• Косарев Николай Петрович
• Зубов Владимир Владимирович
• Потапов Валентин Яковлевич
• Потапов Владимир Валентинович

Для цитирования: Косарев Н. П., Зубов В. В., Потапов В. Я., Потапов В. В. Влияние силы Кориолиса на кинематику куска в рабочем пространстве измельчителя // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 57–64. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-57-64

Актуальность работы. Выпускаемые в настоящее время роторные истиратели имеют недостаточную эффективность, которая характеризуется главным образом степенью измельчения. Основная причина сложившейся ситуации заключается в недостаточной изученности процессов, протекающих в лабиринтном роторе встречного удара при измельчении материала, и, как следствие, в недостаточной научной обоснованности методов проектирования. Геометрические параметры и скорость вращения рабочего органа до настоящего времени назначаются эмпирически по принципу подобия, что неминуемо приводит к отклонениям тонины и производительности измельчения от заданных значений. Совершенствование конструкции, позволяющее повысить эффективность работы устройств, невозможно без анализа кинематики куска в канале измельчителя. Особое внимание следует уделить влиянию силы Кориолиса на кинематику куска, что позволит научно обосновать зависимость, определяющую соотношение между конструктивными параметрами и технологическими показателями оборудования.
Методология. В ходе проведенного исследования использовался факторный анализ, синтез данных и методы математического и физического моделирования.
Объект исследования – роторные измельчители для подготовки горной породы к опробованию. Предмет исследования – рабочий процесс роторного измельчителя встречного удара. Задача исследования – повышение эффективности работы роторного измельчителя руды за счет анализа движения частиц в каналах ротора. Методы исследования. Анализ движения частиц в каналах ротора выполнен с использованием положений теоретической механики и теории удара, а в качестве математического аппарата выступает дифференциальное исчисление.
Результаты и выводы. Необходимо на базе анализа предложенной теории движения частиц, основываясь на качественных представлениях процессов в роторе измельчителя встречного удара, сформировать основу для получения количественных зависимостей, предназначенных для конструкторских расчетов. Это позволит совершенствовать методики проектирования и создания роторного измельчителя нового типа. Установлено, что сила Кориолиса снижает относительную скорость куска не более чем на 20,3 % в зависимости от принятых допущений.

Ключевые слова: роторный измельчитель; кинематика куска; геометрия канала; удар; уравнение баланса энергии удара; коэффициент трения; сила Кориолиса; дифференциальные уравнения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Zubov V. V., Simisinov D. I., Akhlyustina N. V., Khazin M. L., Davydov S. Ya. Determination of the parameters of a counterblow grinder // Refractories and Industrial Ceramics. 2018. Vol. 58. No. 5. January. P. 521–524.
2. Afanasev A. I., Simisinov D. I., Potapov V. Ya. Strengthening the blades of a high-speed mixer on the basis of wear curves // Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Vol. 56. Issue 5. P. 452–455.
3. Ляпцев С. А., Ахлюстина Н. В. Моделирование движения частицы в измельчителе // Известия вузов. Горный журнал. 2007. № 8. С. 107–110.
4. Ахлюстина Н. В., Зубов В. В. Аэродинамика ротора измельчителя встречного удара // Фундаментальные исследования. 2014. № 8. С. 1279–1282.
5. Levdanskiy E. I., Levdanskiy I. A. Improvement of processes of gribing operation and deslimation of sylvinite ore before flotation // Proceedings of BSTU. 2015. No. 3. P. 99–104.
6. Матвеев А. И., Винокуров В. Р. Изучение эффективности работы центробежной мельницы многократного ударного действия при отрицательных температурах // ГИАБ. 2011. № 10. С. 256–258.
7. Ахлюстина Н. В., Зубов В. В. Управление воздушным потоком в каналах ротора измельчителя встречного удара // Известия вузов. Горный журнал. 2015. № 3. С. 126–132.
8. Угольников А. В., Макаров В. Н., Макаров Н. В. Оптимизация геометрических параметров гидровихревого инерционного стратификатора Вентури // Записки горного института. 2019. Т. 240. С. 638–648.
9. Халкечев К. В., Халкечев Р. К. Математическая модель разрушения поликристаллов при квазистатических и ударных нагрузках // ГИАБ. 2011. Cпец. вып. Методы математического моделирования в горной промышленности. С. 22–26. ISSN 0536-1028 «Известия вузов. Горный журнал», № 6, 2021 63
10. Gazaleeva G. I., Tsherbakova Z. H., Tchervyakov S. A., Ivanova S. P. Modern methods of ultrafine grinding and selective disclosure of minerals // XV Anniversary Balkan Mineral Processing Congress. Bulgaria, 2013. P. 123–127.
11. Блехман И. И., Мышкис А. Д., Пановко Я. Г. Прикладная математика: предмет, логика, особенности подходов. С примерами из механики. М.: ЛЕНАНД, 2018. 376 с.
12. Корчевский А. Н., Назимко Е. И., Серафимова Л. И., Науменко В. Г. Подготовительные процессы при обогащении полезных ископаемых. Дробление, измельчение, грохочение и классификация. Донецк: ДонНТУ, 2017. 180 с.
13. Брагин В. Г., Волков Е. Б., Казаков Ю. М. Теоретическая механика. Екатеринбург: УГГУ, 2018. 249 с.
14. Iskenderov R., Lebedev A., Zacharin A., Lebedev P., Marjin N. Constructive and regime parameters of horizontal impact crusher of grain // Earth and Environmental Science: materials IOP Conf. Series. 2019. No. 403. P. 012057.
15. Thomasa T., Hendriks W., Poelb der Bvan. Size distribution analysis of wheat, maize and soybeans and energy efficiency using different methods for coarse grinding // Animal Feed Sci. and Tech. 2018. No. 240. P. 11–21.

