Том 337 № 2 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/2/4881
Исследование тепловых процессов в атмосфере рабочего пространства машиниста комбайна на глубоком калийном руднике при местном кондиционировании воздуха
Ведение горных работ в условиях больших глубин характеризуется высокими температурами породного массива. Как следствие горные предприятия сталкиваются с проблемой высоких температур воздуха в рабочих зонах, что является нарушением требований пунктов Федеральный норм и правил. Существующие исследования в части нормализации параметров микроклимата включают в себя развертывание больших систем кондиционирования, которые способны охлаждать как тупиковые камеры, так и большие участки шахтного поля. Недостатками данных решений являются неудобства при перемонтаже оборудования, а также высокие эксплуатационные затраты. Цель данного исследования – изучение возможности разработки системы местного кондиционирования воздуха, границами охлаждения которой являются кабина комбайна и прикабинное пространство. Выполнен перечень натурных исследований, направленных на изучение микроклимата рабочих мест машинистов выемочных комбайнов глубокого калийного рудника. По экспериментальным данным построена трехмерная модель тупиковой выработки с располагающимся в ней оборудованием. Согласно ранее выполненным расчетам выявлено, что всасывающий способ проветривания позволяет нормализовать пылевую обстановку в тупиковых комбайновых выработках калийных рудников. В связи с этим рассмотрены различные варианты размещения дефлекторов системы кондиционирования в совокупности с разными способами проветривания тупиковой выработки. Результаты моделирования показали, что наибольшая эффективность охлаждения рабочего места машиниста комбайна наблюдается при всасывающем способе проветривания, когда дефлекторы системы охлаждения направлены перпендикулярно стенке выработки. Полученные данные являются основой для более детальных расчетов требуемых параметров системы локального охлаждения воздуха и дальнейшей разработки оборудования.
Ключевые слова:
калийный рудник, микроклимат, кондиционирование, проходческо-очистной комплекс, всасывающий способ проветривания, моделирование, безопасность
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калийные удобрения: особенности применения / В.А. Ротанова, А.А. Власова, А.И. Торопова, К.С. Макарова, М.Е. Кокарева // Современные научные исследования и инновации. – 2019. – № 7 (99). – С. 10–12.
2. Гендлер С.Г. Особенности тепловых расчетов горных выработок при системах разработки с твердеющей закладкой // Изв. вузов. Горный журнал. – 1981. – № 11. – С. 19–23.
3. Гендлер С.Г. Тепловой режим подземных сооружений. – Л.: Изд-во Ленингр. гос. ин-та им. Г.В. Плеханова, 1987. – 102 с.
4. Гончаров С.А., Дмитриев А.П. Термодинамические процессы в горных породах. – М.: Недра, 1990. – 360 с.
5. Зайцев А.В., Поляков И.В. Обеспечение безопасных условий труда в подземных горных выработках по фактору микроклимата: новые результаты и направления исследований // Горное эхо. – 2021. – № 3. – С. 89–96.
6. Шувалов Ю.В. Регулирование теплового режима шахт и рудников Севера: Ресурсосберегающие системы – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1988. – 196 с.
7. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых», утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 8.12.2020 № 505. – М.: Минюст России, 2020. – 286 с.
8. Greth A., Roghanchi P., Kocsis C. A review of cooling system practices and their applicability to deep and hot underground US mines // Proceedings of the 16th North American Mine Ventilation Symposium. – Golden, 2017. – Vol. 11. – P. 1–9.
9. Теплофизические аспекты освоения ресурсов недр / В.Ж. Аренс, А.П. Дмитриев, Ю.Д. Дядькин и др. – Л.: Недра, Л.О., 1988. – 336 с.
10. Щербань А.Н., Кремнев О.А. Научные основы расчёта и регулирования теплового режима глубоких шахт: в 2-х т. – Киев: Изд-во АН УССР, 1959. – Т. 1. – 430 с.
