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

По результатам исследований [53—55] получены зависи­ мости, позволяющие вычислить коэффициенты k и I для сме­ си при известных их величинах для каждого класса кусков в отдельности. Кроме того, что самое важное, получены соот­ ношения между теми же характеристиками пористой среды, которые выражаются однозначными функциями (от средне­ го размера куска) [53] :

Несколько другие зависимости получены для условий рудника Текели с мелкошпуровой отбойкой в камерах [56] :

где m, п , N — экспериментальные константы, равные соот­ ветственно 836,7 ; 178,4 и 3 • 10"8 .

Однако и в этих условиях показатель степени близок к двум.

Аэродинамические характеристики вентиляционных перемычек

Общепринято, что тело перемычек практически воздухо­ непроницаемо, и основное просачивание воздуха происходит через неплотности, расположенные по их периметру.

Величина сопротивления определяется на основании за­ висимости, предложенной И. И. Медведевым и М. А. Патру­

41

Зависимость (3.13), выраженная через сопротивление, имеет вид

Последние будут отличаться от сечения выработок на вели­ чину вруба.

Большинство исследователей, изучавших утечки [3, 15, 16, 43, 44, 49, 57], считают, что по аналогии с угольными месторождениями на рудниках в местах установки перемы­ чек необходим кольцевой вруб по всему периметру. В отдель­ ных случаях для насыпных перемычек рекомендуется вруб только по кровле [17]. Однако применительно к рудникам при наиболее распространенной крепости пород /=12—16 выполнить узкий кольцевой вруб трудно. Практически вруб получается трапециедалвного сечения при ширине по 'бор­ там выработки 1,5—2,0 м. Это приводит к увеличению сече­ ния (следовательно, и периметра), что в (конечном итоге вы­ зывает увеличение потерь воздуха. Для количественной оцен­

42

30 см. Тогда S2 = 1,44с2 и Р 2 = 4,8а. При всех прочих равных условиях соотношение сопротивлений перемычки с врубом

кбезврубовой будет равно

рък% а 2 - 1 6

рудниках необходимо только в сильно трещиноватых поро­ дах. В остальных случаях, как это применяется на практике упомянутых рудников, можно устанавливать перемычки без вруба. Такой вывод получен и в результате производствен­ ных исследований ЛГИ на рудниках Заполярный и Расвумчор [50].

В соответствии с изложенным ниже рассматриваются безврубовые перемычки, но с тщательной промазкой по пе­ риметру. Одной из основных характеристик при установле­ нии аэродинамических сопротивлений ветвей является коэф­ фициент воздухопроницаемости kp, определяемый экспери­ ментальным путем. IB настоящее время значения его полу­ чены практически для всех типов вентиляционных перемы­ чек [3, 4, 15—17, 44, 46—48, 50]. Однако величины kp опре­ делены лишь применительно к конкретным условиям рудни­ ков или бассейнов, а нормативы установлены в основном для угольных шахт Донбасса, каменно-соляных и железных руд­ ников (табл. 3).

ходят в основном по ее периметру [3, 4, 17, 44, 49], величина которого находится в прямой зависимости от формы попереч­ ного сечения выработки и шероховатости (в случае ее высо­ кой степени). При существующих на указанных рудниках способах проходки выработок с использованием в некоторых случаях скважин малого диаметра и новых ВВ с повышен­ ной работоспособностью и бризантностью . общее число шпу­ ров на забой, особенно оконтуривающих, снижается. Это приводит к увеличению размеров выступов по бортам и кров­ ле выработки, увеличению фактического значения периметра перемычки, что не позволяет добиться при ее возведении над-

43

л и с т о в ы м ж е л е з о м

лежащей герметизации по контакту с боковыми породами. Вероятно, способ проходки совместно с горно-геологической характеристикой руд и пород, влияет также и на правиль­ ность формы поперечного сечения выработок.

Некоторой косвенной характеристикой степени шерохова­ тости может служить коэффициент аэродинамического со­ противления незакрепленных выработок. Сравнение приве­ денных значений (см. табл. 2) с известным для других руд­ ных и угольных бассейнов [4, 12, 13] показывает, что в сред­ нем величина их отношений составляет для каменно-соляных рудников па,і =1,8—2,1 и угольных шахт7га ,2 =2,0—4,2.