Для цитирования: Макаров Н. В. Закономерности управления аэродинамическим коэффициентом полезного действия вентиляторов для аппаратов воздушного охлаждения газа // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 76–86. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-76-86

Актуальность. Установлены закономерности влияния структурных элементов проточной части вентиляторных установок и геометрических параметров на их аэродинамический коэффициент полезного действия в широком диапазоне изменений удельной быстроходности.
Цель и методы работы. Получена математическая модель зависимости геометрических и кинематических параметров вентиляторных установок и аэродинамического коэффициента полезного действия от удельной быстроходности.
Результат. Доказано, что с увеличением удельной быстроходности вентиляторных установок для обеспечения высоких значений их аэродинамических коэффициентов полезного действия необходимо увеличивать аэродинамическое качество профилей лопаток рабочих колес и снижать аэродинамическое сопротивление элементов проточной части. Показана возможность создания вентиляторной установки для аппаратов воздушного охлаждения газа с удельной быстроходностью не менее 400 и экономичностью с КПД не менее 0,85 при обеспечении аэродинамического качества профилей рабочих колес более 25 и коэффициенте аэродинамического сопротивления проточной части не более 0,2.

Ключевые слова: аппараты воздушного охлаждения газа; вентиляторная установка; энергоэффективность; КПД; удельная быстроходность; коэффициент аэродинамического качества и сопротивления.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ванчин А. Г. Методы оценки технического состояния аппаратов воздушного охлаждения газа в условиях компрессорной станции магистрального газопровода // Нефтегазовое дело. 2012. № 4. С. 466–475.
2. Хворов Г. А., Юмашев М. В. Анализ энергосберегающих технологий охлаждения газа на основе аппаратов воздушного охлаждения в транспорте газа ПАО «Газпром» // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 9. С. 127–132.
3. Шабанов В. А., Пашкин В. В., Ивашкин О. Н. Анализ потерь электроэнергии в электроприводе аппарата воздушного охлаждения газа // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. Т. 10. № 1. С. 18–24.
4. Январев И. А. Комбинированный способ регулирования температурных режимов модульной установки воздушного охлаждения газа // Омский научный вестник. 2014. № 2(130). С. 161–165.
5. Калинин А. Ф., Фомин А. В. Оценка эффективности режимов работы АВО // Труды РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина. 2011. № 4(265). С. 131–139.
6. Ванчин А. Г. Методы оценки работы аппаратов воздушного охлаждения газа при разных вариантах включения вентиляторов // Нефтегазовое дело. 2012. № 5. С. 279–287.
7. Рубцова И. Е., Мочалкин Д. С., Крюков О. В. Основные направления и задачи энергосбережения при реконструкции КС. Энергосбрежение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций: монография. Н. Новгород: Вектор ТиС, 2012. Т. 3. 572 с.
8. Ivanov E. S., Kitaitev S. V., Shammazov I. A. Methods for improving the energy efficiency of natural gas pipelines. St. Petersburg: Nedra, 2008. 439 p.
9. Абакумов А. М., Мигачев А. В., Степашкин И. П. Исследование системы управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа // Известия вузов. Электромеханика. 2016. № 6. С. 130–134.
10. Abakumov А. М., Stepashkin I. P. Research of the adaptive automatic control system at the natural gas air – cooling unit // IEEE Xplorе. 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076297
11. Брусиловский И. В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов. М.: Машиностроение, 1986. 240 с.
12. Брусиловский И. В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. М.: Машиностроение, 1986. 288 с.
