Оптимизация управления вентиляционной сетью станции метрополитена города Санкт-Петербурга

Кондиционирование воздуха - это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса [2].

Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических средств, называемым системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства забора воздуха, подготовки, т.е. придания необходимых кондиций (фильтры, теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) и его распределения, а также средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля. СКВ больших общественных, административных и производственных зданий обслуживаются, как правило, комплексными автоматизированными системами управления.

Автоматизированная система кондиционирования поддерживает заданное состояние воздуха в помещении независимо от колебаний параметров окружающей среды (атмосферных условий).

Основное оборудование системы кондиционирования для подготовки и перемещения воздуха агрегатируется (компонуется в едином корпусе) в аппарат, называемый кондиционером. Во многих случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в одном блоке или в двух блоках, и тогда понятия "СКВ" и "кондиционер" однозначны.

Прежде чем перейти к классификации систем кондиционирования, следует отметить, что общепринятой классификации СКВ до сих пор не существует и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объектов применения (кондиционируемых помещений).

Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:

· по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические;

· по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и местные;

· по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода: автономные и неавтономные;

· по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные;

· по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным (однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием;

· по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении: первого, второго и третьего класса;

· по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные;

· по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого, среднего и высокого давления.

1.3 Описание системы вентиляции в метрополитене

Главной задачей тоннельной вентиляции является устойчивое распределение воздуха по тоннельным выработкам в количествах, достаточных для поддержания санитарно-гигиенических условий труда и пассажиров. Это достигается расстановкой в выработках разного рода регулирующих вентиляционных сооружений и поддержанием с их помощью определённых значений депрессии, расходов воздуха, концентрации углекислого газа и температуры в соответствии с режимами работы вентиляторов проветривания.

Однако из-за изменения барометрического давления в выработках, цикличности работы, остановки вентиляторов местного проветривания, открывания-закрывания дверей в вентиляционных сооружениях распределение параметров воздушного потока нарушается и в вентиляционной сети возникает переходный процесс из одного стационарного газодинамического состояния в другое. При этом наблюдается различная инерционность переходных процессов по отдельным параметрам при изменении количества воздуха. Для вентиляционных шахт продолжительность переходных процессов может изменяться от нескольких минут до нескольких суток. Более кратковременны переходные процессы в выработках, более длительны в выработанных пространствах [4].

Как показали многочисленные шахтные наблюдения, чаще всего встречаются два типа переходных процессов: монотонные и экстремальные. Монотонным называется переходный газодинамический процесс, при котором, например, концентрация газа (газовыделение) монотонно изменяется от уровня, соответствующего начальному состоянию, до уровня, соответствующего конечному состоянию. Экстремальным называется процесс, при котором изменение условий связано с переходом концентрации газа (газовыделения) через точку экстремума (максимума или минимума). Переходный процесс может быть комбинированным, т.е. монотонным по концентрации газа и экстремальным по газовыделению или наоборот. Сам характер возмущений, вызывающих переходный процесс, может быть однократным резким (скачкообразным), многократно резким (ступенчатым) или плавным. От этого зависят скорость нарастания, возмущения, степень изменения концентрации и газовыделения; длительность протекающего процесса.

Очень часто причиной резкого повышения концентрации углекислого газа в тоннельной выработке является наличие в ней куполов, слоевых скоплений или контакт выработки со слабо или совсем не омываемым воздухом выработанным пространством. Чем больше объём этих резервуаров, тем выше всплеск концентрации углекислого газа, тем опаснее возникновение экстремального переходного процесса.

Концентрация углекислого газа на вентиляционных шахтах в точках экстремума переходных процессов могут отличаться от начального уровня в 4-5 раз. Причём степень увеличения концентрации газа и газовыделения обычно выше, чем степень их уменьшения. Противоположная ситуация - уменьшение концентрации углекислого газа в вентиляционных струях наблюдается при уменьшении выделения углекислого газа. Продолжительность этого переходного процесса и величины нижнего предела до которого уменьшается концентрация углекислого газа имеют важное значение при тушении подземных пожаров. Знание этих величин даёт возможность не только уменьшить подачу воздуха на аварийный участок, но и производить необходимое перераспределение воздуха, подаваемого в тоннельные выработки [5].