11. Зайцев А.В. Научные основы расчета и управления тепловым режимом подземных рудников: автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2019. – 44 с.
12. Szlązak N., Obracaj D., Borowski M. Free-cooling in central air-conditioning systems of underground mines // Gornictwo i Geologia. – 2009. – Т. 4. – № 3. – С. 122–131.
13. McPherson M.J. Subsurface ventilation and environmental engineering. – Virginia: Chapman & Hall, 2009. – 824 p.
14. Mackay L., Bluhm S.J., Van Rensburg J. Refrigeration and cooling concepts for ultra-deep platinum mining // The 4th International Platinum Conference: Platinum in Transition ‘Boom or Bust’. – Sun City, South Africa, 2010. – P. 285–292.
15. Bellas I., Tassou S.A. Present and future applications of ice slurries // International Journal of Refrigeration. – 2005. – Vol. 28 (1). – P. 115–121.
16. О неэффективности нагнетательного способа проветривания при решении задачи нормализации пылевой обстановки в тупиковом забое калийного рудника / А.Г. Исаевич, М.А. Семин, Г.З. Файнубрг, М.А. Александрова // Безопасность труда в промышленности. – 2022. – № 6. – С. 52–59. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-6-52-59
17. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 18.0. – Canonsburg: ANSYS, Inc. 2017. – 1034 p.
18. Obracaj D., Korzec M., Deszcz P. Study on methane distribution in the face zone of the fully mechanized roadway with overlap auxiliary ventilation system. Energies, 2021, vol. 14 (19), pp. 6379–6379.
19. Determining optimal distance from outlet of auxiliary forcing ventilation system to development of heading in underground mines / V. Adjiski, D. Mirakovski, Z. Despodov, S. Mijalkovski // Journal of Mining and Environment. – 2019. – Vol. 10 (4). – P. 821–832.
20. Numerical analysis of the impact of variable borer miner operating modes on the microclimate in potash mine working areas / L. Levin, M. Semin, S. Maltsev, R. Luzin, A. Sukhanov // Computation. – 2025. – Vol. 13. – Iss. 4. – Art. 85. DOI: 10.3390/computation13040085.
21. Chowdhury I.A. State-of-the-art CFD simulation: a review of techniques, validation methods, and application scenarios // Journal of Recent Trends in Mechanics. – 2024. – № 9 – P. 45–53.
22. Файнбург Г.З., Исаевич А.Г. Анализ микроциркуляционных потоков между микрозонами в забое тупиковых комбайновых выработок калийных рудников при различных способах проветривания // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2020. – № 3. – С. 58–73.
23. Зайцев А.В., Левин Л.Ю. Моделирование, расчет и управление тепловым режимом шахт и рудников при освоении месторождений полезных ископаемых на больших глубинах // Доклады Российской академии наук. Науки о земле – 2022. – Т. 507. – № 2. – С. 205–214.
REFERENCES
1. Rotanova V.A., Vlasova A.A., Toropova A.I., Makarova K.S., Kokareva M.E. Potash fertilizers: application features. Modern scientific research and innovation, 2019, no. 7 (99), pp. 10–12. (In Russ.)
2. Gendler S.G. Features of thermal calculations of mining workings in development systems with a hardening bookmark. Izv. vuzov. Mining journal, 1981, no. 11, pp. 19–23. (In Russ.)
3. Gendler S.G. Thermal regime of underground structures. Leningrad, Leningrad State Institute named after G.V. Plekhanov Publ. House, 1987. 102 p. (In Russ.)
4. Goncharov S.A., Dmitriev A.P. Thermodynamic processes in rocks. Moscow, Nedra Publ., 1990. 360 p. (In Russ.)
5. Zaitsev A.V., Polyakov I.V. Ensuring safe working conditions in underground mine workings by the microclimate factor: new results and research directions. Mountain Echo, 2021, no. 3, pp. 89–96. (In Russ.)
