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

основную роль при оценке схем проветривания (разработан­ ных по положениям главы 5) и выборе оптимальной. Ска­ занное относится и к прогнозным схемам, поскольку к ним можно отнести практически все рассчитываемые сети.

2. Целенаправленное перераспределение воздуха по вы­ работкам — наиболее распространенный в практике тип за­ дачи. Действительно, ни в одной из существующих сетей рудников естественное распределение не соответствует по­ требному. Отсюда необходимость в определении таких пара­ метров ветвей сети, при которых все места ведения работ обеспечивались бы потребным количеством воздуха, причем при минимальных его потерях. В общем виде задача форму­ лируется как регулирование распределения воздуха в вен­ тиляционной сети. Реализация распределения возможна с помощью отрицательных и положительных регуляторов.

Распределение воздуха в сетях при решении первой груп­ пы задач определяется системой уравнений

2<Zi = 0,

(7.17)

Но при существующей сложности вентиляционных систем (см. табл. 1) число их может достигать нескольких сотен. Ре­ шение таких систем без вычислительных машин практически невозможно. Использование линеаризованных систем и ос­ нованного на них моделирующего прибора позволяет свести весь процесс к простым арифметическим расчетам и неслож­ ным действиям.

Все подготовительные операции для расчета на приборе подробно описаны ранее, поэтому ниже рассмотрим непо­ средственно методику работы на аналоге. Коротко она сво­ дится к следующему.

1.Для возможности расчета любой вентиляционной сети предварительно составляется ее аэродинамическая схема в соответствии с приведенными выше положениями. Посколь­ ку в большинстве случаев рассчитываются прогнозные схе­ мы, то возможны и некоторые их изменения. Но так как сеть рудника сильно менять нельзя, в основном это касается схем очистных блоков.

2.В окончательно установленной схеме распределяется воздух. Поскольку его расходы на данном этапе принимают­ ся приближенными, то распределение и увязку по первому закону сетей лучше начинать от очистных блоков, дебиты ко­ торых строго заданы. Распределение воздуха по ветвям отка­ точного и сборочного вентиляционного горизонтов, а также

154

по ветвям утечек осуществляется в соответствии с их сопро­ тивлениями и предложенными выше нормативами потерь (см. табл. 4).

3.Определяются величины аэродинамических сопротив­ лений ветвей исследуемой сети: при наличии данных прак­ тических измерений принимаются фактические, а при отсут­ ствии рассчитываются по коэффициенту аэродинамического сопротивления а.

4.По установленным значениям аэродинамических со­ противлений и приближенным значениям дебитов ветвей

рассчитываются их фиктивные сопротивления і? ф = 2І2; Ç;, ь Для простоты и удобства исходные и расчетные данные

помещаются в таблицу по предлагаемой форме 1.

5. Отыскиваются независимые контуры в схеме по пред­ ложенным выше правилам. Кроме того, при выборе дерева необходимо учитывать значимость ветвей, т. е. относятся ли они к основным откаточным, очистным или вспомогатель­ ным выработкам. Лучше всего, если в дерево входят основ­ ные выработки, представляющие собой транспортные и воз-

6. Для установленных независимых контуров в соответ­ ствии с депрессиями ветвей при произвольно принятых дебитах отыскиваются невязки депрессий. При подсчете невя­ зок особое внимание следует обращать на знаки депрессий отдельных ветвей. Условно принято обход всех независимых контуров вести по ходу часовой стрелки [71]. Тогда ветви, направление движения воздуха в которых совпадет с направ­ лением обхода, имеют положительную депрессию и берутся со знаком плюс, в противном случае — со знаком минус.

155

Рассчитанное значение невязок депрессий принимается со своими знаками, т. е. знак невязки соответствует знаку депрессии маршрута с наибольшей абсолютной величиной.

