Решение трехмерной задачи газовой динамики и переноса метана в угольной шахте с использованием параллельных вычислений

Петушкеев, Борис Львович

Решение трехмерной задачи газовой динамики и переноса метана в угольной шахте с использованием параллельных вычислений тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Петушкеев, Борис Львович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Решение трехмерной задачи газовой динамики и переноса метана в угольной шахте с использованием параллельных вычислений»

Автореферат диссертации на тему "Решение трехмерной задачи газовой динамики и переноса метана в угольной шахте с использованием параллельных вычислений"

На правах рукописи

Петушкеев Борис Львович

РЕШЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ЗАДАЧИ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ

И ПЕРЕНОСА МЕТАНА В УГОЛЬНОЙ ШАХТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Специальность 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Томск-2010

004616953

Работа выполнена на кафедре прикладной аэромеханики ГОУ ВПО «Томский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Васенин Игорь Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Ткаченко Алексей Степанович

доктор физико-математических наук, профессор

Глазунов Анатолий Алексеевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева (ИГиЛ) СО РАН (г. Новосибирск)

Защита состоится 24 декабря 2010 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 212.267.13 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу 634050, г. Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан « ноября 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Ю.Ф. Христенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Применяемые методы дегазации на современных высокопроизводительных угольных шахтах часто недостаточно эффективны, особенно при высоких скоростях проходки. Поэтому важно обеспечить обоснованный режим работы систем общешахтного проветривания, совместно с изолированным отводом метана из выработанного пространства, с целью ликвидации опасных местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой.

Одновременно интерес представляют динамические процессы, возникающие при проветривании, и способы их оптимального управления в сложных аэродинамических условиях. Следовательно, исследования, направленные на детальное изучение процессов метановыделения, динамики переноса метана при различных горнотехнических и горно-геологических параметрах, а так же влияние конфигурации конкретных условий проветривания и газоотсоса на концентрацию метана в области забоя представляются актуальными.

Использование высокопроизводительных угольных комбайнов с высокой скоростью продвигания очистного забоя приводит к увеличению интенсивности выделения метана в выработанном пространстве. Этот факт требует дополнительного изучения особенностей аэродинамических процессов при высоких скоростях проходки.

Отметим, что скорости фильтрации метановоздушной смеси в выработанном пространстве угольной шахты весьма малы и составляют порядка см/с. Используя шаг разностной сетки равный 2 м, достаточный для пространственной локализации скоплений метана, расчет зоны обрушения при средней длине выемочного столба порядка 2 км, длине лавы ~ 200 м, высоте ~ 20 м потребует не менее 1 млн ячеек. С учетом ограничения из условия устойчивости на шаг по времени моделирование движения газа в подобной области потребует существенных затрат времени. В связи с этим, весьма актуальным становится применение для решения данной задачи параллельных технологий программирования и современной многопроцессорной техники.

Цель работы. Основными целями являются:

• Построить физическую и математическую модель газодинамических процессов в области обрушенного выработанного пространства с учетом различных факторов;

• Разработать алгоритм расчета задач подземной аэродинамики с применением параллельных вычислений на кластерах;

• Провести численные исследования газодинамических процессов, возникающих в выработанном пространстве, а также в сети горных выработок, включающей область обрушения как часть вентиляционной системы.

Задачи исследований:

• Разработать процедуру ускорения расчетов системы уравнений переноса и газовой динамики;

• Провести исследование газодинамических процессов, возникающих при вентилировании метаноносных обрушенных пространств;

• Выполнить исследование распределения метана в выработанном пространстве;

• Провести исследование течения метановоздушной смеси в системе «горные выработки - выработанное пространство».

Научная новизна работы. В работе аналитически показана возможность внедрения в расчет системы совместных уравнений газовой динамики и переноса процедуры ускорения расчета переноса метана при установлении газодинамической картины течения. Разработанный алгоритм расчета полной трехмерной модели выработанного пространства, реализован на вычислительном кластере. Вкупе с процедурой ускорения созданный алгоритм позволил в тысячи раз сократить время проведения расчетов. Достигнутые результаты позволили проводить численное моделирование с учетом реальных размеров обрушенных пространств и скорости фильтрации метановоздушной смеси в реальном режиме времени.

Построенная физическая и математическая модель учитывает ряд важных с точки зрения аэродинамики параметров, таких как сопротивление неоднородной пористой среды, метановыделение в обрушенном пространстве, определяемое конкретными горно-геологическими и горнотехническими условиями, стратификацию метановоздушной атмосферы. Изучена сложная пространственная картина течений метана в выработанном пространстве и выяснены особенности перемещения концентраций метана в трех измерениях. Определены основные зависимости метановыделения в условиях высоких скоростей продвигания очистного забоя с учетом пластов-спутников и расстояния до выемочного участка. Найдено, что скорость продвигания очистного забоя существенно влияет на локализацию области максимальных скоростей метановыделения.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается корректностью физико-математических постановок, проверкой предлагаемых методик на решении тестовых моделей, сравнением с экспериментальными данными других авторов.

Практическая значимость. Результаты исследований особенностей газодинамических течений метановоздушной смеси в области обрушенного выработанного пространства позволяют прогнозировать загазованность и тем самым повысить безопасность работ в угольных шахтах, опасных по метану, посредством организации научно обоснованного управления аэрогазодинамическими процессами при комбинированном способе

проветривания, различных скоростях продвигания очистного забоя и интенсивности метановыделения в выработанное пространство.

Полученные поля распределения метана в выработанных пространствах позволяют определять местоположения областей с локальным повышенным содержанием метана и предоставляют информацию для экспертного заключения о возможности его добычи.

Реализованная компьютерная модель аэрогазодинамических процессов выработанного пространства вошла в «Разработку рекомендаций по управлению аэрогазодинамическими процессами в выработанном пространстве при комбинированном способе проветривания и высоких скоростях продвигания очистного забоя», выполненной согласно Государственному контракту от 18 февраля 2008 г. № 43-ОП-08.

Положения, выносимые на защиту:

1. Процедура ускорения расчета совместных уравнений газовой динамики и переноса применительно к задаче о фильтрации газа в выработанном пространстве совместно с использованием вычислительных кластеров позволяет сократить время расчета в тысячи раз.

2. На базе известных текущих параметров разработки участка при помощи математической модели поступления метана из надпластков в выработанное пространство можно определить новую функцию метановыделения с учетом изменения скорости продвигания очистного забоя.

3. Пространственная картина течений при комбинированном способе проветривания весьма сложна и может быть рассчитана только в трехмерной постановке с учетом всех влияющих факторов.

4. Изменение скорости продвигания очистного забоя существенно влияет на оптимальное расположение вертикальных дегазационных скважин.

5. Система спаренных скважин улучшает очистку забоя от метана. Расстояние между ними можно оптимизировать.

6. В условиях аварий в шахте путем использования разработанной методики можно прогнозировать результаты применения различных способов управления проветриванием, направленных на недопущение загазования путей выхода шахтеров.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2006), V Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2006), IV Сибирской школе-семинар по параллельным и высокопроизводительным вычислениям (Томск, 2007), VI Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2008), V Сибирской школе-семинар по параллельным и высокопроизводительным вычислениям (Томск, 2009).

Публикации. Основное содержание работы отражено в статьях, публикациях и тезисах [1-7].

