книги из ГПНТБ / Слепых, В. Ф. Прогнозный расчет вентиляционных систем рудников

где п — число параллельных ветвей в соединении ;

Rn — аэродинамическое сопротивление ветви, не входя­ щей в данное соединение, по отношению к которо­ му определены численные коэффициенты парал­ лельных ветвей.

Для систем с одним входом и одним выходом при извест­

Но депрессия участка равна сумме депрессий ветвей от входа

Поскольку все расчеты распределения воздуха в сети очистных блоков проводятся из условия обеспечения очист­ ных работ потребным количеством воздуха, то в качестве основных параметров лучше принимать дебит и сопротивле­ ние очистной ветви (q04, і2о ч ), т. е. в уравнениях (5.4—5.17) необходимо принять — -йоч

и îj = д о ч . Тогда численные коэффициенты позволяют сразу определить обеспеченность очистных работ потребным количеством воздуха, необходи­ мость увеличения или уменьшения его в определенных вет­ вях и значения добавочных сопротивлений регуляторов.

Во всех зависимостях множители при численных коэф­ фициентах одинаковы. Следовательно, расчет по распределе­ нию воздуха в сети может выполняться только по этим коэф­ фициентам. Так как целью расчетов является определение параметров регуляторов и по ним сечений регулирующих окон, то в последующем можно определять истинные аэро­ динамические сопротивления только этих величин, т. е. нет необходимости определять их для всех ветвей. Использова­ ние численных коэффициентов позволяет не только упрос­ тить расчеты, но и сократить объем вычислительных работ. Ѳто важно при выборе оптимальной схемы проветривания, когда приходится рассчитывать много различных вариантов.

Для пояснения рассмотрим конкретный пример. Необхо­ димо оценить схему проветривания для двух смежных бло­ ков, отрабатываемых системой горизонтальных слоев с закладкой (Белоусовский рудник). Воздух (рис. 17, а) с отка­ точного штрека (ветви 1—2 и 2—3) подается по вентиляци-

104

изоляции можно их исключить из схемы. Но и в этом случае она остается диагональной со встречным направлением дви­ жения воздуха в очистных ветвях (рис. 17, в). Для этой схе­ мы в соответствии с выделенными типами выработок, удель-

ными сопротивлениями и их длинами по зависимости (5.8) определены численные значения коэффициентов (см. табл. 8). С целью более глубокого анализа этот расчет сделан для на­ чальной и конечной стадий отработки блока.

105

По условиям работ в блоке необходимо, чтобы

Я.1 = іі = Я.Ч = Яя = Q W

Полученные данные позволяют сделать следующие вы­

воды :

1) естественное распределение воздуха не соответствует потребному, а по отдельным очистным ветвям составляет всего лишь 0,3—0,5 от необходимого количества;

2)количество воздуха по ветвям очистных работ практи­ чески не зависит от стадии отработки ;

3)с изменением стадии отработки полная депрессия сети

(5.6) изменяется от hH = 13,5 R04 %ч До hk = 28,3 R04 д о ч ,

т.е. более чем в два раза;

4)для обеспечения очистных работ потребным количест­ вом воздуха необходима установка трех регулирующих вен­ тиляционных сооружений ;

5)значение сопротивлений регуляторов по двум фланго­

вым восстающим для конечной стадии отработки возрастает по отношению к начальной в 4,5—8 раз; значение этой вели­ чины должно определяться и устанавливаться на регулято­ рах для каждой стадии отдельно.

Как видно по численным коэффициентам, при аэродина­ мических параметрах ветвей можно намного быстрее выпол­ нить анализ и установить величины, чем при расчетах по истинным значениям.

