3 Розробка комп'ютерної моделі шахтної вентиляціоної мережі
При застосуванням програмного комплексу "IRS Вентиляція – ПЛА|" технологія рішення задач шахтної вентиляції , є певною послідовністю дій, що включає етап підготовки початкової інформації. На початковому етапі, необхідно підготувати схему вентиляції шахти до введення її в комп'ютер. Особливістю такої підготовки є подання схеми вентиляції у вигляді певної послідовності (мережі) зв'язаних, між собою, гілок. Кожен вузол цієї мережі зв'язує між собою дві або більше виробки (гілки) або частини виробки, як правило, кодування схем вентиляції проводиться при підготовці шахти до депресивної зйомки. При цьому кожному вузлу і гілці на схемі, привласнюється певний номер. Така нумерація дозволяє ідентифікувати всі виробки шахти або їх частини і визначати фактичний напрям руху повітря в них. При підготовці схеми вентиляції шахти, до подання її в електронному вигляді, неприпустиме її спрощення. Під спрощенням мається на увазі об'єднання декількох вузлів вентиляційної мережі в один або подання на схемі вентиляції, послідовного з'єднання декількох виробок однією гілкою. Необхідність такого детального подання схеми вентиляції в комп'ютері пояснюється тим, що в послідовному з'єднанні виробок можуть опинитися ділянки з різними кутами нахилу і геометричними параметрами, які формують різні умови розвитку пожежі і пересування людей. При спрощенні схеми вентиляції, коли декілька вузлів, що є місцями спряження (з'єднання) гірничих виробок, замінюються одним ("стягуються в один"), також можливі помилки в побудові зони розповсюдження пожежних газів, оптимальних маршрутів руху людей і моделюванні дії теплових джерел тяги (природна тяга, теплова депресія пожежі).
Після кодування схеми вентиляції, необхідно нанести на аркуш паперу з її зображенням координатну сітку. За початок координат береться довільна точка в лівому верхньому кутку аркуша. Малюються дві осі: верхня – горизонтальна (зліва направо) і ліва – вертикальна (зверху вниз). Крок сітки – 50-100 мм. Вся схема вентиляції шахти повинна бути розташована нижче горизонтальною і правіше за вертикальну вісь координат. Наявність такої координатної сітки дозволяє визначати координати всіх вузлів вентиляційної мережі шахти і перенести схему вентиляції з листа паперу на екран монітора, у вигляді, звичному для користувача. Коректуючи ці координати, в базі даних комп'ютера, можна змінювати розташування вузлів і гілок на екрані монітора.
3.1 Основні елементи шахтної вентиляційної мережі і їх моделювання
До основних елементів шахтної вентиляційної мережі відносяться:
1 Гірничі виробки і спряження. Сукупність гірничих виробок, їх спряжень і шляхів руху витоків повітря через вироблені простори, складають шахтну вентиляційну мережу (ШВМ). Схема ШВМ у комп'ютері подається у вигляді з'єднання гілок і вузлів. Комп'ютерне уявлення гірничої виробки і інформації про неї включає:
- зображення спряження гірничої виробки з іншими виробками або вихід гірничої виробки на поверхню землі, на екрані монітора, подається у вигляді вузла; вузол має вид невеликого круга (кола); кожному вузлу привласнюється номер, у порядку зростання номерів, відповідно до схеми вентиляції шахти або за бажанням користувача;
- зображення виробки (простої – у вигляді окремої гілки, що зв'язує два вузли, складної – у вигляді послідовності гілок) на екрані монітора; присвоєння номера гілці, у порядку зростання, відповідно до номера на схемі вентиляції за бажанням користувача; визначення аеродинамічного опору виробки (частини виробки) – приймається за матеріалами депресивної зйомки або розраховується в програмі, по відомих величинах довжини виробки її поперечного перетину і типу кріплення (коефіцієнта аеродинамічного опору); введення величини опору в базу даних комп'ютера, якщо ця величина розраховується в програмі, то вона з'являється в базі даних автоматично.
2 Вентиляційні споруди. Наявність вентиляційної споруди (двері, шлюз, перемичка) в гірничої виробці, виявляється (моделюється) у величині аеродинамічного опору гілки, наданням даній гілці певного "типу" і наявністю спеціального символу на схемі вентиляції. Величина опору гілки з вентиляційною спорудою приймається за даними депресивної зйомки.