Структура и объём работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 62 рисунка и 22 таблицы. Список цитируемой литературы включает 105 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проанализирована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, перечислены полученные в диссертации новые результаты, а также их практическая ценность. Представлены положения, обосновывающие необходимость рассмотрения трехмерной постановки задачи и, в связи с этим, важность применения параллельных вычислений.

В данной главе осуществлен краткий обзор существующих работ, связанных с изучением аэродинамики сетей подземных выработок и методов расчета аэродинамики выработанных пространств.

Проблемы современной рудничной аэрологии, теоретические положения которой сформулированы академиком A.A. Скочинским в своей докторской диссертации «Рудничный воздух и основной закон движения его по выработкам», в общем комплексе горных наук занимают одно из ведущих мест. Это обусловлено, в частности, углублением горных работ, ухудшением тепловых, газовых и пылевых условий, увеличением вероятности газодинамических проявлений и других факторов

Вентиляция является базой, на которой формируется применение способов нормализации шахтной атмосферы по риску взрыва газа и пыли, а также по гигиеническим параметрам условий труда в подземных выработках. В настоящее время доля вентиляции в удалении газа из шахт составляет около 90%, а на шахтах, применяющих дегазацию, - 76%. Остальная часть метана удаляется различными способами дегазации. Из анализа установлено, что треть шахт отрасли не обеспечена достаточным по газовому фактору количеством подаваемого свежего воздуха. Такое положение наблюдается на шахтах с абсолютным газовыделением уже более 20 м3/мин (при максимальной газообильности отдельных шахт до 200 м3/мин). Вентиляционная недостаточность является одной из главных причин высокой взрывоопасности шахт.

В практике применяемые в настоящее время схемы вентиляции характеризуются многочисленными комбинациями взаимного расположения выработок и выработанных пространств. Как следствие этого воздушные потоки в выработанных пространствах обладают очень сложной пространственной схемой движения. Поэтому в большинстве предпринятых до настоящего времени исследованиях при количественной оценке параметров потока наблюдалось стремление какими-либо путями избавиться от их пространственного характера и привести их к одномерным. Достаточно легко к одномерным потокам приводятся потоки в выработанных пространствах при сплошной системе разработки и в выработанных пространствах шахт и рудников с аэродинамической связью с

поверхностью через зоны обрушения. Однако в большей части схем вентиляции пренебрежение трехмерным характером фильтрационных потоков при решении практических задач недопустимо.

При этом в публикациях последних лет часто затрагиваются вопросы дегазации выработанных пространств, отсутствия методик расчета влияния параметров проветривания (аэродинамического режима и схемы вентиляции) на эффективность дегазации, необходимости включения выработанного пространства как элемента вентиляционно-дегазационной сети с уделением особого внимания на взаимное влияние систем дегазации и вентиляции. Сама шахта должна рассматриваться как сложная система с учетом ее иерархической структуры и взаимодействия составляющих ее подсистем и элементов. В условия современных тенденций и усложнившихся горно-геологических параметров разработки на первый план выходит проблема, связанная с газовым фактором, и, соответственно, обоснование и расчет новых схем вентиляции и дегазации высокопроизводительных выемочных участков с дальнейшей утилизацией каптируемого метана. Это особенно важно для России - угольные месторождения здесь одни из самых метанообильных в мире (в среднем 12 м3/т, в мире - 7 м3/т).

Из обзора литературы следует, что наблюдается острая нехватка методов математического моделирования в области тестирования и прогноза эффективности различных схем управления газовыделением на высокопроизводительных выемочных участках. Уровень развития современной вычислительной техники позволяет отказаться от полуэмпирических и эмпирических подходов при создании методических указаний к применению той или иной схемы проветривания. Это важно в условиях дорогостоящих натурных экспериментов и, зачастую, вообще отказа собственника шахты в содействии исследованиям по этой причине. Именно по экономическим показателям на Кузбассе широкое распространение и получили с 80-х годов прошлого века комбинированные схемы проветривания с использованием газоотсасывающих вентиляторных установок. Вначале в силу достигаемого эффекта схема вышла на лидирующие позиции, но последующие аварии показали ее недостаточную эффективность при современных высоких скоростях проходки. Отчасти это связано с низкой технической культурой и нарушением производственной дисциплины.

С другой стороны, фактически отсутствуют адекватные модели газодинамических процессов, как в выработанном пространстве, так и в комплексе с включением выработанных пространств как активных элементов с высокой проницаемостью в общую вентиляционную сеть. Следует отметить, что при работе высокопроизводительной добычной техники даже в пределах очистного забоя неизбежно возникают загазования локальных зон, не регистрируемые средствами автоматического газового контроля. Отследить образование и локализацию подобных областей возможно, в частности, с применением методов математического моделирования. Однако подобные исследования газодинамических процессов в трехмерной постановке по тем или иным причинам не проводились. В то же время мощность современной вычислительной техники позволяет создавать компьютерные модели

выработанного пространства с соблюдением их реальных размеров и с учетом горно-геологических и горнотехнических параметров.

Во второй главе поставлена задача о движении газа в выработанном пространстве, осуществлена постановка задачи расчета течения в сети горных выработок, а также рассматриваются математическая модель влияния скорости продвижения очистного забоя на скорость поступления метана и способы определения закона метановыделения.

Рисунок 1 - Вертикальное сечение ....... выработанного пространства

Схематично картина вертикального сечения выработанного пространства, сопряженного с горной выработкой, имеет вид, показанный на рис.1. В задаче рассматривается фильтрационное течение через поры, образовавшиеся в результате неплотного прилегания обломков обрушенной

вмещающей породы друг к другу.

По данным МакНИИ пористость области выработанного пространства при обрушении кровли составляет в среднем 3(Н-40%. Пористость в работе задана функцией пространственных координат с экспоненциальным снижением величины пористости в прилегающей к забою полосе с дальнейшим, вглубь зоны обрушения, более плавным уплотнением в связи с конвергенцией кровли и почвы. Закономерность поступления метана рассчитывается на базе информации о суммарном объеме выделяющегося метана из смежных пластов при их разгрузке и конкретных особенностей горно-геологических условий работ.

Интегральные законы сохранения массы, импульса и энергии, применяемые в теории фильтрации газов и жидкостей, имеют следующий вид:

— + jpe(l7 • п)сИ. = 0,

п I

— |рейсЮ. + ^е\рп + рй(и ■ й)]с/1 = + gradedO. + ,

^ п е п п а

8 ( М21 ( И2")

— \ре \ре е + — + — (и ■«)&= \ре{й-§)сХ1

Э/ / 0 -1 п ? J

— ^срсёН + |ерс{и • и)йЕ = 0,

^ а ъ

[ ¿/V + ¿е1 Здесь р - давление, р - плотность, й - скорость, § - ускорение свободного падения, И - вектор единичной нормали, е - пористость обрушенных пород, е -удельная внутренняя энергия, гс- объемная сила сопротивления пористой среды.

Существующие зависимости для интенсивности выделения метана в выработанном пространстве угольной шахты не учитывают скорости продвигания очистного забоя. Между тем необходимость ее учета вытекает из рассмотрения

схемы продвижения надпластка вглубь выработанного пространства в подвижной системе координат, движущейся со скоростью продвигания очистного забоя и,.

Из ряда предположений и представления о физической картине процесса: после прохождения через данный участок лавы метан, находящийся в надпластке 1 (рис.2а), через образующиеся трещины в кровле 2 начинает выделяться в выработанное пространство 3, получено выражение вида

д = а(Ь + хУР, (1)

где х - расстояние рассматриваемого участка от линии забоя, применяемое при расчетах распределения интенсивности выделения метана в шахтах.

