Аэрология горных предприятий

5. АНАЛИЗ СХЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Цель работы – ознакомление с типами соединений выработок в схемах вентиляции шахт и рудников, определение надежности некоторых схем соединений и разработка мероприятий по упрощению вентиляционных сетей или увеличению их надежности.

5.1. Общие сведения о схемах вентиляции

Соединенные между собой горные выработки рудников и шахт образуют сложную вентиляционную сеть. Вентиляционная сеть – это схематический безмасштабный, изображенный в одной плоскости чертеж, на котором показано взаимное расположение важнейших выработок в виде линий с указанием направления движения по ним воздуха и расположения источников тяги. Линии, изображающие выработки вентиляционной сети, называются ветвями, а места соединения выработок (ветвей) – узлами. Существуют схемы вентиляции, выполненные в аксонометрической проекции, которые объемно изображают взаимное расположение выработок (и, соответственно, потоки воздуха в них), источников тяги, вентиляционных сооружений.

Схема проветривания рудника – это определенный порядок расположения и соединения горных выработок, служащих для подвода свежего и отвода загрязненного воздуха. Составить схему проветривания – значит на плане горных работ указать пути и направление движения воздуха по горным выработкам, а также места установки вентиляционных сооружений, вентиляторов местного проветривания или вспомогательных вентиляторов главного проветривания. Схема проветривания является основной частью проекта вентиляции шахты (рудника).

Все виды простейших соединений выработок будут рассмотрены на схеме вентиляции шахты, показанной на рис. 5.1.

51

рые также можно выразить безразмерными линиями 3–4 и 3–6 на рис. 5.2, а. Пройдя очистные забои 4–5 и 6–7, а также вентиляционные штреки 5–8 и 7–8, потоки в точке 8 сливаются и общим потоком движутся по вентиляционному квершлагу 8–9 к вентиляционному стволу, что можно выразить в виде графического изображения на рис. 5.2, а.

а

б

в

г

Рис. 5.2. Последовательное (б) и параллельные (а, в, г) соединения горных выработок

Полученное безразмерное произвольное графическое изображение части схемы вентиляции на рис. 5.2, а представляет собой вентиляционную сеть с ветвями и узлами.

Часть вентиляционной сети на рис. 5.2, а можно изобразить в виде прямой, включающей промежуточный штрек 3–4, к концу которого подсоединено начало очистного забоя 4–5, далее к концу забоя –

53

начало вентиляционного штрека 5–8 (рис. 5.2, б). Такое соединение, когда к концу предыдущей ветви подсоединяется начало следующей,

называется последовательным.

Общее сопротивление выработок, соединенных последовательно, равно арифметической сумме сопротивлений выработок (ветвей):

1i =

где n – количество ветвей в соединении. Пример 1

Определить сопротивление последовательного соединения выработок 3–8, если R3− 4 = 0,00454 даПа с2/м6, R4–5 = 0,00700 даПа с2/м6

и R5–8 = 0,010234 даПа с2/м6.

Решение:

R3–8 = R3–4 + R4–5 + R5–8 = 0,00454 + 0,00700 + 0,010234 = = 0,021774 даПа с2/м6.

Точно таким же образом можно определить сопротивление последовательного соединения выработок 3–6–7–8, используя формулу

(5.1). Пусть это сопротивление R3–6–7–8 = 0,01065 даПа с2/м6. Упростим вентиляционную сеть на рис. 5.2, а, заменив последо-

вательные соединения одной ветвью с суммарным значением сопро-

тивления, т.е. обозначим R3–8 = R1 и R3–6–7–8 =R2. Тогда получим сеть, показанную на рис. 5.2, в, в которой начала ветвей соединены

водной точке, а концы – в другой. Такое соединение называется па-

раллельным.

На рис. 5.2, в показано простое параллельное соединение. Если

всоединении три и более ветви, оно называется сложным параллельным соединением (рис. 5.2, г).

Общее аэродинамическое сопротивление простого параллельного соединения подсчитывается по формуле:

54

Общее сопротивление сложного параллельного соединения подсчитывается по формулам, которые, имея разный вид, дают одно и то же значение:

Если к простому параллельному соединению подается объем воздуха, равный Q, то этот объем распределяется в ветвях пропорционально их сопротивлениям:

Для сложного параллельного соединения:

55

Пример 2 Определить сопротивление простого параллельного соединения

выработок при известных сопротивлениях ветвей R1 и R2 (см. дан-

ные в примере 1).

Решение: по формуле (5.2) имеем:

Пример 3 Определить сопротивление простого параллельного соединения,

если R1 = R2 = 0,008 даПа с2/м6. Решение: по формуле (5.2) имеем:

Пример 4 Определить сопротивление сложного параллельного соединения

из пяти ветвей, имеющих равные аэродинамические сопротивления:

R1 = R2 = … = R5 = 0,008 даПа с2/м6.

Решение: на основании (5.2) получим:

= 0,00032 даПа с2 /м6 .

Из приведенных расчетов очевидно, что сопротивление сложного параллельного соединения, состоящего из n ветвей с равными сопротивлениями,

Ro = Rветвиn2 .

