CC BY
11Литература
1. Федеральный закон «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд» № 44-ФЗ от 05.04.2013 г. с изменениями от 05.04.2016 г.
2. Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184-ФЗ от 15.12.2002 г. с изменениями на 05.04.2016 г. в редакции, действующей с 01.07.2016 г.
3. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности мебельной продукции» № ТР ТС 025/2012 от 15.06.2012 г.
Обзор методов прогноза температурно-влажностного состояния предохранительной подушки при отработке подкарьерных запасов руды месторождений криолитозоны Неустроев А. П.
Неустроев Аркадий Петрович /ЫешХтоеу Атка4гу Р^тоугек — аспирант, лаборатория горной теплофизики, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского, Сибирское отделение Российской академии наук, г. Якутск
Аннотация: рассмотрены условия отработки подкарьерных запасов руды месторождений криолитозоны. Выявлены основные физические процессы, влияющие на температурно-влажностное состояние предохранительной подушки. Приведены известные методы исследования тепломассопереноса в массивах горных пород.
Ключевые слова: предохранительная подушка, тепломассоперенос в массиве горных пород, комбинированный способ добычи, система с обрушением.
При отработке запасов переходной зоны особую опасность представляют геомеханические процессы, связанные с обрушением бортов карьера, внезапным проникновением паводковых и дождевых осадков, образованием купола из-за смерзания кусков породы подушки. При использовании систем разработки с закладкой выработанного пространства необходимо образование искусственного защитного целика, а при использовании систем с обрушением, которые намного экономичнее -предохранительной подушки. Она создается на дне карьера из предварительного отбитой и невыпускаемой руды или путем её образования или отсыпки из пород бортов, вскрыши или руды. Для отработки подкарьерных запасов трубки «Удачная» планируется использовать систему этажного принудительного обрушения под подвижной рудной предохранительной подушкой. Предохранительная подушка защищает горнорабочих и технику от осыпающихся пород с бортов карьера и изолирует рудник от внешней атмосферы. С другой стороны, атмосферные осадки и притоки минерализованных подземных вод с бортов карьера должны фильтроваться через подушку, а не накапливаться на ней. Для осуществления эффективного и безопасного процесса выпуска руды из отбитых блоков породы предохранительной подушки должны оставаться сыпучими.
Учитывая отрицательную температуру пород и низкую среднегодовую температуру воздуха, нельзя исключать возможность повторного смерзания отбитой руды, как это неоднократно наблюдалось в блоках, выпускных устройствах, рудоспусках на рудниках России, Канады [1-3].
Аэродинамическая связь горных работ между атмосферой и выработанным пространством карьера будет осуществляться в виде фильтрационных воздушных потоков через сыпучий материал подушки. Любой сыпучий материал, в том числе и рассматриваемая рудная подушка, будет пропускать через себя воздух. При этом сопротивление фильтрующегося через нее воздуха будет зависеть от фракционного состава пород слоя, высоты слоя, перепада давления.
При фильтрации воздуха через кусковой материал должно учитываться большое количество факторов, влияющих на аэродинамические параметры материала, а именно: удельный вес воздуха, вязкость воздуха, пористость среды, форма кусков, характер поверхности кусков, эквивалентный диаметр каналов в слое, режим движения, степень проявления сил вязкости и инерции и т. д.
На эффективность и безопасность процесса выпуска руды значительное влияние оказывает способность пород предохранительной подушки сохранять сыпучие свойства. При движении теплого воздуха через слой мерзлых пород может произойти конденсация влаги и смерзание кусков породы, что может нарушить равномерность опускания подушки. Необходимо также учесть атмосферные
осадки, которые также влияют на теплофизическое состояние рудной подушки. Учесть все перечисленные параметры в единой аналитической зависимости достаточно сложно - это требует разработки специальных математических моделей с учётом фазовых переходов влаги, в том числе при движении через блок мерзлых горных пород. При этом математическая модель должна учитывать возможность замерзания фильтрующихся через материал предохранительной подушки атмосферных осадков и талых весенних вод, а также конденсацию и замерзание влаги при движении теплого рудничного воздуха через слой мерзлых пород.
