Исследование влияния эксплуатационно-конструкционных характеристик дизельной техники на загазованность подземных горных выработок
С.Г. Гендлер1, А.С. Серёгин2, П.А. Белехов1
1 Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
2 ООО «НПИ «НЕДРА», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №4 / 2025 стр. 170-177
Резюме: Превышение концентраций вредных компонентов выхлопных газов подземного горного дизельного транспорта с двигателями внутреннего сгорания оказывает негативное влияние на здоровье работающих под землёй. В рамках данного исследования с применением компьютерного моделирования был проведен анализ зависимости эффективности разбавления выхлопных газов горных дизельных подземных машин, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, от положения места выброса выхлопных газов в подземной горной выработке. Основное внимание уделялось влиянию расположения выхлопной трубы, а также нагрузке на двигатель на данные параметры. В результате анализа был установлен ряд соотношений между расходами свежего воздуха и выхлопными газами для различных конфигураций выхлопной трубы на дизельной технике. Найденных отношений величин расходов воздуха к величинам расходов выхлопных газов рекомендуется придерживаться исходя из местоположения выхлопной трубы на дизельной технике для повышения эффективности проветривания тупиковой горной выработки. Найденные отношения играют важную роль для разработки решений по повышению эффективности системы проветривания, а также для улучшения безопасности и снижения вероятности негативного воздействия выхлопных газов на здоровье сотрудников, работающих под землёй.
Ключевые слова: рудничный воздух, транспортные средства с дизельным приводом, шахтные дизелевозы, выхлопные газы, концентрация загрязняющих веществ
Для цитирования: Гендлер С.Г., Серёгин А.С., Белехов П.А. Исследование влияния эксплуатационно-конструкционных характеристик дизельной техники на загазованность подземных горных выработок. Горная промышленность. 2025;(4):170–177. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4-170-177
Информация о статье
Поступила в редакцию: 19.04.2025
Поступила после рецензирования: 05.06.2025
Принята к публикации: 27.06.2025
Информация об авторах
Гендлер Семён Григорьевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой безопасности производств, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-7721-7246; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Серёгин Александр Сергеевич – кандидат технических наук, доцент, заместитель директора ООО «НПИ «НЕДРА», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-2897-8604;e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Белехов Павел Александрович – аспирант, СанктПетербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Rudakov M.L., Kolvakh K.A., Derkach I.V. Assessment of environmental and occupational safety in mining industry during underground coal mining. Journal of Environmental Management and Tourism. 2020;11(3):579–588. https://doi.org/10.14505//jemt.v11.3(43).10
2. Sukhomlinov V., Matveev R., Mustafaev A., Timofeev N. Kinetic theory of low-voltage beam discharge instability in rare gases. Physics of Plasmas. 2020;27(6):062106. https://doi.org/10.1063/5.0001822
3. Chang P., Xu G., Zhou F., Mullins B., Abishek S., Chalmers D. Minimizing DPM pollution in an underground mine by optimizing auxiliary ventilation systems using CFD. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019;87:112–121. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.02.014
4. Anisimov A., Chernyshkov I. The linearization method to calculate the equilibrium composition of combustion products of diesel engine. In: Guda A. (eds) Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles. NN 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 510. Springer, Cham; 2023, pp. 477–483. https://doi.org/10.1007/978-3-031-11051-1_47
5. Nel A.J., Vosloo J.C., Mathews M.J. Evaluating complex mine ventilation operational changes through simulations. Journal of Energy in Southern Africa. 2018;29(3):22–32. https://doi.org/10.17159/2413-3051/2018/v29i3a4445
6. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Исследование токсичности дизельного двигателя при работе на различных альтернативных топливах. Двигателестроение. 2023;(2):54–61. Likhanov V.A., Lopatin O.P. Study of the internal combustion engine toxicity when working on various alternative fuels. Engines Construction. 2023;(2):54–61. (In Russ.)
7. Марчук Н.А., Таланова В.А., Куленцан А.Л. Анализ выбросов загрязняющих веществ различными источниками. Modern Science. 2022;(2-1):35–39. Marchuk N.A., Talanova V.A., Kulentsan A.L. Analysis of pollutant emissions from various sources. Modern Science. 2022; (2-1):35–39. (In Russ.)
8. Vinogradov E.A., Nikiforov A.V., Kochneva A.A. Computational fluid dynamics study of ventilation flow paths on longwall panel. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019;10(2):1140–1147.