Опираясь только на известные значения а„, Ь0, /„ при некоторой определенной скорости ип, можно пересчитать эти коэффициенты для любой скорости движения очистного забоя и.. Итоговая формула имеет следующий вид:

(2)

где и1 =иг/и}0.

При и, =1 приходим к известному выражению (1). Распределение интенсивности поступления метана по участку активного газовыделения показано на рис.26.

б)

Рисунок 2 - Вертикальное сечение а) надпластка (1), кровли (2) и выработанного пространства (3) и функция плотности метановыделения б)

Для решения задачи нестационарной газовой динамики в горных выработках рассматриваются простейшие квазиодномерные уравнения. Так как со стенок канала может поступать метан, то используются уравнения с учетом потока массь! и энергии со стенок канала. Такие уравнения давно применяются во внутренней баллистике канальных зарядов:

-г—- + —— = Пт ,

Й дх

дрБи ^ дрБи' +

дГ

дх

Птч, - у3,

ер^ е +

5р5г/1 е + — + - -Р 2

= ПтН - Па(Т - Тст) - ПеС- /Яг^ р,

01 ох

где Т - температура газа, Тш - температура стенки, т - массовый приток метана с единицы поверхности стенки, Я - энтальпия единицы массы притока, 5 - площадь

сечения канала, П- периметр сечения канала, ß- угол наклона выработки к горизонту, а- коэффициент теплоотдачи, g- ускорение свободного падения, е-степень черноты, г„,- напряжения трения на границе выработки, С,- постоянная Стефана-Больцмана.

Для определения теплового потока со стенок канала числа Нуссельта рассчитываются по эмпирическим формулам вида Nu" = Nu"n±Nu"f, соответствующие режиму смешанной конвекции (индексы N и F означают свободную и вынужденную конвекцию).

В главе 3 описываются алгоритм ускорения расчета совместных уравнений газовой динамики и переноса, методы распараллеливания решения задач в выработанном пространстве и в сети горных выработок. Последний подход предоставлен совместно с математической моделью нестационарных процессов в пересечениях выработок.

В первой части главы приводится теоретическое обоснование процедуры ускорения численного расчета на модельной задаче о фильтрации газа через пористую среду на базе одномерных уравнений газовой динамики. Ставится задача о вытеснении из пористого канала, заполненного метаном, небольшой концентрации попавшего в него воздуха. Линеаризованные уравнения для давления р в процессе вытеснения приводятся к виду:

—(3)

¿V» oVa(Ja ôx

Решив полученное уравнение с граничными условиями — = 0 при х = 0 и

дх

Р = Ра ПРИ X=L придем к выражению для безразмерного р :

p(x,t) = J J[l - ■+ * j^Je-^',

для решения которого можно записать итерационный процесс в форме:

1 п

p(x,t+до - p(X,t)=- j

(4)

Второе слагаемое содержит экспоненциальную часть e'^'^l-e-^'4'], причем найдется такое значение г, начиная с которого данное произведение начнет быстро убывать. Скорость убывания будет довольно велика, приняв во внимание оценку величины АЛк~ 10'. Такое поведение быстро нивелирует воздействие второго слагаемого в (4), приводя к квазистационарному решению. Это предоставляет возможность увеличить At расчетного шага по времени, присутствующего в численной реализации метода решения задачи, через некоторое время после начала расчета без вреда для конечного результата

Далее, прибегая к работе А.Н. Крылова, приводится более точная интерпретация возможности увеличения шага по времени, рассматривая уравнение (3) лишь без последнего слагаемого в правой части и приходя к выводу, что практически следует вводить больший шаг при значительном затухании нелинейных колебательных процессов газовой динамики, то есть после получения квазистационарной картины течения.

В п. 3.2 прорабатываются вопросы, касающиеся подходов к распараллеливанию программы расчета выработанного пространства. В рамках парадигмы ЗРМБ расчетная область равномерно распределяется между вычислительными процессами. С учетом способа сохранения результатов и сборки глобального поля решения возможны два метода реализации параллельного алгоритма: с хранением и обработкой актуального глобального поля решения на мастер-процессе и метод, основанный на применении средств стандарта МР1-2, а именно параллельного ввода/вывода. Графики ускорения означенных двух версий распараллеленной программы представлены, соответственно, на рис.4а и рис.4б. Для получения величины ускорения на рис.4б время расчета на N процессорах отнесено ко времени расчета на 25 процессорах.

показывает возможность получать идентичные решения со значительным выигрышем во времени. На рис.3 показан профиль концентрации на момент < = 300 с с совпадающими графиками для начального значения шага и увеличенного в 10 раз. Штрих-пунктиром выделено решение с 100-кратным увеличением шага по времени.

Численный эксперимент в одномерной области с начальными условиями: р = 101325 Па, на входе р = 102500 Па, и = 0 м/с, с„ = 0.3 (16<*<24), 1 = 200 м, е = 0.3 (0<х<15), ¿ = 0.2 м, Та=290°К,

Рисунок 3 - Концентрация метана

£0 200 400 5С0 6Х 700 10С0 N, processors

СКИФ-Су beria

б)

100

250

N. processors

Рисунок 4 - Ускорение параллельной программы

Первый подход имеет существенные ограничения по масштабируемости, в то время как второй показывает практически линейное ускорение вплоть до 1000 используемых ядер.

Далее, в п. 3.3, алгоритм ускоренного решения задачи переноса метана в пористой среде адаптирован для расчета стационарных трехмерных течений с учетом специфики МР1-программы.

Последняя часть главы рассматривает вопросы расчета пересечений выработок и организации параллельного расчета вентиляционной сети. В расчетах пересечений выработок принимается упрощенная модель, согласно которой давление во всех концах выработок, примыкающих к одному пересечению (т.н. узел), одно и то же, а смешение потока в узлах происходит мгновенно. Обозначая через и,, р,, с, - скорость и плотность газа, а также концентрацию метана в конце г-й выработки, примыкающей к рассматриваемому узлу, Hi - энтальпию газа из выработки /, 5, - площадь поперечного сечения этой выработки, П, - периметр сечения, р - плотность газа, осредненную по объему узла V, с - концентрацию метана в узле, запишем систему уравнений для пересечений выработок:

dt "

v^P=yC;liP:Sl. dt Г

Сеть каналов с выработанным пространством представляет собой разобщенную систему, которую удобно реализовать для целевых систем с общей памятью с помощью расширения языка ОрепМР. Величина ускорения на двухъядерном CPU составила 1.6. При сохранении показателя эффективности на четырехядерном CPU вполне достижимо 3-хкратное ускорение.

В главе 4 ставится задача исследования азрогазодинамики выработанного пространства и прилегающего к нему выемочного участка на примере шахты "Котинская", горно-геологические и геометрические параметры которой характерны для шахт Кузбасского бассейна. Базовая модель для проведения расчетов построена на основе инженерной схемы одной лавы угольной шахты «Котинская» с некоторыми упрощениями, допустимыми для модельного расчета.

Длина расчетной области (рис.5) составляет -1—1 1850 м, длина лавы - 230 м (координата z),

^ высота области - 14 м. Согласно схеме в области обрушения действуют пять сбоек со

—т-z-1 следующими экспериментально

▼»2 Т«3

определенными величинами расходов: Рисунок5-Схемамодели #1 - 0.15л,3/с, #2 - 0.17V/c, #3 - 0.33V/c,

выработанного пространства м _ 0 06л|1 /с, #5 _ 0.14 У /с.

