книги из ГПНТБ / Клебанов, Ф. С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях

Таким образом, установившийся газовый режим в параллельном соединении с одной активной ветвью характеризуется соотношениями

(П,64), (И,65) и (11,66).

4.Газовая статика выемочных участков

Схемы проветривания выемочных участков. Характерной особен­ ностью проветривания выемочных участков является включение в их вентиляционную сеть выработанных пространств большого объема. В зависимости от места включения выработанного пространства в вен­ тиляционную сеть участка возможны четыре основные схемы провет­ ривания (рис. 14).

При прямом ходе отработки пласта: П-образная схема (рис. 14, а); Z-образная схема (рис. 14,6);

51

при обратном ходе: Z -образная схема (рис. 14,в); П-образная схема (рис. 14, г).

На практике применяются также некоторые разновидности этих че­ тырех основных схем, определяемых общей схемой проветривания дан­ ной шахты.

В П-образной схеме при прямом ходе отработки пласта направле­ ние утечек воздуха в выработанном пространстве может быть различ­

Если сопротивления, выработок таковы, что одновременно Rj > R3 и R2<Rj+ R3 , то утечки воздуха поступают на вентиляционный штрек и

ся по ходу вентиляционной струи.

Ниже для краткости приняты следующие наименования схем провет­ ривания выемочных участков:

Схема-1, П-образная схема проветривания при'прямом ходе отра­ ботки пласта и отсутствии утечек и притока воздуха по длине лавы

(рис. 15,6).

Схема 2. То же при наличии притока воздуха в лаву из выработан­ ного'пространства (рис. 15, а).

Рис.14.Схемы проветривания выемочных участков

52

Puc.l5 .Схемы течения'воздуха в вы­

ное количество воздуха, проходящего через поперечное сечение ла­ вы (схема 6).

Возможны три режима движения утечек воздуха в выработанном пространстве: ламинарный, Турбулентный и промежуточный. Режим дви­ жения характеризуется показателем степени п в законе сопротивле­ ния движению воздуха в выработанном пространстве. Величина пока­

вают между собой количества воздуха и утечки на выемочном участ­ ке, в явном виде входит величина

П1 = 2/п,

которая для ламинарного режима движения утечек воздуха nj =2, для турбулентного nj =1, для промежуточного 2 <П] <1.

53

Эта величина для действующего участка определяется эксперимен­ тально по результатам измерения величин 0 Л и q при двух различ­ ных подачах воздуха на данный участок

намического сопротивления выработанного пространства к аэродинами­ ческому сопротивлению примыкающих к нему выработок (сек/м^); р - безразмерный коэффициент утечек того же физического смысла, что и величина к.

Формулы (. II, 69), ( II, 70) 'обратны' (по показателю) к режиму течения утечек.

При промежуточном режиме движения утечек

На формирование газового режима в лаве и на участке в целом большое влияние оказывают утечки воздуха из лавы в выработанное пространство и, наоборот, приток воздуха из выработанного простран­ ства в лаву.

В схеме 2 величина притока воздуха из выработанного простран­ ства в лаву характеризуется той долей i j, которую составляют эти притоки по отношению к общей величине утечек воздуха в выработан-

54

ное пространство на данном участке

^Л.В- Фл.Н

ветственно на входе в лаву ("низ") и на выходе из лавы ("верх"). Следует заметить, что коэффициент ij представляет собой также

долю метановыделения из выработанного пространства в лаву, т.е. он численно равен тому коэффициенту с, о котором идет речь в [ 17] при рассмотрении вопроса о дебите газа из выработанного пространст­ ва в лаву.

В тех случаях, когда имеют место утечки воздуха из лавы в вы­ работанное пространство (схема 3), для характеристики их величины служит коэффициент

Фл.н ~ ^л.в

(11,75)

При проветривании участка по схеме 5 практически все количество воздуха, подаваемого на участок, поступает в лаву, т.е. на входе в лаву через поперечное сечение выработки проходит количество возду­ ха Qy По длине лавы часть воздуха уходит в выработанное простран­ ство, вследствие чего из лавы выходит меньшее количество воздуха

0п.в<0лл-

Для оценки утечек воздуха из лавы в выработанное пространство в данном случае служит коэффициент

Для участков, проветривающихся по схеме 6, величина утечек воз­ духа из лавы в выработанное пространство характеризуется коэффи­ циентом

Qv-Ол. min

где 0 Л min “ минимальное количество воздуха в поперчном сечении лавы.

