Объекты исследований и задачи рудничной аэрогазодинамики

По мере развития рудничной аэрогазодинамики происходит расширение спектра решаемых задач и объектов исследований. В свете современных представлений объекты исследований этой науки можно определить следующим образом.
Объектами рудничной аэрогазодинамики являются недра земной коры, источники георесурсов, системы горных выработок при освоении георесурсов, строительстве и эксплуатации горных сооружений, окружающая среда горнодобывающих регионов, мест эксплуатации сооружений и подземного размещения отходов.
Горные породы, слагающие земную кору, содержат различные газы (аммиак, водород, метан, радон, углекислый газ, оксиды азота и серы, сероводород, оксид углерода, образующиеся при фильтрации воздуха через поры и трещины в массиве, а также при пожарах) как в свободном, так и в сорбированном состоянии, которые при отработке месторождений (или использовании подземных пространств) поступают в горные выработки и затем на поверхность - в земную атмосферу. Кроме того, при работе технологического оборудования тоже выделяются вредные и ядовитые газы, особенно при использовании двигателей внутреннего сгорания (сернистый газ, акролеин, формальдегид). Незначительные количества ядовитых газов могут выделяться из минеральных источников, пересекаемых горными работами. Состав и объемы выделяющихся газов существенно зависят от геологических условий месторождений, физико-химических свойств горных пород и выделяющихся газов, от принятых схем вскрытия и подготовки, схем и способов проветривания, систем разработки и организации технологического процесса.
Условия газоотдачи - десорбции газов из горных пород, а также закономерности движения газовых смесей и поступления газов (газовыделение) в вентиляционную сеть и дегазационные скважины различны для нетронутого массива, для зон его разгрузки и сдвижений для обрушенных пород и отбитой массы полезного ископаемого, т.е. определяются состоянием массива.
Протекание процессов распространения газов (газоперенос) в горных выработках и выработанных пространствах зависит от характера изменения состояния подрабатываемого массива, который, в свою очередь, определяется технологией ведения работ и их интенсивностью, и от аэродинамических параметров вентиляционной сети.
Для повышения безопасности ведения горных работ и снижения загрязнения земной атмосферы рудничными газами требуется знание указанных закономерностей, на основе которых можно обеспечить управление аэрогазовыми процессами в шахтах (рудниках). Это и определяет основную цель рудничной аэрогазодинамики.
Цель рудничной аэрогазодинамики - создание теории, методов и средств расчета, контроля и управления аэрогазодинамическими процессами, развивающимися в горных породах, зонах сдвижений и обрушений горных пород и горных выработках.
Понятие управления газодинамическими процессами включает в себя общее снижение абсолютной газообильности участка и перераспределение газовыделения во времени и пространстве таким образом, чтобы в любой точке вентиляционной сети обеспечивались безопасные концентрации вредных газов. Управление газовыделением возможно в двух направлениях: предотвращение газовыделения в горные выработки; предотвращение опасностей и вредностей, возникающих в результате газовыделения.
Из поставленной цели вытекают задачи, решаемые в рамках данной науки, которые укрупненно можно сформулировать следующим образом.
Задачи рудничной аэрогазодинамики - исследование закономерностей протекания аэрогазодинамических процессов в массиве горных пород, обрушенных породах и горных выработках, разработка механических и математических моделей процессов и явлений аэрогазодинамики, методов их расчета, способов и средств дегазации массивов горных пород, добычи газов, способов и средств вентиляции систем горных выработок, диффузии газов в вентиляционных потоках, способов и средств контроля и управления аэрогазодинамическими процессами.
Закономерности аэрогазодинамических процессов первоначально изучались с помощью натурных наблюдений и экспериментов, затем - путем физического и математического (на основе уравнений математической физики, полуэмпирических теорий массопереноса, вероятностных методов и т.д.) моделирования. Однако в связи со сложностью математического описания этих процессов, обусловленной вышеперечисленными специфическими условиями их протекания, наиболее рациональным представляется следующий путь: разработка упрощенного описания механизма аэрогазодинамических явлений (на основе результатов натурных наблюдений физического моделирования) и последующее исследование с помощью математических моделей, в интегральной форме учитывающих влияние наиболее значимых факторов. На основе таких моделей разрабатываются методы расчета аэрогазодинамических процессов в шахтах, прогнозирования их параметров, контроля и управления ими.