Совершенствование схем проветривания очистных блоков и участков

Рассматривая схемы проветривания очистных блоков и панелей [3, 4, 8, 17, 27, 75, 79], можно установить, что почти все они представляют собой сложные диагональные соедине­ ния. Это хорошо видно даже по упрощенным схемам, приве­ денным в таблице 10. Причем в диагональных ветвях рас­ полагаются в большинстве случаев ветви очистных работ, т. е. те, в которых необходимо обеспечить устойчивый режим проветривания. В то же время диагональные ветви обладают обратным свойством, поскольку режим движения воздуха в них во многом зависит от сопротивления оконтуривающих параллельных ветвей [ 1 , 2, 3, 4, 79]. Поэтому на практике часто наблюдается последовательное проветривание несколь­ ких очистных выработок и очистные работы очень трудно обеспечить потребным количеством воздуха. Основная слож­ ность заключается в выборе места установки регуляторов. Устанавливать их в оконтуривающих ветвях нежелательно, поскольку изменение сопротивления одного из них может вызвать значительное перераспределение воздуха во всех

106

ветвях сети. При установке непосредственно в диагоналях требуется значительно большая величина добавочных сопро­ тивлений. И кроме того, это не исключает сильного влияния каждого регулятора на дебиты во всех остальных ветвях сети [ 1 ] .

Сказанное относится к простым диагональным соедине­ ниям. В схемах с многократно пересекающимися диагоналя­ ми установить эту зависимость аналогично [1] пока не пред­ ставляется возможным. Однако практика расчетов показы­ вает, что в них степень влияния параметров диагоналей на смежные контуры сети велика и зависит от места размеще­ ния ее в общей сети.

Так как часто в иных ветвях устанавливать регуляторы нельзя, то обычно их размещают в диагональных и поэтому управлять схемами становится сложно.

Трудность управления обусловливается не только аэроди­ намическими параметрами регуляторов и влиянием на зна­ чительную часть сети, но и большим их числом. Для простых диагональных схем минимальное количество регуляторов лишь на единицу меньше числа диагональных ветвей. Обес­ печение заданного перераспределения воздуха потребует рас­ чета параметров всех регулирующих вентиляционных со­ оружений.

Усложнение схем проветривания блоков происходит в основном за счет большого числа ветвей утечек, составляю­ щих до 50% общего количества (табл. 9). Изоляция их позво­ ляет упростить схему, но, учитывая, что через любое венти­ ляционное сооружение происходят утечки (табл. 4) исклю­ чить из схемы все эти • ветви нельзя. Параметры сети, определенные без учета потерь, недействительны. Дополни­ тельно отметим, что при системах отработки с открытым выработанным пространством с применением самоходной техники требуется подача в одну панель большого количест­ ва воздуха (50—60 м3/сек).

Все это приводит к большим трудностям в организации надлежащего проветривания очистных работ и при оператив­ ном управлении распределением воздуха в них.

Основные недостатки схем проветривания отдельных и смежных очистных блоков следующие :

1) сложность схем проветривания, характеризующихся большим числом ветвей и преобладающим диагональным ти­ пом их соединения;

2)расположение ветвей очистных работ в сложносоставных многократно пересекающихся между собой диагональ­ ных ветвях ;

3)необходимость установки большого количества изоли­ рующих и регулирующих вентиляционных сооружений;

107

4) последовательное проветривание нескольких очистных выработок.

Для практики важно установить причины появления этих недостатков и выбрать пути их устранения. Анализируя с этой точки зрения схемы проветривания отдельных и смеж­

108

очистных ветвей не превышает половины от потребного. Для достижения потребного его значения при двух ветвях в диа­ гонали требуется установить три регулятора. Расчет схемы проветривания при отработке трех смежных блоков подтвер­ дил часто встречающееся на практике последовательное проветривание очистных выработок.

Из сказанного вытекает очень важный практический вы­ вод о том, что необходимо стремиться исключить очистные работы из диагональных ветвей путем аэродинамического разобщения. Это предотвращает отмеченные выше недо­ статки.

Для сокращения путей утечек в очистных блоках надо количество выработок, закорачивающих вентиляционную струю, свести к минимуму. Необходимый минимум устанав­ ливается при выборе схемы подготовки блока.

