Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Установление зависимостей размеров циркуляционных зон от технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих управление движением ветрового потока в карьере

ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Установление зависимостей размеров циркуляционных зон от технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих управление движением ветрового потока в карьере"

На правах рукописи

ЛАЗАРЕВ Михаил Сергеевич

УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ РАЗМЕРОВ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ЗОН ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНИХ ОТВАЛОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ВЕТРОВОГО ПОТОКА В КАРЬЕРЕ

Специальность 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2014

9 ОКТ 2014

005553163

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) на кафедре ГиСПС.

Научный руководитель:

Сафронов Виктор Петрович, доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты:

Скопинцева Ольга Васильевна, доктор технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»/ институт «Московский горный институт»/ кафедра «Технологическая безопасность и горноспасательное дело».

Лискова Мария Юрьевна, кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, кафедра «Безопасность жизнедеятельности», доцент.

Ведущая организация: Федеральное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела УРО РАН», г. Пермь.

Защита диссертации состоится 26 ноября 2014 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, пр-т Ленина, д. 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, подписанный и заверенный печатью организации, просим выслать по адресу: 300012, г. Тула, пр-т Ленина, д. 92, Ученый совет ТулГУ, факс: (4872) 35-81-81.

Автореферат разослан 14 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Копылов Андрей Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сегодня в России более 70 % твердого минерального сырья добывается открытым способом карьерами. В зависимости от горно-геологических условий залегания твёрдого полезного ископаемого месторождение разрабатывается с применением сплошной или углубочной системы разработки. На данном этапе развития технологий карьеры имеют глубину более 300 м. Одним из условий работы является поддержание внутри рабочей зоны атмосферы, отвечающей требованиям санитарных норм и правил, которые гарантируют безопасную и высокопроизводительную работу персонала и техники. Искусственная вентиляция, используемая в большинстве случаев, является дорогостоящей. Естественное проветривание горных выработок во многом зависит от параметров воздушного потока, обтекающего внешние отвалы вскрышных пород. Значения параметров воздушного потока зависят от параметров отвалов и места их расположения.

Существующие методы решений по выбору мест расположения отвалов вскрышных пород подчиняются в основном транспортной задаче и выбору направления рекультивации земель, нарушаемых горными работами. Расположение отвалов при реализации схемы воздухозаборов и создании обтекаемого рельефа отвала является по ряду причин экономически не выгодным вариантом, но при этом требуются методы решений подобного рода задач при проектировании карьеров. Поэтому исследование установления зависимостей размеров циркуляционных зон от технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих управление движением ветрового потока в карьере, является актуальной задачей.

Целью работы является установление закономерностей изменения размеров циркуляционных зон воздушных потоков для обоснования технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих принятие проектных решений при открытой разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Идея работы заключается в том, что при обосновании места расположения и технологических параметров внешних отвалов учитываются размеры циркуляционных зон, обеспечивающих управление движением ветровых потоков для естественного проветривания глубоких карьеров по разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1 Атмосфера в карьере зависит от размеров циркуляционных зон воздушного потока, места расположения и технологических параметров внешнего отвала вскрышных пород.

2 Оценку размеров циркуляционных зон в зависимости от места расположения и технологических параметров внешних отвалов вскрышных пород необходимо проводить на основе моделирования движения воздушного по-

тока с пространственно-временным осреднением, характеризующего процесс обтекания отвала воздушным потоком.

3 Внешний отвал, обтекаемый ветровым потоком, вызывает формирование трех циркуляционных зон с наветренной, подветренной стороны и на поверхности отвала, размеры которых зависят от его угла откоса, высоты и длины, а также физического параметра, характеризующего разность температур ветрового потока и отвала.

Новизна разработанных научных положений заключается в следующем:

- разработана математическая модель обтекания воздушным потоком внешнего отвала вскрышных пород, базирующаяся на законах гравитации, сохранения массы, импульса, полной энергии, момента импульса и термодинамики и позволяющая на основании пространственно-временного осреднения проводить оценку размеров циркуляционных зон ветровых потоков с учетом места расположения и технологических параметров отвалов, а также с учетом разности температур ветрового потока и отвала;

- установлены зависимости размеров циркуляционных зон (как без учета, так и с учетом их взаимодействия между собой) от высоты, наветренного и подветренного углов откоса и длины отвала, а также от разности температур ветрового потока и отвала, позволяющие обосновывать место расположения и технологические параметры отвалов вскрышных пород с обеспечением естественного проветривания глубоких карьеров;

- разработан метод расчета, обеспечивающий проектирование места заложения и формы отвалов вскрышных пород при их обтекании воздушными потоками с учетом естественного проветривания глубоких карьеров при разработке месторождений твердых полезных ископаемых в различных геотехнологических и горно-геологических условиях.

