Процессы газопереноса в тупиковых горных выработках. Газоперенос в основной части тупиковой выработки

При нагнетательном способе вентиляции газ, выносимый из при­забойной части, поступает в основную часть выработки в виде об­лака, которое перемещается воздушным потоком к устью выра­ботки и деформируется. В начальный момент t_o после взрыва об­лако заполняет выработку на расстоянии l₀ от забоя (рис. 2).[1, стр.248]. Концентрация газа во всем объеме облака примерно постоянна. В дальнейшем вследствие подачи свежего воздуха в забой по воз­духопроводу газ начинает распространяться вдоль выработки в ос­новном под действием конвективного переноса. При этом в резуль­тате неравномерного распределения скоростей движения воздуха в сечении (центральные части потока перемещаются быстрее), а также диффузионных процессов газовое облако растягивается, т. е. l₀<l₁<l₂<^…<l_n+1.В период t_o—U облако заполняет выра­ботку на расстоянии l₃ от забоя. Через некоторое время t≥t_n газ из призабойной части полностью выдувается и концентрация его

Рис. 2. Схема распространения газового облака в тупиковой выработке при нагнетательном способе вентиляции

там становится равной нулю. С этого момента облако отрывается от забоя и начинает двигаться вдоль выработки (рис. 2, по­ложения облака в моменты t_n, t_n+1). Растяжение облака при по­стоянном количестве газа в нем приводит к уменьшению концент­рации газа. В результате на критическом расстоянии l_кр от забоя максимальная концентрация газа в облаке становится меньше до­пустимой концентрации с_доп.Для газов, образующихся при взрыве ВВ, критическое расстояние (м) определяется по фор­муле[1, стр.249].

lкр = 12,5 ВI_{в. в}k_у.т/(S_Bh²_y.т), (1)

где S_B — площадь поперечного сечения выработки, м²; k_у._T — коэффициент, учитывающий утечки воздуха в трубопроводе.

При увеличении количества подаваемого в забой воздуха с Q1 до Q₂ концентрация газа и критическое расстояние уменьшаются (рис. 2, штриховые линии).

Процессы газопереноса в камерах.

Газодинамические процессы в камерах характеризуются действием в них свободных струй. Газ выносится из камеры ядром постоян­ной массы струи АВСС₁В₁А₁ (рис. 3). Для эффективной венти­ляции камеры необходима определенная скорость движения воз­духа в ядре постоянной массы, что обеспечивается при достаточ­ном расходе воздуха через камеру и не слишком большой ее длине. В камерах, имеющих большую длину и значительные попе­речные размеры, увеличение сечения ядра постоянной массы мо­жет привести к уменьшению скорости движения воздуха до вели­чины, не обеспечивающей эффективного выноса газа. Для обеспе­чения усиленной вентиляции камер необходимо, чтобы степень турбулентности свободной струи была достаточно высокой, так как газ из застойных зон AFECи в камере поступает в ядропостоянной массы в основном за счет турбулентной диффузии.

Рис. 3. Схема вентиляции камеры свобод­ной струей

Пусть в камере объе­мом V происходит не­прерывноегазовыделение с интенсивностью I.

Тогда за время dtв ка­меру выделится Idtвред­ных газов. При этом в камеру подается воз­дух в количестве Qс концентрацией с_п в нем того же газа, который выделяется в камере.

Тогда за время dt в камеру дополнительно поступит количество газа Qc_ndt. За это же время dt из камеры ядром постоянной массы свободной струи будет вынесено количество газа Qk_т’cdt (где k_т’ — коэффициент турбулентной диффузии частично загрязнен­ной свободной струи; с — средняя концентрация газа в камере в данный момент).

Разность между количеством поступившего в камеру и коли­чеством вынесенного из нее газа равна изменению количества вредных газов в камере[1, стр.252]:

Idt+ Qc_ndt— Qk_тcdt= Vdc. (2)

Выражение (2) называется основным уравнением турбулент­ной диффузии.