авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Прогноз и выбор оптимальных параметров теплового режима при строительстве, эксплуатации и комплексном использовании горных выработок в криолитозоне

-- [ Страница 4 ] --

Для оценки влияния изоляционного слоя на температурный режим горных пород были проведены наблюдения за формированием температурного поля вокруг экспериментальной выработки на различных участках. Установлено, что теплоизоляция значительно снижает интенсивность процесса аккумуляции тепла горными породами и препятствует распространению положительных температур вглубь массива, увеличивает время начала оттаивания пород, окружающих выработку, причем время наступления положительной температуры на стенке выработки зависит от толщины теплоизоляции и естественной температуры мерзлых пород. Обработка результатов экспериментальных исследований показала, что скорость оттаивания пород за теплоизоляцией ниже, чем на неизолированных участках. Например, скорость движения ореола оттаивания за теплоизоляцией толщиной 6 см в 2 раза ниже, чем на участке без теплоизоляции. С течением времени скорость оттаивания уменьшается, причем темп понижения скорости на теплоизолированных участках значительно выше. Экспериментальные исследования показали, что теплоизоляция горных выработок является эффективным средством кондиционирования рудничного воздуха, позволяющим обеспечить заданные термовлажностные параметры вентиляционной струи и уменьшить глубину оттаивания пород, окружающих выработку.

Эффективность использования теплоизоляции в горных выработках с энергетической точки зрения можно оценить степенью снижения теплового потока во времени. Степень снижения теплового потока (отношение критериев Кирпичёва) во времени в теплоизолированной выработке по сравнению с не теплоизолированной показана на рис.10.

Рис. 10. Изменение теплового потока в теплоизолированной

выработке в зависимости от времени.

Анализ кривых на рисунке показывает, что с энергетической точки зрения теплоизоляция является эффективной даже для выработок с большим сроком службы >2 лет, причем, чем выше термическое сопротивление, тем дольше сохраняется величина эффекта.

Основываясь на результатах комплексных лабораторных и теоретических исследований, разработаны новые конструкции слоистой теплозащитной крепи, обладающие повышенным термическим сопро­тивлением. Возведение таких крепей методом сухого набрызга дает возможность при одинаковом расходе материалов, не изменяя при этом массу крепи и ее толщину, добиться повышения термического сопротивления в 1,2-1,5 раза. Лабораторные исследования показали, что прочностные характеристики при этом не ухудшаются. Получены аналитические зависимости для определения оптимального количества слоев для достижения максимального термического сопротивления слоистой крепи. Материал покрытий и технология возведения защищены авторскими свидетельствами.

Установлены основные закономерности формирования теплового и газо­вого режима в подземных сооружениях специального назначения, эксплуа­тирующихся в режимах полной или частичной изоляции при наличии в них аб­солютных источников тепло-влаго-газовыделений и теплозащитных покры­тий многофункционального назначения. Эксперимен­тальным путем выявлены закономерности формирования климатических условий в сооружениях при наличии и отсутствии в них покрытий, и доказана возможность поддержания нор­мативных параметров микроклимата без использования энергетических установок.

В области теоретических исследований по данному направлению разработаны алгоритмы и программы для численного моделирова­ния процесса взаимодействия теплозащитного слоя с оттаивающим массивом горных пород. Результаты исследований, реализованы в виде диалоговых программ для ПЭВМ, которые позволяют оптимизировать параметры теплозащитной крепи для различных условий эксплуатации. На рис.11 представлены в графической форме результаты комплексных расчетов изменения основных характеристик покрытия: минимальной (по технологическому фактору) толщины, плотности, прочности и коэффициента теплопроводности в зависимости от концентрации пористого наполнителя при различном содержании цемента в смеси.

 Изменение характеристик покрытия в зависимости от концентрации пористого-28

Рис.11. Изменение характеристик покрытия в зависимости от концентрации пористого заполнителя (1 - 10%; 2 - 40%) при

различном содержании цемента в смеси

Сделана теоретическая оценка использования слоистых набрызг-бетонных крепей в качестве специальных теплоаккумулирующих покрытий в выработках для сглаживания суточных и декадных колебаний температуры. Показано, что наличие теплоаккумулирующего слоя позволяет эффективно сглаживать импульсное повышение или понижение температуры в горных выработках. В то же время, использование теплоаккумулирующих покрытий для управления температурным режимом горных пород является не целесообразным. Это наглядно подтверждают графики, приведенные на рис.12.