Методы исследований

Принят комплекс методов, включающий в себя:

- анализ и систематизацию предшествующих теоретических разработок по теме диссертационной работы; системный анализ теоретических результатов и практического опыта в смежных сферах науки по направлению исследований в области аэродинамики и гидродинамики;

- разностный метод математического моделирования аэродинамических течений вязких сжимаемых жидкостей;

- вычислительные эксперименты на основе апробированных методик;

- методы математической статистики и теории вероятностей.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов диссертации подтверждаются:

- согласованностью теоретических положений с результатами экспериментальных исследований;

- корректностью применения математических методов при создании расчетной математической модели движения воздушного потока при обтекании отвала;

- представительным объемом результатов вычислительных экспериментов и их удовлетворительной сходимостью с теоретическими зависимостями;

- положительной апробацией научных положений при разработке проектных решений по установлению значений технологических параметров отва-лообразования и места расположения отвалов карьера Араптобе Республики Казахстан относительно господствующего направления ветров.

Практическая значимость работы заключается в создании комплекса программных средств, позволяющих автоматизировать процессы проектирования открытых горных работ и проводить вычислительные эксперименты при моделировании обтекания отвалов воздушными потоками в широком диапазоне геотехнологических и горно-геологических условий при разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Реализация работы

Результаты исследований внедрены в проектные решения по обоснованию технологических параметров отвалов и выбора места их размещения относительно борта карьера Аралтобе месторождения Кок-Джон с учетом перемещений воздушных потоков по многолетним данным метеослужбы Республики Казахстан. Метод решения задачи обоснования выбора места расположения отвалов глубоких карьеров внедрен в учебный процесс на кафедре «Геотехнологии и строительство подземный сооружений» Тульского государственного университета. Результаты научных исследований применяются в ООО «ГЕОТИМ-ПРОЕКТ» при разработке проектной документации для месторождений, отрабатываемых по углубочной системе.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы в период выполнения докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах: на научных семинарах кафедры ГиСПС ТулГУ (г. Тула, 2012-2014 гг.), Международной конференции «Геомеханика и механика подземных сооружений» (ТулГУ), 2-й Международной заочной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Современные проблемы освоения недр» (г. Белгород, 2012 г.), 8-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и энергетические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2012 г.)», ежегодных научных симпозиумах: «Недели горняка - 2013» (г. Москва, 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России» (г. Прокопьевск, 2014 г.), на семинарах кафедры «Геотехнологии и строительство подземных сооружений».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 — в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 139 страниц текста, 22 рисунков, б таблиц и список литературы из 109 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современные решения задач по обоснованию мест расположения отвалов основываются на геомеханических критериях, по которым оценивается допустимая пригрузка борта карьера отвалом, и на экономических критериях, по которым оценивается себестоимость транспортирования вскрышных пород во внешние отвалы, что в целом оказывает влияние на экономические показатели горного предприятия. Кроме этого, внешние отвалы влияют на кинетическую энергию воздушного потока, поступающего в выработанное пространство карьера, на запыленность воздуха, на поступление свежего воздуха в рабочую зону карьера. Отвалы в теплое время года накапливают солнечную энергию и тем самым способствуют появлению инверсионных потоков. Поэтому требуется комплексный подход к решению многофакторной задачи по обоснованию мест расположения отвалов.

Первые предложения по обоснованию мест расположения технологических горных объектов на земной поверхности с позиции аэрологии были сделаны Н.З. Битколовым, B.C. Никитиным, а впоследствии были опубликованы основные результаты исследований следующими учеными: Н.З. Битколовым, B.C. Никитиным, К.З. Ушаковым, A.C. Бурчаковым, И.И. Медведевым, П.В. Берестневичем, В.А. Михайловым, С.С. Филатовым и другими авторами.

Для достижения поставленной в диссертации цели потребовалось решение следующих задач.