9. Дашко Р.Э., Романов И.С. Прогнозирование горно-геологических процессов на основе анализа подземного пространства рудника Купол как многокомпонентной системы (Чукотский автономный округ, Анадырский р-н). Записки Горного института. 2021;247:20–32. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.1.3 Dashko R.E., Romanov I.S. Forecasting of mining and geological processes based on the analysis of the underground space of the Kupol deposit as a multicomponent system (Chukotka Autonomous Region, Anadyr district). Journal of Mining Institute. 2021;247:20–32. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.1.3
10. Козырева Е.Н., Шинкевич М.В. Особенности газогеомеханических процессов на выемочном участке шахты. Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2010;(2):28–35. Kozyreva E.N., Shinkevich M.V. Peculiar features of gas-geomechanical processes at a mine coal extraction section. Bulletin of Research Center for Safety in Coal Industry. 2010;(2):28–35. (In Russ.)
11. Corsini A., Marchegiani A., Rispoli F., Sciulli F., Venturini P. Vegetable oils as fuels in diesel engine. engine performance and emissions. Energy Procedia. 2015;81:942–949. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.12.151
12. Корнев А. В., Спицын А. А., Займенцева Л. А., Зубко М. В. Исследование физико-химических свойств гидрогеля как средства пылевзрывозащиты и снижения запыленности в угольных шахтах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(9-1):180–198. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_180. Kornev A.V., Spitsyn A.A., Zaimentseva L.A., Zubko M.V. Research of the physico-chemical properties of hydrogel as a means of dust-explosion protection and dust reduction in coal mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(9-1):180– 198. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_180
13. Bestel D., Bayliff S., Marchese A., Olsen D., Windom B., Xu H. Multi-dimensional modeling of the CFR engine for the investigation of SI natural gas combustion and controlled end-gas autoignition. In: Proceedings of the ASME 2020 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference. ASME 2020 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference, November 4–6, 2020. V001T06A012. https://doi.org/10.1115/ICEF2020-2992
14. Kabanov E.I., Korshunov G.I., Magomet R.D. Quantitative risk assessment of miners injury during explosions of methanedust-air mixtures in underground workings. Journal of Applied Science and Engineering (Taiwan). 2021;24(1):105–110. https://doi.org/10.6180/jase.202102_24(1).0014
15. Balasubramanian D., Hoang A.T., Venugopal I.P., Shanmugam A., Gao J., Wongwuttanasatian T. Numerical and experimental evaluation on the pooled effect of waste cooking oil biodiesel/diesel blends and exhaust gas recirculation in a twin-cylinder diesel engine. Fuel. 2021;287:119815. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119815
16. Чеботарёв А.Г., Гибадулина И.Ю., Горячев Н.С. Загрязнение рудничной атмосферы при использовании самоходного оборудования с дизельным приводом и мероприятия по её нормализации. Горная промышленность. 2019;(2):74–76. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2019-2-144-74-76 Chemotaryov A.G., Gibadulina I.Yu., Goryachev N.S. Contamination of mine air with exhaust gases of self/ propelled machinery and proposed corrective measures. Russian Mining Industry. 2019;(2):74–76. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2019-2-144-74-76
17. Коршунов Г.И., Еремеева А.M., Дребенштедт К. Обоснование применения растительной добавки к дизельному топливу в качестве способа защиты подземного персонала угольных шахт от воздействия вредных выбросов дизель-гидравлических локомотивов. Записки Горного института. 2021;247:39–47. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.1.5 Korshunov G.I., Eremeeva A.M., Drebenstedt C. Justification of the use of a vegetal additive to diesel fuel as a method of protecting underground personnel of coal mines from the impact of harmful emissions of diesel-hydraulic locomotives. Journal of Mining Institute. 2021;247:39–47. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.1.5
18. Жихарев С.Я., Цыганков В.Д., Родионов В.А., Исаевич А.Г. Оптимизация процессов пылеподавления при ведении подземных горных работ на основе данных натурных экспериментов и моделирования в программе Ansys Fluent. Горный журнал. 2023;(11):70–75. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.11.11 Zhikharev S.Ya., Tsygankov V.D., Rodionov V.A., Isaevich A.G. Optimization of dust suppression processes during underground mining based on full-scale experimentation and ANSYS Fluent simulation. Gornyi Zhurnal. 2023;(11):70–75. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2023.11.11
19. Rogers A., Davies B. Diesel particulates – recent progress on an old issue. The Annals of Occupational Hygiene. 2005;49(6):453– 456. https://doi.org/10.1093/annhyg/mei020
20. Davis M.E., Hart J.E., Laden F., Garshick E., Smith T.J. A retrospective assessment of occupational exposure to elemental carbon in the U.S. trucking industry. Environmental Health Perspectives. 2011;119(7):997–1002. https://doi.org/10.1289/ehp.1002981
