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

Методика и последовательность операций преобразова­ ния в линейно-лучевую сеть коротко сводятся к следующе­ му:

1. В общей сети рассчитывается естественное распределе­ ние воздуха при произвольно принятом его количестве на входе. Выделяется участок, который необходимо преобразо­ вать.

2.Сеть преобразуемого участка заменяется многополюс­ ником, и определяется депрессия его сторон и дебиты связы­ вающих ветвей.

3.Многополюсник преобразуется в последовательно-па­ раллельное соединение с помощью изобар, проводимых через его полюсы.

4.На основании первого закона сетей определяются деби­ ты ветвей, эквивалентных параллельным соединениям.

5.Рассчитываются величины эквивалентных сопротивле­ ний линейно-лучевой сети. Преобразуемый участок заменя­ ется эквивалентной сетью (рис. 15).

ные схемы и тем самым добиться более полного соответствия рассчитанного распределения воздуха фактическому, а так­ же установить истинную величину потерь при данных пара­ метрах сети.

2.Линейно-лучевые сети замещения представляют собой более простой тип соединения, нежели многополюсники.

3.Методика упрощения сетей с помощью изобар в линей­ но-лучевые позволяет замещать вентиляционные схемы лю­ бой сложности, производить упрощение чисто аналитиче­ ским путем без использования моделирующих или вычисли­ тельных машин.

4.В результате преобразований и расчетов получаются непосредственно аэродинамические характеристики сети.

6 - 7 4

Г л а в а 5

УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ СХЕМ ПРОВЕТРИВАНИЯ ОЧИСТНЫХ БЛОКОВ*

Нами было показано, насколько трудную задачу пред­ ставляет собой расчет сложных вентиляционных сетей. Раз­ работанный авторами метод упрощения в линейно-лучевые сети замещения намного расширяет возможности решения сложных задач на аналоговых приборах и ЭВМ. Но в этом случае серьезное значение приобретает методика выбора упрощаемых участков сети, поскольку от них зависит кон­ фигурация преобразованной сети. Основными положениями, как и при секционировании, должно являться минимальное количество ветвей, связывающих упрощаемый участок с остальной сетью, и простота получаемой после преобразова­ ния участков эквивалентной сети.

В плане этих требований и рассматривались реальные схемы проветривания ряда рудников Казахстана с точки зре­ ния связи отдельных их участков с общей вентиляционной сетью. При этом учитывались не все связывающие ветви, а лишь те, дебиты которых были сравнимы с общим дебитом выделяемого участка. За критерий исключения • ветви был принят показатель (4.13) для секционирования схем. При формировании общей схемы вентиляции объекта схемы про­ ветривания очистных блоков могут включаться в какой-либо из выделенных участков или представлять ее самостоятель­ ную часть. Поскольку очистной блок — основная технологи­ ческая единица и потребитель воздуха, то в первую очередь именно в нем необходимо добиваться осуществления задан­ ного распределения. Так к а к схемы вентиляции блоков отно­ сительно сложны, то наряду с совершенствованием этих схем желательно иметь простые зависимости, позволяющие вы­ полнить это 'без расчета сети в целом.

* Глава н а п и с а н а В. Ф. Слепых, Е. В. В я з н и к о в ц е в ы м и Б. А . Ж и л - кибаевым .

82

С точки зрения вентиляции и технологии лучшей являет­ ся схема, не имеющая ни одного регулятора со стороны воздухоподающих выработок. Но это накладывает определенные ограничения на конструкцию очистных блоков. Поэтому поиск и выбор таких схем — одна из серьезных задач венти­ ляции и технологии.

Степень связности участков вентиляционной сети

Анализ вентиляционных сетей рудников по степени связ­ ности показывает, что в любой из них можно выделить ряд участков, связанных с остальной схемой небольшим коли­ чеством ветвей. Прежде всего к таким участкам относится сеть очистных блоков или панелей. Рассматривая схемы их проветривания для систем разработок, применяемых на руд­ никах Джезказгана, Миргалимсая, Зыряновска, Белоусовки, Текели, можно установить, что при большом общем количе­ стве ветвей (достигающих восьмидесяти) число связывающих ветвей не превышает четырех [6, 75.] В случае последователь­ ного проветривания блоков (рудник Белоусовка) эта величи­ на достигает шести-восьми ветвей.