Рис.12. Изменение температуры горных пород на границе с

теплоизоляционным и теплоаккумулирующим слоями при

толщине слоев 0,1 м в течение года

1 – температура воздуха; 2 – температура горных пород на

границе с теплоаккумулирующим слоем; 3 – то же на границе

с теплоизоляционным слоем

Разработаны методики и сделана оценка энергетической и экономической эффективности использования новых, теплозащитных конструкций крепи в подземных сооружениях. Результаты исследований представлены в виде графиков и номограмм. На рис.13 приведена номограмма, позволяющая при известной стоимости легкого наполнителя определить эффективность использования теплозащитных бетонов, по сравнению с обычными бетонами, используемыми для крепления выработок. Ключ к номограмме показан штриховой линией. Если результат, полученный по номограмме, лежит слева по оси, то применение легкого бетона в качестве изоляции экономически оправдано, если справа – нет. Штриховкой выделена область отношения плотностей, характерная для легких бетонов. Как видно из номограммы, даже для весьма дорогого теплоизолятора, каким является вермикулит, замена легкого теплозащитного бетона тяжелым, но большей толщины – не эффективна.

 Номограмма для определения области эффективного применения-30

Рис. 13. Номограмма для определения области эффективного

применения набрызг-бетонной теплозащитной крепи.

Для оценки возможности применения теплоизоляции как средства кондиционирования рудничного воздуха была разработана методика оценки экономической эффективности, которая позволяет определить оптимальную толщину теплоизоляционного слоя, тип теплоизоляции, ее стоимость, включая стоимость нанесения, при которых применение данного средства кондиционирования позволяет получить экономический эффект для подземных сооружений, различного назначения, расположенных в криолитозоне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе проведенных комплексных исследований научно обоснованы технические и технологические решения для обеспечения нормативных параметров микроклимата в подземных сооружениях при минимуме энергетических и материальных затрат, имеющие важное хозяйственное значение для рационального, безопасного и эффективного освоения подземного пространства, в частности при строительстве, эксплуатации и комплексном использовании горных выработок в криолитозоне, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и ее обороноспособности.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Математическая модель теплового взаимодействия человека с окружающей средой, отличающаяся от известных более полным учетом особенностей теплообмена в подземных условиях, позволяет определить зону теплового комфорта и предельно допустимые параметры подземного микроклимата, как в периоды выполнения трудовых операций, так и в периоды отдыха (ожидания), а разработанный метод оценки эффективности комфортного кондиционирования воздуха определить насколько увеличивается энергетическая стоимость трудовых операций и длительность физиологически необходимого отдыха при работе в неблагоприятных климатических условий по сравнению с комфортными.

2. Обоснованные математические модели для прогноза и выбора оптимальных параметров четырех типов горнотехнических систем кондиционирования воздуха в подземных сооружениях криолитозоны: обыкновенных, регенеративных, рекуперативных, комбинированных, рассмотренные как системы с распределенными параметрами, характеристики которых переменны по координатам и во времени, позволяют оценить энергетическую и экономическую эффективность систем, обосновать целесообразность использования и оптимальные проектные решения при управлении процессом регулирования теплового режима по критерию экономии энергии.

3. Проведенные комплексные теоретические исследования (численное моделирование) на основе разработанных математических моделей позволили установить основные закономерности формирования тепловых условий в горных выработках и окружающих горных породах при: а) реверсии вентиляционной струи с переменным расходом воздуха и наличии абсолютного источника тепловыделений; б) циклическом проветривании горных выработок; в) наличии специальных теплообменных модулей.

Результаты исследований дают возможность обосновать оптимальные вентиляционные режимы подземных сооружений различного назначения (теплообменные выработки модульных подземных сооружений, подземные холодильники, хранилища и склады, выработки подземных коллекторов, вскрывающие и подготовительные выработки шахт и рудников криолитозоны) для достижения заданных критериев качества при сокращении затрат энергии в 1,3 – 2,1 раза.

4. На основании полученных расчетных зависимостей по оптимальному размещению, количеству и определяющим параметрам энергетических источников, в том числе при переменном расходе воздуха в горных выработках, доказана энергетическая и экономическая эффективность регулирования теплового режима в подземных сооружениях криолитозоны с помощью рассредоточенных энергетических и безэнергетических источников, при этом плотность размещения энергетических источников зависит от характера изменения расхода воздуха по длине выработки.

5. Доказано, что с помощью рациональных режимов промораживания можно достичь существенных технологических, энергетических и экономических преимуществ, как при строительстве, так и эксплуатации подземных сооружений криолитозоны, в частности, обеспечить устойчивость пород призабойной зоны выработки, устойчивый пролет камер, оптимальный размер междукамерных целиков, эффективное использование выработок двойного назначения при модульном принципе строительства подземных сооружений, а также уменьшить затраты на тепловую защиту подземных сооружений специального назначения в чрезвычайный период эксплуатации.