1) создание на основе теории Навье - Стокса адаптированной математической модели обтекания ветровым потоком внешнего отвала карьера;

2) проведение вычислительных экспериментов с использованием математической модели обтекания ветровым потоком внешнего отвала карьера и получение зависимостей параметров ветрового потока от технологических параметров внешнего отвалообразования;

3) создание рекомендаций по технологии отвалообразования, обеспечивающих управление движением ветрового потока в карьере.

4) создание метода решения задачи по обоснованию технологических параметров отвала, выбора места его расположения и апробация метода.

Для решения задачи по обоснованию мест расположения отвалов относительно борта карьера и господствующего направления ветрового потока на основе математических моделей В.В. Серегина, Т.Г.Елизаровой и Ю.В. Ше-ретова была создана обобщающая модель, в основу которой были положены исследования по выводу квазигазодинамической (КГД) системы уравнений свободного ветрового пока. Система уравнений базируется на теоретических

положениях механики жидкостей, газов и законе движения жидкости, выраженных уравнениями Навье-Стокса, а именно: уравнение сохранения массы

др -

= 0,

уравнение сохранения импульса д\

л Ут I

= рР + сНуР,

уравнение сохранения полной энергии

( /-»2 NN ( (—2 и и

+ сну

1+ (НуА -

(1)

(2)

(3)

д(

уравнение энтропии

^хри)+ <Иу(/и ® (х X м))= (х X рр)+ Дх Руе}), (4)

уравнение сохранения момента импульса

+ с)= -¿¡у

д! Ут '

Т

\

+ Х.

(5)

где р - плотность среды;

г - время;

]т - плотность потока массы;

и - скорость;

е - удельная внутренняя энергия;

р - массовая плотность внешних;

Р -тензор внутренних напряжений;

А - работа совершаемая газом;

q - тепловой поток;

5 - удельная энтропия;

Т - температура.

Для замыкания системы использованы такие параметры ]т,Р^,А,Х, как функции макроскопических параметров среды и их производных. Применяя метод пространственно-временных средних, при котором вектор потока массы не равен произведению плотности на скорость (]т * ри), можно записать в следующем виде:

Уш = Р = -р1 + П№ + ри®м> ,П - Пт +ри®м>,

А = Пи-~Тт— , д Х = ее (6)

Р х дх Т 1ц тТ

м> = — \рУ • у)м + Ур-рР}.

Р

где м> - квазигазодинамическая добавка;

/ - единичный тензор-инвариант второго ранга; Ядщ - тензор вязких напряжений Навье-Стокса; эе - коэффициент теплопроводности среды; г - максвелловского времени релаксации.

Обобщающая модель позволила провести вычислительные эксперименты по установлению характера обтекания ветровым потоком внешнего отвала карьера и получение зависимостей параметров ветрового потока от технологических параметров внешнего отвалообразования.

Для удобства и наглядности результатов экспериментальных исследований обобщённая математическая модель была трансформирована в декартовую систему координат, что позволило строить разностные аппроксимации уравнений на ортогональных пространственных сетках в преобразованном пространстве координат. Модель дискретизируется как по пространству, так и по времени.

Дискретизация по пространству основывается на покрытии расчетной области сеткой, имеющей форму параллелепипеда. Решение математической модели проводится разностным методом (методом конечных объемов). Расчетная сетка создается по границе с обтекаемым телом по условиям газообразной среды. Форма ячейки сетки имеет вид треугольников. Треугольники различны по размерам, поэтому сетка является неструктурированной и имеет сгущение ячеек в местах возможного появления циркуляционных зон, то есть в «приземленных» слоях, близких к пограничному слою, и в самом пограничном слое. В пересечении серединных высот каждого треугольника существует дополнительная точка. Все точки серединных высот соединяются в сетку с ячейками в виде неправильных шестиугольников. Разработанная таким образом модель представляет собой систему из двух сеток: сетка с ячейками по форме треугольников и сетка с ячейками, собранными из шестиугольников. Треугольная сетка необходима для описания потоковых функций. Такая аппроксимированная система дополнена начальными, конечными и дополнительными граничными условиями для проведения численного расчета. По результатам численного расчета получены распространения плотности и скорости ветрового потока вдоль его первоначального направления (рисунок 1).

1.30»i vfx'i Mm liltll tifri'3

Рисунок 1 - Схема распределения плотности воздуха в потоке (а) и скорости вдоль первоначального направления (б) при обтекании им одноярусного отвала вскрышных пород

По результатам теоретического эксперимента по обтеканию воздушным потоком отвала были установлены три циркуляционные зоны. Схематическое расположение этих зон представлено на рисунок 2.

