книги из ГПНТБ / Пак, В. В. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания

в. в. ПАК, С. К. ИВАНОВ, В. П. ВЕРЕЩАГИН

Ш АХТНЫ Е

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ

УСТАНОВКИ

МЕСТНОГО

ПРОВЕТРИВАНИЯ

МОСКВА •«Н Е Д Р А» •1974

УДК 621.635 : 622.457.3

Пак В. В., Иванов С. К., Верещагин В. П. Шахт­ ные вентиляционные установки местного проветри­ вания. М., «Недра», 1974,240 с.

В книге изложены результаты теоретических и эк­ спериментальных исследований элементов шахтных вентиляционных установок местиого проветривания, дано обоснование выбора аэродинамических пара­ метров нового ряда вентиляторов, описаны кон­ струкции вентиляторов. Рассмотрены вопросы испы­ таний и эксплуатации вентиляторов местного про­ ветривания. Описаны стендовые и промышленные испытания вентиляторов. Приведена разработка элект­ рических и пневматических вентиляторов, а также газовых эжекторов.

Книга предназначена для сотрудников научно-ис­ следовательских, проектно-конструкторских и про­ ектных институтов, а также организаций, зани­ мающихся проектированием и эксплуатацией шахтных вентиляционных установок местного проветривания. Книга может быть полезна также преподавателям и студентам горных и горпоэлектромеханических специальностей.

Табл. 34, пл. 126," список лит. — 103 назв.

б а л ь н о г о

ВВЕДЕНИЕ

При строительстве и эксплуатации угольных предприятий боль­ шое значение имеют шахтные вентиляторы местного проветривания. В настоящее время отечественные заводы ежегодно выпускают свыше 40 тысяч вентиляторов местного проветривания суммарной номи­ нальной мощностью свыше 400 тыс. кВт. На некоторых шахтах их число доходит до 80, а суммарная мощность превышает мощность вентиляторов главного проветривания.

В дальнейшем с увеличением глубины разработки полезных иско­ паемых, применением обратного порядка отработки шахтных полей и выемочных участков, ростом скоростей проходки выработок, при­ менением более мощных ВВ, а также предъявлением более жестких требований Правил безопасности значительно расширится поле потребных вентиляционных режимов местного проветривания и еще больше увеличится значение этих вентиляторов.

Однако по своему технико-экономическому уровню вентиляторы местного проветривания, серийно выпускавшиеся в последнее десяти­ летие (табл. 1), значительно отстают от вентиляторов главного про­ ветривания.

Анализ конструктивных особенностей и приведенных в табл. 1 технических показателей машин, составляющих основу вентилятор­ ного парка угольных шахт, показывает, что ни одна из них в полной мере не отвечает требованиям эксплуатации. К основным недостаткам их следует отнести малую экономичность, низкую напорность, отсут­ ствие эффективных устройств для регулирования режима работы (за исключением ВЦО-0,6, ВМ-5, ВМП-4), высокий уровень шума, низкую надежность, малую ремонтопригодность.

Повышение эксплуатационно-технических показателей венти­ ляторов местного проветривания в связи с предъявляемыми к ним специфическими требованиями (как по условиям работы, так и по конструктивному исполнению) является весьма сложной задачей, решение которой требует серьезных исследований в области аэро­ динамики, акустики, прочности, надежности и экономики. Новые вентиляторы местного проветривания должны:

удовлетворять прогнозируемому полю вентиляционных режимов, простирающемуся по производительности от 1 до 30 м3/сек и дости­ гающему по давлению 800—1000 кгс/м2;

быть высокоэкономичными, глубоко регулируемыми, удовлетво­ рять санитарным нормам по шуму;

быть компактными, легкими, транспортабельными, прочными, надежными в работе и простыми в обслуживании;

удобно подсоединяться к вентиляционному трубопроводу при работе на нагнетание и всасывание.

Вентиляторы местного проветривания классифицируются: по принципу действия — центробежные и осевые; по типу привода — электрические и пневматические;

знакам, они имеют одну общую особенность, которая позволяет отнести эти машины к одному классу, а именно: любой вентилятор местного проветривания работает на трубопровод, с которым он образует вентиляционную установку местного проветривания. В осо­ бых случаях в вентиляционной установке может быть использован газовый эжектор.

Применяемые при проветривании тупиковых горных выработок эластичные и жесткие вентиляционные трубы характеризуются большими утечками, значительным аэродинамическим сопротивле­ нием и малым сроком службы, что является одной из главных причин

4 '

Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЯДА ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

Г л а в а I

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ ПРИ ПРОВЕТРИВАНИИ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК

§ 1. Общие сведения

Эффективное проветривание тупиковых выработок во многом зависит от правильного проектирования и эксплуатации вентиля­ ционных установок местного проветривания, в состав которых входит вентилятор или эжектор — источник движения воздуха и трубопровод — канал, по которому воздух перемещается к забою выработки.

Проектирование вентиляции состоит из определения расхода воздуха, необходимого для проветривания данной выработки, выбора способа проветривания, подбора вентиляционных труб, определения параметров и типа вентилятора местного проветривания.

При определении расхода воздуха, требующегося для проветри­ вания тупиковых выработок, исходят из необходимости снижения концентрации ядовитых газов и пыли, образующихся в процессе проведения выработок, до предельно допустимой Правилами без­ опасности нормы.

