потери теплопроводов диаметром 426х6 мм возрастают в 1,7–2,8 раза, в т. ч. для обратного теплопровода в 3 раза, для подающего – в 1,85 раза, при этом суммарные тепловые потери составляют около 200 %, что согласуется с результатами других исследований [2]. Полученные численные и экспериментальные данные могут быть использованы для оценки влияния объемной влажности грунта и изоляции на изменение величины коэффициента теплопроводности, а, следовательно, и на величину тепловых потерь. Таким образом, установлена зависимость изменения тепловых потерь трубопроводов в зависимости от влажности грунта. Следует отметить, что методики СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов» [4] не содержат указаний о порядке учета увлажнения грунта в различных условиях [2, 5]. Графическая зависимость тепловых потерь канальной прокладки в зависимости от объемной влажности изоляции Wи и грунта Wг при различных условиях эксплуатации показана на рисунке 1.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

400

Линейные тепловые потери ql, Вт/м

350 300 250

200 150 100 50 20 0

10 20 Влажность грунта Wг, %

нормальный режим работы; изоляция отсутствует на обратном трубопроводе; изоляция отсутствует на подающем трубопроводе; изоляция отсутствует на обоих трубопроводах; канал затоплен из обратного трубопровода

Рисунок 1 – Линейные потери от влажности грунта при различных режимах работы канальных тепловых сетей

Как видно из рисунка 1 с увеличением влажности грунта линейные тепловые потери возрастают. Увеличение объемной влажности грунта Wг от 0 до 50 % при Wи = 0 % вызывает рост тепловых потерь в 1,83; при Wи=15 % – в 2,08; при Wи=30 % – в 2,16 раз. При этом учитывается состояние изоляции на подающем и обратном трубопроводе. Величины тепловых потерь при различных режимах работы канальной прокладки с одновременным увлажнением грунта от 0 до 30 % представлены на рисунке 2.

Линейные тепловые потери ql, Вт/м

100

20 0

20 10 Объемная влажность грунта и изоляции Wг, % Wг=2%;

Wг=0%; Wг=25%;

Wг=12%; Wг=50%;

Рисунок 2 Влияние влажности грунта и изоляции на величину линейных тепловых потерь канальных тепловых сетей

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Анализ полученных кривых показывает, что рост тепловых потерь для разных режимов работы теплотрассы по отношению к проектному при увеличении Wг от 0 до 30 % находился в пределах: 1,48 – 1,52 раза при отсутствии изоляции на обратном трубопроводе; 1,98 – 2,03 раза при отсутствии изоляции на подающем трубопроводе; 3,75 – 4,14 раз при отсутствии изоляции на обоих трубопроводах. Затопление же канала сетевой водой из обратного трубопровода увеличивало тепловые потери в 5,30 – 5,86 раз. Выводы. Установлено, что рост температуры воздуха внутри канала и линейных тепловых потерь зависит от степени увлажнения и качества тепловой изоляции. Увлажнение минеральной ваты до 20 % содержания влаги по объему приводит к увеличению тепловых потерь на 82 %, полное разрушение теплоизоляции и покровного слоя приводит к увеличению тепловых потерь в 3,1 раза. В зависимости от увлажнения грунта тепловые потери теплопроводов возрастают в 1,7–2,8 раза, в т. ч. для обратного теплопровода в 3 раза, для подающего – в 1,85 раза. Предложенная математическая модель может быть использована для расчета тепловых потерь при нормальном режиме работы сети (проектном режиме), при разрушении изоляционных слоев на трубопроводах, увлажнения теплоизоляции, увлажнения грунта вокруг теплопровода и т.д. Перечень ссылок 1. Кузнецов Г.В., Половников В.Ю. Тепловые потери магистральных трубопроводов в условиях полного или частичного затопления //Изв. вузов: Проблемы энергетики. 2006. – № 3–4. – С. 3–12. 2. Иванов В.В., Букаров Н.В., Василенко В.В. Влияние увлажнения изоляции и грунта на тепловые потери подземных теплотрасс // Новости теплоснабжения, 2002, № 7. – С. 32–33 3. Рябичева Л.А., Засько В.В., Решетняк Д.В. Математическое моделирование теплообмена при канальной прокладке тепловых сетей. //Сб. статей XL Международной научно-практической конференции WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS. Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2020 – С. 22-27 4. СП 41-103-2000. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. М.: Госстрой России. – 2001. – 42 с. 5. Шойхет Б.М. Основные положения СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов // Инженерные системы «АВОК – СевероЗапад», 2013, № 1. – С. 36-39.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.831: 546.294

МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ РАДОНА И ЕГО ДОЧЕРНИХ ПРОДУКТОВ РАСПАДА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАКРЫВАЮЩИХСЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ О.Г. Кременев ГУ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» г. Макеевка, ДНР Приведена методика контроля радона и его дочерних продуктов распада на поверхности закрывающихся угольных шахт, базирующаяся на измерении объемной активности радона. Annotation. Methods over of control of radon and his daughter's foods of disintegration are brought on the surface of the closed coal mines, being based on measuring of by volume activity of radon. Ключевые слова: закрывающаяся шахта, радон, дочерние продукты распада, методика, поверхность. Keywords: closed mine, radon, daughter's foods of disintegration, methods, surface. Процесс ликвидации угольных шахт связанный с их затоплением, «сухой» или «мокрой» консервацией, сопровождается выделением шахтных газов на земную поверхность, в т.ч. радиоактивного природного газа радона. На закрывающихся угольных шахтах источником природной радоновой опасности являются углепородные толщи и отходы угледобычи, содержащие повышенные концентрации радия-226 и радона-222 (далее радона). Ввиду химической инертности радон относительно легко покидает кристаллическую решетку «материнского» минерала и попадает в подземные воды, насыщенные природными газами, и атмосферу. Источниками радона на поверхности и в горных выработках угольных шахт являются не только подземные воды, а также породный массив, вмещающий угольные пласты, внешний воздух, строительные материалы, природный газ [1]. При газовыделении на земную поверхность одной из важных является проблема биологического воздействия на человека малых (фоновых) доз радиации, обусловленных в значительной мере, естественной радиоактивностью радона. Контроль и исследование структуры и динамики радоновых полей и создаваемых ими полей ионизирующих излучений в геологической 45

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве среде и атмосфере необходимы для решения вопросов газообмена между почвой и атмосферой, расчета дозы радиации, определения радоноопасных участков земной поверхности, что является актуальной задачей обеспечения жизнедеятельности персонала закрывающихся угольных шахт и населения, проживающего на территории горного отвода таких шахт. Цель доклада – разработать методику контроля радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) на поверхности горного отвода закрывающихся угольных шахт. Анализ исследований о выделении радона на земную поверхность, характеристик радоновых полей и гипотез о процессах выделения радона на земную поверхность позволяет условно разделить гипотезы на две группы. Первая – включает гипотезы формирования радоновых полей (в т.ч. аномальных), обусловленных глубинными флюидными потоками из недр до земной поверхности. Вторая – гипотезы формирования радоновых полей приповерхностным слоем грунта, мощность которого оценивается в 0,5-10,0 м в зависимости от проницаемости грунтов и положения грунтовых вод, а радоновые аномалии объясняются изменением свойств и локальным увеличением активного слоя. До сих пор среди специалистов нет единого мнения о механизмах формирования радоновых полей, о параметрах, характеризующих радоновое поле и подлежащих измерению. Одни считают, что основную информацию о возмущающих объектах и геологических структурах несет концентрация радона в почвенном и/или атмосферном воздухе, другие – что только поток радона через дневную поверхность способен дать необходимую и достоверную информацию об источниках радона и глубинных структурах, через которые проходит радон и которые формируют радоновые аномалии [2]. В разрабатываемой методике реализуется идея о том, что для оценки радоноопасности на земной поверхности необходимо измерять как объемную активность (ОА) радона в почвенном воздухе, так и плотность потока радона (ППР) с земной поверхности контролируемой территории. Для реализации этой идеи в части контроля ОА радона в почвенном воздухе был выбран способ измерения установившейся равновесной ОА радона в почвенном воздухе [3]. Сущность способа заключается в одновременном измерении ОА радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 до 1,0 м друг от друга, причем измерение в одной точке производят на глубине h1 от 0,2 до 0,5 м, а в другой – на глубине

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве h2=2h1, а затем определяют установившуюся равновесную ОА радона (А∞) по формуле [3]:

(1)

где А1 – объемная активность радона на глубине h1, Бк/м3; А2 – объемная активность радона на глубине h2, Бк/м3. Погрешность измерения А∞ при этом определяется только погрешностью используемого прибора. Для реализации идеи в части определения ППР был выбран способ [4], базирующийся на диффузионно-конвективной модели переноса радона в грунтах. Он характеризуется тем, что одновременно измеряют ОА радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 до 1,0 м друг от друга, причем измерение в одной точке производят на глубине h1 от 0,2 до 0,5 м, в другой – на глубине h2=h1, а затем ППР определяют по формуле (2) [4]:

(2)

где А1 – объемная активность радона на глубине h1, Бк/м3; А2 – объемная активность радона на глубине h2, Бк/м3; h1 – глубина, на которой производят первое измерение, м; D – истинный коэффициент диффузии радона, м2/с. Выбранные способы измерения установившейся равновесной ОА радона в почвенном воздухе и определения ППР с поверхности земли использованы для разработки методики контроля радона и его дочерних продуктов распада на поверхности горного отвода закрывающихся угольных шахт. Экспериментальная проверка возможности реализации разработанной методики измерения установившейся равновесной ОА радона в почвенном воздухе и определения ППР с поверхности земли заключалась в следующем. На земной поверхности закрывающейся угольной шахты выбирали площадку, на которой с помощью бура диаметром 200 мм бурили две скважины на глубину h1 и h2=2h1, в которые помещали измерительные камеры (с трубками для откачки