После запуска приточной вентиляции всегда восстанавливается нормальный (первоначальный) режим проветривания шахты и производится необходимое перераспределение расходов воздуха. Если это связано с увеличением дебита воздуха в тоннельных выработках участка, то происходит, как правило, временное резкое увеличение поступления углекислого газа из выработанного пространства и, как следствие, временное увеличение концентрации углекислого газа в исходящей струе воздуха.

Очень опасны переходные процессы, возникающие при нарушении проветривания тоннельных выработок во время пожара. Так при пожарах в тоннеле генерируются мощные внутренние источники тяги способные преодолеть напор вентиляторов проветривания и изменить направление потока в выработках аварийного участка. При этом параметры вентиляционного потока могут существенно изменяться в сторону их уменьшения или увеличения. При возникновении сложных переходных процессов, что в ещё большей степени дезорганизует проветривание шахты, способствует возникновению ситуаций и осложняет ведение аварийно-спасательных работ [6].

Следует отметить, что на шахтах смена любого вентиляционного режима всегда сопровождается переходным процессом и изменением содержания углекислого газа в вентиляционных струях. А это может приводить к нарушению устойчивости проветривания.

Таким образом, переходные процессы, возникающие при изменении воздухораспределения в тоннельных выработках, негативно влияют на общее состояние безопасности вентиляционных шахт.

Среди методов способных предоставить необходимую информацию о закономерностях протекания нестационарных газодинамических процессов в вентиляционной сети шахты, наиболее перспективным представляется метод математического моделирования. Разработка адекватной математической модели и эффективной методики расчёта, предоставляющих широкие возможности для проведения параметрических исследований поведения вентиляционной сети на переходных режимах, несмотря на несомненную актуальность до сих пор не осуществлена в полном объёме.

Поэтому необходимо дальнейшее изучение переходных процессов и совершенствование существующих методов расчёта нестационарных режимов проветривания. Для практических целей результат этих исследований важен и как инструмент обеспечивающий прогноз изменения газодинамической ситуации в тоннельных выработках при авариях, и как возможность влияния на характер протекания переходного процесса средствами вентиляции.

2.1 Методы расчёта нестационарных режимов вентиляции

Решение задач тоннельной вентиляции уже давно стало невозможным без использования специализированного программного обеспечения. С внедрением в промышленность вычислительной техники разработан целый ряд программных комплексов и автоматизированных рабочих мест, которые позволяют проводить расчёт воздухораспределения в тоннельных выработках на основе решения сетевой вентиляционной задачи. Как правило, используется метод Андрияшева-Кросса [7], базирующийся на теории графов. Для улучшения сходимости необходима предварительная сортировка массива ветвей в порядке возрастания их аэродинамических сопротивлений, построение дерева минимальных сопротивлений и определение линейно независимых контуров. Этот метод обеспечивает хорошую сходимость при условии последовательного уменьшения невязки депрессии в контурах. Однако в случае, когда источники тяги заданы напорной характеристикой произвольного вида, когда их много и в сети присутствуют аэродинамические сопротивления больших размеров, то сходимость метода становится неудовлетворительной, невязка уменьшается медленно, иногда начинает осциллировать около определённого значения, не уменьшаясь [8]. Это приводит к тому, что расчёт сложных вентиляционных сетей методом Андрияшева-Кросса становится трудноосуществимым, если вообще возможным [7]. Поэтому наряду с известными методами контурного решения сетевой вентиляционной задачи практическое применение нашли следующие методы: Ньютона, контурных расходов и узловых депрессий [8].

Однако, как отмечено в работе [8], все существующие программные комплексы, применяемые для оценки устойчивости вентиляционных струй при появлении аварийных источников тяги, как и способы стабилизации воздушных потоков несовершенны, поэтому выбранные вентиляционные аварийные режимы не всегда эффективны. Действительно источником тяги способным опрокинуть вентиляционную струю при пожаре является тепловая депрессия. Расчёт же устойчивости проветривания на ЭВМ в настоящее время на вентиляционных шахтах производится по программе, описывающей стационарные процессы с использованием метода осреднённых характеристик. Расчёт производится следующим образом . Сначала рассчитывается естественное воздухораспределение по выработкам сети. Затем в аварийную ветвь вводится тепловая депрессия, величина которой определяется по расчётной максимальной температуре в очаге пожара. Расчёт воздухораспределения повторяется и выявляются ветви, в которых опрокидывается струя. Аналогично определяют и эффективность мероприятий по повышению устойчивости проветривания. В результате получаем информацию о состоянии вентиляционной сети в конце переходного процесса в предположении, что температура в очаге пожара не изменяется, а аварийная ситуация стабилизировалась. Сам же переходный процесс, который в приведённом примере может длиться несколько часов и более, не рассчитывается. Многократное применение алгоритма стационарного воздухораспределения [9] для описания переходного процесса (аналогия метода смены стационарных состояний) является некорректным и не решает проблему.