Ь

а„ hom ? ОГпК ■ Г----------

1, lom 1з _ h

Рисунок 2 - Характер расположения циркуляционных зон в воздушном запыленном потоке при обтекании им породного внешнего отвала карьера

Установлены характер обтекания отвала воздушным потоком и причина появления циркуляционных зон. С наветренной стороны отвала стремительно возрастает давление в потоке с положительным градиентом, и поэтому пограничный слой потока подвергается воздействию отрицательного ускорения. Кинетическая энергия частиц в ветровом потоке в пограничном слое мала, а с течением времени запас кинетической энергии этих части потока уменьшается. Поэтому ветровой поток, находящийся в пограничном с поверхностью отвала слое, сначала полностью останавливается, а затем начинает течь в обратном направлении. В результате образования возвратного течения происходят оттеснение линий тока и образование циркуляционной зоны.

На верхней площадке отвала карьера с наветренной стороны образуется косой скачек уплотнения, он создает большой положительный градиент давления, которого достаточно для создания отрывного течения. Когда градиент

давления достигает экстремального значения, при котором кинетической энергии частицы воздуха недостаточно, чтобы преодолеть градиент давления, возникает отрыв части потока и, как следствие, образование второй циркуляционной зоны.

С подветренной стороны отвала поток отрывается у угловой точки отвала (верхняя бровка) и присоединяется в нижней точке по направлению течения потока. Внешний невязкий поток отделяется от вязкой области свободным слоем смешения, начало которого лежит в пограничном слое перед точкой отрыва. Оторвавшийся слой смешения протекает в условиях с меньшим давлением, где градиент давления является отрицательным и тем самым разворачивает часть воздушного слоя смешения. Этот слой в воздушном потоке течет в обратном направлении в застойную зону, в то время как внешний вязкий слой имеет более высокую скорость и вытекает из «донной» области и продолжает движение вниз по потоку. Далее течение вниз по потоку полностью восстанавливается и принимает изначальный вид.

На основании принципов взаимодействия ветрового потока с отвалом и проведенных теоретических экспериментов было выявлены параметры, непосредственно влияющие на длины циркуляционных зон, к ним относятся геометрические параметры отвала (угол откоса высота, длина отвала по верхней горизонтальной поверхности) и физический параметр, основанный на разностном отношении температур ветрового потока и отвала.

Для установления зависимостей длин циркуляционных зон от значимых параметров были выбраны графические модели отвалов, отвечающие реальным формам отвалов. В ходе моделирования течения воздушного потока на моделях был выявлен эффект искажения параметров относительно первоначально сконструированной модельной сетки.

Длина циркуляционной зоны при математическом моделировании с временно-пространственной аппроксимацией на неструктурированных сетках не имеет точного значения, а только промежуток, в котором это значение находится. Поэтому были установлены промежутки циркуляционных зон графическим способом. С помощью линий трендов получены зависимости виляния технологических параметров отвала на длины циркуляционных зон (рисунок 3).

О|||осшс.ш|ос 1сш|сра|)1»|0с изменение

1 - график зависимости первой циркуляционной зоны; 2 - график зависимости второй циркуляционной зоны; 3 - график зависимости третьей циркуляционной зоны без взаимодействия со второй зоной; 4 - график зависимости третьей циркуляционной зоны с взаимодействием со второй зоной.

Рисунок 3 - Графики зависимостей влияния технологических параметров отвала и разности температур на длины циркуляционных зон.

На основании полученных результатов вычислительных экспериментов линий тренда (рисунок 3) установлены зависимости длин циркуляционных зон от геометрических параметров отвала с учетом относительного температурного режима «отвал-воздух». Зависимости имеют следующий вид:

/, = 11,7Я°'58 зта - 0,21(ГЯ - Т„) 12={1—1-)*та + \,ъ{Тт-Тп)

И 5

¡з = 8Я эт /? - 5,57(7^ - Тп) /32 = 5.5Н1Л2ът/3-5,57(Гт -Г„)

где Н - высота отвала;

а - наветренный угол откоса отвала; р - подветренный угол откоса отвала; / - длина отвала вдоль направления ветрового потока; Тп - температура воздушного потока; Тт - температура обтекаемого отвала.

С помощью полученных формул (7) проводится расчет длин циркуляционных зон с учетом технологических параметров отвала и воздействия «прогрева» верхнего слоя пород относительно воздушного потока.

