10.2. Вентиляторы для совместной работы

Предварительный выбор вентиляторов для совместной ра­боты производится по той же методике, что и для одиночной работы. Однако после выбора вентиляторов, если их напорные характеристики имеют седлообразную форму (осевые венти­ляторы), необходима проверка устойчивости их совместной работы.

Работа параллельно включенных в сеть вентиляторов будет устойчивой в том случае, если напорная характеристика каж­дого вентилятора и аэродинамическая характеристика сети в месте его включения пересекаются только в одной точке. Эта точка должна находиться на нисходящей ветви характеристики вентилятора.

Методика проверки устойчивости совместной работы вен­тиляторов сводится к расчету воздухораспределения в венти­ляционной сети при заданных расходах воздуха на объектах проветривания и построению аэродинамических характеристик сети в местах включения вентиляторов. Если напорные ха­рактеристики вентиляторов пересекаются характеристиками сети в одной точке, лежащей в рабочей области, то режимы будут устойчивыми (однозначными). При пересечении харак­теристик в нескольких точках режимы работы вентиляторов будут неустойчивыми (многозначными).

Если выбор вентиляторов производится с помощью ЭВМ, определение режимов их совместной работы осуществляется с учетом устойчивости.

11. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ

11.1. Основные понятия и определения

Под устойчивостью проветривания шахт понимается спо­собность вентиляционной сети сохранять заданные расход и направления движения воздуха в горных выработках при из­менении аэродинамических сопротивлений элементов сети.

Неустойчивость по расходу воздуха характерна для всех ветвей сети, но опасность представляют только выработки, в которых имеются источники газовыделения (очистные и ту­пиковые выработки, выработки, примыкающие к выработан­ному пространству). Неустойчивость по направлению харак­терна для диагональных ветвей.

Под диагональю понимается такая ветвь, направление движения воздуха в которой может изменяться на противо­положное при изменении аэродинамического сопротивления других ветвей. На рис. 11.1 в качестве примера приведены простые диагональные соединения (рис. 11.1 а), сложные — (рис. 11.16) и весьма сложные — (рис. 11.1 в).

Выявление диагоналей производится по следующему пра­вилу: если при движении из начала сети в ее конец можно пройти по какой-то ветви в направлении, противоположном движению воздуха, не заходя дважды в один и тот же узел, то такая ветвь будет диагональю.

Для ускорения отыскания диагоналей можно пользоваться еще маршрутным методом, заключающимся в том, что на схеме вентиляционных соединений выбираются два маршрута по внешним (крайним) ветвям сети. Все группы ветвей, со­единяющие эти маршруты, будут диагоналями. По приведен­ному выше правилу останется проверить только ветви, при­надлежащие этим маршрутам.

В зависимости от того, какие струи соединяют диагонали, их разделяют на диагонали между свежей и исходящей стру­ями, между двумя свежими, а также между двумя исходящими струями. Наиболее важными и опасными следует считать ди­агонали между свежими и исходящими струями. Они подраз­деляются на диагонали на основных струях (очистные выра­ботки, камеры, проветриваемые обособленно) и диагонали на второстепенных струях (пути утечек воздуха).

Рис. 11.1. Схема диагональных соединений выработок: а — простая с одной диагональю; б, в, г — сложные, две параллельные выработки, соединенные нескольки­ми диагоналями

Все ветви вентиляционных сетей по их влиянию на расход и направление движения воздуха в конкретной выработке (ди­агонали) разделяются на опасные при увеличении их сопро­тивления и опасные при уменьшении сопротивления.

К первой группе относятся ветви, по которым воздух подводится к началу выработки (диагонали), и ветви, по ко­торым он отводится от конца этой выработки (диагонали). Например, 1-2, 6-7, 7-8, 8-5 для выработки (диагонали) 2-6, рис. 11.16. Все остальные ветви, по которым воздух подводится к концу выработки (диагонали) или отводится от начала, являются опасными при уменьшении их сопротивления (на­пример, 1-6, 2-3, 3-4, 4-5 для выработки (диагонали) 2-6, рис. 11.16).

Ветви, изменение сопротивления которых в пределах, име­ющих место на практике, может привести к резкому умень­шению расхода воздуха или опрокидыванию струи в выработке (диагонали), называются определяющими. Определить точно, какая ветвь является определяющей, можно только расчетом, поэтому на практике в качестве определяющих выбирают вет­ви, имеющие наибольшее влияние на расход воздуха в данной выработке (диагонали).

