Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face

The study of airflow patterns at the ends of dead-end mine workings is crucial for optimizing underground mining ventilation systems. Understanding these patterns forms the basis for designing and implementing effective ventilation strategies.Previous studies have shed light on the behavior of the m...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: A. A. Kamenskikh, G. Z. Faynburg, M. A. Semin, A. V. Tatsiy, А. А. Каменских, Г. З. Файнбург, М. А. Семин, А. В. Таций
Other Authors: The research received financial support from from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (reg. number NIOKTR 124020500030)., Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (рег. номер НИОКТР 124020500030-7).
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:Russian
English
Published: The National University of Science and Technology MISiS (NUST MISiS) 2024
Subjects:
структура воздушных потоков
dead-end face
forced ventilation
ventilation pipeline setback
field experiment
numerical experiment
airflow structure
тупиковый забой
нагнетательный способ проветривания
отставание вентиляционного трубопровода
натурный эксперимент
численный эксперимент
Chukotka
Online Access:https://mst.misis.ru/jour/article/view/694
https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-08-147
id ftjmst:oai:oai.gscience.elpub.ru:article/694
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Mining Science and Technology
op_collection_id ftjmst
language Russian
English
topic структура воздушных потоков
dead-end face
forced ventilation
ventilation pipeline setback
field experiment
numerical experiment
airflow structure
тупиковый забой
нагнетательный способ проветривания
отставание вентиляционного трубопровода
натурный эксперимент
численный эксперимент
spellingShingle структура воздушных потоков
dead-end face
forced ventilation
ventilation pipeline setback
field experiment
numerical experiment
airflow structure
тупиковый забой
нагнетательный способ проветривания
отставание вентиляционного трубопровода
натурный эксперимент
численный эксперимент
A. A. Kamenskikh
G. Z. Faynburg
M. A. Semin
A. V. Tatsiy
А. А. Каменских
Г. З. Файнбург
М. А. Семин
А. В. Таций
Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
topic_facet структура воздушных потоков
dead-end face
forced ventilation
ventilation pipeline setback
field experiment
numerical experiment
airflow structure
тупиковый забой
нагнетательный способ проветривания
отставание вентиляционного трубопровода
натурный эксперимент
численный эксперимент
description The study of airflow patterns at the ends of dead-end mine workings is crucial for optimizing underground mining ventilation systems. Understanding these patterns forms the basis for designing and implementing effective ventilation strategies.Previous studies have shed light on the behavior of the main vortex and the formation of stagnant zones in such environments, but these insights remain fragmented and call for a more systematic exploration to integrate them into a comprehensive theory.This paper presents the results of a thorough field investigation into the forced ventilation behavior in a dead-end mine working with a significant cross-sectional area (29.2 m2). We evaluated the impact of varying the setback distance of the ventilation duct’s end from the working face at intervals of 10, 15, 17, 19, and 21 m. The experimental design included precise measurements of turbulent airflow velocities at 25 carefully chosen points (in a 5x5 grid) for each setback distance, covering the area from the working face to beyond the end of the ventilation duct. This included additional measurements taken 1 meter and 10 meters past the termination of the ventilation duct, moving towards the entrance of the working area.The fieldwork was carried out in a typical dead-end stope at the Kupol gold-silver mine in the Chukotka Autonomous District, created by drilling and blasting.The volume of fresh air delivered to the working was maintained at a consistent rate of 17.4 m3/s across all scenarios, aligning with the mine’s standard air flow rate derived from the ventilation requirement for exhaust gases emitted by internal combustion engines of Load-Haul-Dump (LHD) machinery. With the duct’s terminal cross-sectional area at 0.8 m², this resulted in an inflow velocity averaging 21.75 m/s.Additionally, we included insights from three-dimensional numerical simulations performed in ANSYS Fluent, focusing on steady-state air movement and developed turbulence within the dead-end space. A comparative review of both empirical and modeled ...
author2 The research received financial support from from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (reg. number NIOKTR 124020500030).