6. Разработанные методы теплового расчета и выбора оптимальных параметров для схем подготовки шахтных полей и объёмно-планировочных и проектных решений подземных сооружений с применением специальных тепло- и холодоаккумулирующих модулей, обеспечивают комплексное использование горных выработок и минимальные энергетические затраты на создание нормативных параметров микроклимата.

7. Научно обоснованные положения новой концепции строительства и эксплуатации подземных сооружений криолитозоны, заключающиеся в комплексном использовании горных выработок и управлении процессами достижения заданных эксплуатационных характеристик (в обычный и чрезвычайный периоды) по критерию экономии энергии дают возможность сформулировать требования к проектным решениям, нормам и правилам проектирования и строительства подземных сооружений криолитозоны.

8. Исследованные основные закономерности и особенности формирования теплового и влажностного режима в экспериментальной горной выработке и окружающих горных породах с теплоизоляционным покрытием из пенополиуретана марки ППУ-3н и разработанные методы оценки доказали энергетическую и экономическую эффективность использования данного вида теплоизоляции как средства кондиционирования рудничного воздуха и защиты мерзлых пород от оттаивания.

9. Разработанная и реализованная в отраслевых нормативных документах методика выбора оптимальных параметров тепловой защиты для подземных сооружений специального назначения, размещаемых в горных выработках цилиндрической и сферической симметрии, при эксплуатации их в период чрезвычайных ситуаций природного или техногенного характера, позволяет обеспечить выбор надежных проектных решений по заданным нормативным критериям качества.

10. Разработанные конструкции и методики выбора оптимальных параметров новых многофункциональных набрызг-бетонных теплозащитных покрытий, позволяют обеспечить эффективное управление температурным режимом горных пород, окружающих выработки, и минимизировать затраты энергии на поддержание нормативных параметров микроклимата в подземном сооружении, в том числе при эксплуатации в период чрезвычайных ситуаций.

Полученные выводы и рекомендации могут быть использованы для повышения эффективности и безопасности функционирования подземных сооружений в криолитозоне различного назначения, как связанных, так и не связанных с горным производством, в период строительства, эксплуатации и комплексного использования горных выработок, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Основные публикации по теме диссертации.

Монографии

  1. А.Ф.Галкин, В.В.Киселев, А.С.Курилко. Набрызгбетонная теплозащитная крепь.- Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1992.- 164 с.
  2. А.Ф.Галкин, Ю.А.Хохолов. Теплоаккумулирующие выработки.- Новосибирск: Наука, 1992.- 133 с.
  3. А.Ф.Галкин. Тепловой режим подземных сооружений Севера.- Новосибирск: ВО Наука, 2000.- 305 с.