21. Bickert S., Kampker A., Greger D. Developments of CO2-emissions and costs for small electric and combustion engine vehicles in Germany. Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2015;36:138–151. https://doi.org/10.1016/j.trd.2015.02.004
22. Borak J., Bunn W.B., Chase G.R., Hall T.A., Head H.J., Hesterberg T.W. et al. Comments on the diesel exhaust in miners study. The Annals of Occupational Hygiene. 2011;55(3):339–342. https://doi.org/10.1093/annhyg/mer005
23. Гридина Е.Б., Боровиков Д.О. Повышение безопасности труда рабочего персонала карьера, расположенного в сложных горно-геологических условиях Крайнего Севера. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(9- 1):149-163. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_149 Gridina E.B., Borovikov D.O. Improving the safety of the working personnel of a quarry located in difficult mining and geological conditions of the Far North. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(9-1):149-163. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_149
24. Гендлер С.Г., Братских А.С. Актуальные проблемы возгорания угольных скоплений в породных отвалах. Горная промышленность. 2024;(5S):71–77. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-71-77 Gendler S.G., Bratskih A.S. Actual problems of coal accumulations ignition in rock dumps. Russian Mining Industry. 2024;(5S):71–77. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-71-77
25. Семин М.А., Гришин Е.Л., Левин Л.Ю., Зайцев А.В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования. Записки Горного института. 2020;246:623–632. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.6.4 Semin M.A., Grishin E.L., Levin L.Y., Zaitsev A.V. Automated ventilation control in mines. Challenges, state of the art, areas for improvement. Journal of Mining Institute. 2020;246:623–632. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.6.4
26. Серёгин А.С., Иконников Д.А., Белехов П.А. К вопросу организации защиты систем аэрогазового контроля шахты от ложных срабатываний при работе дизельного технологического оборудования. Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2024;(27):77–81. https://doi.org/10.26160/2658-3305-2024-27-77-81 Seregin A.S., Ikonnikov D.A., Belekhov P.A. On the issue of organizing protection of the mine’s aerogas control system from false alarms during the operation of diesel technological equipment. Transport, Mining and Construction Engineering: Science and Production. 2024;(27):77–81. (In Russ.) https://doi.org/10.26160/2658-3305-2024-27-77-81
27. Park J., Park S., Lee D.-K. CFD modeling of ventilation ducts for improvement of air quality in closed mines. Geosystem Engineering. 2016;19(4):177–187. https://doi.org/10.1080/12269328.2016.1164090
28. Кашников А.В., Круглов Ю.В. Стратегия управления проветриванием рудника в оптимальном режиме с использованием аппарата нечеткой логики. Записки Горного института. 2023;262:594–605. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.75 Kashnikov A.V., Kruglov Y.V. Strategy of mine ventilation control in optimal mode using fuzzy logic controllers. Journal of Mining Institute. 2023;262:594–605. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.75
29. Левин Л.Ю., Зайцев А.В., Гришин Е.Л., Семин М.А. Расчет количества воздуха по содержанию кислорода для проветривания рабочих зон при применении машин с двигателями внутреннего сгорания. Безопасность труда в промышленности. 2015;(8):43–46. Levin L.Yu., Zaitsev A.V., Grishin E.L., Semin M.A. Calculation of air quantity on oxygen content for ventilation of the working areas when using machines with internal-combustion engine. Occupational Safety in Industry. 2015;(8):43–46. (In Russ.)
30. Benbrahim-Tallaa L., Baan R.A., Grosse Y., Lauby-Secretan B., El Ghissassi F., Bouvard V. et al. Carcinogenicity of diesel-engine and gasoline-engine exhausts and some nitroarenes. The Lancet Oncology. 2012;13(7):663–664. https://doi.org/10.1016/s1470-2045(12)70280-2
31. Кречманн Ю., Плиен М., Нгуен Т.Х.Н., Рудаков М.Л. Эффективное наращивание потенциала в горном деле за счет обучения, расширяющего возможности в области управления охраной труда. Записки Горного института. 2020;242:248– 256. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.2.248 Kretschmann J., Plien M., Nguyen T.H.N., Rudakov M.L. Effective capacity building by empowerment teaching in the field of occupational safety and health management in mining. Journal of Mining Institute. 2020;242:248–256. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.2.248
32. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal. 1994;32(8):1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149
33. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. Turbulence, Heat and Mass Transfer. 2003;4(1):625–632.
34. Mohammadi B., Pironneau O. Analysis of the K-Epsilon Turbulence Model. Masson. Saint-Jean-de-Monts, France; 1994. 205 p. 35. Camelli F.E., Byrne G., Löhner R. Modeling subway air flow using CFD. Tunnelling and Underground Space Technology. 2014;43:20–31. https://doi.org/10.1016/j.tust.2014.02.012