Скважина мощностью 0.12м1 /с отстоит от боковой стенки на расстояние 36 м, от лавы - на 30 м.

Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными показывает хорошее согласие по расходам метана в сечении характерных элементов. С целью верификации численной схемы и оценки точности алгоритма проведены расчеты на двух вариантах сетки с шагом, равным 2 и 4 м. Так, абсолютное значение расхода метана через скважину, найденное экспериментальным путем, составляет 0,2196м,/с, расчетные результаты при шаге сетки 2 м показывают величину, равную 0,215jw3/с. Экспериментальное значение расхода метана из очистного забоя в вентиляционный штрек составляет 0,0928 л(3/с, что согласуется с расчетными данными, если проводить замер концентрации метана в середине сечения сопряжения лавы с вентиляционным штреком.

При этом интегральная характеристика, отражающая точность вычислений - баланс расходов и приходов газовых компонент - при Ь=2м существенно лучше, чем для сетки 1i=4m, и фактически в пределах ошибок округлений приходы точно равны расходам как по воздуху, так и по метану. Один эксперимент на сетке с шагом 2 м, используя 180 процессоров, занимает 32 часа.

Как видно из рис.6 расчеты на обеих сетках приводят к практически идентичному показателю максимальной концентрации метана под сводом выработанного пространства. В то же время более мелкая сетка позволяет получить, что вполне закономерно, картину распределения метана с большим разрешением и выявить очаги локального повышенного содержания метана.

200 I ,00

200 400 600

1000 1200 1400 1600 1800

а)

Рисунок 6 - Распределение концентрации метана на высоте 13м, шаг сетки 4м (а) и 2м (б)

Рисунок 7 - Изолинии концентрации метана в плоскости сечения выхода в вентиляционный штрек

На рис.7 показано распределение концентрации метана в плоскости сечения выхода потока метановоздушной смеси в вентиляционный штрек. Выявлена существенная неоднородность распределения метана по сечению. Имеет место вынос слоевого скопления метана под потолком выработанного пространства.

В п. 4.1.3 проводятся параметрические исследования, в которых рассчитывалось оптимальное расположение скважины, обеспечивающее

максимальную концентрацию метана в каптируемой метановоздушной смеси, при различной скорости продвижения очистного забоя.

Расчеты проводились для следующих коэффициентов скорости ¡7,: 0.5, 1 и 2, что дает представление о довольно широком диапазоне изменения скоростей. Численные результаты для коэффициента скорости ¡7, =0.5 показали, что для данной модели оптимальное расстояние скважины от очистного забоя составляет 30 м; при скорости движения очистного забоя равной базовой ("3=1) - 100 м; при вдвое большей - 300 м. При этом повышение скорости проходки до й}~2 увеличивает концентрацию метана на выходе в вентиляционный штрек до опасных значений при любом расположении скважины. Установка единственной скважины в оптимальном положении позволяет значительно (до 30%) уменьшить загазованность сопряжении очистного забоя и вентиляционного штрека.

В связи с тем, что по мере продвижения горных работ действующая скважина постепенно удаляется от области забоя, с соответствующей регрессией величины каптажа, в то время как заранее пробуренная скважина входит в зону купола обрушения и становится активной в п. 4.1.4 изучается модель выработанного пространства с внедрением в схему дополнительной второй скважины.

Расчеты велись при относительной скорости продвижения очистного забоя г7,=1 с абсолютной газообильностью 0.36 м3/с. Варьировалось расстояние между скважинами, равное 150м и 250м, а также удаление первой скважины от лавы на 50, 100 и 150м.

Как показывает численный эксперимент при совместном применении средств общешахтной вентиляции и каптажа метана с помощью двух дегазационных установок, подключенных к вертикальным скважинам с поверхности, представляется возможным снизить концентрацию метана на сопряжении лавы с вентиляционным штреком. К тому же при данной интенсивности ведения горных работ расстояние между последовательными дегазационными установками можно увеличить до 250м.

Наряду с внедрением системы вертикальных скважин часто применяют т.н. сбойки на фланговые выработки, пройденные в целиках угольного массива.

| Схематично модель представлена на

рис.8. Блок сбоек №1 состоит из переменного количества элементов - от 1 до 3-х. Скважина установлена дальше ^ зоны максимальной эффективности на

Рисунок 8 - Схема модели с системой расстоянии 150м от лавы, сбоек

Согласно результатам, сбойки в данной конфигурации показывают совершенно незначительное влияние на газовый баланс в плане удаления дополнительного количества метана. По этой причине для модельных расчетов в

п. 4.1.5 сделано предположение, что сбойки вблизи выхода на вентиляционный штрек оборудованы вентиляторами с постоянным расходом, равным 0.4 м3/с.

Исследование такого расположения сбоек связано, прежде всего, с потенциальным повышением эффективности их работы ввиду близости вентиляционного штрека и сдувом метана именно в этом направлении. В связи с тем, что сбойки, по технологическим причинам, располагаются вблизи нижнего основания выработанного пространства, наблюдаются относительно низкие величины концентрации метана в сечении сбоек. Суммарно даже для варианта с 3-мя сбойками каптаж метана составляет всего 0.023 м3/с, или 6% от абсолютной величины газовыделения на участке.

В главе 5 вентиляционная сеть подземных горных выработок классического типа трансформируется в систему «горные выработки - выработанное пространство» с учётом обрушенного пространства как активной и динамичной области с высокой проницаемостью. Изучаются вопросы выбросов метана в вентиляционной сети и их воздействие на систему. Проведено исследование влияния на аэродинамику реверса вентиляторов в нестационарной постановке, а также показана возможность математического моделирования аэродинамических воздействий на вентиляцию участка с целью очистки путей выхода шахтеров от метана в аварийных ситуациях.

Предварительно предлагаемый способ расчета тестируется на относительно простой схеме модельного участка шахты (см. рис.9а) с одним выработанным пространством и, соответственно, двумя несвязными рукавами для подвода свежего воздуха и выпуска метановоздушной смеси.

Каналы 0 и 3 в этой схеме имеют вертикальную направленность с выходом на поверхность земли. Узел 0 является впускным со скоростью входящего потока 1.5 м/с. Коэффициент аэродинамического сопротивления всех выработок считался одинаковым. Полный расчет данной сети одним вычислительным потоком занимал около 30 мин времени. Проведенные тесты показывают хорошее соответствие результатов физическому процессу. Газовый баланс выработанного пространства по воздуху выполнен с разницей 1%, по метану - 4%. С учетом вероятной потери точности при сопряжении трехмерной и одномерной задач на стыке области обрушения с вентиляционным и конвейерным штреками

вп

Рисунок 9 - Модели сетей с выработанным пространством

результаты вполне приемлемы и представленный алгоритм далее опробован на более сложной сети.

В п. 5.2 для дальнейших исследований за основу для построения схемы модельной вентиляционной сети взят план проведения горных работ по пласту 50 шахты «Ульяновская», ограничившись при этом только выемочным участком лавы 50-11 бис. Итоговая модель представлена на рис.9б.

В таблице 1 приведены длины всех имеющихся выработок различного назначения. Каналы 0 и 20 представляют собой вентиляционные стволы.