Расход воздуха обычно рассчитывают по ряду факторов, основ­ ными из которых являются: количество ядовитых газов, образу­ ющихся при взрыве; количество газов, поступающих от окружающих пород; число одновременно занятых в забое людей; пылевой фактор. По полученным результатам принимают наибольшее значение, пред­ варительно проверив его по минимально допустимой скорости дви­ жения воздуха в выработке. Все эти факторы, за исключением фактора буровзрывных работ, являются постоянно действующими. Однако в большинстве случаев кратковременно действующий фактор буровзрывных работ является определяющим, так как требует наи­ больших расходов воздуха и энергии.

Проветривание тупиковых выработок с помощью вентиляционных установок местного проветривания производится тремя способами: нагнетательным, всасывающим и комбинированным. Каждый из способов имеет определенные преимущества и недостатки. Схемы

6

и способы проветривания в каждом конкретном случае выбирают на основании технико-экономического расчета.

Запрещается применение всасывающего и комбинированного способов проветривания на угольных и рудных газовых шахтах, поэтому наибольшее распространение получил нагнетательный способ.

В последнем случае (рис. 1) вентилятор местного проветривания 1 расположен в выработке, проветриваемой за счет общешахтной

депрессии, а трубопровод 2 — в выработке, проветриваемой венти­ лятором, причем расстояние от начала выработки до всаса вентиля­ тора должно быть не менее 10 м, чтобы выходящий из выработки загазованный воздух не попал опять в вентилятор.

Развиваемое вентилятором давление Н расходуется на преодоле­ ние сопротивления трубопровода и проветриваемой выработки.

Потери давления при движении воздуха по трубопроводу (выра­ ботке) выражаются зависимостью

где % — коэффициент сопротивления трения трубопровода (выра­ ботки), зависящий от шероховатости стенок и режима движения; I и dr — соответственно длина и диаметр трубопровода (выработки), м; р — плотность воздуха, кгс •сек2/м4; v — средняя скорость движения воздуха по трубопроводу (выработке), м/сек.

7

Подставляя в формулу (1) выражения v = Q/S (S — площадь сечения трубопровода или выработки, ма) и а = Я.р/8, получим

( 2)

где Q — производительность вентилятора, м3/сек; R — сопротивле­ ние трубопровода, кгс-сека/м8; а — коэффициент аэродинамического сопротивления, кгс-сека/м4.

Потери давления при движении воздуха в трубопроводе суще­ ственно (более чем в 500 раз) превосходят потери давления в выра­ ботке, поэтому при расчете вентиляционной установки потери в вы­ работке можно не учитывать.

Выражение (2) представляет собой аэродинамическую характе­ ристику трубопровода, изображаемую графически в виде квадрати­ ческой параболы. По мере прохождения выработки вентиляцион­ ный трубопровод удлиняется, а его характеристики образуют семейство кривых.

Режим работы вентиляционной установки определяется точкой пересечения аэродинамических характеристик трубопровода и вен­ тилятора, которая, как правило, задается в графическом виде.

В различных литературных источниках и каталогах обычно помещают аэродинамические характеристики вентиляторов, при­ веденные к нормальным атмосферным условиям, за которые в технике приняты: абсолютное давление Р н = 10 333 кгс/ма (760 мм рт. ст.), температура tH— 20° С (Т = 293° К), плотность рн = 0,1223 кгс х

X сека/'м4.

Действительные атмосферные условия, в которых эксплуати­ руются вентиляторы местного проветривания, могут значительно отличаться от нормальных. Например, проходческие вентиляторы, расположенные на поверхности, в зимних условиях могут работать при отрицательной температуре, при которой плотность воздуха повышается. Повышение плотности происходит и с увеличением глу­ бины шахты, так как при этом на каждые 100 м атмосферное давление возрастает примерно на 9—10 мм рт. ст. Изменение плотности воз­ духа от температуры и барометрического давления может быть учтено с помощью поправочного коэффициента

как в характеристику сети, так и в характеристику вентилятора. Поэтому при нахождении режима работы вентилятора как точки пересечения этих двух характеристик поправку можно не учитывать, т. е. все расчеты вести для нормальных атмосферных условий.

8

Однако ее обязательно следует учитывать при определении мощности двигателя

В обоих случаях поправка оказалась существенной.

На шахтах и рудниках страны в качестве вентиляционных воздуховодов применяют эластичные и жесткие (металлические) трубы.

Эластичные трубы изготовляют:

из прорезиненной ткани «чефер» (диаметром 400, 500, 600, 700, 800 и 1000 мм);

из ткани «чефер» с противогнилостной пропиткой и двусторонним покрытием полихлорвинилом (диаметром 500 и 600 мм);

из капроновой ткани с односторонним покрытием негорючей резиной (диаметром 600 мм).

Основными недостатками' этих труб являются большое аэродина­ мическое сопротивление и высокая воздухопроницаемость, причем в период эксплуатации эти характеристики значительно ухудшаются.

Металлические трубы сняты с серийного производства, поэтому их применяют весьма редко. Однако и металлические трубы имеют существенные недостатки: в процессе эксплуатации деформируются, и ржавеют, в результате чего повышается их аэродинамическое сопротивление; имеют большой вес и несовершеннную конструкцию уплотнения стыков, что вызывает большие потери воздуха.

Сроки службы вейтиляционных труб (в месяцах) приведены в табл. 2.

9