В литературе предложено несколько моделей для расчета температурных условий в мерзлых почвах, которые учитывают пленочное течение влаги [4], фильтрацию воды и диффузии пара [5-7]. В работе В. И. Попова [8] учитывается растворение порового льда фильтрующимся рассолом, что приводит к изменению объема и понижению температуры. Все эти модели представляют собой фильтрационную задачу, когда температура флюида и твердого каркаса почвы одинаковая. При решении задач замерзания песчаной или другой мелкодисперсной почвы это вполне оправдано.
Гранулометрический состав и пустотность отбитой руды могут изменяться в широких пределах. Для крупнообломочных пород в теплофизических расчетах необходимо учитывать тепловую инерцию куска породы. В случае крупнообломочных горных пород отбитую руду можно рассматривать как систему, состоящую из полых цилиндров, у которых диаметр канала зависит от среднего диаметра кусков породы и коэффициента пустотности [9, 10]. Ю. А. Хохоловым и М. В. Каймоновым [11, 12] разработана математическая модель для расчета количества льда, образовывающегося в блоке отбитой руды за счет конденсации и замерзания влаги из влажного воздуха. В этих работах исследованы влияния температуры и влагосодержания воздуха на процессы конденсации влаги и смерзания отбитой руды в очистных блоках рудников криолитозоны. Показано, что интенсивность льдонакопления в пустотах блока возрастает с увеличением разности температур рудничного воздуха и поверхности кусков мёрзлой руды, а также с ростом относительной влажности рудничного воздуха.
Для учета поступления влаги в весенне-летний период за счет таяния снега и атмосферных осадков в работе [13] предложена модель для прогноза температурно-влажностного режима предохранительной подушки при отработке подкарьерных запасов, где в отличие от предыдущих моделей добавлены уравнения гидродинамики тонких стекающих пленок.
Для обеспечения условий безопасной и эффективной работы рудника необходимо изучить степень влияния реальных гидротермических условий на сыпучие свойства пород предохранительной подушки и дать рекомендации по оптимальным параметрам и режимам ведения горных работ. Разработка математической модели тепломассообмена рудничного воздуха и фильтрующейся с поверхности воды с отбитой мерзлой рудой предохранительной подушки с учетом влияния гидротермических и технологических условий отработки подкарьерных запасов руды месторождений криолитозоны позволит рассчитать образование льда в пустотах материала подушки и отбитой руды в блоке за счет фильтрации воды и конденсации влаги в зависимости от температуры руды, ее теплофизических свойств, гранулометрического состава, слоистости, пустотности отбитой руды, температуры и влажности шахтного и наружного воздуха, депрессии. Результаты расчета позволят спрогнозировать возможные смерзания отбитой руды, что необходимо для обоснования рациональной технологии выпуска руды из очистных блоков рудника, обеспечивающую эффективную и безопасную отработку подкарьерных запасов месторождений криолитозоны.
Литература
1. Пермяков Р. С. Особенности разработки нагорных месторождений Заполярья. Л.: Изд-во «Наука», 1969. 234 с.
2. Алехичев С. П., Калабин Г. В. Естественная тяга и тепловой режим рудников. / С. П. Алехичев. Л.: Наука, 1974. 111 с.
3. Иванов Ю. Н. Смерзаемость горной массы в капитальных рудоспусках. // Проблемы смерзания и липкости минерального сырья в процессе его добычи, транспортировки и переработки: материалы постоянно действующего Российского заочного семинара. Вып. 1. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. С. 64-65.
4. Klas Hansson, J. Simunek, M. Mizoguchi, L.-C. Lundin, M. Th. van Genuchten. Water flow and Heat transport in frozen soil: Numerical solution and freeze-thaw applications. // Vadose zone J, 3, 693-704, 2003.