Таблица 1

№ выработки длина, м № выработки длина, м

0,20 50 10, 12 80

2 270 13, 15 100

3,5,8, 11, 14, 17 20 16, 18 70

4,6 90 19 150

7,9 60

Коэффициент аэродинамического сопротивления считался одинаковым. Скорость на входе в вентиляционный ствол (канал 0) равна 3 м/с.

В данной задаче источником метана служит само выработанное пространство, выделяющее метан в количестве 0.37 м3/с, и некоторая из выработок, в которой произошла аварийная ситуация - выброс метана.

По результатам расчета нормального режима работы вентиляции направления движения газа в прилегающих к ВП выработках (1, 17, 18) установилось в соответствии с априорными данными. На рис.10 показаны профили скорости по двум участкам, проходящим по конвейерному штреку и по фланговой выработке. Можно отметить отток части основного потока на конвейерный штрек (перед каналом 2), затем отчетливое разбиение на два подпотока, двигающиеся далее по параллельным путям. В узле 12 происходит слияние подпотоков и в каналах 19, 20 поток восстанавливает первоначальную скорость.

600 800 1000

200 400

Рисунок 10 - Скорости по выработкам

Таким образом, численное моделирование позволяет проследить движение и параметры газового потока по сложной сети подземных выработок.

Предполагаемый выброс метана происходил в выработках 15, 18 или 6. По результатам расчетов подобные явления способны вызвать перераспределение расходов газа по сети выработок. В результате выбросы воздействуют па параметры вентилирования выработанного пространства, в данной конфигурации сети вызывая интенсификацию потока, омывающего выработанное пространство.

Как известно, помимо нормального режима проветривания, характеризуемого определенными расходами воздуха, как на отдельных добычных участках, так и в шахте в целом, существует еще т.н. реверсивный режим. На практике реверс иногда применяется в начальной стадии подземного пожара: в этом случае направление струи меняется на противоположное, а расход воздуха снижается на 3040%. Исследование особенностей реверсивного режима работы вентиляции проведено в п. 5.3 на той же схеме участка шахты «Ульяновская». При этом предполагалось, что производительность реверсивного режима вентилятора составляет 75% от прямого.

Фактически профили скорости повторяют штатный режим вентилирования с учетом направления потока. Однако и в данном случае, несмотря на реверс вентилятора, метан из ВП поступает в сеть также по выработке 18, распространяясь далее по направлению течения (рис.11).

Рисунок 11 - Скорость и концентрация метана

Развитие процесса реверса в динамике практически во всех выработках носит синхронный характер, исключением из которых является выработка 1, как упоминалось выше, сохраняющая направление движения газа в случае реверса. Изменение скорости потока по выработке 1 (следовательно, и расход через область ВП) имеет пилообразный характер, показанный на рис.12.

о .

ОС 4С 8 с 12С ЮС 20С 21с 26 С 32 С 3(Ь С ДО с 44 С

Рисунок 12 - Скорость через выработку 1 в процессе реверса

Основываясь на этих данных можно предположить существование режима реверсивного движения в области ВП при более мощных установленных вентиляторах главного проветривания (параметры модельной установки в большей степени условны), способных совершать процедуру реверса за относительно короткое время.

Целью последнего численного эксперимента является изучение способов воздействия на аэродинамику участка с целью очистки путей отхода от опасных концентраций метана. Предполагается, что выброс метана произошел в выработке 1. На сопряжении конвейерного штрека 1 с выработанным пространством установлены датчики газового контроля, срабатывающие при достижении концентрации метана 0.5%; и затем включается реверс вентилятора главного проветривания. Для управления аэродинамикой симулировалась установка вентиляционных дверей в выработках 15 и 13 путем увеличения аэродинамического коэффициента сопротивления. При 500-кратном увеличении удалось реверсировать поток в ВП и полностью очистить вентиляционный штрек от метана.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе на основании выполненных теоретических исследований решена актуальная научно-техническая задача, заключающаяся в разработке математических моделей и методов расчета нестационарных газодинамических процессов в шахтах, влияющих на безопасность проведения подземных работ.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

условиями, а также стратификация метановоздушной смеси. С учетом пластов-спутников получены зависимости для интенсивности метановыделения в условиях высоких скоростей продвигания очистного забоя. Разработана математическая модель нестационарной вентиляции угольной шахты, включающая модель сети горных выработок, рассчитываемых в одномерной постановке, и аэродинамически связанную с ней модель выработанного пространства.

2. С целью сокращения больших объемов расчетов установления фильтрационных потоков в реальных выработанных пространствах (свыше 1 года расчета стандартными методами на персональном компьютере) разработан алгоритм, позволяющий в сотни раз сократить время расчетов.

3. Предложена программная реализация численного метода для решения поставленной задачи на вычислительных кластерах. Согласно проведенным тестам, совместное применение возможностей параллельных технологий и процедуры ускорения предоставляет возможность получать результаты расчетов в несколько тысяч раз быстрее за вполне приемлемый промежуток времени.

4. Разработанная методика позволяет прогнозировать концентрацию метана в шахте, моделировать аэрологическую обстановку в зависимости от интенсивности метановыделения, способов проветривания, скорости проходки, изменения этих факторов во времени. Она может также применяться для проектирования вентиляции шахт, обеспечивающей безопасность работ с учетом всех перечисленных выше факторов.

5. Показано, что эффективность работы газоотсасывающих скважин, используемых в комбинированной схеме проветривания выработанных пространств, существенно зависит от их расстояния до лавы и скорости продвижения очистного забоя. Предложенный метод позволяет путем параметрических расчетов найти оптимальное расположение скважин, обеспечивающих минимальную концентрацию взрывоопасного метана в лаве.

6. Изучен процесс реверса вентиляции сети горных выработок. Выяснено, что в процессе реверсирования имеют место скачки колебаний расхода воздуха через выработанное пространство, вследствие которых в лаву из области обрушения может поступать метановоздушная смесь с опасной концентрацией метана. Разработанная методика позволяет прогнозировать такие выбросы заранее до начала реверсирования работы вентиляторов.

7. Показана возможность математического моделирования аэродинамических способов очистки от метана и продуктов горения путей выхода людей при авариях в шахте. Поэтому результаты исследований могут применяться при разработке спасательных операций

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Петушкеев Б.Л. Расчет совместных уравнений газовой динамики и переноса в пористой среде / Б.Л. Петушкеев // Физика и химия высокоэнергетических систем: Сборник материалов II Всероссийской конференции молодых ученых. Томск, 4-6 мая 2006 г. - Томск: ТГУ, 2006.-С. 261-265.

2. Петушкеев Б.Л. Быстрый метод численного решения нестационарных газодинамических задач фильтрации / Б.Л. Петушкеев, И.М. Васенин // Тезисы V Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики». Томск, 3-5 окт. 2006 г. -Томск, 2006.-С. 13.

3. Петушкеев Б.Л. Задача об ускорении решения совместных уравнений газовой динамики и переноса / Б.Л. Петушкеев, И.М. Васенин // Известия вузов. Физика. - 2007. - №9/2. - С. 274-281.

4. Петушкеев Б.Л. Опыт применения параллельных вычислений к проблематике шахтной вентиляции / Б.Л. Петушкеев, И.М. Васенин // Материалы IV-й Сибирской школы-семинар по параллельным и высокопроизводительным вычислениям. Томск, 9-11 окт. 2007 г. -Томск: ТГУ, 2007.-С. 116-121.