I

8. При необходимости в рассчитанные величины фиктив­ ных сопротивлений ветвей и невязок депрессий вводится масштаб, условия возможности и работы с которым освеще­ ны выше. В соответствии с принятыми значениями опреде­ ляются показатели электрических величин сопротивлений

вМегомах и напряжений в вольтах.

9.По принятым электрическим величинам сопротивле­ ния каждому номеру ветви схемы присваивается номер ли­ нейного элемента моделирующего прибора. Это выполняется для того, чтобы установить, какой линейный элемент пред­ ставляет ту или иную ветвь вентиляционной сети и в соответ­ ствии с 'этим ввести в него рассчитанные величины фиктив­ ных сопротивлений.

10.Вычерчивается монтажная схема, подобная вентиляцинной, на которой вместо номеров ветвей проставляются номера соответствующих им линейных элементов и указы­ вается направление движения тока (воздуха) в них. Чтобы указанные направления были сохранены, в собранной схеме начальные и конечные (по направлению движения воздуха) вершины ветвей обозначаются соответствующими значками. Кроме того, на монтажной схеме намечаются места включе­ ния источников напряжения с учетом полярности. Поляр­ ность включения источников определяется следующим образом.

При обходе замкнутого контура монтажной схемы по часовой стрелке первому встречному полюсу приписывается

156

знак, соответствующий знаку невязки депрессии данного контура. Местом их включения лучше выбирать независи­ мые ветви. Этот метод позволяет отказаться от перерасчета напряжения источников, необходимого при методе, рекомен­ дованном в работе [71]. Поскольку в каждый независимый контур входит один источник, то нет необходимости учиты­ вать их взаимное влияние. Как видно, рассчитанное для каждого источника с учетом принятого масштаба напряже­ ние и представляет невязку депрессии в данном контуре. Применение такого метода сокращает объем дополнительных вычислений и упрощает работу на приборе.

Аналогичным способом вводится величина естественной тяги, рассчитываемой любым из известных методов.

11. Составленная монтажная схема собирается на набор­ ной панели моделирующего прибора при помощи специаль­ ных монтажных проводов со штекерными вилками. При сборке схемы на приборе особое внимание необходимо уде­ лять порядку соединения ветвей в узлах. В каждом узле должны соединяться те начальные и конечные вершины вет­ вей, которые обозначены на монтажной схеме. Это и обеспе­ чивает получение поправок к дебитам ветвей с правильным знаком.

При сборке включаются источники в набираемую сеть. Поскольку выходы их выведены на ту же наборную панель, то включение осуществляется также с помощью монтажных проводов. В этом случае их необходимо включить в задан­ ную ветзь в соответствии с указанной полярностью.

12. После сборки схемы в соответствующие линейные эле­ менты вводятся сопротивления, вычисленные по форме 1, а на источниках устанавливается заданное значение напряже­ ний, определенное по форме 2.

Процесс введения сопротивлений заключается в следую­ щем. На магазине измерительного моста M (рис. 28) устанав­ ливается заданная для данного линейного элемента величи­ на электрического сопротивления. Номеронабирателем и соответствующим шаговым искателем сопротивление вклю­ чается в плечо моста Лх, после чего потенциометрами линей­ ных элементов с помощью гальванометра моделирующего прибора балансируется мост. Установка его на нуль озна­ чает, что сопротивление линейного элемента полностью соот­ ветствует заданному на магазине.

Необходимая величина напряжения источника устанав­ ливается двумя реостатами грубой и плавной настройки с помощью того же измерительного прибора.

13. Описанные выше операции, по существу, подготови­ тельные. После них проводится непосредственный замер то­ ков, проходящих по линейным элементам, путем включения

157

каждого из них в измерительную цепь с прибором 23. Заме­ ренным величинам приписывается знак, на который указы­ вает стрелка прибора (прибор с центральным нулем). Снятые величины в принятом масштабе и являются поправками к, приближенно заданным количествам воздуха в ветвях.