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве почвенного воздуха), засыпали и уплотняли их грунтом, для герметизации от атмосферного воздуха. Через определенные промежутки времени подключали выход трубки откачки почвенного воздуха из измерительной камеры с помощью гибкого гофрированного шланга к входному окну воздуходувки радиометра РГА-09МШ. Прокачивали воздух из измерительной камеры в течение 5 минут, а затем через 15 минут считывали с дисплея радиометра измеренные значения ОА радона (сохраняющиеся в энергонезависимой памяти радиометра). В основу принципа работы радиометра положены методы измерения Маркова и Томаса. Определение эквивалентной равновесной объемной активности радона (ЭРОА) в воздухе производится трехточечным модифицированным методом Маркова-Терентьева или методом Томаса, включающих последовательность следующих операций [5]: - отбор проб аэрозолей почвенного воздуха из измерительной камеры в скважине на фильтр АФА-РСП-10 путем прокачки воздуха через фильтр; - регистрация альфа-излучения аэрозолей дочерних продуктов распада радона и торона, осевших на фильтр; - расчет значений радиационных показателей радона и торона. Время измерения радиационных показателей дочерних продуктов распада радона составляет: 15 мин по методу Маркова; 35 мин по методу Томаса. Технические возможности радиометра РГА-09МШ позволяют определять ЭРОА радона, ЭРОА торона, ОА радона, ОА ДПР радона-222 (RaA, RaB, RaC соответственно), кратность воздухообмена λ в измерительной камере, коэффициент равновесия между радоном и продуктами его распада F [5]. Измеренные с помощью радиометра объемные активности радона в скважине глубиной h1 ‒ А1 и в скважине глубиной h2 ‒ А2 позволяют определить установившуюся равновесную ОА радона в почвенном воздухе с помощью формулы (1) и ППР с поверхности земли с помощью формулы (2). Проведенные исследования позволили разработать методику для контроля радона и его ДПР на поверхности закрывающихся угольных шахт с учетом требований и рекомендаций по составлению методик радиационного контроля (МИ 2453-2000). Разработанная методика радиационного контроля (МРК) устанавливает порядок определения ОА радона-222 в приповерхностном слое земли и ППР с земной поверхности горного отвода закрывающихся угольных шахт. В ней представлена последовательность выполнения операций по определению в почвенном воздухе приповерхностного слоя земной

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве поверхности следующих радиационных показателей радона-222: эквивалентной равновесной объемной активности радона (ЭРОА радона); эквивалентной равновесной объемной активности торона (ЭРОА торона (радона-220); объемной активности (ОА) радона; объемной активности дочерних продуктов распада (ОА ДПР) радона222 (RaA, RaB, RaC соответственно), кратности воздухообмена λ в измерительной камере, коэффициента равновесия между радоном и продуктами его распада F; а также поверхностной плотности радона ППР земной поверхности. Дальнейшее направление исследований – определение ОА радона и ППР с поверхности грунта с помощью разработанной методики на земной поверхности закрывающихся и закрытых угольных шахт для установления их критериальных значений на потенциально радоноопасных участках. Вывод Разработана методика контроля радона и его дочерних продуктов распада на поверхности горного отвода закрывающихся угольных шахт. Список литературы 1. Удалов И.В. Особенности процессов миграции естественных радионуклидов в подземных водах при ликвидации угольных шахт СевероВосточного Донбасса [Текст] / И.В. Удалов, А.В. Кононенко // Вісник Дніпропетровського університету. Серія Геологія. Географія, 2016, 24 (2) ‒ С.121-128. 2. Микляев П.С. Научные основы оценки потенциальной радоноопасности платформенных территорий [Текст]: дис. докт. геол.-минерал. наук: 25.00.36: защищена 10.02.2015; утв. 01.06.2015 / Микляев Петр Сергеевич. – М., 2015. – 307с. – Библиогр.: с.289-307. 3. Пат. 2212689 Российская Федерация, МПК7 G01T/167 Способ измерения установившейся объемной активности радона в почвенном воздухе RU2212689C1 [Текст] / Яковлева В.С., Рыжакова Н.К., заявитель и патентообладатель Томский политехнический институт; заявл.29.07.2002; опубл. 20.09.2003/ 4. Пат. 2212688 Российская Федерация, МПК7 G01T/167 Способ определения плотности потока радона с поверхности земли RU2212688C1 [Текст] / Рыжакова Н.К., Яковлева В.С., заявитель и патентообладатель Томский политехнический институт; заявл.29.07.2002; опубл. 20.09.2003, БИ №7. – 6 с. 5. Радиометр эквивалентной равновесной объемной активности радона РГА09МШ [Текст]: Руководство по эксплуатации АЖАХ.412123.008 РЭ. - Желтые Воды: ООО «НПП «Тетра». - 2013.- 23 с.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.64

ОБОСНОВАНИЕ ПОТРЕБНОЙ ПРОЧНОСТИ ЛЕНТЫ ПРИ ПЛАВНОМ ПУСКЕ ШАХТНОГО КОНВЕЙЕРА А.Я. Грудачев ГОУ ВПО ДНР «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Рассмотрен вопрос необходимости при тяговых расчётах шахтных ленточных конвейеров, снабжённых средствами плавного запуска, потребную прочность ленты рассчитывать и обосновывать в режиме её установившегося движения. Annotation. The question of the need for traction calculations of mine belt conveyors, equipped with soft start tools, calculate the required strength of the tape and substantiate in the mode of its steady motion. Ключевые слова: конвейерная лента, плавный запуск, коэффициент запаса прочности, установившийся режим. Keywords: conveyor belt, smooth start, safety factor, steady state. Плавный пуск ленточного конвейера является прогрессивным. Он позволяет снизить токовые нагрузки в пусковой и коммутационной аппаратурах, кабелях, уменьшить динамические нагрузки в редукторе, трансмиссии, ограничить динамическую составляющую натяжения ленты. Безусловно, всё это полезно и будет способствовать увеличению срока службы оборудования и снижению аварийности. В настоящее время ряд электротехнических организаций разрабатывают и предлагают устройства для плавного запуска конвейеров. Сложность этого вопроса заключается в том, что эти организации имеют опыт разработки электротехнических устройств, но не являются ведущими специалистами в области основ теории ленточных конвейеров, и, в частности, обоснования выбора прочности конвейерной ленты. Одним из достоинств плавного запуска декларируется снижение потребной прочности ленты, а, стало быть, её стоимости, что должно повысить экономические показатели установки. По всем научным, нормативным документам и стандартам СССР [1, 2], России [3, 4], Украины [5] и ДНР [6] лента выбирается исходя из максимального натяжения ленты в установившемся режиме, при этом допускаемый коэффициент запаса прочности ленты должен по 50

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве существующим нормам безопасности быть в диапазоне не менее 8,510,0. Плавный пуск ни каким образом не снижает максимальное натяжение ленты в установившемся режиме и снизить её прочность нельзя. Если Вам говорят, что плавный пуск позволит применить менее прочную и, соответственно, более дешёвую ленты, то эти товарищи должны обеспечить снижение нормативного допускаемого коэффициента запаса прочности ленты, для чего необходимо, в частности, иметь:  согласование с заводом-изготовителем конвейера;  согласование с заводом-изготовителем ленты;  согласование с МакНИИ;  взятые на себя гарантийные обязательства по сроку службы ленты;  разработанный и утверждённый новый нормативный документ. Если этого нет, то все рассуждения на эту тему беспочвенны и необоснованны. Основные факторы, приводящие к необходимости выбора конвейерной ленты с нормативным коэффициентом запаса её прочности: 1. Снижение прочности ленты в стыке. 2. Уменьшение ширины ленты в процессе эксплуатации за счёт её вытяжки или износа бортов. 3. Наличие узлов концентрации напряжения в местах повреждения или пробоев ленты. 4. Изгиб ленты на барабанах. 5. Разброс модулей на растяжение прокладок конвейерных лент. 6. Изгиб и деформации ленты на роликоопорах. 7. Прогиб ленты и её выполаживание между роликоопорами. 8. Усталостные явления в ленте в результате продольных и поперечных деформаций, а также периодических циклов её растяжения и сжатия при прохождении по контуру. 9. Старение материала прокладок. 10. Агрессивное влияние влажной среды в случае её воздействия на прокладки. 11. Передача всего тягового усилия трением от приводного барабана через прокладку, прилегающую к нему. 51

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве 12. Неравномерное распределение касательных напряжений между прокладками за счёт различных радиусов их изгиба при огибании лентой барабанов. 13. Неравномерность распределения усилия между прокладками за счёт первоначального разброса их удлинений при изготовлении ленты. 14. Возможное повышение максимального натяжения ленты за счёт увеличения сопротивления её движению в случае отсутствия роликов, заклинивания роликов, криволинейности става, заштыбовок и т.д. 15. Динамические натяжения ленты в установившемся режиме работы конвейера, например, при изменении грузопотока. 16. Дополнительные динамические пусковые натяжения ленты. Факторы, приведённые в пунктах 1-15, действуют на ленту длительно на протяжении всего установившегося режима работы конвейера и именно они определяют нормативный коэффициент запаса прочности ленты. Фактор 16 проявляется кратковременно при плавном пуске конвейера в течение до 5-30 сек. Выводы. 1. Плавный пуск конвейера прогрессивный, целесообразный, рациональный, но он не снижает потребную прочность ленты. 2. Для обоснованного выбора потребной прочности ленты необходимо выполнить уточнённый тяговый расчёт конвейера с учётом, в частности:  фактического профиля трассы;  состояния конвейерного става;  состояния атмосферы, влажности среды;  учёта местных (сосредоточенных) сопротивлений ленты на изгибах профиля, при прохождении приводного, отклоняющего, натяжного барабанов, на участке загрузки. Все эти сопротивления движения ленты зависят от её натяжения на данных участках;  механических характеристик возможных к применению лент;  энергосбережения установки;  обоснования натяжения ленты в точке её сбегания с привода;  обеспечения минимально допускаемого нормативного рекомендуемого коэффициента запаса сил трения ленты на приводном (приводных) барабане для передачи потребного тягового усилия без пробуксовки;  распределения тягового усилия между приводными барабанами в многобарабанных приводах;

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве  минимально допускаемых диаметров приводного, натяжного и отклоняющих барабанов в зависимости от количества прокладок в ленте и их прочности;  потребного усилия натяжного устройства;  приёмной способности ленты по производительности;  технической производительности конвейера по мощности привода, момента редуктора на тихоходном валу и др. 3. Для обоснованного выбора конвейерной ленты на основе уточнённого тягового расчёта для заданных технических условий руководителям предприятий и ответственным специалистам по эксплуатации конвейеров обращаться на кафедру Транспортных систем и логистики Донецкого национального технического университета.

1. 2. 3.

4. 5.