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (рег. номер НИОКТР 124020500030-7).
format Article in Journal/Newspaper
author A. A. Kamenskikh
G. Z. Faynburg
M. A. Semin
A. V. Tatsiy
А. А. Каменских
Г. З. Файнбург
М. А. Семин
А. В. Таций
author_facet A. A. Kamenskikh
G. Z. Faynburg
M. A. Semin
A. V. Tatsiy
А. А. Каменских
Г. З. Файнбург
М. А. Семин
А. В. Таций
author_sort A. A. Kamenskikh
title Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
title_short Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
title_full Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
title_fullStr Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
title_full_unstemmed Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
title_sort experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face
publisher The National University of Science and Technology MISiS (NUST MISiS)
publishDate 2024
url https://mst.misis.ru/jour/article/view/694
https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-08-147
genre Chukotka
genre_facet Chukotka
op_source Gornye nauki i tekhnologii = Mining Science and Technology (Russia); Vol 9, No 1 (2024); 41-52
Горные науки и технологии; Vol 9, No 1 (2024); 41-52
2500-0632
op_relation https://mst.misis.ru/jour/article/view/694/430
https://mst.misis.ru/jour/article/view/694/431
Швырков И.А. Проветривание глухих забоев после паления. Безопасность труда в горной промышленности. 1934;(5):5–12; 1934(6):4–15.
Ксенофонтова А.И., Воропаев А.Ф. Проветривание глухих выработок. М.: Углетехиздат; 1944. 112 с.
Воронин В.Н. Основы рудничной аэро-газодинамики. М.-Л.: Углетехиздат; 1951. 492 с.
Adjiski V., Mirakovski D., Despodov Z., Mijalkovski S. Determining optimal distance from outlet of auxiliary forcing ventilation system to development of heading in underground mines. Journal of Mining and Environment. 2019;10(4):821–832. https://doi.org/10.22044/jme.2019.8140.1683
Li Z., Li R., Xu Y., Xu Y. Study on the optimization and oxygen-enrichment effect of ventilation scheme in a blind heading of plateau mine. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19(14):8717. https://doi.org/10.3390/ijerph19148717
Branny M., Jaszczur M., Wodziak W., Szmyd J. Experimental and numerical analysis of air flow in a dead-end channel. Journal of Physics: Conference Series. 2016;745:032045. https://doi.org/10.1088/1742-6596/745/3/032045
Козырев С.А., Амосов П.В. Математическое моделирование проветривания тупиковых выработок при взрывных работах с использованием CFD-моделей. В: Аэрология и безопасность горных предприятий. Сборник научных трудов. 2013;(1):23–29.
Кулик А.И., Тимченко А.Н., Костеренко В.Н., Кобылкин С.С. Особенности моделирования аэрогазодинамики очистного забоя угольной шахты. Уголь. 2023;(3):75–78. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-3-75-78
Juganda A., Strebinger C., Brune J. F. Discrete modelling of a longwall coalmine gob for CFD simulation. International Journal of Mining Science and Technology. 2020;(30):463–469.
Isaevich A., Semin M., Levin L. et al. Study on the dust content in dead-end drifts in the potash mines for various ventilation modes. Sustainability. 2022;14(5):3030. https://doi.org/10.3390/su14053030
Liu A., Liu S., Wang G., Elsworth D. Predicting fugitive gas emissions from gob-to-face in longwall coal mines: coupled analytical and numerical modeling. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020;150:119392. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119392
Xin S., Wang W., Zhang N. et al. Comparative studies on control of thermal environment in development headings using force/exhaust overlap ventilation systems. Journal of Building Engineering. 2021;38:102227. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102227
García-Díaz M., Sierra C., Miguel-González C., Pereiras B. A discussion on the effective ventilation distance in dead-end tunnels. Energies. 2019;12(17):3352. https://doi.org/10.3390/en12173352
Файнбург Г.З. Цифровизация процессов проветривания калийных рудников. Монография. Пермь-Екатеринбург; 2020. 422 с.
Мустель П.И. Рудничная аэрология. М.: Недра; 1970. 215 с.
Каледина Н.О., Кобылкин С.С. О выборе способа проветривания тупиковых горных выработок газообильных угольных шахт. Горный журнал. 2014;(12):99–104.
Колесов Е.В., Казаков Б.П. Эффективность проветривания тупиковых подготовительных выработок после взрывных работ. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020;(7):15–23. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/7/2715
Казаков Б.П., Шалимов А.В., Гришин Е.Л. Эжектирование возвратного потока воздуха для увеличения дальнобойности направленной в тупик воздушной струи. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022;333(9):27–36. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/9/3624
Казаков Б.П., Колесов Е.В., Накаряков Е.В., Исаевич А.Г. Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(6):5–33. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_6_0_5
Мостепанов Ю.Б. Исследование дальнобойности стесненной струи, действующей в забое тупиковой выработки. Известия Вузов. Горный журнал. 1978;(11):47–50.