6. Shuvalov Yu.V. Regulation of the thermal regime of mines and mines of the North: resource-saving systems. Leningrad, Leningrad University Press, 1988. 196 p. (In Russ.)
7. FNP № 505. Federal norms and rules in the field of industrial safety "Safety rules for mining and processing of solid minerals", approved by Order of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision dated 2020. Moscow, Ministry of Justice of the Russian Federation, 2020. 286 p. (In Russ.)
8. Greth A., Roghanchi P., Kocsis C. A review of cooling system practices and their applicability to deep and hot underground US mines. Proceedings of the 16th North American Mine Ventilation Symposium. Golden, 2017. Vol. 11, рp. 1–9.
9. Arens V.Zh., Dmitriev A.P., Dyadkin Yu.D. Thermophysical aspects of the development of subsurface resources. Leningrad, Nedra, L.O. Publ., 1988. 336 p (In Russ.)
10. Shcherban A.N., Kremnev O.A. Scientific foundations of calculation and regulation of the thermal regime of deep mines: in 2 vol. Kiev, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR Publ. House, 1959. Vol. 1, 430 p. (In Russ.)
11. Zaitsev A.V. Scientific bases of calculation and management of thermal regime of underground mines. Dr. Diss. Abstract. Perm, 2019. 44 p. (In Russ.)
12. Szlązak N., Obracaj D., Borowski M. Free-cooling in central air-conditioning systems of underground mines. Gornictwo i Geologia, 2009, vol. 4, no. 3, pp. 122–131.
13. McPherson M.J. Subsurface ventilation and environmental engineering. Virginia, Chapman & Hall, 2009. 824 p.
14. Mackay L., Bluhm S.J., Van Rensburg J. Refrigeration and cooling concepts for ultra-deep platinum mining. The 4th International Platinum Conference. Platinum in Transition ‘Boom or Bust’. Sun City, South Africa, 2010. pp. 285–292.
15. Bellas I., Tassou S.A. Present and future applications of ice slurries. International Journal of Refrigeration, 2005, vol. 28 (1), pp. 115–121.
16. Isaevich A.G., Semin M.A., Fainubrg G.Z., Alexandrova M.A. On the inefficiency of the injection method of ventilation in solving the problem of normalizing the dust situation in the dead-end face of a potash mine. Occupational safety in industry, 2022, no. 6, pp. 52–59. (In Russ.) DOI: 10.24000/0409-2961-2022-6-52-59
17. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 18.0. Canonsburg, ANSYS, Inc. 2017. 1034 p.
18. Obracaj D., Korzec M., Deszcz P. Study on methane distribution in the face zone of the fully mechanized roadway with overlap auxiliary ventilation system. Energies, 2021, vol. 14 (19), pp. 6379–6379.
19. Adjiski V., Mirakovski D., Despodov Z., Mijalkovski S. Determining optimal distance from outlet of auxiliary forcing ventilation system to development of heading in underground mines. Journal of Mining and Environment, 2019, vol. 10 (4), pp. 821–832.
20. Levin L., Semin M., Maltsev S., Luzin R., Sukhanov A. Numerical analysis of the impact of variable borer miner operating modes on the microclimate in potash mine working areas. Computation, 2025, vol. 13, Iss. 4, Art. 85. DOI: 10.3390/computation13040085.
21. Chowdhury I.A. State-of-the-art CFD simulation: a review of techniques, validation methods, and application scenarios. Journal of Recent Trends in Mechanics, 2024, no. 9, pp. 45–53.
22. Feinburg G.Z., Isaevich A.G. Analysis of microcirculation flows between microzones in the bottom of dead-end combine mine workings of potash mines with various methods of ventilation. Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal), 2020, no. 3, pp. 58–73. (In Russ.)
23. Zaitsev A.V., Levin L.Y. Modeling, calculation and control of the thermal regime of mines and mines during the development of mineral deposits at great depths. Reports of the Russian Academy of Sciences. Earth Sciences, 2022, vol. 507, no. 2, pp. 205–214. (In Russ.)