Оптимальные схемы проветривания очистных блоков находятся совместно с общей схемой участка. Даже идеаль­ ная по вентиляции схема блока, расположенная в диагональ­ ной ветви участка, не позволит создать устойчивого режима проветривания его в целом. Таким образом, при совершен­ ствовании схем вентиляции можно выделить два этапа: разработка оптимальных схем проветривания отдельных очистных блоков и выбор оптимальных схем для участка в целом.

По устойчивости режима и простоте управления провет­ риванием оптимальной будет схема при естественном распре­ делении воздуха, соответствующем необходимому. В такой сети отсутствуют регуляторы, а управление распределением осуществляется только на основных вентиляционных ма­ гистралях.

Обычно в очистные выработки блоков требуется подать одинаковое количество воздуха и, следовательно, на участке при едином типе системы разработки распределение воздуха между блоками должно быть также равномерным. Примени­ тельно к этому наилучшим вариантом схемы проветривания является схема с простым параллельным соединением при равном сопротивлении ветвей. При осуществлении схем на практике необходимо предусматривать, чтобы суммы сопро­ тивлений выработок по каждой ветви были равны между со­ бой. В наиболее простом случае параллельные ветви могут быть представлены однотипными выработками равного сече­ ния и протяженности.

Простое параллельное соединение можно получить в случае, когда на входе и выходе системы имеется по одной связи. Следовательно, при исполнении схемы в натуре очист­ ной блок должен иметь одну воздухоподающую и одну воздуховыдающую выработки. Это обусловливает получение

109

самой схемы, но не гарантирует необходимого равенства де­ битов параллельных ветвей. Таким образом, накладывается еще одно требование — равенство сопротивлений ветвей.

Разработать схему проветривания отдельного очистного блока, полностью удовлетворяющую изложенным требова­ ниям, нетрудно. Рассмотрим несколько примеров.

Существующая схема проветривания отдельной очистной панели при панельно-столбовой системе разработки (Джез­ казган) представляет собой параллельное соединение (табл. 10). Так как в один из маршрутов входит основной от­ каточный штрек (ветвь 2), то естественное распределение воздуха не будет соответствовать заданному. Для достиже­ ния заданного распределения в соответствии с установлен­ ным условием воздух необходимо подавать в панель по од­ ной ветви или, в более общем случае, — в один узел, распо­ ложенный по ее центру. Осуществить такую схему можно при проходке транспортных штреков панели из одного узла от основного воздухоподающего (рис. 19), иначе начальный

5

участок их до выхода к границе панели должен иметь Ѵ-об- разное расположение в плане. В этом случае сечения и дли­ ны выработок по маршрутам 1—4 и 1—7—6—4 равны, сле­ довательно, одинаковы и их сопротивления, что обеспечива­ ет требуемое аэродинамикой равенство дебитов очистных ветвей. Общий дебит регулируется на вентиляционном штре­ ке (ветвь 4—5). Недостатком схемы является значительное увеличение объёма подготовительных работ и затруднение работы транспорта.

У разновидности этой системы, применяемой на Миргалимсайском и Западном рудниках, схема также представля­ ет собой параллельное соединение. При надлежащей изоля­ ции путей утечек ветви 4, 6, 9 могут быть исключены из схе­ мы и тогда она изобразится одной ветвью.

Полная схема проветривания для отдельного очистного блока при отработке системой горизонтальных слоев с зак­ ладкой является сложной диагональной (рис. 18, б). Исклю­ чение утечек приводит к параллельному типу соединения (рис. 18 в), однако заданное распределение воздуха по ветвям очистных работ и в этом случае можно получить только с

110

помощью регуляторов, поскольку в один из маршрутов входит откаточный штрек. Во всех схемах проветривания блоков с участком откаточного штрека распределение воз­ духа по ветвям очистных работ зависит в основном от его дебита. Он определяется общим числом блоков, в которые подается воздух из данного штрека

В таких схемах естественное распределение воздуха прак­ тически никогда не будет равномерным, т. е. не будет соот­ ветствовать заданному, поскольку для его получения, как это следует из формулы (5.19), необходимо, чтобы

Условию (5.20) удовлетворяет схема, включающая две камеры, расположенные по обе стороны от центрального воздухоподающего восстающего (рис. 20 с, б), т. е. представ­ ляющая собой простое параллельное соединение.