Отношения лучших из полученных значений kp к реко­ мендованным для указанных предприятий равны соответст­ венно Пк.р.і = 2,0-4-4,0 и nk,p,2= 2,0—6,0. Как видно, Па,і и Пк,р, h особенно в нижних пределах, равны между собой.

Таким образом, величина потерь через перемычку зави­ сит не только от качества исполнения, но и технологических и горнотехнических факторов. В то же время принимать в расчетах фактические значения kp означало бы заранее за­ кладывать значительные потери в существующих и прогно­ зируемых вентиляционных сетях. В связи с этим макси­ мально допустимые значения коэффициента воздухопрони­ цаемости устанавливались по совокупности фактических и достигнутых на других предприятиях значений.

Рекомендуемые нами для рудников Казахстана величи­ ны kp ниже фактических, но выше регламентированных для Донбасса и каменно-соляных рудников примерно на величи­ ну Па (табл. 3,4). Практика показала, что величина их вполне

.достижима.

Очень хорошие результаты по снижению воздухопрони­ цаемости дает покрытие перемычек пленками, пластмассами и различными эмульсиями. Такие покрытия используются в горной промышленности США [44, 58—69], 'Англии, ФРГ и Японии [59, 61] и позволяют снизить потери в 7—50 раз [59, 62].

В отечественной практике для покрытия перемычек ис­ пользуются силикатно-коллоидные растворы [63], латексные эмульсии [64, 65], а также различные виды самоклеющихся пленок [27]. Исследования показали, что при депрессиях от 1 до 20 кг/м2 воздухопроницаемость их понижается в 10— 30 раз [27, 64]. В соответствии с этим и определялись вели­ чины kp для перемычек с покрытиями.

Расчет аэродинамических сопротивлений перемычек вы­ полнен по зависимости (3.1) для наиболее распространенных на рудниках сечений в 5, 7—8 м2, а также для сечений 17,2— 19,7 м2, используемых на рудниках с самоходной техникой.

45

Поскольку перемычки любого типа могут быть как просты­ ми, так и с покрытием, то сопротивления определены для каждого типа отдельно (ом. табл. 4).

Изоляция рудоспусков

Исключительно большое значение для рудников имеет изоляция неработающих и эксплуатируемых рудоспусков, поскольку число их велико и при небольших потерях через один рудоспуск суммарная величина утечек значительна. В качестве изоляторов можно использовать все указанные вы­ ше типы перемычек при установке их на уровне откаточного штрека и на рудном горизонте [43]. Особенно хорошие ре­ зультаты дает изоляция нерабочих рудоспусков с помощьюбетонных перемычек или любых других с покрытиями. При таком количестве подобная изоляция невыгодна экономиче­ ски, поэтому чаще на практике прибегают к простой засыпке рудоспусков породной мелочью по окончании работ ів камере или блоке. Осуществляемая на Джезказганских и Миргалимсайских рудниках изоляция, подобно 'каменно-соляным руд­ никам [17], выполняется перекрытием на уровне почвы па­ нельного (рудного) штрека с последующей засыпкой пород­ ной мелочью на высоту до 50 см или выпускного отверстия на уровне откаточного штрека с последующей частичной или полной засыпкой породной мелочью для рудоспусков и с за­ сыпкой на 3—5 м для разрезных восстающих.

Обследование показало, что наиболее распространенным типом изоляции рудоспусков и разрезных восстающих явля­ ется перекрытие дощатой перемычкой на уровне откаточно­ го штрека с частичной засыпкой. Однако в этом случае наб­ людаются большие потери воздуха. Так, на шахте № 51 по

6 м3/сек. На Миргалимсайском руднике по седьмому горизон­ ту Сонкульсайского блока потери на три отработанных блока (7 рудоспусков и 7 разрезных восстающих) составили 15,8 м3/сек. Аэродинамически сопротивления подобных пере­ крытий лежат в пределах от десятых долей до нескольких киломюрг. Лучшие значения получены для рудоспусков с полной засыпкой 27—32 кц. Аналогичные данные установ­ лены для рудоспусков, засыпанных мелочью на каменносоляных рудниках [17].