Перечень ссылок ГОСТ 20-85 «Ленты конвейерные резинотканевые. Технические условия». – М.: ИПК Издательство стандартов, 1985. – 35 с. ОСТ 12.14.130-79. Конвейеры ленточные шахтные. Методика расчета. – М.: МУП СССР, 1980. – 74 с. Галкин В.И. и др. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. -544 с. Руководство по эксплуатации конвейерных лент. ОАО «Курскрезинотехника». – Курск: Курскрезинотехника, 2017. – 93 с. Конвеєри шахтні стрічкові. Вимоги до проектування, монтажу, технічного обслуговування та ремонту / Стандарт Мінвуглепрому України. – К.: Мінвуглепром України, 2006. - 90 с. Теоретические основы и расчеты транспорта энергоемких производств: учебное пособие для вузов / В.А. Будишевский, А.Я. Грудачев, В.О. Гутаревич и др.; под общ. ред. В.П. Кондрахина; ГОУ ВПО «ДОННТУ». – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Донецк: [б.и.], 2017. – 216 с.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 004.93.1

ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Е.А. Шумаева, В.Г. Прусов ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк В статье исследована возможность использования цифровых технологий в строительстве. Представлена сравнительная характеристика аппаратных средств дополненной реальности, которые могут найти широкое применение в строительной отрасли. Annotation. The article examines the possibility of using digital technologies in construction. A comparative characteristic of augmented reality hardware that can be widely used in the construction industry is presented. Ключевые слова: строительство, цифровые технологии, дополненная реальность, аппаратное обеспечение. Keywords: construction, digital technologies, augmented reality, hardware. Введение. Строительство представляет собой отдельную самостоятельную отрасль экономики, которая предназначена для ввода в действие новых, а также расширения, реконструкции, ремонта объектов производственного и непроизводственного назначения. Особенности отрасли объясняются характером его конечной продукции, специфическими условиями труда, рядом специфик применяемой техники, технологии, организации производства, управления и материально-технического обеспечения. Изучением данного вопроса в разное время занимались такие авторы, как Яковлев Б.С., Пустов С.И., Варатанов Э.Р., Бабурин В.А., Яненко М.Е. и другие. Цель: исследовать возможности применения технологии дополненной реальности в строительстве. Результат исследования. Развитие строительства, повышение его эффективности происходит на основе его индустриализации, основными направлениями которой являются: перенос выполнения части технологических процессов со строительных площадок на заводы, в стационарные условия производства, с целью повышения сборности

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве возводимых зданий и сооружений; улучшение технологических проектных решений зданий и сооружений. Специальные особенности строительства вызваны большим разнообразием сооружаемых объектов. К их числу относятся: промышленные, жилищно-гражданские, социально-бытовые, транспортные, сельскохозяйственные, объекты мелиорации и водного хозяйства, магистральных трубопроводов, линий электропередачи. По мнению наиболее оптимистично настроенных специалистов стройиндустрии, в XXI веке произошел мощный всплеск в сфере разработки и внедрения новых материалов и технологий, причем очень многие из этих инновационных материалов и продуктов обладают весьма интересными и многообещающими для будущего использования в отрасли физическими и химическими характеристиками. Еще одной важнейшей тенденцией, которая, по мнению многих экспертов, оказала в последнее десятилетие особенно заметное влияние на технологическое развитие стройиндустрии, является ускоренное внедрение и интеграция комплексного компьютерного моделирования на всех стадиях строительства (разработка, планирование и собственно строительный процесс). И если на самом раннем этапе применение этих моделей проектировщиками скорее выглядело чем-то вроде эффектного рекламного/маркетингового трюка, рассчитанного на привлечение наиболее перспективных клиентов, то сегодня комплексное компьютерное моделирование уже уверенно перешло в разряд мэйнстримовской практики, игнорирование которой в реальном бизнес-процессе чревато значительным риском оказаться в хвосте конкурентной гонки: по некоторым оценкам, эффективное применение этого программного обеспечения позволяет экономить в среднем 20-30% от общей себестоимости строительства. В качестве конкретного примера из современной практики можно также назвать недавнюю инициативу ведущих европейских строительных компаний, таких как STRABAG / Zublin, the Royal BAM Group, Ballast Nedam и Consolidated Contractors Company (CCC), которые в кооперации со многими другими фирмами отрасли сформировали промышленный альянс «5D Initiative» для совместной разработки новейших комплексных IT-решений в области проектирования, возведения и дальнейшей технической эксплуатации жилых зданий, промышленных сооружений и объектов инфраструктуры.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Среди цифровых решений, который возможно использовать в сфере строительства. Необходимо выделить технологию «Дополненной реальности» (Augmented Reality(AR)), которая впервые предложена в 1990 г. исследователем Томом Коделом, который работал на корпорацию Boeing. О сути понятия «дополненная реальность» говорит само название - это технологии, которые дополняют реальность виртуальными элементами. При этом появляются возможности [1]: – отображения виртуальных объектов на экране устройств компьютеров, планшетов, телефонов, экранов; – просмотра виртуальных объектов посредством специальных очков и шлемов; – визуализации объектов в реальности. Стоит отметить, что специфика дополненной реальности в сфере строительства имеет огромный потенциал, как для лучшего понимания архитектором структуры сооружения и ландшафта, так и работникам, непосредственно занимающимся возведением этого сооружения, приблизительное количество потраченного материала и сложность выполнения работ на данном участке местности. Самый простой пример дополненной реальности – это изображение, 3D-модель или текст, которые появляются на экране смартфона при наведении его камеры на некую метку. Меткой может служить какое-либо изображение или даже предмет. Также с помощью дополненной реальности появляется возможность воздействия на объект. Например, можно прикоснуться к модели, провернуть её вокруг своей оси, разобрать на составные части и прочитать информацию о каждой из них. Существует ещё одна возможность получения данной информации с использованием специального оборудования: шлема или очков дополненной реальности. В большинстве случаев дополненная реальность, применяется именно в специальных очках, хотя изначально алгоритм был создан с помощью компьютера, а после уже вмонтирован в процессор, который находится в очках. С помощью линз визуализируется реальные объекты в поле восприятия человека. На данный момент в развитии AR-технологии есть важная проблема, связанная с техническим несовершенством аппаратных средств, так как они не могут обеспечить достаточной вычислительной мощности для полноценного использования дополненной реальности. Аппаратные средства – специализированные устройства, с помощью которых обеспечивается

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве технологические возможности создания дополненной реальности. Это процессоры, дисплеи, датчики и другие устройства взаимодействия. Программное обеспечение для этих устройств – облачные сервисы и библиотеки для разработки. Внедрение новой информационной технологии не обошло стороной и отрасль строительства, а именно затронуло архитектуру, проектирование и планирование сооружений. AR-технология дает возможность визуализировать технологические процессы, а также продемонстрировать предполагаемый результат работы или же спланировать конструктивные изменения. Надев очки виртуальной реальности, пользователю представляется возможность увидеть визуализацию сооружения перед своими глазами, прямо на том месте, где планируется его строительство. С помощью специальных контроллеров возможно проникнуть в макет жилища и оценить по максимуму все конструктивные особенности. Это становится возможным благодаря ещё одной цифровой технологией, которая называется маркерной [2]. Под маркером понимается объект, который находится в окружающем пространстве, анализируется специальным программный обеспечением для визуализации объектов. Использовав графические фильтры, можно создать высококачественную модель сооружения и виртуальный объект может стать трудно отличимым от остальных элементов интерьера/экстерьера. В роли маркера выступает обычный лист бумаги со специальным изображением на нем, которое данное программное обеспечение анализирует в зависимости от алгоритмов и проецирует определённую фигуру или элемент сооружения. Пример маркера представлен на рисунке 1 [3].

Рисунок 1 – Пример маркера В ходе исследования проведена сравнительная характеристика очков дополненной реальности различных производителей (табл. 1).

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Таблица 1 – Сравнительная характеристика очков дополненной реальности [4] Название

Технические характеристики

Преимущества

1 Microsoft Hololens

2 1. ОС: Windows 32-bit; 2. Вес: 580 г; 3. Разрешение дисплея: 1268×720; 4. Оперативная память: 2 Гб; 5. Встроенная память: 64 Гб; 6. Время автономной работы: 5,5 часов.

3 1. Качественный звук; 2. Беспроводная система; 3. Нет ощущений тошноты; 4. Отличное разрешение изображений.

4 1. Маленькое время беспрерывной работы; 2. Поле зрения нуждается в увеличении; 3. ОС требует доработки; 4. Очень высокая стоимость.

Google Glass 3.0

1. Встроенная память: 16 Гб; 2. Разрешение дисплея: 640×360; 3. Оперативная память: 2 Гб; 4. Аккумулятор: 570 мА*ч; 5. Камера: 5 Мп; 6. Угол обзора: 13 градусов.

1. Стильный дизайн; 2. Практичный интерфейс; 3. Маленький вес; 4. Удобная камера.

1. Мало приложений; 2. Небольшой срок службы батареи; 3. Высокая стоимость.

Epson 1. Встроенная MOVERIO память:16 Гб; BT-300 2. Разрешение дисплея: 1280×720; 3. Угол обзора: 23 градуса; 4. Вес самого устройства: 69 г; 5. Камера: 5 Мп; 6. Время автономной работы: 6 часов.

1. Качественная картинка; 2. Длительный срок службы батареи; 3. Наличие фирменного магазина со всеми необходимыми приложениями; 4. Технологичный и комфортный контроллер.

1. Недоработанная ОС (многие приложении приходится скачивать самостоятельно); 2. Проводная система управления.

Недостатки

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве По результатам сравнения можно сделать вывод, что большие IT-компании заинтересованы в развитии дополненной реальности и для этого постоянно совершенствуют свой продукт, тем самым задавая новые рамки комфорта в работе. При выборе очков для строительства необходимо обратить внимания на такие характеристики: вес самого устройства, угол обзора и время автономной работы. Выводы. В настоящее время мир не стоит на месте, с каждым годом человечество делает новые шаги в сторону комфортного будущего. Если задуматься, новые технологии часто задают новый фундамент мышления людей, которые связаны с этой технологией. Из-за технических проблем на данный момент AR-технология не может стремительно развиваться, но она уже преуспела в различных сферах деятельности человека, сделав её комфортнее для работы. Перечень ссылок 1. AR-life: applications and perspectives of augmented reality – Режим доступа: https://dtf.ru/gamedev/7800-ar-zhizn-primenenie-i-perspektivy-dopolnennoyrealnosti 2. Technologies and algorithms augmented reality – Режим доступа: https://blog.arealidea.ru/articles/mobile/tekhnologii-i-algoritmy-dlya-sozdaniyadopolnennoy-realnosti/ 3. AR in construction – Режим доступа: http://tofar.ru/ar-v-stroitelstve.php 4. Augmented reality glasses: reviews, description, characteristics – Режим доступа: https://gam-ga.ru/vr-ochki/ochki-dopolnennoj-realnosti.html

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.413.4 АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Подвигин К.А. ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Выполнено аналитическое исследование источников тепловыделения в подземных горных выработках при разработке глубоких горизонтов угольных шахт. Произведен анализ влияния нагревающего микроклимата рабочей зоны на работника. Annotation. An analytical study of heat sources in underground mine workings in the development of deep horizons of coal mines is carried out. The analysis of the influence of the heating microclimate of the working area on the employee. Ключевые слова: температура, системы разработки, микроклимат, тепловой фактор, безопасность, источник тепловыделения. Keywords: temperature, development systems, microclimate, heat factor, safety, heat source. Постановка проблемы В работе [1] авторы приводят данные, согласно которым на ряде шахт Донбасса горные работы ведутся в настоящее время на глубинах 1200-1300 м. При значении геотермического градиента для шахтного поля до 0,032°С/м температуры горного массива на данных глубинах изменяются в пределах от 46,5°С до 51,0°С, а температуры воздуха в горных выработках глубоких горизонтов шахт существенно превышают установленные Правилами безопасности в угольных шахтах и Санитарными правилами для предприятий угольной промышленности максимально допустимые значения [2,3]. Согласно последним максимально допустимые действующие нормы по температуре шахтной атмосферы в зависимости от скорости и влажности воздуха в горных выработках составляют не более 22-26 °С. В таких сложных горнотехнических и геотермических условиях разработки угольных пластов температура воздуха в очистных и подготовительных выработках шахт без принятия мер по ее снижению может достигать 32-34°С и более. При этом следует отметить, что