Кроме того, применяемые для описания проветривания шахт подходы, часто неверно описывают действительное протекание газодинамических процессов в сложных сетях тоннельных выработок. Действительно, основу этих подходов положен закон сохранения объёмных расходов воздуха, поэтому плотность и температура потока считаются постоянными, а гидростатическое давление не учитывается. Не учитывается и изменение параметров потока по длине выработок. В результате широко применяемые в настоящее время методы расчёта вентиляции не описывают целый ряд качественных и количественных изменений в сети, связанных с тепло и массообменными процессами. В то же время эти процессы отличаются временной и пространственной разномасштабностью, общей детерминированностью на фоне стохастической изменчивости и целым рядом других специфических особенностей. Поэтому для более точного описания переходных процессов необходим расчёт изменения во времени температуры и газового состава тоннельной атмосферы.

Необходимость разработки и внедрения в практику новых методов расчёта переходных процессов диктуется проводимым в настоящее время оснащением вентиляционных шахт метрополитена современным высокопроизводительным оборудованием.

В связи с этим подчёркивается возникновение актуальной научно-технической проблемы прогноза предаварийной ситуации при совокупном влиянии всех вышеперечисленных процессов. Причём одним из главных методов прогноза предаварийных ситуаций авторами, предлагается математическое моделирование всех, взаимодействующих процессов, как на стадии разработки проектной документации, так и при эксплуатации шахты.

Выдвинутые в [10] положения хорошо согласуются с результатами анализа состояния промышленной безопасности, сложившейся в последние годы на вентиляционных шахтах метрополитена. Востребованность же математического моделирования, как основного инструмента научного исследования, объясняется невозможностью проведения натурных экспериментов в условиях шахт из-за ограничения доступа исследователей на предприятия метрополитена.

Единственной альтернативой существующим стационарным методам расчёта вентиляции шахты является газодинамический метод расчёта проветривания шахт, основанный на решении нестационарных уравнений газовой динамики. Предложенный и реализованный в работах [11, 12, 13-16], он позволяет рассчитывать переходные газодинамические процессы и анализировать динамическую ситуацию в различных точках вентиляционной сети шахты. По сравнению с применяемыми на шахтах способами решения вентиляционных задач газодинамический подход является принципиально новым.

Большой вклад в изучение переходных аэрогазодинамических процессов в шахтной вентиляционной сети, объяснение их физической, сущности, разработку математических моделей этих процессов с их последующей численной реализацией на первом этапе исследований в 60-70-е годы XX века, внесли работы Ф.А. Абрамова [17, 18], В.А. Бойко [19]; Л.П. Фельдмана, А.И. Слепцова, В.А. Святного [20], И.Е. Болбата, В.И. Лебедева [21] и др. Эти исследования были развёрнуты в связи с разработкой и внедрением на вентиляционных шахтах автоматизированных систем управления вентиляцией. Именно в это время в институтах горного профиля стали появляться первые цифровые электронно-вычислительные машины, на которых уже можно было рассчитывать переходные процессы, пусть и в упрощенных постановках.

Появление персональных компьютеров в 80-х годах XX века позволило Н.Н. Петрову в Институте горного дела СО РАН (г. Новосибирск) перейти к более сложным постановкам и численным расчётам переходных процессов в вентиляции. Так им за основу была взята система нестационарных газодинамических уравнений из монографии И.А. Чарного [22], описывающая движение реальной жидкости в трубах и упрощенная на случай движения газа с малыми дозвуковыми скоростями. Принятая математическая модель не учитывала конвективные члены и гидростатическое давление газа ввиду малого изменения плотности. Не учитывалось и изменение энергии газа при его движении вдоль выработки. Для описания теплообмена воздушного потока в горизонтальной цилиндрической выработке взята система уравнений из . Массоперенос описывался уравнением продольной турбулентной диффузии . На графе вентиляционной сети ставились дополнительные условия примыкания и балансные соотношения для потоков тепла, массы и т.д. в узлах графа. Система уравнений аппроксимировалась неявной разностной схемой и решалась методом параметрической прогонки. Расчёты проводились на специальном аналого- цифровом вычислительном комплексе ИГД СО РАН [13]. Предложенный подход показал свою работоспособность и активно использовался при исследовании переходных процессов в тоннелях Новосибирского метрополитена.

