Моделирование в ANSYS CFD процесса проветривания карьеров

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-102-106

С.С. Кобылкин¹, А.С. Кобылкин², Сис Муе¹, Альфа Мамаду Барри³
¹ Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация
² Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация
³ Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №4 / 2024 стр.102-106

Резюме: Безопасность и эффективность ведения открытых горных работ зависят от принятых проектных решений, в том числе по проветриванию. Расчёт вентиляции карьеров должен быть произведен либо по общепринятым методикам, о которых кратко рассказывается в данной статье, либо с применением специальных программ. Наиболее просто и быстро относительно традиционного графического способа расчёты по проветриванию можно сделать в программном комплексе Ansys CFD. На основании проведенной серии численных экспериментов и их верификации в данной работе предложены рекомендации по построению трехмерной модели и по параметрам сетки для моделирования проветривания карьеров. Также даны рекомендации по выбору начальных и граничных условий. В качестве верификации полученных результатов предлагается использовать три базовых подхода. Первый подход заключается в проверке неизменяемости границ прямого и обратного воздушного потока при изменении скорости ветра. Второй подход базируется на наличии в результатах моделирования локальных зон рециркуляции на отдельных уступах подветренного борта. И третий подход реализуется при выполнении контрольного расчёта скорости движения воздуха в произвольной точке в карьере. Проектирование вентиляции карьера является необходимым условием для оценки уровня опасности ведения горных работ. Выполняя расчёты по проветриванию на стадии выбора технологических решений, можно выбрать оптимальные параметры системы разработки.

Ключевые слова: безопасность горных работ, карьер, проветривание, моделирование локальных зон рециркуляции, Ansys CFD

Для цитирования: Кобылкин С.С., Кобылкин А.С., Сис Муе, Альфа Мамаду Барри. Моделирование в ANSYS CFD процесса проветривания карьеров. Горная промышленность. 2024;(4):102–106. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-102-106

Информация о статье

Поступила в редакцию: 04.06.2024

Поступила после рецензирования: 04.07.2024

Принята к публикации: 11.07.2024

Информация об авторах

Кобылкин Сергей Сергеевич – доктор технических наук, профессор, кафедра безопасности и экологии горного производства, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-2626-208X; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Кобылкин Александр Сергеевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-1512-890X

Cис Муе – кандидат технических наук, докторант кафедры безопасности и экологии горного производства, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0009-7838-7149

Барри Альфа Мамаду – аспирант кафедры недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии, Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0003-2260-1421

Список литературы

1. Гендлер С.Г., Борисовский И.А. Оценка влияния температурных условий на естественную вентиляцию глубоких карьеров арктической зоны. Устойчивое развитие горных территорий. 2022;14(2):218–227. Gendler S.G.1, Borisovskiy I.A. Estimated impact of temperature conditions on deep pits natural ventilation in the Arctic. Sustainable Development of Mountain Territories. 2022;14(2):218–227. (In Russ.)

2. Гендлер С.Г., Борисовский И.А. Оценка особенностей формирования температурных инверсий при открытой добыче полезных ископаемых в условиях Арктики. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021;(4):59–75. Gendler S.G., Borisovsky I.A. Estimation of peculiarities of temperature inversion formation in open mining in the Arctic conditions. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o Zemle. 2021;(4):59–75. (In Russ.)

3. Гендлер С.Г., Борисовский И.А. Оценка эффективности естественного проветривания карьеров при отработке золоторудных месторождений на основе математического моделирования аэродинамических процессов. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020;(4):441–452. Gendler S.G., Borisovsky I.A. Estimation of the efficiency of natural ventilation of pits during mining the gold deposit based on mathematical modeling of aerodynamic processes. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o Zemle. 2020;(4):441–452. (In Russ.)

4. Амосов П.В., Бакланов А.А. Численное моделирование процессов естественного проветривания карьера при вариации его глубины в условиях инверсионного состояния атмосферы. Горная промышленность. 2023;(5S):65–71. https:// doi.org/10.30686/1609-9192-2023-5S-65-71 Amosov P.V., Baklanov A.A. Numerical modeling of natural ventilation processes in an open pit mine at its various depths in inversion atmospheric conditions. Russian Mining Industry. 2023;(5S):65–71. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-5S-65-71

5. Amosov P.V. Numerical modeling of open pit ventilation when varying the location of the dust and gas cloud. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2021;(7):5–15. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2021-7-5-15

6. Андреев А.А., Маслобоев А.В. Программный модуль расчета времени естественного проветривания карьера (на примере рудника «Железный» АО «Ковдорский ГОК»). В кн.: Труды международного симпозиума «Надежность и качество», г. Пенза, 24 по 31 мая 2021 г. Пенза; 2021. Т. 1. С. 273–276.

7. Кобылкин С.С., Кобылкин А.С., Баловцев С.В., Харисов А.Р. Научно-обоснованные решения по разработке инструкции по составлению плана ликвидации аварий для угольных разрезов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(6-1):84–98. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-61-0-84-98 Kobylkin S.S., Kobylkin A.S., Balovtsev S.V., Kharisov A.R. Science-based solutions on the development of instructions for an emergency response plan for open-pit mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2020;(6-1):84–98. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-61-0-84-98

8. Воронина Л.Д., Багриновский А.Д., Никитин В.С. Расчёт рудничной вентиляции. М.: Госгортехиздат; 1962. 487 с.

9. Wang Y., Du C., Xu H. Key factor analysis and model establishment of blasting dust diffusion in a deep, sunken open-pit mine. ACS Omega. 2021;6(1):448–455. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c04881

10. Huang Z., Ge S., Jing D., Yang L. Numerical simulation of blasting dust pollution in open-pit mines. Applied Ecology and Environmental Research. 2021;17(5):10313–10333. https://doi.org/10.15666/aeer/1705_1031310333

11. Никитин В.С., Битколов Н.З. Проектирование вентиляции в карьерах. М.: Недра; 1980. 171 с.

12. Ушаков К.З., Михайлов В.А. Аэрология карьеров. М.: Недра; 1975. 248 с.

13. Flores F., Garreaud R., Munoz R.C. OpenFOAM applied to the CFD simulation of turbulent buoyant atmospheric flows and pollutant dispersion inside large open pit mines under intense insolation. Computers & Fluids. 2014;90:72–87. https://doi. org/10.1016/j.compfluid.2013.11.012

14. Chen X.-H. On surface mining process dust pollution and measures. Building Technology Dev. 2016;43:158–159.

15. Vaibhav R. Three dimensional computational fluid dynamics models of pollutant transport in a deep open pit mine under Arctic air inversion and mitigation measures. Thesis. Fairbanks, Alaska; 2015. 324 p. Available at: https://www.academia. edu/112151269/ (accessed: 01.06.2024).