13. Makarov N. V., Makarov V. N., Lifanov A. V., Kitonsa H. Mathematical model of conformal mappings in the theory of radial grids of mine turbomachines // Mathematical Analysis with Applications. In Honor of the 90th Birthday of Constantin Corduneanu. Springer Proceedings in Mathematical & Statistics 318. P. 337–346. DOI: 10.1007/97s–3–030–42176–233
14. Лифанов А. В., Матеров А. Ю., Макаров В. Н., Серков С. А., Макаров Н. В. Перспективные направления повышения комплексной эффективности аппаратов воздушного охлаждения // Нефть. Газ. Новации. 2020. № 4(233). С. 14–17.
15. Лойцанский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.
16. Torshizi S. A. М., Benisi А., Durali M. Multilevel optimization of the splitter blade profile in the impeller of a centrifugal compressor // Scientia Iranica. 2017. No. 24. P. 707–714.
17. Mao Y. F. Numerical study of correlation between the surge of centrifugal compressor and the piping system. Ph. D. Thesis. Xian Jiaotong University, Xian, 2016.
18. Wu D., Yin K., Yin Q., Zhang X., Cheng J., Ge D., Zhang P. Reverse circulation drilling method based on a supersonic nozzle for dust control // Applied sciences (Switzerland). 2017. Vol. 7. No. 1. P. 5–20.
19. Макаров В. Н., Боярских Г. А., Валиев Н. Г., Макаров Н. В., Дылдин Г. П. Критерии подобия природной соразмерности турбомашин // Известия вузов. Горный журнал. 2020. № 8. C. 81–89.
20. Способ повышения давления и экономичности лопастных турбомашин: пат. 2482337 Рос. Федерация. М. кл. F 04 D 29/28; заявл. 29.11.2011; опубл. 20.05.2013. Бюл. № 14.
21. Belskikh A. M., Makarov V. N. Mathematical modelling of thermovortex heat transfer in air coolers // Topical issues of rational use of natural resources: XVI International Forum – Contest of Students and Young Researchers. Sci. conf. abstracts. 2020. Saint-Petersburg. Vol. 2. P. 140–141.

Для цитирования: Камоза Е. С., Михайлова Е. С., Исмагилов З. Р. Исследование влияния физикохимических свойств органического и минерального состава рядовых углей мелких классов на эффективность обогащения // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 65–75. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-65-75

Введение. В работе представлены результаты исследования влияния петрографических характеристик, элементного и минерального состава на эффективность обогащения мелких классов углей Кедровско-Крохалевского месторождения. Рассмотрены результаты изучения физико-химических свойств рядовых углей на стадии добычи и формирования сырьевой базы обогатительной фабрики.
Цель работы. Исследовать энергетические угли физико-химическими методами анализа для выявления основных параметров, влияющих на качество продуктов обогащения. На основании полученных данных разработать методику оценки показателей, влияющих на процесс обогащения и дальнейшее прогнозирование при отработке новых участков и пластов.
Методология. Методологические работы по определению структурных особенностей рядовых углей марки КСН (коксовый слабоспекающийся низкометаморфизированный) проводились путем сравнительного анализа трех образцов по следующим параметрам: результаты лабораторной флотации, общие технические параметры, мацеральный состав, элементный состав органической массы и минеральный состав золы.
Результаты. Установлено, что угли, имеющие схожую природу происхождения, одной стадии метаморфизма, могут иметь отличные по ряду параметров показатели: гранулометрический состав, количество и морфологию микрокомпонентов по данным количественного петрографического анализа, а также содержание гидрофильных функциональных групп на поверхности углей.
Выводы. Результаты выполненных исследований позволили выявить ряд зависимостей, которые могут быть полезны при оценке качества рядовых углей, направляемых на углеперерабатывающее предприятие.