При квадратичном режиме движения воздуха в выработанном прост­ ранстве (п =2, nj =1) коэффициенты >3 и Ц сохраняют пос­ тоянное значение при любой подаче воздуха на участок: при линейном режиме (n = 1, nj =2) указанные величины изменяются с изменением количества воздуха, подаваемого на участок.

55

Газовая статика выемочных участков. В наиболее общем виде га­ зовая статика выемочного участка характеризуется тремя величинами

мосфере выработанного пространства с в>п .

Соотношение между указанными концентрациями могут быть полу­

В данном случае период стабилизации газового режима в вырабо­ танном пространстве заведомо больше периода стабилизации газового режима в вентиляционной струе в выработках, примыкающих к выра­ ботанному пространству.

Очевидно, что неравенство (И,78) имеет преобладающее значение среди прочих соотношений, так как в большинстве случаев выработан­ ное пространство является коллектором значительного количества га­ за, поступающего из пластов-спутников. Однако не исключены также и остальные случаи.

Более детальный анализ газовой статики имеет целью дать метод определения составляющих газового баланса выемочного участка и не­ которых характерных параметров (таких, как концентрация газа в выработанном прострастве, дебит газа в лаве) на основе простейших измерений величин расходов воздуха и концентраций газа в вентиля-

•ционной. струе, омывающей выемочный участок.

Как известно, в некоторых случаях для определения составляющих газового баланса выемочного участка используют результаты так на­ зываемых поперечных газовых съемок. Существует две разновидности интерпретации результатов поперечных газовых съемок. Однако осно­ вания обеих интепретаций не могут считаться бесспорными, кроме то­ го, сам метод поперечных съемок связан с трудоемкими измерениями расходов воздуха и концентраций газа в таком нерегулярном воздухо­ воде, каким является современная механизированная лава:

Сказанное определяет необходимость разработки такого метода раз­ деления составляющих газового баланса, который был бы связан с легко осуществимыми и немногочисленными измерениями расходов воз­ духа и концентраций газа в нескольких характерных пунктах по ходу вентиляционной струи.

56

Результаты анализа газовой статики служат также обшей методи­ ческой основой для воздушных и газовых съемок на выемочных участи ках, проветриваемых по схеме 1, 2, 3, 5 (см. рис. 14, 15).

Величина усредненной концентрации газа в атмосфере выработанно­

участок, в лаву и общие утечки воздуха в выработанное пространство;

При линейном законе сопротивления движению воздуха в выработан­ ном пространстве в формуле (И,84) необходимо заменить р на kQ.

В схеме 2 (см. рис. 15,а), при которой происходит приток некото­ рого количества воздуха из выработанного пространства в лаву, коли­ чество газа в исходящей вентиляционной струе участка может быть выражено формулой

57

Подставляя в формулу (11,86) вместо Я и "Св п их значения в соответствии с двумя последними формулами, получим

тогда, когда газ из выработанного пространства не поступает в лаву, количество газа G л и Gy можно определить непосредственно по кон­ центрациям газа в вентиляционной струе на выходе из лавы и в исхо­ дящей струе участка, используя формулы (11,83). При Ц =1 формула (11,88) приводит к неопределенности типа 0/0; это значит, что дан­ ный способ определения величины 'Gл неприменим в том случае, когда

где сл_в _ концентрация газа в струе на выходе из лавы.

58

С другой стороны, если обозначить через а ту долю газового де­ бита Gjj, • которая уходит из лавы в выработанное пространство вмес­ те с утечками воздуха в соотвествуюшем направлении, то очевидно

уходит в выработанное пространство вместе с утечками воздуха

i2 E

(И,91)

l_ i2(l_e)

Подставляя значение а из формулы (11,91) в формулу (11,89), на­ ходим выражение для определения дебита газа в лаве при движении воздуха на участке по схеме 3

т.е. дебит газа в лаве при проветривании участка по схеме 3 в слу­ чае незначительной величины утечек воздуха из лавы в выработанное пространство приближенно равен произведению количества воздуха, из­ меренного на входе в лаву (внизу лавы) на величину концентрации газа, измеренную на выходе из лавы (вверху лавы).

В схеме 3 количество газа, поступающего в исходящую струю участ­

ка,

59