Огромные вычислительные возможности современных персональных компьютеров позволили начать разработку математических моделей уже максимально приближенных к реальному объекту, учитывающих распределённый характер параметров сети, инерционные и упругие свойства воздуха. В кандидатской диссертации В.В. Ващилова [23] разработана математическая модель с учётом возможности моделирования нестационарной аэрогазодинамики всех выработок современной шахты. Задача проветривания была сведена к численному решению систем нестационарных газодинамических уравнений на каждой ветви связанного ориентированного графа и стыковкой полученных решений в его узлах. Однако, в отличие от предыдущей модели, учитывались конвективные члены, гидростатическое давление, трение газа о стенки и изменение его энергии при движении вдоль выработки. Представленная нестационарная газодинамическая модель и методика расчёта, позволили провести численное моделирование двух переходных процессов и получить ряд интересных результатов. Исследование проводилось на примере максимально упрощенной модели шахты, чтобы изучить протекание переходного процесса в сквозной выработке в «чистом» виде, исключив влияние других выработок разветвлённой вентиляционной сети шахты.

Однако гораздо важнее исследовать протекание нестационарных процессов в пределах группы участковых выработок, ориентированных в пространстве под различными углами в вертикальной плоскости. Это позволит учесть дополнительное влияние на переходный процесс сил плавучести при изменении плотности вентиляционного потока в условиях пожара или повышенного выделения углекислого газа. Практически не изучены нестационарные процессы при проветривании подготовительных выработок.

2.2 Проветривание вентиляционных шахт в аварийных условиях

Большинство аварий сопровождается выводом из строя отдельных вентиляционных сооружений, регулирующих распределение воздуха по тоннельным выработкам. А это всегда приводит к изменению первоначального режима проветривания шахты делая его неустойчивым и опасным из-за возможного накопления углекислого газа в выработках, в которых сократилось поступление воздуха. При пожарах в недопустимых количествах появляются ядовитые (СО и др.) или непригодные для дыхания газы (СН? СО?). Поэтому для спасения людей и быстрого вывода их на поверхность необходимо применять специальные режимы проветривания аварийного участка или всей шахты в целом . На этом этапе вентиляционный режим должен обеспечивать безопасность спасательных работ и иметь уже иные цели локализацию очага пожара, борьбу с тепловой депрессией и т.д.

Классификация аварийных режимов проветривания. Все аварийные режимы проветривания можно разделить на две категории:

-Вентиляционные режимы, обеспечивающие безопасный выход людей из аварийного участка или всей шахты на поверхность и направленные на предотвращение или уменьшение распространения продуктов горения в другие выработки;

-Вентиляционные режимы, обеспечивающие выполнение первоочередных мер по ликвидации аварии;

-Вентиляционные режимы первой категории предусматриваются заранее и описаны в плане ликвидации аварий. В исключительных случаях, не предусмотренных планом ликвидации аварии, выбор аварийного режима первой категории приходится производить ответственному руководителю ликвидации аварии в весьма сжатые сроки. Как правило, это сохранение нормального вентиляционного режима проветривания или реверсирование вентиляционных струй.

Вентиляционные режимы второй категории предусматриваются оперативными планами входе ведения спасательных работ. Они отличаются большим разнообразием и разрабатываются исходя из конкретной обстановки с целью недопущения распространения пожара на соседние участки выработок, содействия эффективному применению средств пожаротушения, быстрой и безопасной ликвидации аварии. К этим режимам относятся [ 24]:

-сохранение нормального вентиляционного режима проветривания;

-изменение расхода воздуха по отдельным выработкам за счёт его перераспределения;

-реверсирование вентиляционных струй по шахте или на отдельном участке;

-изоляция аварийного участка;

-переход от реверсивного режима к нормальному;

-закорачивание вентиляционных струй;

-нулевой режим проветривания (при остановке вентилятора).

Большой интерес для исследования представляют два аварийных режима проветривания, применению которых предшествуют наиболее сложные и наименее изученные переходные процессы. Это вентиляционный режим при пожаре в тоннельной выработке и реверсивный режим проветривания.