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве повышенные температурные условия в горных выработках шахт, согласно многочисленным исследованиям и практике работы шахт, формируются при ведении горных работ на глубине 600 м и более [1]. Вопросы безопасности и охраны труда шахтеров из-за формирования в горных выработках высоких температур воздуха приобрели к настоящему времени первостепенное значение. Санитарными правилами и нормами для предприятий угольной промышленности в настоящее время определена в зависимости от скорости и влажности воздуха и так же продолжительности рабочей смены предельно допустимая температура воздуха на рабочих местах в выработках шахт (32°С) [2,3]. При превышении данной температуры шахтного воздуха работать в выработках без средств индивидуальной противотепловой защиты запрещается. Высокая температура рудничной атмосферы приводит к перегреву организма работающих, уменьшению внимания, снижению уровня безопасности и производительности труда, возникновению тепловых ударов. Работа в условиях высоких температур воздуха, а также резкие смены температур воздуха по длине выработок снижают устойчивость организма к инфекционным и простудным заболеваниям, способствуют развитию профессиональных болезней, которые становятся в ряде случаев опасными для жизни человека [1]. В связи с указанным выше, проблема борьбы с высокими температурами воздуха в горных выработках шахт стоит в настоящее время весьма остро и требует безотлагательного практического решения. От решения этой проблемы зависит дальнейшее развитие шахт. Состояние вопроса (литературный анализ) В настоящее время добыча полезных ископаемых развивается за счет доработки запасов угля на больших глубинах. Общеизвестно, что одним из основных природных факторов, усложняющих работу шахт, является повышение температуры горного массива, что определяет тепловой режим выработок и рабочих мест. Необходимость создания благоприятных условий труда вынуждает проектировать эффективные стационарные, мобильные холодильные системы и шахтные кондиционеры, а также разрабатывать методы добычи полезных ископаемых для улучшения температурных условий в работе глубоких шахтных горизонтов [1]. В работах [4,5] выполнен анализ средств кондиционирования и горнотехнических мероприятий для нормализации микроклимата в подземных горных выработках глубоких горизонтов угольных шахт Донбасса. Однако автор не осветил причины формирования нагревающего микроклимата в 61

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве рабочих зонах. В связи с этим, актуальной исследовательской задачей является анализ литературы по вопросу формирования высоких температур воздуха в горных выработках угольных шахт. Цель (задачи) исследования Целью настоящей работы является анализ условий, характеристик и параметров ведения очистных и подготовительных работ, аналитическое исследование источников формирования высокой температуры воздуха на рабочих места в подземных горных выработках глубоких горизонтов угольных шахт Донбасса. Основной материал исследования Тепловой режим горных выработок глубоких шахт формируется под влиянием сложных процессов тепло- и массообмена между горным массивом и вентиляционной струей при воздействии целого ряда дополнительных факторов. Основными источниками теплоприращения воздуха в выработках являются горный массив, работающее выемочное, проходческое, транспортное, вспомогательное оборудование с электроприводом, транспортируемое ископаемое, в обводненных выработках - шахтная вода [1]. В тепловом балансе лав и выемочных участков существенную долю составляют теплопритоки из выработанного пространства. Широкий диапазон горно-геологических и горнотехнических условий отработки запасов угля на шахтах предопределяет применение большого числа технологических схем и параметров разработки пластов. Применяемые на действующих глубоких шахтах технологические схемы по фактору формирования климатических условий в выработках выемочных участков имеют существенные отличия. На основании выполненных исследований установлено, что степень проявления теплового фактора в выработках выемочных участков глубоких шахт во многом определяется комплексом технологических решений отработки пластов, и прежде всего, системой разработки, схемой и параметрами проветривания, способом управления горным давлением, местом размещения основного участкового электрооборудования, рядом других параметров (длина выемочного поля, длина лавы и др.). Оптимизация указанных горнотехнических решений по тепловому фактору в конкретных условиях разработки угольных пластов, обоснование эффективных способов и средств регулирования теплового режима, в том числе и искусственного охлаждения воздуха, возможны только на основе выполнения трудоемких вариантных тепловых расчетов горных 62

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве выработок [1]. Освоение глубоких горизонтов действующими шахтами сопровождается изменением горно-геологических и гидрогеологических условий: возрастает температура горного массива, наблюдается закономерное изменение физико-механических свойств горных пород, понижаются фильтрационные свойства горного массива, уменьшается водопроницаемость и пористость песчаников и известняков. Все эти особенности в значительной мере влияют на формирование тепловых условий в горных выработках. С уменьшением водообильности горных пород наблюдается закономерное снижение роста влагосодержания воздуха при движении его по горным выработкам, что положительно влияет на формирование шахтного климата. Действующие глубокие шахты Донбасса, принятые в эксплуатацию в 70-80-е годы прошлого столетия, характеризуются значительными размерами шахтных полей по простиранию (до 22 км) и падению (до 12 км) [1]. Большие размеры шахтных полей по простиранию вызывают необходимость в секционной раскройке шахтного поля на отдельные вентиляционные блоки. При значительных размерах по падению в процессе эксплуатации шахты возникает необходимость в подготовке новых горизонтов путем углубки главных стволов. Это приводит к образованию весьма протяженной и разветвленной сети подземных горных выработок, необходимости проведения большого количества тупиковых выработок большой протяженности, неравномерности развития горных работ во времени, способствует формированию неблагоприятного шахтного климата и создает существенные трудности при выполнении работ по кондиционированию рудничного воздуха . Основным направлением развития очистной выемки является расширение объемов применения механизированных комплексов, являющихся интенсивным фактором повышения безопасности работ и производительности труда по добыче угля. Применение механизированных комплексов обеспечивает возможность повышения нагрузок на очистные забои и увеличения скорости их подвигания. В связи с этим уменьшается продолжительность теплообмена горного массива с рудничным воздухом, повышается теплоотдача к вентиляционной струе. Весьма важным является то обстоятельство, что по мере роста скорости подвигания лавы увеличивается приток тепла из зоны выработанного пространства при управлении кровлей полным обрушением. При этом 63

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве увеличивается также теплоотдача отбитого и транспортируемого в лаве угля. Повышение нагрузок на очистные забои связано с увеличением мощности эксплуатируемого электрооборудования и выделяемого им тепла [1.4]. Проветривание тупиковых выработок (вертикальных, горизонтальных, наклонных) осуществляется преимущественно нагнетательным способом местными вентиляторными установками. Поддержание нормального проветривания длинных тупиковых выработок за счет установки для этой цели спаренных вентиляторов приводит к дополнительному нагреву подаваемого в выработку воздуха. С эксплуатационной точки зрения наиболее прогрессивными являются технические решения, предусматривающие выемку угля столбами по восстанию или простиранию длиной до 1500-2000 м. Это вызывает необходимость проведения тупиковых выработок большой протяженности, сопровождающегося формированием весьма неблагоприятных климатических условий, как в призабойных рабочих зонах, так и по длине выработок. Основным направлением технического перевооружения горноподготовительных работ является дальнейшее расширение проведения выработок проходческими комбайнами и комплексами, что обеспечивает более высокие скорости проходки, чем при буровзрывном способе. Максимальное совмещение процессов проходческого цикла при скоростном проведении выработок обеспечивает повышение продолжительности рабочего времени комбайна по разрушению горного массива, что сопровождается интенсивным выделением тепла в призабойное пространство выработки [1]. В условиях тупиковых выработок с небольшим расходом вентиляционного воздуха повышение мощности горнопроходческого оборудования существенно влияет на формирование их теплового режима. С точки зрения тепловых условий, перечисленные факторы (образование весьма протяженной и разветвленной сети горных выработок, повышение нагрузок на очистные забои, скоростные темпы проходки выработок, повышение энерговооруженности выемочных участков и подготовительных выработок) уменьшают верхний предел глубины горных работ без применения средств искусственного регулирования теплового режима в горных выработках. Тепловой режим горных выработок глубоких шахт формируется 64

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве под влиянием ряда происходящих процессов, к основным из которых относятся [1]: сжатие вентиляционной струи под давлением столба воздуха в стволах и наклонных выработках, тепло- и массообмен рудничного воздуха с горным массивом и транспортируемым ископаемым, тепловыделение при работе машин и механизмов, теплоотдача трубопроводов сжатого воздуха, тепло- и влагообмен с шахтной водой и другие менее значимые процессы. Изменение тепловых параметров воздуха, вызванное влиянием каждого из факторов и процессов, следует рассматривать во взаимосвязи их между собой. Воздух, поступающий в подземные горные выработки, нагревается при сжатие и расширение в вертикальных и наклонных выработках. При движении вниз по стволу и наклонным горным выработкам воздух сжимается под действием силы собственного веса. Произведенная при сжатии работа затрачивается на увеличение внутренней энергии и сопровождается повышением его температуры. Понижение давления (движение воздуха вверх по стволу и наклонной выработке) сопровождается снижением внутренней его энергии и уменьшением температуры [1,5]. Если допустить, что воздухоподающий ствол сухой, а теплообмен между стенками ствола и воздухом не происходит, процесс в стволе можно рассматривать как адиабатический, при котором тепло не прибывает и не убывает. Изменение потенциальной энергии воздуха ( Qñ æ , Вт ) при перемещении его по негоризонтальному каналу с разностью отметок по высоте ( H2  H1 ) определяется по формуле [6]

Qñ æ  9 ,81G H2  H1  ,

(1)

где G - массовый расход воздуха, кг/с; H1 , H2 - отметки выработки по глубине, м. Вычисленное по формуле (1) значение потенциальной энергии идет на изменение энтальпии воздуха. Повышение температуры воздуха в стволе при адиабатическом сжатии составляет [6]

t ñ æ 

9 ,81  G   H 2  H1  GC



9 ,81   H 2  H1  C

где C- теплоемкость воздуха ( C  1000 Дж/(кг ·°С). 65

(2)

