3.1.2. Вентиляция шахт
Основные физические свойства воздуха: объем, масса, вес, удельный объем, плотность, удельный вес, расход (дебит) воздуха, температура, теплоемкость, теплопроводность, абсолютное давление воздуха и единицы его измерения, вязкость, влажность (максимальная, абсолютная, относительная). Газовые законы, уравнение состояния газа, процессы изменения физического состояния газа (изобарический, изохорический, изотермический, адиабатический, политропный).
Скорость движения и расход воздуха. Скорость движения воздуха и её измерение. Распределение скоростей по поперечному сечению выработки. Устройство анемометра. Определение площади замерного сечения выработки. Подсчет расхода воздуха.
Давление воздуха. Атмосферное давление. Статическое, скоростное и полное давление в потоке. Приборы для измерения давления. Устройство воздухомерной трубки и микроманометра. Измерение статического, скоростного и полного давления воздуха. Распределение давлений в поперечном сечении выработки. Изменение статического, скоростного и полного давлений воздуха по длине трубопровода при всасывании и нагнетании. Депрессия. Измерение разности давлений в двух сечениях выработки.
Общие закономерности и формы движения текучего. Закон сохранения массы, уравнение неразрывности. Закон сохранения энергии.
Уравнение Д. Бернулли для идеального текучего и реального газа (воздуха). Режимы движения воздуха: ламинарный, турбулентный, способы определения режима: визуальный, с помощью критерия (числа) Рейнольдса. Типы воздушных потоков: ограниченные потоки и свободные струи. Типы свободных струй. Развитие свободной струи и её элементы. Основные характеристики свободной круглой струи.
Аэродинамическое сопротивление горных выработок, его природа и виды. Сопротивление трения, местные и лобовые сопротивления, механизм действия. Расчет депрессии, методы снижения сопротивлений; определение коэффициентов сопротивления экспериментальным и расчетным методами. Закон сопротивления. Аэродинамическая характеристика отдельной выработки и шахты.
Способы выражения величины аэродинамического сопротивления горных выработок. Единицы сопротивления. Эквивалентное отверстие. Пропускная способность шахты.
Шахтные вентиляционные сети. Понятие о вентиляционной сети, вентиляционном плане, схеме вентиляции и схеме вентиляционных соединений. Виды соединения выработок. Первый и второй законы сетей. Расчет последовательного, параллельного и простого диагонального соединений. Комбинированные соединения. Сложные вентиляционные соединения.
Моделирование вентиляционных сетей с соблюдением физического подобия. Законы (критерии) подобия. Способы упрощения вентиляционных соединений. Расчет вентиляционных сетей на ПЭВМ.
Естественная тяга воздуха в шахте. Понятие о естественной тяге. Факторы, влияющие на величину естественной тяги. Измерение и подсчет естественной тяги. Изменение естественной тяги в течение года, суток. Зависимость величины естественной тяги от количества проходящего воздуха (характеристика естественной тяги). Учет естественной тяги при вентиляционных расчетах.
Работа вентиляторов на шахтную сеть. Полная характеристика вентилятора. Работа одиночного вентилятора на сеть. Определение режима его работы. Совместная последовательная работа вентиляторов, на одном стволе:
а) при одинаковых монотонных характеристиках;
б) при неодинаковых монотонных характеристиках;
в) при неодинаковых немонотонных характеристиках. Параллельная работа вентиляторов на разных стволах. Совместная последовательная работа главного вентилятора с подземным вспомогательным вентилятором, установленным на одной из параллельных струй. Совместная работа вентилятора и естественной тяги.
Регулирование распределения воздуха в вентиляционной сети. Задачи и способы регулирования. Регулирование распределения воздуха путем увеличения аэродинамического сопротивления выработок (с помощью вентиляционных дверей, окон, воздушных завес и других регуляторов). Расчет вентиляционного окна. Регулирование распределения воздуха путем уменьшения аэродинамического сопротивления выработок. Регулирование с помощью вспомогательных вентиляторов.
Утечки воздуха в шахтах. Виды утечек воздуха. Местные и непрерывно распределенные утечки. Вред от утечек воздуха: ухудшение вентиляции; бесполезная затрата электроэнергии; возможность возникновения эндогенных пожаров. Способы выражения величины утечек: в абсолютных единицах; в процентах к общему количеству воздуха; в процентах к количеству полезно используемого воздуха. Фактический уровень утечек. Способы замера утечек воздуха. Закон движения воздуха (сопротивления) при утечках. Методы расчета величины утечек воздуха. Способы уменьшения утечек воздуха.
Проветривание тупиковых выработок. Способы подведения воздуха к забою тупиковой выработки: за счет общешахтной депрессии диффузией; устройством продольной перегородки; вентиляционными трубами с перемычками, параллельной выработкой; за счет депрессии вентиляторов местного проветривания в сочетании с трубами; эжекторов. Способы проветривания выработок вентиляторами: нагнетательный; всасывающий, комбинированный. Проектирование вентиляции тупиковых выработок. Вентиляция выработок большой протяженности.
Вентиляционные сооружения в шахтах. Диффузоры и каналы главных шахтных вентиляторов. Герметические надшахтные здания. Шахтные (воздушные) клапаны. Вентиляционные двери, окна, проемы. Кроссинги. Замерные станции. Перемычки. Шлюзы. Воздушные завесы. Вентиляционные буфеты, паруса, ляды.
Контроль вентиляции. Пылевентиляционная служба. Контролируемые параметры вентиляции. Контроль состава рудничной атмосферы. Контроль расхода и скорости движения воздуха. Воздушные съемки шахт. Контроль температуры, влажности и давления воздуха. Депрессионные съемки шахт. Задачи депрессионной съемки.
Вентиляционный режим в шахтах, опасных по самовозгоранию полезного ископаемого. Проверка устройств для опрокидывания вентиляции. Контроль воздухораспределения после опрокидывания. Вентиляция шахты при возникновении пожара. Сохранение устойчивости вентиляции струи при образовании тепловой депрессии.
Автоматизация вентиляции шахт. Задачи автоматизации. Роль переходных газодинамических процессов. Устройства дистанционного контроля состава рудничного, воздуха, количества воздуха, депрессии. Системы автоматического управления проветриванием шахт.