Упрощение рассчитанных схем приведенным методом позволяет заменять их эквивалентной линейно-лучевой сетью с числом ветвей не более пяти. Расчет должен сразу произво­ диться на регулирование, т. е. исходить из условия обеспече­ ния места ведения работ потребным количеством воздуха. Тогда параметры эквивалентной сети определяются с учетом установки в полной схеме изолирующих и регулирующих вентиляционных сооружений.

У очистных участков сеть в большинстве своем также обо­ соблена от общей сети рудника, так как участки размещают­ ся в отдельных крыльях горизонтов (Джезказган, панельностолбовая система разработки). В общем случае очистные участки включают несколько блоков, располагающихся на горизонте один за другим. Число связей их с общей сетью зависит от способа подготовки и составляет от четырех до восьми.

Если учесть, что на горизонте преобладает один тип сис­ темы разработки, то расчет распределения воздуха между блоками можно вести и для нескольких последовательно рас­ положенных участков. Очистные участки для расчета сети выделяются по чисто вентиляционным признакам: способу подачи и выдачи воздуха, распределению его между очист­ ными блоками и т. д., то есть от конструкции вентиляцион­ ной сети в целом. Первостепенное значение имеет обособлен­ ность участков, что характерно для отработок отдельных

83

залежей. Как видно, эта часть сети хорошо выделяется из общей.

Рассчитав распределение между очистными блоками, представленными эквивалентными схемами, сеть очистного участка можно также упростить до элементарной линейнолучевой. Важно предусмотреть, чтобы регулирующие вентиляционные сооружения располагались в ветвях, связы­ вающих очистные блоки с общей сетью участка. Тогда пара­ метры эквивалентной и, следовательно, полной сети сохра­ няются неизменными. Практически это означает, что при регулировании необходимо добиваться в связывающих вет­ вях дебитов, установленных расчетом полной сети. Парамет­ ры ветвей, соединяющих полюсы, должны оставаться по­ стоянными. В противном случае необходим перерасчет сети очистного блока.

Упростив сеть вентиляционного участка приведенным ме­ тодом, можно перейти к расчету следующей части — венти­ ляционной сети горизонта. В этом случае рассчитывается распределение воздуха и определяются параметры регули­ рующих вентиляционных сооружений, устанавливаемых на связывающих ветвях между очистными участками.

Поскольку каждый участок может иметь свой обособлен­ ный вход и выход, то число связей в этом случае равно удво­ енному числу участков. При последовательном расположе­ нии участков число связывающих ветвей сокращается, так как для этих условий ветви, подающие и выдающие воздух, общие для всех. По данным анализа сетей названных рудни­ ков, наибольшее число связей не превышает шести—восьми. После упрощения этой части сети практически получается эквивалентная сеть горизонта.

В заключение рассчитывается распределение воздуха между рабочими горизонтами. Количество связывающих вет­ вей при этом равно числу рабочих горизонтов, которое на указанных рудниках не превышает шести. При современной тенденции к концентрации работ число их не будет увеличи­ ваться.

Таким образом, полные схемы проветривания рудников можно разделить на сети:

1)очистного блока;

2)очистного участка, представленную эквивалентными схемами очистных блоков ;

3)рабочего горизонта, состоящую из эквивалентных схем очистных участков;

4)общешахтную, представляющую суммарно эквивалент­ ную схему рабочих горизонтов.

Такое разделение и возможность упрощения подтверж­ даются анализом схем проветривания Джезказганских, Мир-

84

Таблица 7

Р у д н и к

галимсайских и Зыряновских рудников (табл. 7), а также работами [76—78]. По выделенным участкам сети и должно производиться упрощение. Отсюда вытекает также основное руководство построения схем проветривания для возможнос­ ти проведения анализа и установления числа упрощаемых участков: необходимо, чтобы участки хорошо выделялись в общей сети. Поэтому рекомендуется изображать их в виде замкнутых контуров, в которых внутренняя сеть является сетью участка, а ветви, связывающиеся с остальной схемой, соединены во внешних его вершинах. Поскольку основные связи находятся в воздухоподающей части сети или в сбо­ рочной вентиляционной, то их надо принимать в качестве маршрутов, оконтуривающих указанные части сети. Иначе, ветви одного из маршрутов внешнего контура представляют собой воздухоподающую часть сети, т. е. выработки откаточ­ ного горизонта или основные воздухораздающие очистных блоков. Другой оконтуривающий маршрут представлен вы­ работками сборочного вентиляционного горизонта блока, участка или горизонта в целом.