5. Петушкеев Б.Л. Моделирование нестационарных процессов вентиляции обрушенных пространств выработок шахт / Б.Л. Петушкеев, Э.Р. Шрагер, И.М. Васенин, Д.Ю. Палеев, О.Ю. Лукашев, А.Ю. Крайнов // Материалы VI Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики», посвященной 130-летию ТГУ и 40-летию НИИПММ. Томск, 30 сент. - 2 окт. 2008 г. -Томск: ТМЛ-Пресс, 2008. - С. 3-5.

6. Петушкеев Б.Л. Применение MPI-IO: реализация модели шахтной вентиляции / Б.Л. Петушкеев // Вычислительные методы и программирование. - 2009. - Т. №10. - С.89-95. (http://num-meth.srcc.msu.ru).

7. Петушкеев Б.Л. МР1-Ю: Практические аспекты разработки масштабируемых приложений (на примере модели вентилирования выработанного пространства) / Б.Л. Петушкеев, И.М. Васенин // Материалы V-й Сибирской школы-семинар по параллельным и высокопроизводительным вычислениям. Томск, 1-3 дек. 2009г. - Томск: ТГУ, 2009. - С. 76-79.

Подписано к печати 22.11.2010. Формат60х84/16. Бумага «Снаурочка»,

Печать XEROX. Усл.печ.л. 1,4. Уч.-изд.л. 1,26. _Заказ 1958-10. Тираж 100 экз._

Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

ИЗШЕЛЬСТВОЖШ. 634050, г. Томск, пр. Ленина,30

Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Петушкеев, Борис Львович

1 Введение

1.1 Проблема. Ее важность для безопасности работ в угольных шахтах

1.2 Обзор работ по теме

1.3 Обоснование необходимости решения задач в выработанном пространстве в трехмерной постановке. Оценки вычислительных ^ затрат и обоснование необходимости применения параллельных вычислений и быстрых алгоритмов

Введение диссертация по механике, на тему "Решение трехмерной задачи газовой динамики и переноса метана в угольной шахте с использованием параллельных вычислений"

Научная новизна. Практическое значение. Достоверность научных 24 результатов

2 Постановка задач подземной аэродинамики 29

2.1 Физическая постановка задачи в выработанном пространстве с учетом реальных параметров в выработанном пространстве, 30 метановыделения и скорости продвижения очистного забоя

2.2 Математическая модель влияния скорости продвижения забоя на скорость метановыделения и способы опр еделения закона 34 метановыделения

2.3 Математическая постановка задачи о течении метановоздушной ^ смеси в выработанном пространстве с учетом все факторов

2.4 Физическая и математическая постановки задачи расчета ^ нестационарного течения в горных выработках

2.5 Выводы по главе 55

3 Алгоритмы расчета задач подземной аэродинамики с применением параллельных вычислений

3.1 Алгоритм расчета трехмерных течений в выработанном пространстве, основанный на различении характерных времен 56 задач газовой динамики и переноса

3.2 Реализация параллельного алгоритма расчета трехмерных течений в выработанном пространстве

3.3 Приближенный алгоритм расчета стационарных трехмерных течений в выработанном пространств

68 76

3.4 Алгоритмы расчетов нестационарных течений в сети горных ^ выработок

3.5 Выводы по главе 81

4 Применение разработанных моделей и алгоритмов к исследованию аэродинамических течений подземной аэродинамики

4.1 Исследование течений в выработанном пространстве шахты «Котинская»

4.1.1 Модель выработанного пространства шахты «Котинская» ^3

4.1.2 Нестационарное решение и особенности поля концентрации метана в изначальной конфигурации

4.1.3 Влияние скорости продвигания очистного забоя на эффективность дегазации

5.4 Пример использования численной модели для расчета освобождения загазованной выработки от метана

100

4.1.4 Влияние расположения и числа скважин

4.1.5 Влияние расположения и числа сбоек ^^

4.2 Выводы по главе 111

5 Исследование течения метановоздушной смеси в системе «горные выработки - выработанное пространство»

5.1 Апробация подхода к решению задачи 113

5.2 Расчет влияния на аэродинамику выбросов метана 117

5.3 Расчет в нестационарной постановке влияния на аэродинамику ^д реверса вентиляторов

135

5.5 Выводы по главе 138

Заключение по работе 140

Литература 142

1 Введение

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

5.5 Выводы

В данной главе представлены результаты численного моделирования течения метановоздушной смеси в системе «горные выработки - выработанное пространство». Основные результаты, полученные в этой главе, следующие:

1. Представленная модель прошла апробацию и вполне отвечает требованиям быстрых расчетов сложных сетей подземных выработок. Предоставляется средство (хш1 файл) удобного определения конфигурации и параметров сети, источников метановыделения.

Итого Воздух, м^/с Метан, м3/с

Приход 3.8 0.37

Расход 3.9 0.31

2. Выбросы метана в вентиляционной сети способны вызвать перераспределение расходов газа по сети выработок. Участок сети с источником метановыделения приобретает дополнительное «сопротивление», который вынуждает газовые потоки искать путь обхода. В различной степени это находит отклик в коррекции параметров вентиляции выработанного пространства.

3. Изучен механизм реверса вентиляции сети выработок. Выяснено, что в процессе реверсирования имеют место скачки колебаний расхода воздуха через выработанное пространство, вследствие которых в лаву из области обрушения может поступать метановоздушная смесь с опасной концентрацией метана. Разработанная методика позволяет прогнозировать такие выбросы заранее до начала реверсирования работы вентиляторов.

4. В условиях аварий в шахте путем использования разработанной методики можно прогнозировать результаты применения различных способов управления проветриванием, направленных на недопущение загазования путей выхода шахтеров.

Заключение по работе

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Построена физическая и математическая трехмерная модель нестационарной аэродинамики обрушенного выработанного пространства, в которой учитываются пористость и сопротивление обрушенных пород, особенности метановыделения, определяемые горногеологическими условиями, а также стратификация метановоздушной смеси. С учетом пластов-спутников получены зависимости для интенсивности метановыделения в условиях высоких скоростей продвигания очистного забоя. Разработана математическая модель нестационарной вентиляции угольной шахты, включающая модель сети горных выработок, рассчитываемых в одномерной постановке, и аэродинамически связанную с ней модель выработанного пространства.

140 возможность получать результаты расчетов в несколько тысяч раз быстрее за вполне приемлемый промежуток времени.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата физико-математических наук, Петушкеев, Борис Львович, Томск

1. Скочинский А.А., Комаров В. Б. Рудничная вентиляция - M. - Л.: Углетехиздат, 1949. - 442 с.

2. Абрамов Ф.А., Тян Р.Б. Методы и алгоритмы централизованного контроля и управления проветриванием шахт. Киев, Паукова думка, 1973. - 184с.

3. Багриновский А.Д. Основы теории, методы расчета и анализа шахтных вентиляционных сетей. М., ИГД им. А.А.Скочинского, 1965.

4. Цой С., Рязанцев Г.К. Принцип минимума и оптимальная политика управления вентиляционными и гидравлическими сетями. — Алма-Ата, Наука, 1968.

5. Цой С. Автоматическое управление вентиляционными системами шахт. -Алма-Ата, Наука, 1975. 335с.

6. BIHL CH. Telecontrole, automatisation, calcul électronique dans l'aerage Telecontrole et automatisation du fond dans le houillères suropeenes. Paria. Dunod, mars, 1967.

7. FROGER C. Mesures d'aerage et calcul desriseaux miniers. Congressus Internationalis Jeachimigas de fodinarum Ventilatione, 1968.