14. Полученные поправки со знаками вносят в графу 8 формы 1, а в графу 9 записывается новое распределение воз­ духа в сети.

15. Для проверки правильности выполненного расчета определяются величины депрессий ветвей (форма 1, гра­ фа 10) и вновь рассчитываются невязки депрессий по конту­ рам (форма 2, графа 10). Если полученные величины не пре­ вышают 10% от максимальной депрессии по одному из маршрутов (положительному или отрицательному) контура, расчет можно считать выполненным правильно. Если полу­ ченное расхождение больше 10%, необходимо произвести еще одно приближение, принимая за qi,o полученное значе­ ние Qi. 1.

Методика расчета с учетом вентиляторов незначительно отличается от приведенной. Отличия сводятся к следующему.

1. В контурах с источниками тяги невязка депрессии рас­ считывается с учетом последних

ляторами сопротивления определяются с учетом характерис­

Сущность решения задач по регулированию распределе­ ния воздуха в сети заключается во включении в ветви с изме-

158

няющимися сопротивлениями таких значений напряжения, при которых в принятом масштабе ?пд токи в заданных вет­ вях соответствовали бы требуемым поправкам Адг . Зная напряжение, обеспечивающее данное токораспределение, можно определить искомые поправки к сопротивлениям ветвей :

Конкретно решение на регулирование заключается в сле­ дующем.

Для сети с известным естественным распределением воз­ духа определяются величина и знак поправки по ветвям с заданными дебитами, которыми обычно являются очистные и подготовительные забои. Затем выбираются ветви, в кото­ рых должны устанавливаться регулирующие вентиляцион­ ные сооружения. При этом учитывается возможность уста­ новки их в выбранной ветви по технологическим факторам, возможность регулирования данным вентиляционным соору­ жением в определенной ветви, влияние на распределение в общей сети.

В соответствии с изложенным наилучшими местами для установки регуляторов являются: исходящие струи очист­ ных блоков или выработок, поскольку обычно эти выработ­ ки не предназначаются для транспорта и прохода людей и, кроме того, регуляторы в них слабо влияют на перераспреде­ ление воздуха в остальной сети; воздухоподающие выработ­ ки блоков, расположенные выше уровня откаточного гори­ зонта (эти места обладают всеми преимуществами указанных выше выработок, но в них можно устанавливать лишь регу­ ляторы типа дверных проемов, так как они используются для доставки технологического оборудования) и материалов вы­ работки сборочных вентиляционных горизонтов, позволяют устанавливать регуляторы любого типа, но в этом случае последние оказывают весьма существенное влияние на пере­ распределение воздуха в смежных с местом установки вы­ работках (выработки откаточных горизонтов).

Далее, в ветвях, соответствующих выбранным местам установки регулятора, включаются источники, с помощью ко­ торых добиваются необходимых поправок в заданных ветвях.

159

Такова в общем методика расчета вентиляционных сетей на моделирующем приборе ЭАВС-3.

Методика расчета сети при наличии малых

ибольших сопротивлений

Впредыдущей главе даны параметры прибора, полностью соответствующие вентиляционным сетям рудников, на ко­ торых применяются практически все типы систем разработ­ ки, встречающиеся на рудниках Казахстана. Это дает право считать, что параметры любой вентиляционной сети легко устанавливаются на его линейных элементах. Однако, как уже омечалось выше, совершенствование или внедрение но­ вых систем разработки, а также способов борьбы с загрязне­ нием рудничного воздуха может привести к еще большему разбросу расчетных параметров. Иначе рассчитываемые сети могут иметь еще меньшие или, наоборот, очень высокие ве­ личины фиктивных сопротивлений. Так обычно получается при включении в сеть ветвей утечек воздуха. В связи с тем, что непосредственная установка сопротивлений на линейных элементах прибора невозможна даже с использованием мас­ штабов (формула (7.12), ниже приводится метод расчета применительно к сетям с разбросанными параметрами.

