Структура

Отдел аэрологии и теплофизики представляет научную школу рудничной вентиляции и горной теплофизики, основанной И.И. Медведевым и А.Е. Красноштейном и существующей в Перми с 1956 года. За это время накоплен богатейший опыт в области вентиляции соляных и калийных рудников, железорудных и медно-никелевых рудников, нефтяных и гипсовых шахт.

В отделе работает 53 сотрудника, в том числе 19 научных работников: 6 докторов наук, 9 кандидатов наук, 4 аспиранта.

В состав отдела входит четыре сектора:

• сектор рудничной вентиляции;

• сектор горной теплофизики;

• сектор аэрологической безопасности;

• сектор информационных технологий.

Заведующий отделом - доктор технических наук Левин Лев Юрьевич. 

1. Рудничная вентиляция:

Исследование и разработка систем рудничной вентиляции. Совершенствование методов расчёта воздухораспределения в рудничных вентиляционных сетях. Математическое моделирование процессов распространения газовых и пылевых примесей в горных выработках рудников. Исследование надежности функционирования систем вентиляции, устойчивости расходов воздуха в горных выработках.

2. Горная теплофизика:

Математическое моделирование нестационарного тепломассопереноса в сети горных выработок, учитывающая сопряженный теплообмен с породным массивом. Разработка способов управления тепловым режимом и требуемых норм для безопасного ведения горных работ в условиях высоких температур

Исследования, расчет и мониторинг ледопородных ограждений при строительстве шахтных стволов.

3. Аэрологическая безопасность:

Исследования аварийных режимов проветривания рудников. Разработка газодинамической модели взрывов пылеметановой смеси. Исследование мощностей пожаров. Нормирование количества подаваемого воздуха по фактору ДВС. Разработка требований ФНИП и обоснований безопасности опасных производственных объектов.

4. Программирование, цифровизация и автоматизация горного производства:

Совершенствование программно-вычислительного комплекса «АэроСеть». Подземная навигация комбайновых комплексов. Машинное зрение в горном деле. Разработка автоматического аэрогазового контроля и систем «вентиляция по требованию».

Разработанное программное обеспечение:

1. Аналитический комплекс “Аэросеть”, предназначенный для проектирования систем вентиляции, воздухоподготовки и кондиционирования горнодобывающих предприятий (подробнее - по ссылке https://aeroset.net/).

2. Программа “FrozenWall”, предназначенная для моделирования формирования ледопородного ограждения вертикальных шахтных стволов. Особенностью разработанной программы является возможность калибровки математической модели на предмет наилучшего соответствия с данными экспериментальных измерений температуры путем численного решения обратной задачи Стефана. Кроме того, предусмотрен учет ряда дополнительных физических процессов и факторов, влияющих на состояние ледопородного ограждения (твердение бетона, термические сопротивления замораживающих колонок и пр.).

3. Программно-вычислительный комплекс «Tr kalor», позволяющий рассчитывать мощности теплообменных аппаратов рекуперативного типа произвольной компоновки и процессы смешивания нагретого и холодного потоков воздуха в стволах, для проектирования систем воздухоподготовки горных предприятий..

1. Система автоматизированного управления проветриванием шахт и рудников. Назначение: обеспечить оптимальное воздухораспределение в вентиляционных сетях шахт и рудников по критериям минимума энергозатрат на вентиляторных установках и обеспеченности всех рабочих зон требуемым количеством воздуха. Отличительная особенность: уникальный алгоритм для расчета управляющих импульсов на вентиляторных установках и автоматизированных вентиляционных дверях, позволяющий достичь оптимальное воздухораспределение для вентиляционных сетей произвольной топологии.

2. Система интеллектуального контроля формирования ледопородных ограждений стволов шахт. Назначение: Определение фактических параметров ледопородного ограждения в процессе его формирования и поддержания при строительстве шахтных стволов. Отличительная особенность: уникальный алгоритм калибровки параметров теплофизической модели породного массива по данным натурных измерений в контрольно-термических скважинах в режиме реального времени; использование оптоволоконных кабелей для распределенных измерения температуры по глубине контрольно-термических скважин.
   

3. Подземная система кондиционирования воздуха для выработок глубоких рудников. Назначение: нормализация микроклиматических условий в подготовительных и очистных выработках глубоких рудников. Отличительная особенность: разработана оригинальная методология выбора технологических схем и параметров подземных систем кондиционирования воздуха; для реализации систем кондиционирования в подземных условиях разработан высокоэффективный теплообменный аппарат рекуперативного типа.

4. Система аэрогазового контроля. Назначение: непрерывный контроль качества воздушной среды (концентраций вредных примесей, микроклиматических свойств) в рабочих зонах калийных рудников. Отличительная особенность: интеграция системы измерения аэро-, газо- и термодинамических параметров рудничной атмосферы в рабочих зонах со специализированным программным обеспечением по расчету вентиляции (аналитическим комплексом “Аэросеть”).

5. Ресурсосберегающая система воздухоподготовки шахтных стволов. Назначение: подогрев поступающего в шахтный ствол воздуха до требуемых по Правилам безопасности температур (не менее +2 ⁰С). Отличительная особенность: предложены технологические схемы тепловой обработки максимального количества воздуха, отличающиеся минимальным аэродинамическим сопротивлением, что позволяет обеспечить равномерный обогрев крепи шахтных стволов при минимальных энергетических затратах на подачу и нагрев воздуха.