По результатам исследований разработан метод расчета по обоснованию выбора мест расположения отвалов относительно борта карьера и обоснованию технологических параметров отвалов. Блок-схема метода расчета по обоснованию расположения отвала представлена на рисунке 4.

Экономическое обоснование расположение отвала относительно : борта карьера Геомеханическое обоснование расположение отвала относительно борта карьера Аэрологическое обоснование расположение отвааа относительно борта карьера

....................................1....... 1

1 ^становление зависимости • влияние увеличения длинны транспортирование на количество автотранспорта

2)Расчет и оценка транспортирование, экономического эффекта.

3)Опредеяенне благоприятного расположения отвала с целью милями:

1 )Расчет устойчивости

независимых объектов: борта карьера и отвалов. 2)Расчет устойчивости борта

3)Ояреледенне расстояния расположения отвала относительно устойчивости борта

| 1) Ориентация расположения

I отвала относительно

| господсгвывающих ветров. ; 2) Расчет длин циркуляционных

I зон.

| 3) Определение минимального ! расстояния расположения отвала | от борта с учетом аэрологии ; карьера.

Установпение оптимального места расположения отвала относительно борта карьера, основываясь на совокупности выводов по экономических, геомсханнческнх, и аэрологических критериям.

Вывод места расположения отвала и его технологических ___параметров с

Рисунок 4 — Блок-схема методических указаний по обоснованию мест расположения отвалов относительно борта карьера

Экономическое, геомеханическое и аэрологическое обоснования не зависимы друг от друга и взаимодействуют только в конечном результате.

Экономический блок по обоснованию основывается на калькуляции затрат на перевозку запланированного объема породных масс от вскрышного забоя до места отвалообразования. По экономическому расчету устанавливается наиболее благоприятное место расположения отвала относительно границ карьера.

Блок по геомеханическому обоснованию места расположения отвала относительно борта карьера системы «Отвал - Борт карьера» основывается на создании условий устойчивости борта карьера, пригруженного отвалом, в течение длительного периода времени.

Блок по обоснованию расположения отвала с позиции аэрологии устанавливает взаимосвязь отвала и горной выработки с «розой ветров», вычисляет степень взаимодействия отвала с ветровым потоком, поступающим в выработанное пространство.

Метод расчета апробирован в условиях карьеров Аралтобе и Кесиктобе.

Так, для карьера Аралтобе стало возможным расположить скальный отвал вскрышных пород в среднем на 50 м ближе к границе горного отвода, что позволяет иметь экономическую выгоду в размере 382752,52 руб. при годовой производительности по вскрыше 1 млн м3.

Для карьера Кесиктобе с позиции его аэрологии установлено, что отвал почти полностью находится в циркуляционной зоне, что отрицательно сказывается на аэрологии карьера. Поэтому отвал в соответствии с принятым проектом необходимо расположить вне зоны направления господствующих ветров. Скальный отвал карьера Кесиктобе было предложено разбить на два отвала и расположить их в северо-западном и юго-восточном направлениях. Для улучшения аэрологической ситуации отвалы необходимо расположить на расстоянии в 350 м от борта карьера, что повлечет за собой удорожание вскрышных работ на 2679267,67 рублей при годовой производительности карьера по вскрыше в 1 млн м3.

В методических рекомендациях заложен принцип прохождения ветрового потока в выработку карьера без потери им кинетической энергии. Отвал необходимо располагать так, чтобы зона расположения отвала карьера не совпадала с направлением течения преобладающих воздушных потоков. В случае невозможности выбора такого места отвал относительно борта карьера необходимо располагать на расстоянии равном длине циркуляционной зоны, образованной отвалом с подветренной стороны. В начале отсыпки отвала необходимо соблюдать технологию, которая позволит уменьшить влияние отвала на входящий ветровой поток. Образование отвала должно начинаться с периферийной точки (линии), наиболее отдаленной от границы горного отвода, и развитие фронта отвальных работ производится вдоль направления воздушного потока для уменьшения ширины циркуляционной зоны в плане. Если отвал многоярусный, то отсыпка ярусов производится таким образом, чтоб весь ярус был заполнен до начала отсыпки следующего яруса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель и получены зависимости размеров циркуляционных зон, образующихся при обтекании ветровым потоком отвалов вскрышных пород, от их технологических параметров и разницы температур между поверхностью отвала и ветровым потоком, которые позволяют обосновывать форму и место расположения отвалов в пределах границ земельного отвода, что имеет важное значение для обеспечения естественного проветривания глубоких карьеров при разработке месторождений твердых полезных ископаемых в различных горно-геологических условиях.