Parra M.T., Villafruela J.M., Castro F., Mendez C. Numerical and experimental analysis of different ventilation systems in deep mines. Building and Environment. 2006;41(2):87–93. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2005.01.002
Hasheminasab F., Bagherpour R., Aminossadati S.M. Numerical simulation of methane distribution in development zones of underground coal mines equipped with auxiliary ventilation. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019;89:68–77. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.03.022
Мальцев С.В., Казаков Б.П., Исаевич А.Г., Семин М.А. Исследование динамики процесса воздухообмена в системе тупиковых и сквозной выработок большого сечения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(2):46–57. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-2-0-46-57
https://mst.misis.ru/jour/article/view/694
doi:10.17073/2500-0632-2023-08-147
op_rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
op_doi https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-08-14710.22044/jme.2019.8140.168310.3390/ijerph1914871710.1088/1742-6596/745/3/03204510.18796/0041-5790-2023-3-75-7810.3390/su1405303010.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.11939210.1016/j.jobe.2021.10222710.3390/en12173
_version_ 1797581288179236864
spelling ftjmst:oai:oai.gscience.elpub.ru:article/694 2024-04-28T08:16:01+00:00 Experimental study on forced ventilation in dead-end mine working with various setbacks of the ventilation pipeline from the working face Экспериментальные исследования проветривания тупиковой выработки нагнетательным способом при различном отставании вентиляционного трубопровода от груди забоя A. A. Kamenskikh G. Z. Faynburg M. A. Semin A. V. Tatsiy А. А. Каменских Г. З. Файнбург М. А. Семин А. В. Таций The research received financial support from from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (reg. number NIOKTR 124020500030). Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (рег. номер НИОКТР 124020500030-7). 2024-04-04 application/pdf https://mst.misis.ru/jour/article/view/694 https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-08-147 rus eng rus eng The National University of Science and Technology MISiS (NUST MISiS) https://mst.misis.ru/jour/article/view/694/430 https://mst.misis.ru/jour/article/view/694/431 Швырков И.А. Проветривание глухих забоев после паления. Безопасность труда в горной промышленности. 1934;(5):5–12; 1934(6):4–15. Ксенофонтова А.И., Воропаев А.Ф. Проветривание глухих выработок. М.: Углетехиздат; 1944. 112 с. Воронин В.Н. Основы рудничной аэро-газодинамики. М.-Л.: Углетехиздат; 1951. 492 с. Adjiski V., Mirakovski D., Despodov Z., Mijalkovski S. Determining optimal distance from outlet of auxiliary forcing ventilation system to development of heading in underground mines. Journal of Mining and Environment. 2019;10(4):821–832. https://doi.org/10.22044/jme.2019.8140.1683 Li Z., Li R., Xu Y., Xu Y. Study on the optimization and oxygen-enrichment effect of ventilation scheme in a blind heading of plateau mine. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19(14):8717. https://doi.org/10.3390/ijerph19148717 Branny M., Jaszczur M., Wodziak W., Szmyd J. Experimental and numerical analysis of air flow in a dead-end channel. Journal of Physics: Conference Series. 2016;745:032045. https://doi.org/10.1088/1742-6596/745/3/032045 Козырев С.А., Амосов П.В. Математическое моделирование проветривания тупиковых выработок при взрывных работах с использованием CFD-моделей. В: Аэрология и безопасность горных предприятий. Сборник научных трудов. 2013;(1):23–29. Кулик А.И., Тимченко А.Н., Костеренко В.Н., Кобылкин С.С. Особенности моделирования аэрогазодинамики очистного забоя угольной шахты. Уголь. 2023;(3):75–78. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-3-75-78 Juganda A., Strebinger C., Brune J. F. Discrete modelling of a longwall coalmine gob for CFD simulation. International Journal of Mining Science and Technology. 2020;(30):463–469. Isaevich A., Semin M., Levin L. et al. Study on the dust content in dead-end drifts in the potash mines for various ventilation modes. Sustainability. 2022;14(5):3030. https://doi.org/10.3390/su14053030 Liu A., Liu S., Wang G., Elsworth D. Predicting fugitive gas emissions from gob-to-face in longwall coal mines: coupled analytical and numerical modeling. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020;150:119392. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119392 Xin S., Wang W., Zhang N. et al. Comparative studies on control of thermal environment in development headings using force/exhaust overlap ventilation systems. Journal of Building Engineering. 2021;38:102227. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102227 García-Díaz M., Sierra C., Miguel-González C., Pereiras B. A discussion on the effective ventilation distance in dead-end tunnels. Energies. 2019;12(17):3352. https://doi.org/10.3390/en12173352 Файнбург Г.З. Цифровизация процессов проветривания калийных рудников. Монография. Пермь-Екатеринбург; 2020. 