Учёные из Томского политехнического университета и Северо-Кавказского горно-металлургического института разработали методику, по которой можно создавать 3D-модели шахты и выявлять места с наименьшим движением воздуха, а также зоны, где скапливается метан. Таким образом, это поможет управлять воздушными потоками, следить за концентрацией горючих газов и снизить вероятность возникновения взрыва метана и подземного пожара. Исследование опубликовано в научном издании Fire.
- Добыча угля в подземных шахтах вызывает оседание горных пород и сопровождается выделением горючего газа. И при взаимодействии с воздухом эта смесь взрывоопасна, - рассказывает Metro Никита Мартюшев, кандидат технических наук, доцент отделения материаловедения Томского политехнического университета. - Чем больше добывают угля, тем больше нарушают целостность породы и, следовательно, больше выходит газа - метана. Газ находится под давлением. Он необязательно содержится только в угле. Выделения также идут и из самой горной породы через стенки тоннеля. И если газ не разбавлять - будет скапливаться опасная концентрация смеси, которая может распространяться и по другим тоннелям. Если вдруг где-то возникнет искра - вот и взрыв, за которым следует пожар, что часто становится причиной гибели шахтёров и горноспасателей в угольных шахтах.
Никита Мартюшев рассказывает, что у метана есть концентрация, когда он не опасен, даже если зажечь спичку. Единственный способ добиться этого в шахтах - разбавить концентрацию газа большими объёмами воздуха. Это возможно благодаря мощной системе вентиляции, которую строят в шахтах.
Сегодня для построения вентиляционных систем, которые учитывают движение воздуха, используют двухмерную систему моделирования. Это модель создаётся на плоскости из различных простых проекций. Расчёты, сделанные в двухмерном измерении, могут содержать погрешности и не быть точными. Учёные же разработали новую систему для построения вентиляции - в трёхмерном виде. Это проекция создаётся не только на плоскости, но и в объёме - поэтому учитывает больше данных. Такая 3D-модель более надёжная. Компьютер на основе определённых данных - местность, скорость потока воздуха, скорость выделения метана - по нескольким проекциям рассчитывает места, где потоки воздуха минимальны или сходятся, и именно туда необходимо устанавливать турбулезаторы воздуха.
- Шахта развивается шаг за шагом. Такого нет, что пробили участок, и в нём - сильная концентрация метана и взрыв, - объясняет Никита. - Есть определённое время, пока метан скапливается, которое используют, чтобы на готовом участке установить вентиляционную систему.
Созданная учёными модель также на основе данных подсказывает, куда необходимо установить датчики, которые будут отслеживать потоки движения воздуха и концентрацию метана в них.
- Датчики устанавливаются в места с наибольшей концентрацией метана, - добавляет Никита Мартюшев. - При возникновении опасной ситуации датчик начинает сигнализировать. Шахтёры это видят, прекращают работу. Вентиляторы начинают работать активнее, чтобы сильную концентрацию метана разогнать. Определить места в шахте, где будет выделяться метан, до сих пор задача сложная. Система, которую мы разработали, не предотвращает на 100% ситуации взрывов и пожаров, но намного снижает их вероятность.
Маша Ильина