Mathematical modeling of air exchange in underground chambers of emergency air supply

A. Hatskyi І. Hatskyi
Received 27.11.2022, Revised 19.02.2023, Accepted 25.04.2023
Abstract

Purpose. Development and implementation of a mathematical model of the air exchange process to ensure appropriate living conditions in the underground chambers of emergency air supply, meeting the sanitary and hygienic working conditions. Research methods. When creating a mathematical model, a complex method is used, which provides for structural synthesis, critical analysis and generalization of literature sources, analysis of domestic and foreign experience, as well as the Cauchy problem and the Bernoulli method. Scientific novelty. The proposed mathematical model allows to implement the process of control of aerodynamic parameters of air exchange, namely to determine the multiplicity of air exchange in the emergency air supply chamber depending on the concentration of harmful gases entering the underground chambers of emergency air supply (UCEAS). Mathematical modeling confirmed the main indicators of air exchange in the underground chambers of emergency air supply at a certain time and at a certain concentration. A mathematical model of air exchange in underground chambers of emergency air supply has been created, which allows not only to predict the state of air exchange, but also to calculate its efficiency. Practical significance. The introduction of mathematical modeling will allow the implementation of efficient air exchange as one of the main components of the microclimate in emergency air supply chambers, and also allows predicting the appropriate working conditions for air exchange. Results. The developed mathematical model makes it possible to quickly and accurately calculate the processes of air exchange and normalization of the microclimate for underground emergency air supply chambers, which will increase the level of safety and normalization of living conditions of workers in the chamber. Algorithms for structural and parametric identification of air exchange in the underground chamber of emergency air supply by reasoned selection of the structure of air flows in the form of ideal mixing models with their correction according to statistical data were mathematically formulated and developed. Analytical formulas have been obtained that allow to realize the synthesis of air exchange control systems of the underground emergency air supply chamber into such properties, which are mandatory for control systems, such as observability, controllability and reachability

Keywords:
mathematical modeling; air exchange; emergency air supply chamber; microclimate; parameterization; concentration; multiplicity; efficiency

Retrieved from Vol. 19, No. 1, 2021

Pages 116–121

References Suggested citation

[1] Бизов В.Ф., Лапшин О.Є. Охорона праці в гірництві: в 14 т.: підручник для вузів за напрямком "Гірництво". Т.7/ Бібліотека гірничого інженера. – Кривий Ріг: Мінерал, 2001. – 251 с.

[2] Аерологія гірничих підприємств / А.О. Гурін, П.В. Бересневич, А.А. Немченко, І.Б. Ошмянський. – Кривий Ріг: Видавничий центр КТУ, 2007. – 461 с.

[3] Лапшин О.Є., Гацький А.К., Гацький І.А. Розроблення заходів безпеки при виникненні аварій у гірничих виробках шахт на основі використання мобільної камери повітропостачання. Вісник Криворізького національного університету. Випуск 52. Кривий Ріг 2021. 44-49 с.

[4] Об'єкт керування. Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%27%D1%94%D0%BA%D1%82_%D0%BA%D0%B5%D1%80%D 1%83%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F

[5] Математичне моделювання новітніх технологічних систем.: Монографія / Матвійчук В.А., Веселовська Н.Р., Шаргородський С.А. – Вінниця: 2021. – 193 с.

[6] Вентиляція й освітлення підземних гірничих виробок. Отримано з http://www.studcon.org/ventylyaciya-yosvitlennya-pidzemnyh-girnychyh-vyrobok

[7] НПАОП 0.00-1.77-16 «Правила безпеки під час розробки родовищ рудних та нерудних корисних копалин підземним способом». Наказ Міністерства соціальної політики України від 23.12.2016 № 1592.

[8] Модель ідеального перемішування. Отримано з https://helpiks.org/2-90040.html

[9] Городецький В.В., О.В. Мартинюк, Р.І. Петришин. Задача Коші для одного класу сингулярних еволюційних рівнянь. Доповіді НАУ України: наук.-теорет. журн. Президії НАН України / Президія Нац. Акад. Наук України. – Київ: 2013 р. вип. №1 с. 7-14

[10] Лінійні диференціальні рівняння першого порядку. Метод Бернулі. Отримано з https://yukhym.com/uk/prikladi-diferentsialnikh-rivnyan/linijni-pershogo-poryadku-metod-bernulli.html

[11] Одинична функція Хевісайда. Отримано з https://jak.koshachek.com/articles/odinichna-funkcija-hevisajdace.html

[12] Основи теорії подібності процесів теплообміну. Отримано з http://um.co.ua/9/9-6/9-62811.html

Hatskyi, A., & Hatskyi, І. (2021). Mathematical modeling of air exchange in underground chambers of emergency air supply. Journal of Kryvyi Rih National University, 19(1), 116-121. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2023-1-56-116-122
en