422 с. Мустель П.И. Рудничная аэрология. М.: Недра; 1970. 215 с. Каледина Н.О., Кобылкин С.С. О выборе способа проветривания тупиковых горных выработок газообильных угольных шахт. Горный журнал. 2014;(12):99–104. Колесов Е.В., Казаков Б.П. Эффективность проветривания тупиковых подготовительных выработок после взрывных работ. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020;(7):15–23. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/7/2715 Казаков Б.П., Шалимов А.В., Гришин Е.Л. Эжектирование возвратного потока воздуха для увеличения дальнобойности направленной в тупик воздушной струи. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022;333(9):27–36. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/9/3624 Казаков Б.П., Колесов Е.В., Накаряков Е.В., Исаевич А.Г. Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(6):5–33. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_6_0_5 Мостепанов Ю.Б. Исследование дальнобойности стесненной струи, действующей в забое тупиковой выработки. Известия Вузов. Горный журнал. 1978;(11):47–50. Parra M.T., Villafruela J.M., Castro F., Mendez C. Numerical and experimental analysis of different ventilation systems in deep mines. Building and Environment. 2006;41(2):87–93. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2005.01.002 Hasheminasab F., Bagherpour R., Aminossadati S.M. Numerical simulation of methane distribution in development zones of underground coal mines equipped with auxiliary ventilation. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019;89:68–77. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.03.022 Мальцев С.В., Казаков Б.П., Исаевич А.Г., Семин М.А. Исследование динамики процесса воздухообмена в системе тупиковых и сквозной выработок большого сечения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(2):46–57. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-2-0-46-57 https://mst.misis.ru/jour/article/view/694 doi:10.17073/2500-0632-2023-08-147 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). Gornye nauki i tekhnologii = Mining Science and Technology (Russia); Vol 9, No 1 (2024); 41-52 Горные науки и технологии; Vol 9, No 1 (2024); 41-52 2500-0632 структура воздушных потоков dead-end face forced ventilation ventilation pipeline setback field experiment numerical experiment airflow structure тупиковый забой нагнетательный способ проветривания отставание вентиляционного трубопровода натурный эксперимент численный эксперимент info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2024 ftjmst https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-08-14710.22044/jme.2019.8140.168310.3390/ijerph1914871710.1088/1742-6596/745/3/03204510.18796/0041-5790-2023-3-75-7810.3390/su1405303010.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.11939210.1016/j.jobe.2021.10222710.3390/en12173 2024-04-08T16:07:36Z The study of airflow patterns at the ends of dead-end mine workings is crucial for optimizing underground mining ventilation systems. Understanding these patterns forms the basis for designing and implementing effective ventilation strategies.Previous studies have shed light on the behavior of the main vortex and the formation of stagnant zones in such environments, but these insights remain fragmented and call for a more systematic exploration to integrate them into a comprehensive theory.This paper presents the results of a thorough field investigation into the forced ventilation behavior in a dead-end mine working with a significant cross-sectional area (29.2 m2). We evaluated the impact of varying the setback distance of the ventilation duct’s end from the working face at intervals of 10, 15, 17, 19, and 21 m. The experimental design included precise measurements of turbulent airflow velocities at 25 carefully chosen points (in a 5x5 grid) for each setback distance, covering the area from the working face to beyond the end of the ventilation duct. This included additional measurements taken 1 meter and 10 meters past the termination of the ventilation duct, moving towards the entrance of the working area.The fieldwork was carried out in a typical dead-end stope at the Kupol gold-silver mine in the Chukotka Autonomous District, created by drilling and blasting.The volume of fresh air delivered to the working was maintained at a consistent rate of 17.4 m3/s across all scenarios, aligning with the mine’s standard air flow rate derived from the ventilation requirement for exhaust gases emitted by internal combustion engines of Load-Haul-Dump (LHD) machinery. With the duct’s terminal cross-sectional area at 0.8 m², this resulted in an inflow velocity averaging 21.75 m/s.Additionally, we included insights from three-dimensional numerical simulations performed in ANSYS Fluent, focusing on steady-state air movement and developed turbulence within the dead-end space. A comparative review of both empirical and modeled ... Article in Journal/Newspaper Chukotka Mining Science and Technology

Similar Items