Ключевые слова: показатели качества углей; обогащение; классификация углей; петрографический состав; минеральный состав.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Антипенко Л. А. Методы оценки обогатимости углей // Уголь. 2018. № 6. С. 69–74.
2. Белов В. В., Бочков Ю. Н., Давыдов М. В. Техника и технология обогащения углей / под ред. В. А. Чантурия, А. Р. Молявко. М.: Наука, 1995. 622 с.
3. Промышленно-генетическая классификация углей СССР. Основы классификации / И. И. Аммосов [и др.]. М.: Наука, 1964. 310 с.
4. Бочаров В. А., Игнаткина В. А., Юшина Т. И. Флотационное обогащение полезных ископаемых. М.: Горная книга, 2017. 837 с.
5. Клейн М. С., Вахонина Т. Е. Технология обогащения полезных ископаемых. Кемерово: УИП КузГТУ, 2017. 193 с.
6. Laskowski J. S. Coal fl otation and fi ne coal utilization. Amsterdam: Elsevier Science, 2001. 368 p.
7. Семенова С. А., Патраков Ю. Ф. Зависимость смачиваемости водой поверхности ископаемых углей от их строения и свойств // Химия твердого топлива. 2017. № 3. С. 3–9.
8. Jena M. S., Biswal S. K., Rudramuniyappa M. V. Study on fl otation characteristics of oxidized Indian high ash sub-bituminous coal // International Journal of Mineral Processing. 2008. Vol. 87. P. 42–50.
9. Mastalerz M., Bustin R. M. Variation in maceral chemistry within and between coals of varying rank: An electron microprobe and micro-Fourier transform infra-red investigation // Journal of Microscopy. 1993. Vol. 171. P. 153–166.
10. Заостровский А. Н., Грабовая Н. А., Федорова Н. И., Михайлова Е. С., Исмагилов З. Р. Оценка коксуемости углей по показателям петрографического состава // Химия в интересах устойчивого развития. 2018. Т. 26. № 6. С. 589–595.
11. Еремин Е. В., Арцер А. С., Броневец Т. М. Петрология и химико-технологические параметры углей Кузбасса. Кемерово: Притомское, 2001. 400 с.
12. Шпирт М. Я., Рубан В. А., Иткин Ю. В. Рациональное использование отходов углей. М.: Недра, 1990. 224 с.
13. Семенова С. А., Патраков Ю. Ф., Лырщиков С. Ю. Зависимость смачиваемости поверхности углей от петрографического состава // Химия твердого топлива. 2020. № 2. С. 12–21.
14. Травин А. Б., Сендерзон Э. М., Шорин В. П. Атлас Верхнепалеозойских углей. Новосибирск: Наука, 1966. 368 с.
15. Коробецкий И. А., Шпирт М. Я. Генезис и свойства минеральных компонентов углей. Новосибирск: Наука СО, 1988. 227 с.

• Николаев Александр Викторович
• Максимов Петр Викторович
• Лялькина Галина Борисовна
• Конотоп Данил Алексеевич

Для цитирования: Николаев А. В., Максимов П. В., Лялькина Г. Б., Конотоп Д. А. Влияние процесса выделения метана на воздухораспределение в добычных участках калийных рудников // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 87–97. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-87-97

Введение. В работе установлено, что из-за процесса выделения в отрабатываемых камерах легких газов (в том числе метана) между горными выработками появляется дополнительная естественная тяга. Расчеты показали, что вследствие выделения из горного массива метана величина возникающей дополнительной естественной тяги невелика. Однако даже небольшая по величине дополнительная естественная тяга, взаимодействуя с тепловой депрессией, вызванной увеличением температуры в конвейерном штреке, изменяет в нем направление движения струи подаваемого воздуха. При этом в блоках и панелях, расположенных по восстанию пласта, результирующая естественная тяга способствует проветриванию, а в добычных участках, расположенных по падению пласта, она препятствует движению воздуха в требуемом направлении.
Методология исследований. Приведены методика и результаты расчета величины и направления естественной тяги для реальных панелей калийных рудников Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей при различных условиях, а также результаты моделирования процесса распространения метана в камере при точечном источнике его выделения.
Результаты. Модельные расчеты показали, что даже при малых объемах выделения газа из одиночного источника в тупиковой камере (шпура, пробуренного в кровле) концентрация газа в газовоздушной смеси, попадающей в конвейерный штрек, достигает 2 %.
Выводы. В целях обеспечения безопасности ведения горных работ, для снижения риска возникновения аварии при расчете объема воздуха, необходимого для проветривания добычных участков, требуется учитывать динамику выделения метана из горного массива и дальнейшего его распространения по горным выработкам.