Определяющими, как правило, являются последовательно примыкающие к концам выработки (диагонали) две-три ветви, опасные при увеличении сопротивления (например, 1-6, 6-7, 3-4, 4-5 для диагонали 3-7, рис. 11.16), и ветви с вен­тиляционными сооружениями, опасные при уменьшении со­противления. Чем дальше от выработки (диагонали) располо­жена ветвь, тем меньше ее влияние на устойчивость струи в диагонали при прочих равных условиях.

Определяющей не может быть ветвь, опасная при увели­чении сопротивления, если расход воздуха в ней меньше, чем в выработке (диагонали), или опасная при уменьшении со­противления, если ее депрессия меньше депрессии выработки (диагонали).

Количественной оценкой устойчивости является величина снижения расхода воздуха и показатель устойчивости направ­ления движения воздуха в диагонали, который определяется по формулам:

для ветвей, опасных при увеличении сопротивления

К_R= R_и._ув / R_н (1.11)

для ветвей, опасных при уменьшении сопротивления

К_R= R_н / R_и._ум (1.11)

где R_и._ув — измененное аэродинамическое сопротивление оп­ределяющей ветви, опасной при увеличении сопротивления, при котором прекращается движение воздуха в диагонали, кμ;

R_H — первоначальное значение аэродинамического сопро­тивления определяющей ветви, кμ;

R_и.ум — измененное аэродинамическое сопротивление оп­ределяющей ветви, опасной при уменьшении сопротивления, при котором прекращается движение воздуха в диагонали, кμ.

Определение устойчивости по расходу воздуха произво­дится для очистных и тупиковых выработок и выработок с подсвежающими струями на выемочных участках. При опре­делении устойчивости по направлению, кроме перечисленных выше выработок, анализу подлежат утечки воздуха через вентиляционные сооружения между выемочными участками.

Струя в очистной выработке или на выемочном участке считается неустойчивой по расходу воздуха, если при изменении сопротивления определяющих ветвей (открывание две­рей шлюза) расход воздуха составляет менее 50% от расчет­ного.

Проветривание тупиковой выработки считается неустой­чивым, если расход воздуха у всаса ВМП снижается по срав­нению с расчетным на 30% и более.

Возможность опрокидывания струи в диагонали определя­ется сравнением величины K_R с возможным на практике из­менением сопротивления определяющей ветви.

Определение устойчивости проветривания шахт произво­дится:

• на заключительной стадии проектирования проектными ор­ганизациями после принятия конкретной схемы проветри­вания, расчета ее параметров, установки регуляторов и рас­чета воздухораспределения;

• на основании детального расчета воздухораспределения под­разделениями ВГСЧ по производству депрессионных и га­зовых съемок совместно с участками ВТБ при разработке мероприятий по обеспечению, нормального проветривания шахт на все характерные периоды развития, включая ввод каждой новой лавы, до следующей съемки;

• опытным путем участками ВТБ при вводе новых лав в работу и после внесения существенных изменений в схемы вентиляции по сравнению с положением, принятым при расчетах ВГСЧ. При этом производится оценка устойчивости в основном только той части схемы, в которой произошло изменение, а также ветвей, устойчивость которых из-за указанных изменений снижается (соседние лавы).

По степени устойчивости схемы проветривания угольных шахт делятся на три категории.

Первая. Схемы с высокой степенью устойчивости. Сюда относятся сети, в которых изменения расхода воздуха в очи­стных забоях, на выемочных участках не превышают 20%, а у всаса ВМП — 10% от расчетного, вентиляционные сети без диагоналей, а также сети с диагоналями, опрокидывание вен­тиляционных струй в которых практически маловероятно даже в аварийных режимах.

Вторая. Схемы со средней степенью устойчивости. К дан­ной категории относятся вентиляционные сети, изменения рас­хода воздуха в которых находятся в пределах: для лав и выемочных участков 20-50%, у всаса ВМП — 10-30% от расчетного, сети с диагоналями, изменение направления дви­жения воздуха в которых возможно в аварийных режимах.

Третья. Схемы о низкой степенью устойчивости. Имеют место изменения расхода воздуха в лавах и выемочных уча­стках более 50%, у всаса ВМП — более 30% от расчетного. Опрокидывание вентиляционных струй возможно при нор­мальной работе шахты.