Вентиляционный режим при пожаре в тоннельной выработке. В отличие от естественной тяги тепловая депрессия при пожаре в наклонной или вертикальной выработке всегда носит локальный характер. При пожаре в горизонтальной выработке тепловая депрессия может проявить себя, если нагретые пожарные газы попадают в наклонную или вертикальную выработку. В угольной промышленности используются методы оценки влияния пожара на режим проветривания. Рассчитывается величина критической депрессии, при превышении которой происходит опрокидывание вентиляционных струй. Однако эти оценки распространяются только на выработки в которых действует тепловая депрессия. Использование их в программном комплексе «Рудничная аэрология» позволяет рассчитать режим проветривания, устанавливающийся в сети в результате стационарно действующего источника тепловой депрессии. Однако в большинстве случаев необходимо иметь более детальную картину протекания переходного процесса для понимания конечного состояния режима проветривания, которое бывает труднообъяснимым с позиций используемого в настоящее время стационарного подхода. Преимущества нестационарного подхода при моделировании пожара в сети горных выработок продемонстрировано в работах [25] путём сравнения результатов расчётов, полученных с помощью программных комплексов «Рудничная аэрология» [26] и «Нестационарная вентиляция». Было показано, что задание мгновенного развития очага пожара, как это осуществляется в [25], не отражает пространственно-временное изменение течения воздуха в сети выработок. Кроме изменения направления движения потока в отдельных выработках, возможно образование рециркуляционных контуров с существенным увеличением в них расхода воздуха. Расчёты показали, что при задании постепенного развития очага пожара изменение воздухораспределения в прилегающих выработках определяется его размерами. Причём скорость и направление развития очага пожара зависят от направления течения воздуха в зоне пожара, т.е. необходимо учитывать пространственно-временную динамику его развития. Наиболее точно такие процессы описываются нестационарными физико-математическими моделями на основе уравнений газовой динамики [16].

Реверсивный режим проветривания. Одним из наиболее сложных и ответственных вентиляционных манёвров, кардинально меняющим режим проветривания тоннельных выработок при возникновении в них пожара, является общешахтное реверсирование при котором производится изменение направления движения вентиляционных струй с помощью вентиляторных установок [5]. Согласно реламента на эту процедуру должно отводиться 10 мин, в течение которых в тоннельных выработках происходит не только изменение расхода воздуха, температуры, газового состава и барометрического давления, но и направления его движения. Как было впервые отмечено в работах [27,28], при реверсии на 10-20 % увеличивается аэродинамическое сопротивление выработок. Отмечено также, что большое влияние на процесс реверсирования оказывает действие естественной тяги, величина которой может достигать 30 % от депрессии вентиляторов. Высказывалась рекомендация учитывать подъёмную силу, создаваемую разностью удельных весов воздуха и углекислого газа при переходе к реверсивному режиму проветривания. Возникающий при реверсировании переходный процесс всегда сопровождается резким увеличением содержания углекислого газа в шахтной атмосфере.

Наиболее полный систематизированный анализ экспериментальных исследований реверсирования вентиляционных струй и обратного перехода от реверсивного режима проветривания к нормальному для вентиляционных шахт Донбасса был проведён во ВНИИГД (г. Донецк) С.Н. Осиповым. Выполненные им аналитические разработки были доведены до номограмм, которые позволяли быстро проводить необходимые газодинамические расчёты даже в ходе ликвидации аварий. Так, максимальную концентрацию углекислого газа в реверсивной вентиляционной струе при переходном режиме проветривания предлагается вычислять по следующему соотношению:

 ,

где - концентрация углекислого газа в исходящей струе участка перед реверсированием, %; - максимальная концентрация углекислого газа в реверсивной вентиляционной струе, %; - расход воздуха в исходящей струе участка в реверсивном режиме, м і/с; расход воздуха перед реверсированием, мі /с; С -эмпирический коэффициент.