5. Karra S., Painter1 S. L., Lichtner P. C. Three-phase numerical model for subsurface hydrology in permafrost-affected regions (PFLOTRAN-ICEvl.O). // The Cryosphere, 8, 1935-1950, 2014.
6. Painter S. Three-phase numerical model of water migration in partially frozen geological media: model formulation, validation, and applications. // Comput. Geosci., 15, 69-85, 2011.
7. Zhou Y. and Zhou G. Numerical simulation of coupled heat-fluid transport in freezing soils using finite volume method. // Heat Mass Trans., 46, 989-998, 2010.
8. Попов В. И. Математическое моделирование процесса инфильтрации высокоминерализованного раствора в мерзлый массив. // Материалы XXI Совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока «Фундаментальные и прикладные проблемы гидрогеологии». Якутск: 2015. - С. 144-146.
9. Хямяляйнен В. А., Понасенко Л. П., Бурков Ю. В., Франкевич Г. С., Жеребцов В. А. Тампонаж обрушенных пород. Кемеров: Кузбас. гос. техн. ун-т, 2000. 107 с.
10. Вахромеев И. И. Теоретические основы тампонажа горных пород. М.: Недра, 1968. 291 с.
11. Каймонов М. В., Хохолов Ю. А. Математическое моделирование температурно-влажностного режима блока отбитой руды рудников Севера. // Наука и образование, 2010. № 1. С. 27-32.
12. Каймонов М. В., Хохолов Ю. А., Курилко А. С. Исследование влияния температуры и влагосодержания воздуха на процессы конденсации влаги и смерзания отбитой руды в очистных блоках рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2010. № 10. С. 314-324.
13. Хохолов Ю. А., Курилко А. С., Каймонов М. В., Шубин Г. В. Моделирование термического состояния предохранительной подушки на руднике «Удачный» // Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России: труды Всерос. науч.-практ. конф., посвященной памяти чл.-кор. РАН Новопашина М. Д. Якутск: Издательство Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2011. С. 273-277.
Извлечение энергии из тепла воздуха внутри метрополитена при помощи
тепловых насосов Колечкина А. Ю.
Колечкина Анастасия Юрьевна /Ко1ееНкапа Апа$1а$гуа Уитуеупа — магистр, кафедра строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
Аннотация: в статье рассмотрена возможность применения теплового насоса для обогрева помещений метрополитена. Рассмотрен принцип действия такой системы. Приведены примеры первых внедрений на станциях города Минск.
Ключевые слова: метрополитен, альтернативные источники, тепловой насос, энергоэффективное отопление, антифриз.
Тепловой насос (далее ТН) представляет собой устройство, для передачи тепла от холодного источника к более теплому потребителю (помещение) [1].
Тенденция к применению ТН для отопления метрополитенов объясняется имеющимися там переизбытками тепла, которые можно использовать в качестве источника низкопотенциальной энергии. Данное тепло образуется за счет дыхания людей и движения поездов по тоннелю. Экономически выгодно использовать данное тепло для обогрева стационарных помещений метрополитена [2].
Принцип действия данной системы (рисунок 1) заключается в том, что вода, нагретая воздухом метрополитена, из лотка 15 попадает в емкость 4 (температура воды 18-20°С), откуда она поступает в ТН1. Рабочее тело, проходя через змеевик 20, конденсируется (температура воды 50-60°С). Образовавшееся тепло попадает в змеевики 21 и 22. Змеевики 20, 21 и 22 находятся в теплообменнике 2. Змеевик 21 соединен с радиаторами 3, через них при помощи насоса 7 прокачивают горячую воду. За счет работы насосов 6 и 7 задается необходимая для отопления температура. В случае если обогрев помещения не требуется, то насос 7 отключают, и все тепло поступает в змеевик 22. Данный змеевик входит в отдел перекачки воды. Образовавшуюся в этом змеевике горячую воду сбрасывают в емкость 5. При необходимости повысить температуру помещения переключают вентиль 12, и в ТН из емкости 5 поступает резервная вода (температура воды около 50°С). Лишняя вода сбрасывается в водосток города [3].