Примечание. К аварийным режимам относятся режимы проветривания при взрывах газа, пожарах, вне­запных выбросах, завалах выработок, разрушении вентиляционных сооружений и блокировки, исклю­чающей одновременное открывание дверей в шлюзах.

Схемы проветривания шахт должны иметь степень устой­чивости не ниже 2-й категории. В противном случае должны быть разработаны мероприятия по повышению степени устой­чивости вентиляционных струй, обеспечивающие перевод схе­мы проветривания по крайней мере во 2-ю категорию.

Исходными данными для расчета устойчивости являются схема вентиляционных соединений, аэродинамические со­противления, расходы воздуха и их направления в ветвях, параметры источников тяги.

Базой для получения исходных данных, как правило, должна служить депрессионная съемка. В тех случаях, когда отсутствуют данные по отдельным выработкам, они могут быть получены расчетным путем по известным зависимостям в соответствии с настоящим Руководством.

Анализ устойчивости производится в следующем порядке: для выработок, подлежащих проверке на устойчивость, нахо­дятся определяющие ветви, производится оценка изменения расхода воздуха и направления движения его при имеющем место на практике максимальном изменении сопротивления этих определяющих ветвей; устанавливаются категории ус­тойчивости схем проветривания и при необходимости разра­батываются мероприятия по ее повышению.

11.2. Определение устойчивости проветривания

11.2.1. Детальный расчет устойчивости

Анализ устойчивости достаточно, как правило, произво­дить для одной определяющей ветви, оказывающей наиболь­шее влияние на устойчивость струи в выработке-диагонали и

имеющей большой диапазон изменения аэродинамического со­противления. Такими определяющими ветвями являются, как правило, утечки воздуха через шлюзы, а при отсутствии по­следних — ветвь, опасная при увеличении аэродинамического сопротивления и непосредственно примыкающая к выработке-диагонали на исходящей струе (за разветвлением).

Детальный расчет устойчивости осуществляется на ЭВМ по специальной (для расчета устойчивости струй в диагоналях) или любой обычной программе расчета распределения воздуха.

Специальная программа расчета устойчивости на ЭВМ предусматривает определение показателя устойчивости K_R пу­тем расчета распределения воздуха в сети при нулевом расходе в рассматриваемой диагонали, достигаемом за счет автомати­ческого изменения сопротивления определяющей ветви. Рас­считанное по этому сопротивлению значение K_R сравнивается

со значением максимально возможного изменения аэродина­мического сопротивления этой ветви (п_R).

Если значение показателя устойчивости (K_R) больше мак­симально возможного изменения сопротивления определяющей ветви (n_R), то опрокидывание струи в диагонали считается

практически невозможным и наоборот.

Значения максимально возможных изменений сопротив­лений определяющих ветвей получены опытным путем и для основных горных выработок приведены в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Фактические значения максимально возможного

изменения аэродинамического сопротивления горных

выработок и вентиляционных сооружений

Выработки и сооружения	Максимально возможные изменения сопротивлений ветви пR, число раз
Основные горные выработки, закрепленные бетонной и железобетонной крепью	3
Основные горные выработки, закрепленные другими видами крепи	5
Участковые откаточные выработки	7
Участковые вентиляционные выработки	15
Очистные выработки	15
Загрузочные устройства	100
Вентиляционные сооружения, шлюзы	100

Аэродинамическое сопротивление шлюзов при открытых дверях измеряется или рассчитывается как сопротивление вы­работки, в которой они установлены, плюс сопротивление дверных проемов.

Расчет устойчивости по программе распределения воздуха заключается и следующем. Для конкретной выработки (диа­гонали) задаются максимально возможным изменением сопро­тивления определяющей ветви (открыты двери шлюза) или, используя табл. 11.1, рассчитывают распределение воздуха и определяют расход и направление струи исследуемой выра­ботки (диагонали).

Если расход воздуха уменьшился ниже нормы или про­изошло опрокидывание струи, то выработка (диагональ) от­носится к неустойчивой и наоборот.

Для более полного анализа устойчивости может быть ис­пользована программа, комбинирующая предыдущие две и производящая расчет распределения воздуха при измененных сопротивлениях определяющих ветвей и дополнительно расчет показателей устойчивости для диагоналей, в которых проис­ходит опрокидывание струи.

По результатам расчета устойчивости для всех подлежа­щих анализу выработок определяют категорию устойчивости схемы проветривания шахты.