Несмотря на простоту полученных в соотношениях результаты, исследования С.Н. Осипова не потеряли актуальность и в наши дни. Подтверждением этому могут служить работы [29,30], в которых было исследовано в нестационарной постановке изменение газодинамических параметров вентиляционного потока при его реверсировании в сети простой конфигурации в двух вертикальных стволах, сбитых горизонтальной выработкой с распределённым источником выделения углекислого газа. Расчёт переходного режима начинался в момент выключения вентилятора. В следующие 60 секунд происходила его плавная остановка, а затем 490 секунд выработки находились при отсутствии источника тяги. Далее вентилятор включался в реверсивном режиме и в течение 50 секунд выводился на максимальную производительность (90 % от производительности в нормальном режиме). Расчёт показал, что при отключении вентилятора в выработке, происходит плавное увеличение концентрации углекислого газа и медленный вынос его в прежнем направлении обусловленный присутствием небольшой естественной тяги, вызванной присутствием углекислого газа в вертикальном стволе. В течение промежутка времени, когда вентилятор был остановлен и выработки не проветривались, наблюдалось формирование области с высоким содержанием углекислого газа в выработке и прилегающей к ней области конвективного выноса углекислого газа с невысокой концентрацией. При включении вентилятора в реверсивном режиме происходит достаточно быстрый вынос воздушной смеси из области с концентрацией углекислого газа. Поскольку эта смесь второй раз проходит по выработке с интенсивным выделением углекислого газа, то концентрация углекислого газа в исходящей из этой выработки струе может в 2-3 раза превышать первоначальную.

Следует отметить, что некоторые закономерности протекания, смоделированного в [29,30] переходного процесса совпали с результатами, представленными в работе [5]. Причём газодинамический подход дал много новой информации. Показав, что переход к аварийным режимам необходимо рассчитывать в нестационарной постановке с обязательным учётом тепломассообменных процессов и пространственной топологии всей сети тоннельных выработок.

Аварийные режимы проветривания выемочного участка. В работе [5] показано, что при переходе с нормального режима проветривания на аварийный и последующих вентиляционных манёврах, влияние на интенсивность выделения углекислого газа из выработанного пространства оказывают следующие факторы:

-резкое изменение барометрического давления за небольшой промежуток времени;

-изменение расхода воздуха;

-изменение направления движения вентиляционной струи (при реверсировании);

-депрессия естественной тяги формирующаяся за счёт разности удельных весов газовоздушных смесей в тоннеле и выработанном пространстве (различия в содержании углекислого газа, температуры и перепада геодезических высот откаточного и вентиляционного горизонтов).

Эти факторы, как правило, влияют одновременно. Однако при определённых горногеологических и горнотехнических условиях возможно преобладающее влияние одного или нескольких факторов над остальными. Поэтому любые изменения вентиляционного режима проветривания выемочного участка сопровождаются сложными переходными процессами, анализ которых до сих пор проводился на уровне аналитических оценок или эпизодических шахтных наблюдений.

Необходимо отметить особую актуальность изучения различных вентиляционных режимов с учётом работы вентиляционных систем, т.е. в условиях так называемой комбинированной схемы проветривания выработок выемочного участках искусственно формируемыми утечками воздуха через выработанное пространство [31,32]. Такая схема проветривания позиционируемая как основной способ перераспределения потоков углекислого газа, часто применяется с нарушением требований «Руководства по проектированию вентиляции шахт» [33]. Поэтому весьма перспективным представляется на наш взгляд, моделирование работы вентиляционной установки газодинамическими методами в нестационарной постановке.

Разгазирование тупиковых выработок на вентиляционных шахтах является одним из важных и первостепенных мероприятий при ведении спасательных работ в тупиковых выработках с нарушением проветривания (остановка вентилятора, выход из строя вентиляционного оборудования и др.). Осуществление этого мероприятия позволяет снизить температуру и задымленность в выработке .

Вопросам загазования тупиковых выработок, как при работающем вентиляторе местного проветривания, так и при остановленном посвящено достаточное количество исследований [5,34]. В ряде работ [5] рассмотрен особый вид конвективных потоков, которые возникают в тупиковых выработках в случае остановки вентилятора местного проветривания.

Первые работы по изучению разгазирования тупиковых выработок, начатые в ВостНИИ, КузНИУИ и КНИУИ в 1968-69 гг., завершились созданием аппарата «КАМА», осуществляющего автоматическое разгазирование путём регулирования производительности вентилятора местного проветривания. Было установлено, что «облако» воздушной смеси, выходящее из загазованной тупиковой выработки, имеет случайный градиент концентрации углекислого газа, как в продольных, так и поперечных сечениях. Численное моделирование динамики процесса разгазирования тупиковой выработки с использованием обыкновенных дифференциальных уравнений методом Эйлера было проведено в работе [35]. Однако все исследования процесса разгазирования тупиковых выработок относились к нормальным технологическим режимам работы шахты, когда происходят случайные загазования выработок до концентраций углекислого газа свыше 1 %. Вопросы же разгазирования при длительных остановках вентиляторов, не изучались. Поэтому представляет интерес численное моделирование разгазирования тупиковой выработки в нестационарной постановке.