56

5.3. Диагональное соединение горных выработок

Снова обратимся к вентиляционной схеме шахты на рис. 5.1 и рассмотрим часть схемы между точками 2–18.

а

б

в

Рис. 5.3. Диагональное соединение выработок

Построим вентиляционную сеть по методике, описанной выше:

–воздухоподающий откаточный квершлаг 2–11 на рис. 5.1 представляем безразмерной линией 2–11 на рис. 5.3, а;

–путь движения воздуха 11–12–13–14–17 на рис. 5.1 представляем в виде верхней дуги на рис. 5.3, а с обозначением соответствую-

щих узлов 12, 13, 14;

–путь движения другой струи 11–15–16–17 на рис. 5.1 представляем в виде нижней дуги на рис. 5.3, а с обозначением узлов 15 и 16;

57

–вентиляционный квершлаг 17–18 на рис. 5.1 обозначаем в виде прямой 17–18 на рис. 5.3, а;

–путь струи воздуха от узла 15 к узлу 13 на рис. 5.1 обозначаем прямой 15–13 на рис. 5.3, а;

–в каждой ветви полученной вентиляционной сети на рис. 5.3, а стрелками обозначаем пути движения воздуха.

Далее упрощаем фигуру на рис. 5.3, а, для этого последовательные соединения выработок (ветвей) 11–12 и 12–13 заменяем ветвью 1; 13–14 и 14–17 заменяем ветвью 4; 15–16 и 16–17 заменяем ветвью 5. Ветви 11–15 и 15–13 обозначаем соответственно 2 и 3.

В результате упрощения получаем более простую фигуру (рис. 5.3, б), представляющую параллельное соединение, «перечеркнутое» диагональю 3 и называемое диагональным. Если в соединении одна диагональ, то оно простое, если две и более диагонали, то оно сложное (рис. 5.3, в).

Для определения общего сопротивления диагонального соединения математических формул не существует. Единственное, что можно определить, – это направление движения воздуха в диагонали:

–если R1 > R4 , воздух в диагонали движется снизу вверх, как

R2 R5

на рис. 5.3, а;

K д = R1 R5 .

R2 R4

58

При Kд = 1 движение воздуха в диагонали отсутствует. При Kд > 1 движение воздуха в диагонали идет снизу вверх, и чем боль-

ше величина Kд, тем устойчивее и мощнее этот поток. Таким образом, условие устойчивости потока воздуха выполняется при Kд ˃ 1.

На рис. 5.4 показаны центральная и фланговая схемы вентиляции рудника. На рис. 5.4, а представлена центральная схема вентиляции однокрылого рудника (шахты) с расположением стволов (двух воздухоподающих и вентиляционного) в одном месте. Такая схема приводит к тому, что по главным выработкам 2–3–4–5 и 8–7–6 свежая и отработанная струи движутся в противоположных направлениях (возвратноточная схема). Существует закономерность: если основные струи воз-

духа движутся в противоположном направлении, то схема соединениявыработокстановится параллельной (рис. 5.4, в).

Рис. 5.4. Центральная (а, в) и фланговая (б, г) схемы вентиляции рудника

При фланговой схеме проветривания вентиляционные выработки (стволы, шурфы) отнесены к границам шахтного поля (рис. 5.4, б, г). Воздухоподающие выработки могут располагаться в центре шахтного поля, могут быть отнесены к границам или располагаться непосредст-

59

венно на границе шахтного поля. Существует много разных вариантов компоновки фланговых схем вентиляции, например:

а) воздухоподающие стволы 1–2 располагаются в центре шахтного поля, а вентиляционные 10–11 отнесены к границам. Шахтное поле чаще всего делится на два крыла, в каждом из которых на границе поля должно быть по вентиляционному стволу. В этом случае главных вентиляционных выработок (стволов, шурфов) должно быть минимум две;

б) воздухоподающие стволы 1–2 располагаются на одной границе шахтного поля, а вентиляционный 10–11 – на противоположной, в этом случае на всю длину шахтного поля должны быть пройдены главные транспортные и вентиляционные выработки, что увеличивает срок строительства шахты.

В любой фланговой схеме вентиляции в главных выработках 3–4–5–6–10 и 3–7–8–9–10 свежая струя и отработанная движутся в одном направлении – к вентиляционному стволу (прямоточная схема). В соответствии с той же закономерностью, если свежая и отра-

ботанная струи воздуха движутся в одном направлении, то схема соединения выработок становится диагональной (рис. 5.4, г).

5.4. Порядок выполнения работы

Работа выполняется в следующем порядке:

1.Следует выбрать две схемы и построить вентиляционные сети.

2.В вентиляционных сетях необходимо выделить параллельное

идиагональное соединения и сами диагонали.

3.Нужно определить сопротивление каждой ветви по формуле

где α – коэффициент аэродинамического сопротивления, определяющий только степень шероховатости поверхностей выработки и не зависящий от геометрических параметров этой выработки; p – периметр выработки, м; L – длина выработки, м; S – площадь поперечного сечения выработки, м2.

60