Схема моделювання кросингу представлена на малюнку 3.1. Де гілки 2-3 і 3-4 моделюють шлюзи, а 2-4, власне, канал кросингу. Зовні, також виглядає схема вентиляційних з'єднань з обхідною виробкою.
1 2 3 4 5
Рис. 3.1 – Схема моделювання кросингу (обхідної виробки)
3 Зовнішні і внутрішні витоки повітря. Шляхи зовнішніх і внутрішніх витоків (підсосів) повітря моделюються за допомогою гілок. Рух повітря з поверхні землі в канал вентилятора головного провітрювання називається підсосами – при роботі вентилятора головного провітрювання на розрядку. При роботі вентилятора на нагнітання – повітря рухається з каналу вентилятора у напрямку поверхні землі – це витикання повітря.
У гілки, що моделює зовнішнє витікання (підсос) повітря, один з вузлів завжди являється вузлом, що моделює поверхню землі. Всі зовнішні витікання (підсоси) повітря, пов'язані з однією установкою вентилятора, спрощено, можна уявити у вигляді трьох гілок. Один шлях витікань (підсосів) – через гирло ствола (шурфу), на якому встановлений вентилятор. Гілка, що моделює цей шлях руху повітря, зв'язує поверхню землі і початковий вузол (при всмоктувальному провітрюванні) гілки, що моделює канал вентилятора. Серед всіх можливих шляхів руху витікання (підсосів) повітря в установці, вентилятора, можна виділити два основних: через нещільність в лядах обвідного каналу (каналів) і через ляди повітрозабірної будки. Розосереджені витікання (підсоси) повітря через крівлю і стінки каналу виділити практично неможливо, тому при моделюванні, їх можна об'єднати і уявити в одній з двох гілок, що моделюють зовнішні витікання (підсоси). У той же час, точність вимірювання витрат повітря у вентиляційній установці залежить від взаємного розташування її каналів і, в деяких випадках, розділити зовнішні витоки, виміряючи витрати повітря біля місць їх надходження, практично неможливо. Враховуючи це, всі зовнішні витоки (підсоси) повітря, у вентиляційній установці представляються в комп'ютерній моделі шахти у вигляді однієї гілки, витрата повітря в якій дорівнює сумі всіх витікань (підсосів) у вентиляційній установці. Такий підхід до моделювання зовнішніх витікань (підсосів) зумовлює і структуру комп'ютерної моделі вентиляційної установки (мал.3.2).
1 2 3
4 5
Рис. 3.2 – Спрощена схема шляхів зовнішніх витоків і установки, вентилятора.
Зовнішній витік через гирло ствола представлений гілкою 1-4. Зовнішні витоки у вентиляційній установці моделюються гілкою, що має опір – еквівалент 2-5. Величина опору цієї гілки визначається за формулою
Rэ = hв / ΣQ ву 2 . (3.1)
де hв – депресія вентилятора, даПа;
ΣQ ву – зовнішні витікання (підсоси) в вентиляторній установці, м3/с. Внутрішні витікання (підсоси) повітря можна розділити на дві групи: витікання через вентиляційні споруди в гірничих виробках (див. вище) і витоки через вироблені простори. Витоки через вироблені простори також діляться на дві групи: місцеві і розосереджені. Місцеві, як правило, пов'язані з якимсь конкретним місцем, наприклад, місце спряження діючої виробки з виробкою, яка вже погашена. Розосереджені витікання – це витікання вздовж виробки, наприклад, уздовж виробки тієї, що примикає до виробленого простору виїмкової ділянки. У обох випадках витікання моделюється однією гілкою, але, опір шляху витоку (Rу), в другому випадку, визначається як деяке еквівалентне, що характеризує величину сумарну витікань на певній довжині виробки.
Rу = hл / ΣQу 2 , (3.2)
де hл – депресія лави, даПа;
ΣQу – сума витікань повітря, з відкотного на вентиляційний штрек, впродовж якоїсь частини виробки, м3/с.
3.1.4 Моделювання вентиляторів. Вентилятор головного провітрювання (як і ВМП) моделюється окремою гілкою. Характеристика вентилятора описується рівнянням, коефіцієнти якого (A,b) представлені в моделі гілки
h = A – b Q2, (3.3)
де h, Q – депресія і подача вентилятора, відповідно;
A, b – коефіцієнти характеристики вентилятора.