Основные выводы и рекомендации работы заключаются в следующем.

1 Установлено, что внешние отвалы непосредственно влияют на изменение динамики ветрового потока, поступающего в систему «Отвал - выработанное пространство карьера». Поэтому при обосновании схемы естественного проветривания выработанного пространства с целью формирования благоприятного микроклимата карьера необходимо учитывать конструктивные параметры отвала, которые существенно влияют на динамику ветрового потока: 1 угол откоса, высоты отвала, площадь поверхности отвала.

2 Математическая модель обтекания ветровым потоком внешних отвалов карьера в плоском пространстве при пространственно-временных осреднений параметров на основе уравнений Навье-Стокса описывает нестационарное движение воздушного потока и позволяет моделировать процессы обтекания ветровым потоком отвалов на карьерах.

3 На основании математического моделирования процессов обтекания ветровым потоком внешнего отвала выявлены три циркуляционные зоны и установлены причины возникновения этих зон, характер их течения, а также установлены основные параметры, влияющие на характер, объем и длину циркуляционных зон.

4 Разработана методика установления длины циркуляционной зоны, которая позволяет определить размеры циркуляционных зон в зависимости от технологических параметров отвала и разницы температур поверхности отвала и воздушного потока.

5 Создан метод решения по обоснованию расположения отвала относительно борта карьера для средних и глубоких карьеров, учитывающий экономические, геомеханические и аэрологические факторы, а также даны методические рекомендации по отвалообразованию для уменьшения отрицательного влияния отвала на аэрологию карьера.

6 Обосновано расположение отвалов скальных пород относительно борта выработок на карьерах Аралтобе и Кесиктобе с помощью созданной методики. При обосновании было выявлено, что отвал карьера Аралтобе возможно расположить на более близком расстоянии к карьеру, что принесет экономический эффект в размере 382752,52 руб. при производительности в 1 млн м3. На карьере Кесиктобе были даны рекомендации о возможном перемещении

отвала относительно борта карьера и предложено провести перерасчет имеющихся вариантов.

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях:

Периодические издания, рекомендованные ВАК

1 Лазарев, М.С. Оценка технологических параметров отвала для обоснования зон влияния ветрового потока/ В.П. Сафронов, М. С.Лазарев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. Вып 6. Часть 1. С. 84-93.

2 Лазарев, М.С. Математическая модель обтекания внешнего отвала карьера ветровым потоком и результаты вычислительных экспериментов / /В.П. Сафронов, М.С. Лазарев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. Вып 10. С. 137-146.

3 Лазарев, М.С. Установление геометрических и физических параметров, влияющих на циркуляционные зоны, возникающих при обтекании воздушным потоком отвала / В.П. Сафронов, М.С. Лазарев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып З.С. 233-242.

4 Лазарев, М.С. Результаты вычислительных экспериментов по установлению зависимостей длины циркуляционной зоны от технологических параметров внешнего отвала карьера / В.П. Сафронов, М.С.Лазарев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып 3. С. 243-250.

Прочие издания

5 Лазарев, М.С. Обоснование приграничной зоны расположения отвалов для улучшения естественного проветривания карьеров с наветренной стороны / М.С. Лазарев, A.A. Сидорков, A.B. Панкратов, О.Ю. Сафронов // Материалы П Международной заочной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, студентов «Современные проблемы освоения недр». Белгород: Изд-во полиграф, компл. НИУ «БелГУ», 2012. С. 157-160.

6 Лазарев, М.С. Выбор места расположения внешних отвалов с учетом проветривания и минимизации выбросов пыли в рабочую зону / В.П. Сафронов, М.С. Лазарев // Электронный Научный вестник Московского государственного горного университета. Вып. №2(47). М., 2014. С. 99-109.

7 Лазарев, М.С. Пути решения задачи по управлению воздушными потоками в границах карьера / В.П. Сафронов, М.С. Лазарев // Сборник трудов IV Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России». Прокопьевск, 2014. С. 55-58.

Подписано в печать 24.09.2014. Формат бумаги 60x90/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,0. Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в типографии «АртПринт». 300007 г. Тула, ул. М. Смирнова, 34 . Тираж 100 экз. Заказ 127.