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Температура воздуха при сжатии во время движения вниз по вертикальному стволу повышается примерно на 0,01°С на каждый метр увеличения глубины или на 1°С на 100 м глубины. Точно так же при движении воздуха вверх температура его понижается на ту же величину [1,5]. Приведенные величины справедливы только для абсолютно сухого воздуха. Для влажного воздуха, которым является как атмосферный, так и рудничный воздух, повышение или понижение температуры вследствие сжатия или расширения меньше. Кроме того, в реальных условиях в стволах происходят более сложные процессы. По мере движения по стволу влажность и теплосодержание воздуха изменяются, поэтому действительное изменение температуры воздуха с глубиной ствола значительно отличается от теоретических выводов. Во-первых, вместе со сжатием вентиляционной струи происходит теплообмен между воздухом и горными породами, окружающими ствол, температура которых с возрастанием глубины увеличивается. Кроме того, летом температура воздуха на поверхности в большинстве случаев выше, чем температура пород, особенно в верхней части ствола. В этом случае свежая струя воздуха в стволе несколько охлаждается. Зимой происходит обратное явление. Ввиду сравнительно низкой теплопроводности горных пород вокруг ствола образуется, так называемая, теплоуравнивающая оболочка. Действие теплоуравнивающей оболочки распространяется обычно на выработки околоствольного двора, капитальные воздухоподающие выработки и, в меньшей мере, на участковые воздухоподающие выработки [1,5]. Во-вторых, на температуру свежего воздуха существенное влияние оказывает влажностное состояние стенок ствола и капеж воды. Как правило, поступающий вниз по стволу воздух увлажняется, в результате этого происходит повышение его абсолютной влажности и связанное с этим снижение температуры. Таким образом, на пути от устья ствола до околоствольного двора температура воздуха изменяется, претерпевая колебания в зависимости от температуры и влажности воздуха на поверхности, влажностного состояния ствола, глубины, на которую опускается воздух, а также от температуры окружающих горных пород. В результате отдачи тепла стенкам ствола и поглощения влаги температура воздуха в воздухоподающих стволах снижается в теплые периоды года (летом) и повышается при низких значениях поступающего в стволы воздуха. В стволах, где наблюдается 66

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве интенсивный капеж воды, в летний период года происходит существенное снижение температуры воздуха и увеличение его относительной влажности. В холодные периоды года наличие капежа в стволе тормозит прирост его температуры. Тепловыделение горного массива является основным фактором, определяющим температуру воздуха в выработках глубоких шахт. Движущей силой, вызывающей возникновение процессов переноса тепла в горных выработках и определяющей направление и интенсивность процесса теплообмена, является разность температур между горным массивом и вентиляционной струей [1,5]. Для прогноза тепловых условий в горных выработках необходимо располагать данными о геотермических показателях месторождения, геотермического района или конкретного шахтного поля, которые характеризуются геотермической ступенью или геотермическим градиентом. Геотермическая ступень выражает разницу глубин залегания горного массива, температура на которых отличается на 1°С для данного геотермического района или конкретного шахтного поля. Геотермическая ступень имеет размерность м/°С. Геотермический градиент является величиной, обратной геотермической ступени и представляет собой численное значение повышения температуры горных пород в градусах при увеличении глубины залегания на один метр, имеет размерность °С/ м. Систематизированные исследования геотермии горнопромышленных районов Донбасса показали, что температура горных пород с глубиной возрастает по закону, весьма близкому к линейному. Отклонения от линейной зависимости объясняются тепловыми аномалиями, вызванными местными источниками тепла и различием теплопроводности литологических разностей толщи горных пород. Наряду с местными тепловыми аномалиями, приуроченными к пластам угля, наблюдаются также аномальные проявления, вызванные воздействием водоносных горизонтов [1,5]. Прогнозируемая температура горных пород на глубине заложения выработки t n определяется по формуле [6]

tn  tçn 

tçn где - средняя геотермического района

H , cm

температура

(3) поверхности

земли

для

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве или шахтного поля, °С; H - глубина, для которой определяется температура горных пород, °С; cm –геотермическая ступень для данного геотермического района или шахтного поля, м /°С. Значения геотермической ступени могут изменяться, как в пределах горнопромышленного района, так и в пределах одного шахтного поля. В целом, для горнопромышленных районов Донбасса, значения геотермической ступени колеблются в пределах 31,2-62,3 м/°С. Более благоприятными в геотермическом отношении являются восточные районы Донбасса, где значения геотермической ступени составляют 53,9-62,3 м/°С. В среднедонецком районе эти значения снижаются до 31,2-32,8 м/°С [1]. Процесс теплообмена между воздухом и горным массивом в горных выработках происходит, в основном, за счет конвективного теплообмена и частично - излучения. Тепловой поток ( Q,Вт), поступающий от окружающих выработку горных пород в воздух, движущийся по горизонтальной горной выработке, в общем виде может быть выражен формулой [6]

Q  K  F   t n  t B  ,

(4)

где K - коэффициент нестационарного теплообмена между горным массивом и воздухом, Вт/(м2·°С); F - площадь поверхности стенок проветриваемой выработки, 2 м; t n - естественная температура горного массива, определенная по глубине расположения выработки, °С; t B - средняя температуры воздуха по длине выработки, °С. Коэффициент нестационарного теплообмена является количественным показателем теплопередачи от горного массива к воздушному потоку. Он представляет собой количество тепла, переданного воздушному потоку из глубины породного массива через 1 м2 поверхности выработки в единицу времени при разности температур глубинных слоев массива и воздуха в 1°С. С учетом установленных закономерностей тепловой поток из окружающего горного массива существенно зависит от

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве продолжительности времени, прошедшего с момента обнажения пород. В момент обнажения пород тепловой поток из окружающего массива имеет наибольшее значение, затем величина его неравномерно уменьшается в зависимости от продолжительности проветривания. При этом, в случае небольшого срока существования выработки, незначительное изменение времени проветривания вызывает существенное изменение интенсивности теплового потока. Если же срок существования выработки исчисляется годами, то величина коэффициента нестационарного теплообмена во времени изменяется незначительно [1,5]. Горные породы в естественных условиях залегания всегда содержат влагу. Содержание влаги колеблется в значительных пределах в зависимости от многих факторов (глубины залегания, пористости, трещиноватости пород и т.д.). Рудничный воздух при взаимодействии с горным массивом, имеющим температурное и влажностное поля, изменяет тепловлажностные параметры вследствие совместно протекающего нестационарного процесса тепло - и массообмена между поверхностью выработки и воздухом. Массообменные процессы приводят к более интенсивному охлаждению горных пород из-за переноса тепла массой вещества (испаряющейся влаги) в атмосферу выработки. Следствием тепло- и массообменных процессов является образование охлажденной и осушенной зоны в массиве вокруг горных выработок, оказывающей большое сопротивление переходу тепла из окружающего горного массива к рудничному воздуху, и, как следствие, происходит снижение интенсивности тепло- и массопереноса во времени. В связи с повышением энерговооруженности выемочных участков и тупиковых подготовительных выработок возрастает удельный вес тепловыделений от работы электрических машин и механизмов в общем тепловом балансе горных выработок [1,5]. В общем случае тепловая мощность ( Qý Вт), выделяемая при работе электрических машин (выемочных и проходческих комбайнов, конвейеров, породопогрузочных машин, лебедок и т.п.), определяется по формуле [6]

QÝ 

Ný

ý

ký ,

где N ý - мощность на валу электродвигателя, Вт; 69

(5)

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

ý-

к.п.д. электродвигателя; k ý - коэффициент загрузки электродвигателя. Количество теплоты, например, вносимой вентилятором местного проветривания, зависит от условий его работы, развиваемого напора, потребляемой мощности, к.п.д. и прочих факторов. Мощность ( N ý ,Вт), расходуемая на создание кинетической энергии воздушного потока, создание статистического давления для преодоления аэродинамического сопротивления и на внутренние потери энергии в вентиляторе, выражается формулой [6]

Ný 

VB  h

B

(6)

где V B - производительность вентилятора, м3/с; h - напор вентилятора, Па;  B - к.п.д. вентилятора. Общая тепловая мощность ( QB ,Вт), выделенная при работе вентилятора [6]

QB 

Ný

ý



VB  h , B  ý

(7)

где  ý - к.п.д. электродвигателя вентилятора. При нагнетательном проветривании тупиковой выработки осевым вентилятором все тепло, образующееся при работе вентилятора, поступает с воздухом в забой. В случае применения вентилятора центробежного типа, у которого привод расположен вне потока подаваемого воздуха, тепло, выделяемое электродвигателем, не поступает в вентиляционную струю, поэтому тепловая мощность, воспринимаемая вентиляционным потоком, эквивалентна мощности, расходуемой на аэродинамическое сжатие и внутренние потери энергии в вентиляторе. При всасывающем проветривании тепло от работы вентилятора не влияет на тепловые условия в выработке В настоящее время имеется достаточно апробированная методика расчета тепловыделений от местных источников, которая используется при тепловых расчетах горных выработок. Тепловой режим общешахтных, групповых и участковых воздухоподающих выработок глубоких шахт формируется в результате одновременного 70

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве воздействия тепловыделений от окружающего горного массива, транспортируемой горной массы, работы транспортных устройств, машин и механизмов с электроприводом, работающих по пути следования свежего воздуха к очистным забоям, и других менее значительных источников [1]. При высоких нагрузках на очистные забои на формирование теплового режима горных выработок, наряду с тепловыделением горного массива, существенное влияние оказывает тепловыделение от транспортируемого ископаемого, особенно при конвейерной его доставке. Величина тепловыделения при конвейерном транспорте угля зависит от производительности конвейера, температуры и относительной влажности угля, скорости воздуха, омывающего насыпку угля на конвейере, типа конвейера и др. Увеличение производительности конвейера сопровождается повышением не только тепловыделения от ископаемого, но и тепловыделения от механической работы конвейерной установки. По данным исследований повышение производительности конвейера с 7 до 56 кг/с может привести к увеличению тепловыделения от транспортируемого ископаемого при доставке скребковыми конвейерами примерно в 2 раза, ленточными – в 2,3 раза, тепловыделения от механической работы скребковых конвейеров в 3,2 раза, ленточных – в 1,7 раза. Увеличение тепловыделения от ископаемого связано при этом с возрастанием поверхности теплообмена. Повышение тепловыделения, связанного с механической работой конвейера при увеличении его производительности, обусловлено возрастанием затрачиваемой мощности на преодоление сил трения. При этом, темп роста тепловыделения с увеличением производительности для скребковых конвейеров больше, чем для ленточных [1,6]. Повышение начальной температуры угля с 30°С до 50°С, соответствующее увеличению глубины разработки в среднем с 800 м до 1400 м, при прочих равных условиях, может привести к значительному возрастанию теплопритока от транспортируемого ископаемого. Для рассматриваемых условий тепловыделение от ископаемого при начальной температуре 50°С будет в 3,7 раза больше, чем при температуре 30°С. Это обусловлено не только увеличением температурного напора от ископаемого к воздуху, но и увеличением разности парциальных давлений пара в воздухе и у поверхности транспортируемого ископаемого. Существенное влияние на величину тепловыделения от угля 71