Статьи и доклады

  1. А.Ф.Галкин. Коэффициент нестационарного теплообмена для призабойной зоны горных выработок шахт Севера // Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Крайнего Севера.- Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1978.- с. 100-105.
  2. А.Ф.Галкин. Методика определения зоны теплового комфорта шахтного микроклимата // Вентиляция шахт и рудников: Межвуз. сб., Л.: ЛГИ, 1981.- Вып. 8.- с. 43-46. Соавторы: В.Н.Скуба, Ю.В.Шувалов.
  3. А.Ф.Галкин. Оценка эффективности комфортного кондиционирования рудничного воздуха // Совершенствование подземной разработки месторождений Крайнего Севера.- Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1982.- с. 60-64.
  4. А.Ф.Галкин. Экономическая эффективность применения теплоизоляции для регулирования теплового режима на шахтах Севера // «Экономика и управление угольной промышленностью».- М.: ЦНИЭИуголь.- 1982 - № 6.- с. 17-18.
  5. А.Ф.Галкин, И.Н.Лось. Оценка влияния геотермии месторождений на выбор стратегии отработки шахтного поля // ФТПРПИ.- Новосибирск.- 1985 - №2.- с. 86-89.
  6. A.F.Galkin. Calculation of Thermal Conditions in Working During Drivage // 4-th IBMT Session. May 1985, Papers Volume II, United Kingdom, Number 1-13.
  7. A.F.Galkin. Determination of comfort air temperature in mine working // 5-th IBMT Session. Technical Papers. February 1988, New-Deli – India. pp. 406-414.
  8. А.Ф.Галкин, Ю.А.Хохолов. Сравнительная оценка энергетической эффективности рекуперативных систем регулирования теплового режима глубоких рудников // «Известия Сибирского отделения АН СССР», сер. техн. наук.- Новосибирск – 1989 – вып. 4.- с. 129-133.
  9. А.Ф.Галкин. Проектирование горнотехнических систем регулирования теплового режима шахт и рудников Севера // Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-востоке СССР. часть I.- Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1990.- с. 122-128.
  10. А.Ф.Галкин. Горнотехнические системы регулирования теплового режима шахт и рудников // 24 Международная конференция НИИ по безопасности работ в горной промышленности. Доклады, ч. II.- Донецк, 1991.- с. 315-322.
  11. A.F.Galkin, V.V. Kiselev, V.A.Sherstov. Experience and perspective of underground refrigerators building in the North // Cold Regions Engineering, International Symposium Proceedings, September 11-14, 1996, Harbin, China, pp 49-51.
  12. A.F.Galkin,V.V.Kiselev, A.S.Kurilko, Y.A.Hoholov. Thermal Condition in the Undergrаund Sever Main // «Geokryological problems of construction in Eastern Russia and Northern China» Int. Symposium, Proceeding, vol. 1, 1998, pp. 141-145.
  13. A.F.Galkin, Y.A.Hoholov, E.K.Romanova. Programmer complex for deciding problems of mining thermal physics // CHMTYG Proceedings of the Int. Conf. of Computational Heat and Mass Transfer. Eastern Mediterranean University, G. Magasa, April 26-29, Turkey, 1999, pp. 153-157.
  14. А.Ф.Галкин. Основы комплексного использования горных выработок криолитозоны // «Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций». II Всероссийская конференция, 29 октября - 2 ноября 2001 г. Труды научных мероприятий, том 2. Красноярск, 2001.- с. 47-51.
  15. А.Ф.Галкин. Тепловой режим горных выработок при реверсии вентиляционной струи.//Доклады 10-й сессии Международного бюро по горной теплофизике. Гливице,14-18 февраля 2005г., Польша, 2005.-с.321-329.
  16. А.Ф.Галкин. Оптимальный тепловой режим очистных выработок угольных шахт криолитозоны. Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск. Физика горных пород. М.: Изд-во МГГУ, 2006.- с.200-205.
  17. Ю.В.Шувалов, А.Ф.Галкин. Теоретические основы расчета горнотехнических систем регулирования теплового режима подземных сооружений криолитозоны. Записки Горного института, том 172. СПб.: Изд-во СПГГИ (ТУ), 2007.-с.138-142.
  18. А.Ф.Галкин, Н.С.Заболоцкая. Энергетический критерий оценки травмоопасности рабочих профессий при разработке месторождений Севера. Горный информационно-аналитический бюллетень, ОВ «Безопасность» № 6. М.: Изд-во МГГУ, 2008.- с.36-45.
  19. А.Ф.Галкин. Регулирование теплового режима при проходке выработок в мерзлых породах. Безопасность труда в промышленности, № 7, 2008.-с.28-31.
  20. А.Ф.Галкин. Горнотехнические системы регулирования теплового режима. Горная промышленность, № 3, 2008.-с.14-17.
  21. А.Ф.Галкин. Оптимизация параметров разделительных перемычек при управлении процессом теплопередачи по критерию экономии энергии. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9. М.: Изд-во МГГУ, 2008.- с.53-57.
  22. Ю.В.Шувалов, А.Ф.Галкин. Теория и практика оптимального управления тепловым режимом подземных сооружений криолитозоны. Горный информационно-аналитический бюллетень,

№ 9. М.: Изд-во МГГУ, 2008.- с.57-63.

  1. А.Ф.Галкин. Расчет параметров теплозащитных покрытий подземных сооружений криолитозоны. Известия ВУЗов. Горный журнал, № 6, 2008г., с.81-89.
  2. А.Ф.Галкин. Повышение надежности работы машин и механизмов в подземных сооружениях криолитозоны. Записки Горного института, том 178. СПб.: Изд-во СПГГИ (ТУ), 2008.-с.207-209.
  3. Галкин А.Ф. Оценка эффективности новой технологии крепления горных выработок криолитозоны. В кн.: Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения. Труды 7-й Межрегиональной научно-практической конференции (Воркута, 8-10 апреля 2009г.), т.2, с.411-413.
  4. А.Ф.Галкин. Распределенные системы регулирования теплового режима шахт и рудников Севера. Записки Горного института, том 180. СПб.: Изд-во СПГГИ (ТУ), 2009.-с.21-24.

Изобретения

  1. А.Ф.Галкин. Способ проветривания шахт в условиях отрицательных температур. А.с. СССР, №1204742. Кл.Е 21 F 1/00 1985.
  2. А.Ф.Галкин Охлажда

    Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
     





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.