Исходное положение методики заключается в сле­ дующем. Поскольку прямая установка малых величин Rф невозможна, необходимо искусственное повышение сопро­ тивления, что вводит в сеть дополнительно к невязке возму­ щение, которое необходимо компенсировать. Это осуществля­ ется источником тока, включаемым в данную ветвь с напря­ жением, равным искусственному приращению депрессии. Как видно, количество потребных источников в этом случае возрастает на число ветвей с подобными параметрами при­ мерно до 30 % • Этоне всегда возможно, так как число источ­ ников обычно ограничено.

Наилучшее решение, когда первоначальные сопротивле­ ния ветвей с малыми значениями Л ф увеличиваются по отношению к рассчитанным так, чтобы полная депрессия данной ветви (ft.s) составляла сумму депрессии ветви hi и невязки по контуру с данной ветвью A h }

Это равносильно перерасчету сопротивлений через извест­ ные, заранее заданные величины. Из соотношения (7.18) на­ ходим

160

С учетом полученного значения величина, соответствую­ щая омическому сопротивлению данной ветви, равна 2(Ri~{-ARi)qi. Если полученное значение і?ф меньше Дф, minf можно увеличить ARt. Но для простоты последующих рас­ четов желательно определять ДДг через арифметическую прогрессию, в которой первый член, а также разность равны Ahj, т. е. необходимое приращение депрессии составит

Обычно минимальное значение, которое можно устано­ вить на линейном элементе для данного прибора,— величина постоянная {2Rq)min = const и заранее заданная. Примени­ тельно к моделирующему прибору ЭАВС-3 Rф,ты = = 0,0001 кц • м3/сек. Отсюда

вается новая величина і? ф для данной ветви.

После сборки схемы с новыми параметрами для некото­ рых ветвей в последние включаются источники тока, кото­ рые должны снять внесенные в сеть искажения параметров и ввести в контур с данной ветвью рассчитанную величину невязки. Поскольку приращение депрессии за счет увеличе­ ния сопротивления (Айл ) равно или кратно невязке по кон­ туру, то в данную ветвь необходимо включить источник с

где га = 1, 2, 3... — натуральный ряд чисел.

Но при этом схема приводится только к первоначальному состоянию, т. е. в контуре все еще сохраняется невязка. Не­ обходимую компенсацию искусственного увеличения депрес­ сии и невязки по контуру можно осуществить одним источ­ ником — только в этом случае напряжение его будет равно

отличается от уже известного [71].

Рассмотренный метод может использоваться и для сни­

на приборе, но и использовать масштабы.

Изменение параметров сети и в данном случае учиты­ вается одним источником, напряжение которого определяет­

162

Таким образом, применение предлагаемой методики позволяет добиться возможности установки любых парамет­ ров схем проветривания, а также снизить значительный разброс по указанным величинам.

Методика упрощения и расчета схем проветривания с ветвями утечек

Методика упрощения треугольных соединений в звезду используется при преобразовании схем на моделирующем приборе. Число ветвей в них может быть практически неогра­ ниченно.

Поскольку вводимые в прибор величины сопротивлений ветвей і?ф= 2Ri qi, i-f- f'(qi, i) линейные, можно использовать метод преобразования треугольника в звезду, применяющий­ ся в электротехнике. Для определения параметров лучей эквивалентной звезды необходим предварительный расчет естественного распределения воздуха в сети с учетом уста­ навливаемых в ветвях утечек изолирующих вентиляционных сооружений. Рассчитанные по полученным значениям дебитов ветвей Л ф уже будут определять их истинные величины. В этом случае преобразуемое треугольное соединение

(рис. 30) и лучи звезды можно рассматривать как простое па­ раллельное соединение. В соответствии с этим

Решая полученную систему уравнений относительно ис­ комых величин сопротивлений лучей, получим

163