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве оказывают интенсивность теплообмена, зависящая от скорости движения воздуха и насыпки на конвейере, влажности воздуха и др. Повышение средней скорости движения воздуха в выработке увеличивает интенсивность теплообмена между ископаемым и воздухом. Повышение скорости воздуха с 1 до 4 м/с может привести к увеличению тепловыделения от транспортируемого угля в 2 раза [1,6]. При транспортировании ископаемого в вагонетках на величину тепловыделений оказывают влияние количество и температура транспортируемого ископаемого, температура и относительная влажность воздуха, поступающего на проветривание выемочного участка, емкость вагонетки, продолжительность транспортировки и др. Величина тепловыделения от ископаемого в вагонетке прямо пропорциональна количеству транспортируемого ископаемого. При увеличении начальной температуры ископаемого с ростом глубины разработки так же, как и при конвейерном транспорте, повышается тепловыделение от ископаемого. Основная часть тепла (50-60%) передается воздуху с открытой поверхности ископаемого в вагонетках путем испарения влаги. Снижению тепловыделений от ископаемого в вагонетках способствуют уменьшение продолжительности транспортировки ископаемого по выработке за счет увеличения скорости движения состава и уменьшения простоев, увеличение емкости вагонетки в связи со снижением величины теплопередающей поверхности ископаемого. В выработках с конвейерной доставкой при грузопотоке 50-100 т/ч тепловыделение при транспортировке угля конвейерами может составлять 38-54% от тепловыделений всех источников тепла в конвейерной выработке. При транспортировке в вагонетках тепловыделение от транспортируемого ископаемого в участковых воздухоподающих выработках составляет 5-15% общих тепловыделений. При контакте воздуха с шахтной водой и влажными стенками горных выработок происходит непрерывный процесс тепло- и влагообмена - конвективный теплообмен, обусловленный разностью температур воздуха и воды, и испарение влаги, обусловленное разностью парциальных давлений водяных паров у поверхности воды и в воздухе, и теплообмен излучением. Теплообмен излучением ввиду сравнительно небольшой разности в температурах между воздухом и водой составляет весьма незначительную часть общего теплообмена и при расчетах, как правило, не учитывается. Направление процессов 72

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве тепло- и влагообмена зависит от температуры и относительной влажности воздуха, влажностного состояния стенок горных выработок и температуры воды в водосточной канавке [1,5]. В воздухоподающих стволах с наличием капежа воды поступающий в шахту воздух вступает в контакт с мокрыми стенками ствола и каплями падающей воды. Чем суше и теплее воздух на поверхности, тем интенсивнее процессы тепловлагообмена в стволе. В стволах с притоком воды из верхних водоносных горизонтов температура воздуха в летний период года существенно снижается. Процесс охлаждения сопровождается интенсивным влагообменом, обусловленным высоким потенциалом переноса влаги. В зимний период года происходит повышение температуры поступающего воздуха. Вследствие низкой его температуры влагопоглотительная способность воздуха значительно ниже, чем летом. В связи с этим, влагосодержание воздуха в околоствольном дворе в летний период года существенно превышает значение его в холодное время года [1 Шахтная вода, протекающая в водосточных канавках, имеет более высокую температуру, чем воздух в выработке, и, следовательно, оказывает нагревающее действие на вентиляционную струю. Наличие открытых поверхностей воды в воздухоподающих выработках способствует интенсивному насыщению воздуха влагой, что существенно ухудшает тепловые условия и показатели шахтного микроклимата. Тепловая мощность, воспринимаемая воздухом от шахтной воды в выработке с открытой канавкой, определяется по формуле [6]

QB  FB     t B  t1     pHt   cp  pít , B

(8)

где FB - поверхность теплоотдачи шахтной воды, м2;  - коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки выработки (воды) к воздуху, Вт/(м2 ·°С) [6]

  2 ,33       

0 ,2

0 ,8

U    ,  S

(9)

где  - коэффициент шероховатости, зависящий от вида крепи в выработке. Для выработок с монолитной бетонной крепью  =1,0; для выработок с металлической, железобетонной и деревянной крепью со сплошной затяжкой  =1,5; с той же крепью без затяжки  =2,0; для выработок без крепи  =2,5; для лав  =2,5-3,5;  - плотность воздуха, кг/м3 73

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

  3 ,484  10

3

p   cp  Pí t

273  t cp

(10)

 cp - среднее значение относительной влажности воздуха в выработке, д.ед.; t cp - среднее значение температуры воздуха в выработке, °С;

p - барометрическое давление воздуха в выработке, Па; pít , pít - парциальное давление водяных паров при температурах 1

t B и t 1 , Па.

 - скорость движения воздуха в выработке, м/с; U - периметр среднего по длине расчетного участка поперечного

сечения выработки, м; S - площадь поперечного сечения выработки, м2;  - коэффициент теплоотдачи испарением, Вт/м2·Па [6]

 

1500  2 ,75 t B  t1  p

;

(11)

t 1 - температура воздуха в начале горной выработки, °С; t B - температура шахтной воды в канавке, °С; Значение t B принимается по данным замеров. При отсутствии данных в расчетах принимается следующий перепад температуры между шахтной водой и воздухом t B  t B  t 1 : - в выработках, расположенных на расстоянии до 500 м от ствола, t B  4-5°С; - в выработках, удаленных на расстояние до 1500 м от ствола, t B = 3-4°С; - в выработках, удаленных от ствола на расстояние свыше 1500 м, t B = 1,5-2,5°С; - в участковых воздухоподающих выработках, t B = 1,0-1,5 °С. По данным наблюдений в шахтах температура воды в водосточных канавках горных выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, на 3-6°С выше среднего значения температуры воздуха в этих выработках. В тупиковых выработках температура шахтной воды превышает температуру исходящей вентиляционной струи на 1-3°C [1,5].

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Выводы Тепловой режим горных выработок глубоких шахт формируется под влиянием ряда факторов и процессов, главным из которых относятся [1]: сжатие вентиляционной струи под давлением столба воздуха в стволах и наклонных выработках, тепло- и массообмен с горным массивом и транспортируемым ископаемым, тепловыделение при работе машин и механизмов, теплоотдача трубопроводов сжатого воздуха, тепло- и влагообмен с шахтной водой и другие менее значимые процессы. Перечень ссылок 1. Мартынов А.А., Малеев Н.В., Яковенко А.К. Тепловой режим глубоких угольных шахт. Монография /под редакцией А.А. Мартынова). - Донецк: изд-во «Ноулидж». - 2014. - 443 стр. 2. Правила безопасности в угольных шахтах [Электронный ресурс] : утверждено Государственным комитетом горного и технического надзора ДНР и Министерством угля и энергетики ДНР от 18 апреля 2016 г. – 217 с. 3. Державні санітарні правила та норми. Підприємства вугільної промисловості. ДСП 3.3.1.095-2002. - К., 2003.- 37 с. 4. Подвигин, К.А., Локальное охлаждение рудничного воздуха льдом// Донбасс будущего глазами молодых ученых сборник материалов научнотехнической конференции. ГОУВПО "Донецкий национальный технический университет". – 2019. – С. 130-133. 5. Подвигин, К.А., Анализ существующих средств и способов нормализации тепловых условий глубоких шахт// Инновационные перспективы Донбасса материалы 5-й Международной научно-практической конференции. "Донецкий национальный технический университет". – 2019. – С. 143-152 6. Прогнозування та нормалізація теплових умов у вугільних шахтах. СОУ-Н 10.1.00174088.027:2011. - Макіївка, 2011. - 188 с. © К.А Подвигин, 2020

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.413.4 АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА ЛЬДОМ НА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ Подвигин К.А. ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР В статье изложены теоретические основы эксперимента по локальному охлаждению рудничного воздуха с помощью водо-ледяных элементов помещенных в экспериментальную установку, созданную на базе лаборатории кафедры «Охрана труда и аэрология» ДОННТУ. Выполнен расчет запаса холода в водо-ледяном элементе. Annotation. The article sets out the theoretical foundations of an experiment on local cooling of mine air using ice-water elements placed in an experimental setup created on the basis of the laboratory of the Department of Labor Protection and Aerology of DONNTU. The calculation of the stock of cold in the water-ice element. Ключевые слова: водо-ледяной элемент, горные выработки, рассол, поверхность теплообмена, теплоемкость, теплота плавления, тепловой поток, распределение. Keywords: water-ice element, mine workings, brine, heat exchange surface, heat capacity, heat of fusion, heat flow, distribution. Постановка проблемы Глубина ведения горных работ на горнодобывающих предприятиях определяет тепловые условия работы горнорабочих. Контроль и нормализация тепловых условий позволяет обеспечить комфортные условия труда для персонала шахты, увеличивая тем самым безопасность и производительность труда. Однако сложившаяся экономическая ситуация не позволяет в настоящее время шахтам ставить на вооружения воздухоохлаждающие комплексы т.к. это требует значительных финансовых вложений. Состояние вопроса (литературный анализ) В настоящее время развитие горной промышленности осуществляется за счет разработки запасов угля на больших глубинах. Общеизвестно, что одними из основных осложняющих работу шахт природных факторов является возрастающая с глубиной 76

ведения горных работ горное давление и температура горного массива, определяющая тепловой режим горных выработок и рабочих мест. Необходимость создания благоприятных условия труда вынудило проектировать мощные стационарные, передвижные холодильные системы и средства кондиционирования рудничного воздуха [1], а также разработку горнотехнических способов улучшения температурных условий в выработках глубоких горизонтов шахт. Одним из нерешенных вопросов остается отсутствие методики охлаждения рудничного воздуха с помощью водного льда. В связи с этим, актуальной научно-технической задачей является разработка воздухоохлаждающей установки с помощью льда, а также исследование рациональной области их применения. Цель (задачи) исследования Целью настоящей работы является изложение теоретических основ эксперимента по локальному охлаждению рудничного воздуха с помощью водо-ледяных элементов. Аналитический расчет зависимости температуры воздушного потока на выходе с экспериментальной установки от количества охлаждающих элементов помещенных в установку. Основной материал исследования В работе [1] выполнен обширный анализ разработанных комплексов для нормализации тепловых условий на горно-добычных предприятиях. Однако, следует отметить, что все горно-технические способы нормализации тепловых условий, а также шахтные системы и средства кондиционирования рудничного воздуха требую значительных капитальных вложений, в этой связи практические не применяются. Тенденция развития горнодобычных работ, а именно разработка запасов уклонных полей влечет за собой постоянное возрастание температуры вмещающих горных работ и увеличение пути движения свежей струи [1]. Учитывая вышеизложенные закономерности можно сделать вывод о том, что в сложившихся условиях стационарные системы кондиционирования рудничного воздуха применять экономически не целесообразно. На отдельно взятых рабочих местах с нагревающим микроклиматом, где применение стационарных машин экономически не целесообразно, может оказаться целесообразным применение мобильных установок кондиционирования имеющих в арсенале аккумулятор холода в виде водо-ледяных элементов. Мобильная установка для охлаждения рудничного воздуха льдом в локальных зонах горных выработок проектируется на базе

вагонетки-термоса входящей в состав мобильного комплекса противотепловых средств разработанного НИИГД «Респиратор». Воздухоохлаждающую установку ВОУЛ-1 (рис. 1 табл. 1) планируется применять для местного снижения температуры рудничной атмосферы. Область применения: горизонтальные горные выработки (штольня, тоннель, квершлаг, штрек, просечка); - наклонные горные выработки (бремсберг, уклон, ходок, наклонный ствол); - специальные горные выработки (камеры, выработки околоствольного двора); - забои подготовительных выработок.