8. Ярцев B.A. Аэродинамическое сопротивление обрушений // Изв.вузов. Горный журнал. 1966. - №2.

9. Пучков JI.A. Аэродинамика подземных выработанных пространств. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1993. - 267с.

10. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1985. - 238с.

11. Пучков JI.A. Аэрогазодинамические основы оперативного управления вентиляцией высокопроизводительных угольных шахт: Дис. докт. техн. наук. М., 1974. 386 с.

12. Милетич А.Ф. Утечки воздуха и их расчет при проветривании шахт. М.: Недра, 1968. - 146с.

13. Клебанов Ф.С. О расчете шахтных вентиляционных сетей, содержащих выработки с переменным расходом воздуха. Научные сообщения. Выпуск 115. - М.: ИГД им. Скочинского, 1974.

14. Ушаков К.З. Аэромеханика вентиляционных потоков в горных выработках. М.: Недра, 1975. - 167с.

15. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях. М.: Наука, 1974. — 135с.

16. Куликов В.П. Исследование и расчет утечек воздуха через зоны обрушения железорудных шахт // Изв. Вузов. Горный журнал. — 1961. №1.

17. Алехичев С.П., Пучков JI.A. Аэродинамика зон обрушения и расчет блоковых утечек воздуха. JL: Наука, 1968 - 66с.

18. McPherson M.J. and Brunner D.J., 1983. An Investigation into the Ventilation of a longwall Districte in a Coal Mine, Final Report to the US DOE, 152p.

19. Шашмурин Ю.А. Фильтрационные утечки рудничного воздуха. JL: Наука, Л.О., 1970. - 130 с.

20. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР. / Колл. монография под ред. П.Я. Полубариновой-Кочиной. М.: Наука, 1969. - 546с.

21. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Цатурян С.И. Влияние газодинамической связи горных выработок с поверхностью на состав рудничного воздуха. — Известия ВУЗов. Горный журнал, 1979, № 7, с. 52-56.

22. Лапко В.В., Федяев О.И., Касимов О.И. Исследование параметров дегазации подработанных угольных пластов на математической модели. -Известия ВУЗов. Горный журнал, 1980, № 9, с. 63-68.

23. Бусыгин К.К., Попов И.Н., Зинченко И.Н. Закономерности изменения концентрации метана в выработанном пространстве вблизи очистной выработки. В ich.: Вентиляция шахт и рудников. Вып. 5. / Межвед. сб-к научн. трудов. - Л.: ЛГИ, 1978, с. 42-47.

24. Мясников A.A., Богатырев В.Д., Бонецкий В.А. Влияние колебаний давлений воздуха на аэродинамический режим выработанного пространства. ФТПРПИ, 1980, № 3, с. 85-89.

25. Глузберг Е.И., Гращенков Н.Ф., Шалаев B.C. Комплексная профилактика газовой и пожарной опасности в угольных шахтах. М.: Недра, 1988. -181 с.

26. Абрамов Ф.А., Фельдман Л.П., Святный В.А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии. — Киев: Наукова думка, 1981. -284 с.

27. Фельдман Л.П. Уравнения неустановившегося движения метановоздушной смеси в выработках и выработанном пространстве участка. Разработка месторождений полезных ископаемых, вып. Ю./Респ. межвед. сб-к. - Киев: Технжа, 1967, с. 95-105.

28. Фельдман Л.П. Исследование движения и диффузии газовых смесей в выработанных пространствах участков угольных шахт численными методами. // Известия ВУЗов. Горный журнал, 1977, № 2, с. 74—81

29. Каледина Н.О., Малашкина В.А. Промышленное извлечение метана на действующих угольных шахтах комплексной системой «вентиляция-дегазация». // Горный информационно-аналитический бюллетень, том 13, №1, 2006, с.413-425.

30. Сенченко И.С. Управление газовыделением из выработанного пространствалавы. Безопасность труда в промышленности, 1973, №10. -с.48-52.

31. Мясников A.A. Управление газовыделением при очистных работах. -Безопасность труда в промышленности, 1972, №11. с.28-31.

32. Мясников A.A., Колотовкин Л.Д. Борьба с местными скоплениями метана на сопряжении выработок с вентиляционными штреками. Тр. ВостНИИ,т.12. Вопросы безопасности в угольных шахтах. Кемерово, 1972. с. 161175.

33. Колмаков В.А., Тарасов Б.Г., Кокорин П.И. Борьба со скоплениями метана на сопряжениях лав с вентиляционными штреками в условиях шахт Ленинского района. Тр. КузПИ, вып. 2. Вопросы рудничной аэрологии. Кемерово, 1969. - с.44-62.

34. Лидин Г.Д., Мясников А.А. Управление газовыделением средствами вентиляции. В кн.: Проблемы рудничной аэрологии и применение электрической энергии в воспламененных средах. М.: Недра, 1974. — с.96-109.

35. Калиев С.Г., Вольский В.К., Машрапов Ш.Ж. Опыт применения управления газовыделением средствами вентиляции при отработке газоносных пластов. Тр. ВостНИИ, т.29. Управление газовыделением в угольных шахтах. Кемерово, 1977. - с.6-11.

36. Калиев С.Г., Машрапов Ш.Ж. Применение схемы с газодренажным штреком для управления газовыделением на участке. Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело, №13, 1978. - с. 2628. '

37. John W. Stevenson. Effects of bleeder entries during atmospheric pressure changes. Mining Engineering, 1968, №6.

38. Thakur, P.C. Optimum width of longwall faces in highly gassy coal mines. CONSOL Energy Inc., Morgantown, WV, USA: 12th U.S./North American Mine Ventilation Symposium 2008 Wallace, 2008.

39. Пучков Л. A., КрасюкНН., Шайдо С.П., Пинскер В. Л. Метано без опасность высокопроизводительных выемочных участков. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, №7. с.5-18.

40. Каледина Н.О., Аношина И.М. Аэродинамические критерии эффективности извлечения метана из выработанных пространств действующих шахт. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004, №8. -с. 106-109.

41. Каледина Н.О. О методологии проектирования систем вентиляции угольных шахт. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2007, №1. с.207-212.

42. Каледина Н.О., Карпухин А.В. Проблемы управления метановыделением на высокопроизводительных газообильных шахтах. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2007, №1. — с.216-220.

43. Кобылкин С.С. К вопросу о рациональных схемах проветривания высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009, №12. с.90-97.

44. Пучков JI.A., Сластунов C.B. Решение проблемы метанобезопасности угольных шахт ключевая задача угольной отрасли России. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006, №1. — с.9-22.

45. Пучков Л.А., Сластунов C.B. Проблемы угольного метана мировой и отечественный опыт их решения. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2007, №4. - с.5-24.

46. Шейдеггер А.Е. Физика течения жидкостей через пористые среды. М.: Гостоптехиздат, 1960.-250с.

47. Щелкачев В.Н., Лапук Б.Б. Подземная гидравлика. М.: Гостоптехиздат, 1949.

48. Чарный И.А. Основы подземной гидравлики. М.: Гостоптехиздат, 1956.

49. Paul B.C. et al. Prediction of Air flows through broken rock by Finite Differenceth

50. Grids. / Proceedings of the 4 US Mine Ventilation Symposium, Berkely, California, 1989.

51. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные схемы газовой динамики. M.: Наука, 1975. - 352с.

52. Рождественский Б.Л., Яненко Н.Н. Системы квазилинейных уравнений. -М.: Наука, 1968. 592с.

53. Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. М. : Мир, 1972.-418с.

54. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. - 616с.

55. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я. и др. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. - 400с.

56. Годунов С.К. разностный метод расчета ударных волн. // Успехи мат. наук. 1957. - т. 12, №1. - с. 176-177.

57. Годунов С.К., Забродин A.B., Прокопов Г.П. Разностная схема для двумерных нестационарных задач газовой динамики и расчет обтекания с отошедшей ударной волной. // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1961. - т.1, №6. - с.1020-1050.

58. Тилляева Н.И. Обобщение модифицированной схемы С. К. Годунова на произвольные нерегулярные сетки. // Ученые зап. ЦАГИ. 1986. Т. 17, № 2. - с. 18-26.

59. Писаренко М.В. Области использования различных схем управления газовыделением. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. -№8.-с.249-252.

60. Стекольщиков Г.Г., Золотых С.С., Субботин А.И. Способ комбинированного проветривания выемочных участков и полей с применением газоотсасывающих вентиляторов. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. №4. — с. 132-135.

61. Харитонов В.Г., Смирнов A.B., Ремезов A.B., Кадошников A.B., Филимонов К.А. Создание безопасных условий в высокопроизводительных очистных забоях. // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2006. №5. - с. 47-50.

62. Шевченко JI. А. Актуальные вопросы безопасности при подземной добыче угля в Кузбассе. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. №4. - с.32-39.

63. Портола В.А. О повышении эффективности извлечения метана из шахт при эксплуатации высокогазоносных пластов. // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2007. №3. - с. 10-12.

64. Касимов О.И., Балинский Б.В., Ищенко П.П. Борьба с газовыделением на выработанных пространствах при столбовой системе разработки. Уголь Украины, 1972, №2, с.38-41.

65. Газообильность каменноугольных шахт. / Ефремов К.А., Дубов Г.П., Дьячков А.И. и др. М.: Недра, 1974, 208 с.

66. Орлов A.A. Периодические (вторичные) осадки кровли и методы их выявления / В.Ю.Сетков //Уголь Украины. 1973, №1. - С. 12-16.

67. Айруни А. Т., Духовный Е.И., Деев Ю.В. и др. Дегазация выработанных пространств: Обзор / А. Т. Айруни, Е. И. Духовный, Ю. В. Деев и др. // — М.: ЦНИЭуголь, 1976. 57 с.

68. Абрамов Ф.А., Гренингер Б.Е., Соболевский В.В., Шевелев Г.А. Аэрогазодинамика выемочного участка. Киев. Изд-во «Наукова думка», 1972.

69. Мягенький В.И. Сдвижение и дегазация пород и угольных пластов при очистных работах. Киев. Изд-во «Наукова думка», 1975.

70. Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт. М. «Недра», 1972.

71. Преслер, В. Т. Оперативный прогноз газообильности выемочных участков при комбинированном проветривании / Преслер В. Т., Золотых С. С., Стекольщиков Г. Г. // Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. 64 с.

72. Абрамов Ф.А., Фельдман Л.П., Святный В.А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии. Киев: Наукова думка, 1981. -284 с.

73. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. 840 с.

74. Отчет о НИР. Разработка рекомендаций по управлению аэрогазодинамическими процессами в выработанном пространстве при комбинированном способе проветривания и высоких скоростях продвигания очистного забоя. Кемерово 2007. - 78 с.

75. Кузнецов С.В., Кригман Р.Н. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения. М.: Наука, 1978. - 122 с.

76. Крайко А.Н., Миллер Л.Г., Ширковский И.А. О течениях газа в пористой среде с поверхностями разрыва пористости. // ПМТФ. 1982, №2.

77. Механика насыщенных пористых сред. / Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. М.: Недра, 1979. - 334с.19: Справочник по теплообменникам. В двух томах. Т.1. М.: Энергоатомиздат, 1987. 561 с.

78. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. / МакНИИ, Макеевка-Донбасс, 1989, 320 с.

79. Ландау Л. Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. BIO т. Т. VI. Гидродинамика. М.: Наука. 1986. - 736 с.

80. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975.

81. Вилюнов В.Н., Ушаков В.М., Шрагер Э.Р. О воспламенении цилиндрического канала конденсированного вещества в полузамкнутом объеме // Физика горения и взрыва, 1970. Т. №2. — С.311-317.

82. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложения в технических вопросах Ленинград: Издательство Академии Наук СССР, 1932. - 472с.

83. Using MPI: Portable Parallel Programming with the Message-Passing Interface, second edition, William Gropp, Ewing Lusk, and Anthony Skjellum, 1999.

84. Воеводин B.B., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 608 с.

85. MP I—The Complete Reference: Volume 1, The MPI Core, Marc Snir, Steve Otto, Steven Huss-Lederman, David Walker, and Jack Dongarra, 1998.

86. Message Passing Interface Forum, Document for a Standard Message-Passing Interface, 1993. Version 1.0. URL: http://www.mpi-forum.org/docs/docs.html

87. Топорков B.B. Модели распределенных вычислений. M.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2004, - 320 с.

88. Букатов А.А., Дацюк В.Н., Жегуло А.И. Программирование многопроцессорных вычислительных систем. Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР», 2003. - 208 с.

89. Сайт МВЦ ТГУ. URL: http://www.skif.tsu.ru

90. Леонид Черняк. НРС, пятнадцать лет эволюции: URL: http://www.osp.ru

91. Laksono Adhianto, Barbara Chapman. Performance modeling of communication and computation in hybrid MPI and OpenMP applications // Simulation modeling. Practice and theoiy. 15(2007). 481-491.

92. Ewing Lusk, Anthony Chan. Early Experiments with the OpenMP/MPI Hybrid Programming Model // IWOMP 2008, LNCS 5004, pp. 36-47, 2008.

93. Holger Brunst and Bernd Mohr. Performance Analysis of Large-Scale OpenMP and Hybrid МРЮрепМР Applications with VampirNG // IWOMP 2005/2006, LNCS 4315, pp. 5-14, 2008.

94. MPI—The Complete Reference: Volume 2, The MPI-2 Extensions, William Gropp, Steven Huss-Lederman, Andrew Lumsdaine, Ewing Lusk, Bill Nitzberg, William Saphir, and Marc Snir, 1998.149

95. Message Passing Interface Forum, MPI-2: Extensions to the Message-passing Interface, July 1997. URL: http ://www.mpi-forum.оrg/doсs/doсs.html

96. Kimpe D., Lani A., Quintino Т., Vandewalle S., Poedts S., Deconinck H. A Study of Real World I/O Performance in Parallel Scientific Computing. PARA 2006, LNCS 4699. 2007. 871-881.

97. Borrffl J., Oliker L., Shalf J., Shan H. Investigation Of Leading HPC I/O Performance Using A Scientific-Application Derived Benchmark. SC07. 2007.

98. Barbara Chapman, Gabriele Jost, Ruud van der Pas. Using OpenMP Portable Shared Memory Parallel Programming. The MIT Press. October 2007

99. OpenMP. URL: http://www.openmp.org

100. Эндрюс Г. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Издательский дом «Вильяме», 2003. - 504с.

101. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1995.

102. Медведев Б.И., Гущин А.М., Лобов В.Л. Естественная тяга глубоких шахт. -М.: Недра, 1985.-77 с.

103. КоровкинЮ.А., Савченко П.Ф., Саламатин А.Г., Постников В.И. Теория и практика длиннолавных систем. М.: Техгормаш, 2004. - 600 с.