Ключевые слова: безопасность; метан; естественная тяга; воздухораспределение.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Каледина Н. О., Кобылкин С. С. Моделирование процессов вентиляции шахт для обеспечения метанобезопасности горных работ // Горный журнал. 2011. № 7. С. 101–103.
2. Пучков Л. А., Каледина Н. О. Динамика метана в выработанных пространствах угольных шахт. М.: МГГУ, 1995. 313 с.
3. Алыменко Н. И. Исследование и разработка методов и средств повышения эффективности и надежности проветривания подземных рудников с большим эквивалентным отверстием (на примере калийных рудников): дис. … д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 1998. 334 с.
4. Мохирев Н. Н. Разработка современных методов и средств обеспечения высокоэффективного проветривания рудников, обладающих малыми аэродинамическими сопротивлениями: дис. … д-ра техн. наук. Пермь, 1994. 302 с.
5. Николаев А. В. Управление тепловыми депрессиями в системах вентиляции калийных рудников: дис. … канд. техн. наук. Пермь, 2012. 159 с.
6. Алыменко Н. И., Николаев А. В. Расчет эквивалентного аэродинамического сопротивления подземной части проектируемого рудника для определения естественной тяги, действующей между стволами // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2010. № 12. С. 68–69.
7. Chang X. The transient-state simulation of mine ventilation systems. Michigan Technological University, 1987. 324 p.
8. Cheng J., Wu Y., Xu H., Liu J., Yang Y., Deng H., Wang Y. Comprehensive and integrated mine ventilation consultation model // Tunneling and Underground Space Technology. 2015. Vol. 45. P. 166–180.
9. Gendler S. G. The justification of new technique ventilation at contraction of working with two exits in soil surface // Eurasian Mining. 2016. No. 2. Р. 41–44.
10. Aitao Z., Wang K. Role of gas ventilation pressure on the stability of airway airflow in underground ventilation // Journal of Mining Science. 2018. Vol. 54. No. 12. Р. 111–119.
11. Мохирев Н. Н., Радько В. В. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. М.: Недра-Бизнесцентр, 2007. 324 с.
12. Чайковский И. И., Иванов О. В. Новые данные по геохимии газов калийных месторождений // Вестник Пермского университета. 2014. Вып. 4(25). С. 56–65.
13. Андрейко С. С., Галкин В. И., Шаманский Г. П. Некоторые особенности распределения углеводородных газов по разрезу Верхнекамского месторождения калийных солей // Разработка соляных месторождений: межвуз. сб. науч. тр. / Перм. политех. ин-т. Пермь, 1980. С. 82–87.
14. Андрейко С. С., Лукьянец Е. В. Анализ факторов газоносности и тектонического строения сильвинитовых пластов в надвиговых и сдвиговых зонах шахтных полей рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ПАО «Уралкалий» // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2017. № 6. С. 31–40.
15. Андрейко С. С., Лялина Т. А. Исследования газовыделений из геологоразведочных скважин на Верхнекамском месторождении калийных солей // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 2. С. 33–38.
16.  Борисов В. Е., Рыков Ю. Г. Моделирование течений многокомпонентных газовых смесей с использованием метода двойного потока // Математическое моделирование. 2020. Т. 32. № 10. С. 3–20.
17. Горский В. В., Оленичева А. А. О применимости закона бинарной диффузии к расчету тепло- и массообмена в газовых смесях сложного химического состава // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 1. С. 69–72.
18. Обухова Е. В., Рагозина В. Е. О гиперболической теории массопереноса в двухкомпонентных несжимаемых смесях // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2006. № 4(128). С. 103–105.
19. Келбалиев Г. И., Расулов С. Р., Валиев Н. Г. Математическое моделирование процессов осаждения и всплытия твердых частиц, капель и пузырей в изотропном турбулентном потоке // Известия УГГУ. 2020. Вып. 4(60). С. 123–145. DOI: 10.21440/2307-2091-2020-4-123-145
20. Косарев Н. П., Макаров В. Н., Угольников А. В., Матеров А. Ю., Макаров Н. В., Лифанов А. В. Критерии подобия гидровихревой локализации взрывов на горных предприятиях // Известия УГГУ. 2019. Вып. 3(55). С. 124–132. DOI: 10.21440/2307-2091-2019-3-124-132
21. Menter F. R. Two-equation Eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. Vol. 32. No. 8. P. 1598–1605.