Рис. 1 – установка ВОУЛ-1 В состав установки входит: 1 – рама; 2 - скат; 3 – поручень; 4 – крышка; 5 – теплоизолирующий кузов; 6 – вентилятор местного проветривания; 7 – охлаждающие элементы; 8 – люк для прохода воздуха; 9 – люк вентилятора; 10 – перегородки с листовой стали;; 11 – сливные пробки; 11 – решетчатые перегородки. Охлаждение воздуха происходит за счет непосредственного контакта с охлаждающими элементами (рис. 2).

Рис. 2 – охлаждающий элемент ОЭ-4 1 – лед (рассол); 2 – полиэтиленовая пленка; 3 – шов. Таблица 1 Технические характеристики ВОУЛ-1 Наименование показателя Значение показателя Масса, брутто, кг, не более 490 Колея, мм 600 или 900 Количество помещаемых ОЭ, шт, не менее 485 Диаметр колеса, мм 300 Габаритные размеры, мм, не более: 2100;900;1440 длина; ширина; высота При разработке охлаждающего элемента для ВОУЛ-1 за прототип планируется взять водоледяной элемент ОЭ-3 разработанный НИИГД «Респиратор» для противотепловой одежды горноспасателей. В ОЭ-3 в качестве хладоносителя используется лед с питьевой воды [4]. При атмосферном давлении 760 мм. рт. ст. водный лед характеризуется следующими показателями [1]: - температура таянья, ˚С – 0; - теплота плавления, кДж/кг – 335; - теплоемкость, кДж/(кг ˚С) – 2,1. Для снижения температуры плавления в ОЭ-4 применена льдосоляная смесь. Снижение температуры плавления при этом обусловлено тем, что кроме процесса плавления так же протекает 79

процесс растворения соли в воде сопровождаемый понижением температуры плавления смеси и уменьшением теплоты плавления. В настоящее время наиболее применимыми в холодильной технике являются смеси хлористого натрия и хлористого кальция со льдом. В зависимости от процентного содержания соли в рассоле температуру плавления можно понизить до минус 21.1 ˚С и минус 55 ˚С соответственно [5]. Количество теплоты (Q, кДж) поглощаемое при плавлении одного килограмма водного льда определяется по формуле Q  G  (c0  T0  r  c  T ),

(1)

где G - масса льда, кг; c0 - теплоемкость льда, кДж/(кг К); T0 - температура переохлажденного льда, К; r - теплота плавления льда, кДж/кг; T - температура талой воды, отводимой в окружающую среду, К; c - теплоемкость воды, кДж/(кг К). Понижение температуры плавления льдосоляного рассола происходит при повышении концентрации соли в смеси до достижения криогидратной температуры (рис. 3) [1].

Рис. 3 – диаграмма изменения температуры плавления при увеличении концентрации NaCl в смеси 1 – кривая выделения льда; 2- кривая выделения соли; А – криогидратная точка 80

Холодопроизводительность одного килограмма льдосоляной смеси определяется по формуле q лс  1   с   80  0,5  t см   rрас   с  сс  t см  сс  t р ,

(2)

где rрас - теплота растворения хлористого натрия в воде, по приложению 1 rрас  2,54 ккал/кг смеси для концентрации соли 20% [2]: сс - теплоемкость соли; сс  0,204 ккал/(кг град); с р - теплоемкость жидкого раствора (рассола); для раствора с концентрацией 20% при температуре минус 15˚С с р  0,809 [3]: t р - температура спускаемой рассола; в связи с тем, что в камере воздухоохладителя теплота рассола не используется, спускается рассол, имеющий температуру смеси, т.е. t р  t см  15 ˚С. Тогда q лс  (1  0,2)  (80  0,5  15)  2,54  0,2  0,204  0,2  0,809  15  79,603 ккал / кг   333,3 кдж / кг смеси

Массу льдосоляной смеси в одном охлаждающем элементе типа ОЭ-4 найдем по формуле Gсм  Vсм   кг

(3)

где Vсм - объем рассола в одном охлаждающем элементе; для ОЭ-4 Vсм =780 мл;

 - плотность раствора; для 20% раствора  =1,163 кг/л [3].

Тогда Gсм  0,78  1,163  0,91 кг

Вместимость ВОУЛ-1 составляет 486 ОЭ-4. Тогда массу льдосоляной смеси для одного цикла найдем по формуле Gсм 1 цикл  Gсм  n ,

кг / цикл

(4)

где n - количество ОЭ-4 одновременно находящееся в воздухоохлаждающих камерах; для ВОУЛ-1 n  486 шт . Тогда Gсм 1 цикл  0,91  486  442,3 кг / цикл

Из этого количества: соли Gс    Gсм 1 цикл  0.2  442.3  88.5 кг / цикл

(5)

льда G л  Gсм 1 цикл  Gс  442,3  88,5  353,9 кг / цикл

(6)

Выводы. 1. Выполнены аналитические исследования по охлаждения рудничного воздуха в локальных зонах рабочих мест с помощью воздухоохлаждающей установки имеющей в своем арсенале аккумулятор холода в виде водо-ледяных элементов. 2. Выполнен аналитический расчет зависимости температуры воздушного потока на выходе с экспериментальной установки от количества охлаждающих элементов помещенных в установку. 3. Установлено, что в настоящее время экономически целесообразным вариантом охлаждения рудничного воздуха в локальных зонах, а также отдельно взятые рабочие места на опасных производственных объектах является охлаждение посредством мобильных установок, использующих в качестве аккумулятора холода водо-ледяные элементы. Перечень ссылок 1. Мартынов А.А., Малеев И.В, Яковенко А.К Тепловой режим глубоких угольных шахт: монография / под ред. к.т.н. Мартынова А.А.;- Донецк: Издательство «Ноулидж»(Донецкое отделение), 2014.-443 с. 2. Курылев, Е.С. Примеры, расчеты и лабораторные работы по холодильным установкам / Е.С. Курылев, Н.А. Герасимов. – Ленинград : Машиностроение, 1971. – 253с. 3. Щербань, А.Н. Руководство по регулированию теплового режима шахт / А.Н. Щербань, О.А. Кремнев, В.Я. Журавленко// Недра. – 1977. – №3. – С. 309. 4. Подвигин, К.А., Локальное охлаждение рудничного воздуха льдом// Донбасс будущего глазами молодых ученых сборник материалов научнотехнической конференции. ГОУВПО "Донецкий национальный технический университет". – 2019. – С. 130-133. 5. Подвигин, К.А., Анализ существующих средств и способов нормализации тепловых условий глубоких шахт// Инновационные перспективы

Донбасса материалы 5-й Международной научно-практической конференции. "Донецкий национальный технический университет". – 2019. – С. 143-152

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.283.2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО НОВОМУ СПОСОБУ ОСТАВЛЕНИЯ ПОРОДЫ В ШАХТАХ В.В. Васютина (Республиканский академический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела РАНИМИ) г. Донецк, ДНР Аннотация. В представленном материале дано новое решение по использованию горной породы непосредственно в самой шахте. Предлагаются новые охранные элементы конструкций на основании БЖБТ и породных прослойков податливых свойств. Annotation. The paper describes a new solution for employing rock right in the mine. New protective structural elements based on BGBT pillars and pliable rock seams are proposed. Ключевые слова: БЖБТ плиты, элементы конструкций, породные прослойки. Keywords: BGBT pillars, elements based, pliable rock. Проблема поддержания горных выработок на угольных шахтах всегда была одной из наиболее важных научных и производственных задач. Особое значение она приобретает с ростом глубины ведения горных работ, что в свою очередь сопровождается ростом величины горного давления в окружающем выработку горном массиве и ухудшением горно-геологических условий [1]. Ухудшению условий поддержания и охраны горных выработок способствовало также и падение производства специальных охранных элементов, например, тумб БЖБТ [2], которые широко применялись на шахтах до начала 90 -х годов. Производство этих тумб было налажено в Донбассе в 70-80-е годы на ряде крупных заводов, в таких городах как Красный Луч, Торез, Горловка, Донецк и т.д. Было также организовано производство газобетонных изделий для охраны и крепления выработок [4], опытно-промышленная проверка которых в различных горногеологических условиях показала их высокую экономическую и техническую эффективность. В настоящее время из-за высокой стоимости изделий производство резко свернуто. Тем не менее, на наш взгляд, достоинства крепи БЖБТ далеко не исчерпаны. Как показывает опыт их применения на крутом падении [3], несущая способность таких конструкций значительно повышается 84

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве при применении податливых прокладок между плитами, например, распилы или плиты ДВП. Кроме того, при установке тумб можно избежать ручного труда, если тумбы собирать на штреке, а для установки их применить механизированные устройства [3]. Необходимо одновременно с этим решить и проблему складирования породы непосредственно в шахте без выдачи ее на поверхность, тем самым, решив важнейшую экологическую проблему. Для этого в качестве податливого элемента применяют мешки с породой, которые следует устанавливать в качестве прокладок между плитами. Опыт отдельного использования мешков с породой уже есть [4], а вот в комбинации с БЖБТ никогда не применялся. На (рис.1) представлена схема такой конструкции. Для определения несущей способности предложенной породножелезобетонной конструкции воспользуемся математическим моделированием. На (рис. 2) представлена расчетная схема. Породы почвы и кровли для упрощения расчетов представим абсолютно жесткими плитами.

Рис. 1. Схема применения предлагаемого крепления на основе БЖБТ и податливых породных прослоев: 1 – тумбы БЖБТ; 2 – породные прослои. В качестве модели была выбрана квазистатическая система дифференциальных уравнений пластичности Сен-Венана – Мизеса, отнесенная к системе координат xQy, как показано на рис. 1, которая в случае плоской деформации имеет вид:

 ху  ху Qу Qх   0;   0; х у х у 1 U V 2   0; (Qх  Q у ) 2   ху  Т 2; х у 4

(1)

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Qx  Qy U (x  V )у  U (y  V )y 2 xy Эта система содержит в себе два уравнения равновесия ассоциированного закона пластичности, уравнения несжимаемости и соосности. В уравнениях (1) Qx ,Qy ,фхy - компоненты тензора напряжений, U и V – компоненти скорости перемещений в направлении х и у соответственно, Т – предел текучести при сдвиге по отношению к плоскости xQy. Породно-бетонную конструкцию можно представить как пластичный слой между жестким плитами. Со стороны плит слой несет сжимающую нагрузку 2Р, плиты подвержены также сдвигающему усилию 2Q. Жесткие плиты – боковые породы. Усилия 2Q обусловлено углом падения пласта a и глубиной залегания Н и может быть рассчитано по формуле:

Q 1  (1   ) sin 2 yH 2

(2)

где л - коэффициент бокового распора.