Устанавливая аэродинамическое сопротивление рудо­ спусков, заполненных породной мелочью, важно точно опре­ делить закон движения воздуха. Как было показано, наибо­ лее полно просачивание воздуха через кусковатую руду отражает двучленная форма закона сопротивления (3.2). В

46

КоПсЪгЪіТТТТТОТТТ МПКПОІПЙПОХОППТОПТІГ. л/.

соответствии с уравнениями (3.7), (3.8) и (3.9) для условий рудников цветной металлургии при среднем диаметре кус­ ков 15—60 мм, высоте и площади фильтрационного слоя, равных единичным значениям, зависимость (3.2) принимает вид:

Вычисленные по (3.10) и (3.11) значения линейных и квад­ ратичных составляющих уравнения (3.2) для условий руд­ ников при тех же средних значениях диаметров кусков при­ водят это уравнение к виду

Как видно, при переходе к большим диаметрам кусков руды движение воздуха через них приближается к квадра­ тичному закону. По зависимостям (3.21) и (3.19) показатель степени одночленной формулы при прососах 0,3—2,0 м3/сек колеблется в пределах 1,72—2,0, а по зависимости (3.18) и (3.20) — 1,94—2,0.

В соответствии с изложенным полное сопротивление по­ ристой среды можно определить одной формулой (3.4).

Вентиляционные двери и шлюзы

Поскольку доля утечек воздуха через перемычку незна­ чительна, при рассмотрении аэродинамических параметров вентиляционных дверей все потери его относят к площади двери. Аэродинамическое сопротивление в этом случае подсчитывается по формуле [17] -

Ä B 2 S 2 '

где /гв — коэффициент воздухопроницаемости двери, м3/сек- •кг °'5;

S — площадь двери, м2.

Деревянные вентиляционные двери. В зависимости от ка­ чества исполнения аэродинамическое сопротивление колеб­ лется от долей до сотен скиломюрг. Для шахт Донбасса оно составляет 3—1500 к\х,, калийных рудников 2—720 кц при коэффициенте воздухопроницаемости 0,03—0,05 м?/сек-кг 0 , 5 [17].

По нашим данным, сопротивление таких дверей состав­ ляет: на Джезказганских и Миргалимсайских рудниках у дверей без обшивки і? = 0,15—0,65 щі, kB= 0,65—0,31; с об­ шивкой прорезиненной тканью Д = 0,7—2,25 гец, kB— 0,3— —0,165; с обшивкой кровельным железом R = 5,0—5,6 щі, /е„ == 0,095; на руднике Текели Д = 0,10—2,0 щі, kB =0,15—

одинарную дверь с обшивкой железом или двойную с про­ кладкой между рядами досок толя (фанеры) с коэффициен­

навешивать резиновые фартуки. Коэффициент воздухопро­

пространены в рудничной практике двустворчатые двери с открыванием створок в разные стороны. Сопротивления их не превышают 1,0 к\.і и в среднем составляют 0,3—0,5 кц, чему соответствует /?в =0,3—0,25. По руднику Текели сопро­ тивление достигает 0,03—0,06 щі при kB = 1,30—0,87. Это объясняется низким качеством возведения и отсутствием уплотнения по периметру створок. Повысить их сопротивле­ ние можно резиновыми фартуками на створках или дверном проеме.

По почве выработки межрельсовому промежутку в месте установки двери необходимо делать порог до уровня створок. Такое исполнение дверей на Зыряновских рудниках дало kB =0,12 м3/сек-кг°-5. Основываясь на этих данных и учитывая возможность дальнейшего снижения утечек за

шлюзы из двух и более дверей. По данным [44], аэродинами­ ческое сопротивление шлюза из двух дверей увеличивается в 1,6—1,8 раза по сравнению с сопротивлением одной двери,

апри трех — в 1,9—2,7 раза.

Вобщем случае, используя зависимость по определению потерь воздуха через шлюз [17,44]

подстановкой значения депрессии можно получить

50