Д ля систем с обрушением с ортовой подготовкой горизон­ тов скреперования простое параллельное соединение можно получить расположением горизонтов аналогично транспорт­ ным штрекам панели (рис. 19). Однако большое число гори­ зонтов вызывает значительное увеличение подготовительных

111

работ и приводит к серьезным затруднениям при эксплуата­ ции.

Как видно, поставленная задача при решении делится на две : а) топологическую — нахождение схемы с заранее за­ данным типом соединения ; б) аэродинамическую — получе­ ние аэродинамических сопротивлений ветвей сети. Но путь их осуществления один — через топологию. Как показыва­ ют ранее рассмотренные схемы, решение второй задачи воз­ можно через первую, но в натуре такое осуществление часто приводит к необоснованному росту объема дополнительных работ, а следовательно, и затрат в целом.

Имеются достаточно обоснованные предположения, что рассмотренное направление не позволит отыскать оптималь­ ное решение по указанным факторам. Кроме того, необходи­ мые аэродинамические параметры отдельных ветвей сети можно получить более простым путем — установкой регули­ рующих вентиляционных сооружений. Очевидно, при таком сочетании можно найти оптимальное решение задачи, т. е. установить, что может быть достигнуто за счет совершенст­ вования графа вентиляционной сети и что —за счет средств регулирования.

Установка отрицательных регуляторов вызывает некото­ рый рост расхода энергии на проветривание, но стоимость ее перекрывается существенным сокращением объема капи­ тальных затрат. Из этого следует очень важный методиче­ ский вывод: энергетические затраты на осуществление про­ ветривания не являются превалирующими при отыскании оптимальных параметров схем вентиляции.

Несомненно, что отдельные из перечисленных вопросы могут решаться только одним из ранее указанных путей. Так, устойчивый режим проветривания (исключение очист­

кам непосредственно друг против друга.

Осуществление указанных схем значительно проще, по­ скольку они не вызывают существенного изменения в спосо­ бах подготовки.

Применительно к очистной панели шахт Джезказгана наиболее эффективна схема с проветриванием призабойного

112

пространства уступа и верхней подсечки сквозной струей с подачей воздуха по одному из транспортных штреков (рис. 21). При хорошей изоляции ветви 3—4 схема становит­ ся простой параллельной. Единственный недостаток ее — челноковая откатка, которая все больше начинает приме­ няться на рудниках Джезказгана. В этом случае транспорт-

ный штрек (ветвь 3—4) может быть заменен вентиляцион­ ным, что позволяет уменьшить его сечение, а следовательно, и объем подготовительных работ более чем в два раза (с 16 до 7 м2).

Для горизонтов скреперования параллельную схему со­ единения выработок можно получить простым изменением мест подачи и выдачи воздуха (рис. 22). В натуре подачу воздуха с откаточного горизонта по восстающему и выдачу его лучше производить по центру блока или группы их (узлы 1 и 6). При этом условии величина сопротивления регулято­ ров в ветвях 1—6, 2—5, 3—4, 7—10 и 8—9 минимальная. Схема может иметь и фланговую подачу и выдачу воздуха (рис. 23). Тип соединения сохраняется и в этом случае, одна­ ко сопротивления регуляторов могут достигать значитель­ ных величин, поскольку депрессия маршрута через выработ­ ку, наиболее удаленную от места подачи воздуха (рис. 22, ветвь 3' и рис. 23, ветвь 6'), больше на разность квадратов числа выработок, заключенных между ними. Аналогичные