6. Система повторного использования воздуха на подземных рудниках. Назначение: снижение затрат на проветривание рудника, улучшение и стабилизация микроклиматических условий в горных выработках. Отличительная особенность: обоснованы условия безопасного повторного использования воздуха с учетом газового фактора за счет последовательного проветривания рабочих зон и применения схем рециркуляции, что позволяет снизить энергозатраты на главных вентиляторных и калориферных установках горных предприятий.

• РНФ, проект № 19-77-30008 “Разработка теоретических основ и практических методов интеллектуального мониторинга сложных горнотехнических объектов”.

• РНФ, проект № 17-11-01204 “Структурно-энергетические модели деформирования и разрушения природных и искусственных материалов в условиях Арктических температур”.

• РФФИ, проект № 20-45-596020    “Исследование динамики гигроскопического аэрозоля калийно-магниевых солей в атмосфере горных выработок калийных рудников”.

• РФФИ, проект № 20-35-90072 “Исследование устойчивости воздушных потоков в вентиляционных сетях шахт и рудников в аварийных режимах работы систем вентиляции”.

• РФФИ, проект № 20-45-596021 “Разработка энерго- и ресурсосберегающих способов проветривания горных выработок на основе использования кинетической энергии вентиляционных струй”.

• РФФИ, проект № 19-35-90076 “Исследование закономерностей конвективного расслоения воздушных потоков в шахтных стволах и его влияния на интенсивность и устойчивость проветривания шахты”.

• РФФИ, проект № 19-15-50125 “Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников”.

• РФФИ, проект № 17-45-590973 “Разработка методов прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания горнодобывающих предприятий”.

• РФФИ, проект № 17-45-590657 “Исследование физико-химических, антибактериальных и противогрибковых свойств воздушной среды, формирующихся под воздействием природных калийных солей”.

• Проект Совета при президенте РФ МК-6244.2018.5 “Моделирование сопряженного тепло- и массопереноса в нефтенасыщенном песчанике, окружающем породном массиве и шахтной атмосфере при подземной добыче высоковязкой нефти методами паротеплового воздействия на пласт”.

• УрО РАН, проект № 18-5-5-5 “Исследование тепловых процессов в породном массиве и рудничной атмосфере в условиях самовозгорания сульфидных руд.

• Kazakov B. P., Shalimov A. V., Semin M. A. Stability of natural ventilation mode after main fan stoppage // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2015. – Т. 86. – С. 288-293.

• Levin L., Golovatyi I., Zaitsev A., Pugin A., Semin M. Thermal monitoring of frozen wall thawing after artificial ground freezing: Case study of Petrikov Potash Mine  // Tunnelling and Underground Space Technology. – 2021. – Т. 107. – Статья № 103685.

• Semin M. A., Levin L. Y. Stability of air flows in mine ventilation networks // Process Safety and Environmental Protection. – 2019. – Т. 124. – С. 167-171.

• Levin L. Y., Semin M. A., Zaitsev A. V. Solution of an inverse Stefan problem in analyzing the freezing of groundwater in a rock mass // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2018. – Т. 91. – №. 3. – С. 611-618.

• Semin M. A., Levin L. Y., Parshakov O. S. Influence of Groundwater Seepage on Artificial Freezing of Rock Mass // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2021. – Т. 94. – №. 1. – С. 45-55.

• Semin M., Zaitsev A. On a possible mechanism for the water build-up formation in mine ventilation shafts // Thermal Science and Engineering Progress. – 2020. – Т. 20. – Статья № 100760.

• Semin M., Levin L. Theoretical study of partially return air flows in vertical mine shafts // Thermal Science and Engineering Progress. – 2021. – Т. 23. – С. 100884.

• Zhelnin M., Kostina A., Prokhorov A., Plekhov O., Semin M., Levin L. Coupled thermo-hydro-mechanical modeling of frost heave and water migration during artificial freezing of soils for mineshaft sinking // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. – 2022. (In Press).

• Левин Л.Ю., Исаевич А.Г., Семин М.А., Газизуллин Р.Р. Исследование динамики пылевоздушной смеси при проветривании тупиковой выработки в процессе работы комбайновых комплексов // Горный журнал. 2015. № 1. С. 72-75.

• Левин Л.Ю., Семин М.А., Зайцев А.В. Разработка математических методов прогнозирования микроклиматических условий в сети горных выработок произвольной топологии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2014. – №. 2. – С. 154-161.

• Карелин В.Н., Кравченко А.В., Левин Л.Ю., Казаков Б.П., Зайцев А.В. Особенности формирования микроклиматических условий в горных выработках глубоких рудников // Горный журнал. – 2013. – №. 6. – С. 65-68.

• Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Современные подходы к разработке способов управления тепловым режимом рудников при высокой температуре породного массива // Горный журнал. – 2014. – №. 5. – С. 22-25.

• Казаков Б. П., Левин Л.Ю., Шалимов А.В., Зайцев А.В. Разработка энергосберегающих технологий обеспечения комфортных микроклиматических условий при ведении горных работ // Записки Горного института. – 2017. – Т. 223. – С. 116-124.

• Семин М. А., Гришин Е.Л., Левин Л.Ю., Зайцев А.В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования // Записки Горного института. – 2020. – Т. 246. – С.  623-632.