Рис. 2. Схема нагружения податливой породо-железобетонной конструкции Граничные условия смешенной задачи пластичности для слоя могут быть сформированы таким образом:

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Qx   xy  0, x  0, x  2r , y  h

  V , y   h,0  x  r  xy  T , y  h,0 x r , у  h, r  x 2r  xy  T1 , y  h,r  x 0, y  h, r  x 2r

(3)

где V – скорость сближения плит, (Т1)  Т. Интервал уравнений равновесия, удовлетворяющий условию текучести (3) и граничным условиям для касательных напряжений на контактной поверхности у   h , представим в таком виде: 2 Qy  xy 1 Qx 2   (1  ) 2 T T T Qy 1 K p x  C   ; (4) T 2 h  xy 1 K p 1 K p y    , х r T 2 2 h

Где К р  Т 1 / Т , К р  1 и произвольная постоянная интегрирования С подлежит определению в ходе решения задачи. Предель-

K p известны заранее из механических соображений К р  1 , при K р  1 получаются известные формулы Прандтля [4],

ные значения

при Кр=1 в слое реализуется чистый сдвиг (фху=Т, Qх= Qу =0) и полностью отсутствует несущая способность конструкции. Удовлетворяя граничному условию на торце в интегральном смысле, находим постоянную С в виде:

C

1 1 K p

  2   K p 1  K p  arcsin K p  2 

(5)

Условия статической эквивалентности напряжений Qy. Действующей со стороны плит нагрузке Р, запишем таким образом:

1 КР r Р  (P  ) (6) 4 h tr Условие же статической эквивалентности контактных касательных напряжений условию сдвига приводит к соотношении: С  Р

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

K p  (2q  1),

(q  Q / Tr  1)

(7)

Если исключить из последних трех соотношений С и Кр, то получим связь P=P(q), т.е. оценку несущей способности конструкции при сжатии и сдвиге: r   2 p  ( 1  q ) ( 1  q )   2(1  2q) q(1  q)  ars sin(2q  1) (8)  h  2

Анализ соотношения (8) по оценке несущей способности конструкции указывает на существенное влияние геометрической характеристики r/h и сдвигового усилия q. При этом минимальная оценка r/h =4. Если r/h <1, то конструкция может выступить в роли жесткого целого, выдавливаемого в сторону обнажения (горной выработки). Наличие сдвиговой нагрузки q приводит к существенному уменьшению Р (несущей способности конструкции). Выводы. 1. Предложена новая технология охраны подготовительных выработок, основанная на применении железобетонных тумб БЖБТ, серийно выпускаемых заводами страны и податливых прослоев из породы, получаемой при проведении выработки. 2. Разработан аналитический метод расчета несущей способности конструкции. 3. Применение данной технологии позволит не только улучшить условия поддержания подготовительных выработок, но и уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду за счет сокращения объемов породы, выдаваемой на поверхность. Список литературы 1. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок [Текст]. С.-Петербург: 1991. - 122 с. 2 Борзых, А.Ф. Содержание ремонт и ликвидация выработок угольных шахт [Текст] / А.Ф. Борзых, Ю.Е. Заков, С.Н. Княжев – Алчевск: - 2004. – 615 с. 3. Совершенствование средств и способов поддержания подготовительных выработок на шахтах Центрального района Донбасса [Текст] / [А.П. Калфакчиян, В.Г. Александров, А.И. Карлов, Е.И. Питаленко Днепропетровск: „Січ”, 1994. - 208с. 4. Касьян, Н.Н. Обоснование параметров охранного сооружения, возводимого из опорных элементов, состоящих из породы, заключенных в оболочку [Текст] / Н.Н. Касьян, И.В. Хазипов, И.С. Рыкалов // Проблемы гірничої технології (Матеріали науково-практичної конференції). ДонНТУ. - 2008. - С. 26 28.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 338.45 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ А.П.Делиева ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация: В статье рассматривается угольная отрасль как основа развития промышленности, одна из энергоемких отраслей, которая поставляет в энергетику уголь и потребляет большое количество топливно-энергетических ресурсов (электрическую и тепловую энергию). Актуальной задачей является повышение энергоэффективности предприятий угольной промышленности. Annotation. The article considers the coal industry as the basis for the development of industry, one of the energy-intensive industries, which supplies coal to the energy sector and consumes a large amount of fuel and energy resources (electrical and thermal energy). An urgent task is to increase the energy efficiency of coal enterprises. Ключевые слова: угольная промышленность, энергоэффективность, энергоемкость, издержки. Keywords: coal industry, energy efficiency, energy intensity, costs. Интенсивное развитие угольной промышленности может быть обеспечено за счет совершенствования технологий производства и снижения себестоимости. Горнодобывающие и угледобывающие компании характеризуются высокой энергоемкостью производства и негативным воздействием на окружающую среду. Проблема повышения энергоэффективности угольной промышленности остается весьма актуальной. Угольная промышленность Донбасса, ее состояние и анализ ее потенциала в разное время в своих исследованиях неоднократно рассматривались многими учеными и руководителями. Это А.И. Амоша, Б.М. Биренберг, А.Р. Вовченко, В.Г. Гринев, В.И. Логвиненко, И.К. Сапицкая, Л.Л. Стариченко, Д.Ю. Череватский, А.И. Чиликин, Ю.П. Ященко и другие.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Энергоэффективность эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов. Использование меньшего количества энергии для обеспечения одинакового энергоснабжения зданий или производственных процессов [3]. Существует ряд проблем в развитии отечественной угольной промышленности, которые не позволяют в полной мере использовать ее конкурентные преимущества. Среди них [1]: - снижение внутреннего спроса на энергетический уголь; - высокая транспортная составляющая в цене на угольную продукцию; - отсутствие спроса на повышение качества и глубокой переработки угля для получения новых видов угольной продукции; - увеличение доли подземной добычи угля в сложных горногеологических условиях; - отсталость горного хозяйства и износ основных фондов шахт и карьеров; -неразвитость инфраструктуры в новых районах добычи угля и наличие «узких мест» в инфраструктуре традиционных районов добычи; - процесс реструктуризации угольной промышленности, который был отложен из-за недостаточного бюджета; - поддержание высокого уровня социальной напряженности в угледобывающих регионах, вызванной низкой занятостью, дефицитом и низким качеством социальных услуг, а также высоким уровнем производственного травматизма и общими экологическими проблемами; - низкая средняя рентабельность продаж угля, короткие сроки кредитования и высокие процентные ставки по банковским кредитам препятствуют привлечению финансовых ресурсов для модернизации угольной промышленности и повышению уровня безопасности труда. - растущая нехватка квалифицированных рабочих. Затраты энергетических ресурсов угольных компаний составляют значительную часть (до 20%, а для отдельных компаний и выше) производственных затрат. Значительная доля приходится на электрическую энергию, которая составляет более половины заявленных энергетических затрат. Развитие контроля за эффективностью электропотребления является предпосылкой для повышения энергоэффективности угольных компаний. Чтобы освоить контроль над эффективностью энергопотребления, необходимо сделать следующее:

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве 1. Провести полный мониторинг объема работ и энергопотребления на эти работы для наиболее важных энергопотребляющих объектов (компании, комплекса, места, смены, экскаватора и других объектов) через одинаковые промежутки времени (смена, день, декада, месяц, квартал, год) 2.Сделать анализ управления основными энергопотребляющими машинами, устройствами с определением требуемого рационального эффективного энергопотребления. 3. Повысить компетенцию линейного персонала, участвующего в процессе потребления электроэнергии (менеджеры участков, начальники смен, персонал, который непосредственно управляет наиболее важными системами потребления электроэнергии), путем проведения дополнительных учебных курсов и переподготовки по программам управления энергетическими ресурсами для повышения энергоэффективности. 4. Устранение очевидных несоответствующих затрат и потерь электроэнергии при ее использовании. Перспективы развития отрасли во многом зависят от вероятного спроса на уголь и его конкуренции с другими видами энергоресурсов природным газом, нефтью, ядерным топливом и импортом угля из других стран. Опыт показывает, что компании, использующие новые устройства и первые технологии, имеют высокую производительность. Для развития промышленности необходимо повысить эффективность научно-технического прогресса путем создания и внедрения устройств и технологий, соответствующих современному мировому уровню по показателям производительности и качества, а также провести реконструкцию горнодобывающего сектора на этой основе. Однако это требует больших инвестиций, источники которых очень ограничены. Поэтому все виды решений, направленных на обновление и развитие производственного аппарата, должны быть строго обоснованы экономическими расчетами и ориентированы на самоокупаемость. Важно найти приоритетные меры, которые не требуют больших инвестиций, но сначала стабилизируют, а затем экономически развивают отрасль. Повышение энергоэффективности промышленной компании является одним из основных факторов снижения производственных издержек и, следовательно, получения дополнительной прибыли, увеличения доли рынка и решения социальных проблем. Меры по повышению энергоэффективности промышленной компании следует рассматривать как фактор экономического роста,

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве который обеспечивает благоприятную социальную, бытовую и экологическую ситуацию, улучшает благосостояние всего населения, а не как бессмысленную экономию энергии, которая часто происходит в ущерб производству [4]. Традиционно ряд мер по повышению энергоэффективности можно разделить на четыре этапа: 1. В любом случае, первым шагом к повышению энергоэффективности является получение полной и достоверной информации о потреблении энергии компанией. Существуют специально разработанные методы проведения энергетического обследования (энергоаудита). Во время оисследования особое внимание следует уделить функциональности устройств и изучению технологии. 2. Второй шаг - разработка индивидуальной программы энергосбережения. Это экономически целесообразный ряд организационных и технических мероприятий, реализация которых обеспечивает энергосбережение. Программа должна включать подробное технико-экономическое обоснование, которое затем станет основой для конкретного инвестиционного проекта. 3. Третьим шагом будет реализация разработанных мер. Необходимо использовать наиболее выгодные методы финансовой поддержки для компании, начиная с работы за счет собственных средств или заемных средств. 4. На заключительном этапе следует отслеживать результаты реализации мер по повышению энергоэффективности. Мониторинг состояния инфраструктуры предприятия дает четкий обзор достигнутой на практике экономии и степени соответствия проектным параметрам. Повышение энергоэффективности отдельных компаний повышает не только конкурентоспособность их продукции, но и конкурентоспособность всей страны. В любом случае повышение энергоэффективности компании приводит к положительным результатам, таким как [2]: - повышение рентабельности за счет снижения энергозатрат; -повышение качества продукции; -улучшение имиджа компании; -повышение капитализации и конкурентоспособности компании.

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве Перечень ссылок 1. Долгосрочная программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года / Утверждена Распоряжением Правительства РФ от 24.01.2012 N 14-р). URL : https://www.rosugol.ru/upload/pdf/dpup_2030.pdf (дата обращения: 29.04.2020). 2.Кобелев Н.С., Энергосберегающие технологии в и нженерных системах промышленных и общественных зданий. – Курск: КурскГТУ, 2008. - 135 с. 3. Кочура И.В.Анализ развития экономического потенциала угольной промышленности Донбасса в современных условиях хозяйствования // Вестник института экономических исследований. 2018. №4 (12). С. 55-64 4.Хорев С.В., Антонов А.С. Повышение энергоэффективности промышленных предприятий // Материалы VIII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: http://scienceforum.ru/2016/article/2016019768 (дата обращения: 29.04.2020 ).