в сеть горизонта и связывающих горизонты ветвей (восстаю­ щих, стволов или эквивалентных 'очистных блоков, участ­ ков). Это дает возможность по графу сети провести анализ

идать предварительное заключение о распределении воздуха

иустойчивости режимов проветривания в какой-либо части или в целом по схеме.

Пример разделения сетей и методики их построения пока­ зан на простой схеме шахты 55 Западно-Джезказганского рудника (рис. 1, а), содержащей 162 ветви. В схеме участки сети с внешними узлами 3, 23, 27, 34, 84; 499, 513, 521 и 1, 7, 12, 25, 26 представляют собой горизонты соответственно 300, 260 и 180 м.

По каждому горизонту очень хорошо выделяются очист­ ные участки или панели. Так, по горизонту 300 м часть сети, заключенная внутри многополюсника с внешними вершина­ ми 6, 7, 10, 131, 132, представляет собственно очистной учас­ ток. В сети горизонта 260 м три очистные панели, имеющие связь с общей схемой в трех вершинах (501, 502, 504; 505, 507, 508 и 501—503), могут быть преобразованы в звезду, а в целом горизонт в общей сети представляет собой отдельную ветвь. Поскольку горизонт 180 м сборочный, то сеть его прос­ та и легко преобразуется в шестилучевую систему.

После замены линейно-лучевыми схемами выделенных участков общая сеть получается простой и легко поддающей­ ся расчету (рис. 16). Как видно, преобразование и исключе­ ние по критерию (4.13) ветвей утечек приводят схему к трем

87

простым контурам, связанным лишь по воздухоподающим ветвям, рассчитать распределение воздуха между которыми уже не представляет труда.

Р и с . 16. У п р о щ е н н а я с х е м а проветривания ш а х т ы 55 Д Г М К . Ц и ф р ы — номера узлов .

Если первоначально в соответствии с изложенным рас­ считать распределение воздуха в очистных блоках, то весь последующий расчет с использованием указанного преобра­ зования сводится к расчету эквивалентных схем. Первона­ чальный расчет сети блока лучше выполнять из условия обеспечения очистных ветвей потребным количеством возду­ ха, т. е. на регулирование. Тогда параметры преобразованной сети будут представлять полную схему с заданным распреде­ лением. При сохранении дебитов связывающих ветвей и пере­ падов давлений в линейной части системы постоянными распределение воздуха в ней сохранится неизменным. По­ следующий расчет по обеспечению потребным количеством воздуха очистных блоков на участках или в сети в целом должен проводиться с учетом приведенного выше условия. Таким образом, ступенчатый расчет необходимо вести от частного к общему. Переход должен осуществляться без из­ менения параметров в рассчитанной сети.

Порядок, основанный на разделении сетей по указанным категориям, позволяет заменить расчет любой сложной сис­ темы рядом расчетов более простых схем. Причем во всех случаях, кроме первого этапа, рассчитываются преобразован­ ные эквивалентные сети. В связи с этим были рассмотрены схемы проветривания очистных блоков при системах разра­ ботки, применяющихся на указанных и ряде других рудни­ ков Казахстана.

88

Выбор типа и места размещения вентиляционного сооружения в рудничной сети

Анализ установленных значений аэродинамических со­ противлений вентиляционных сооружений (см. табл. 4) по­ казывает, что при допустимой величине утечек воздуха пере­ пад давления через них колеблется в пределах от 0,03 до 2500 кг/м2. Малые значения относятся к простым типам со­ оружений. Очевидно, каждый тип можно рационально использовать только на определенных участках шахтной вен­ тиляционной сети, перепад давления в которых не превышает максимально допустимого значения. Следовательно, для пра­ вильного выбора типа изолирующего вентиляционного соору­ жения необходимо знать величину депрессии в месте его установки, что возможно при известных аэродинамических параметрах всех ветвей сети, т. е. после депрессионной съем­ ки или полного расчета распределения воздуха в схеме про­ ветривания. Но при выполнении расчетов для включения в сеть ветвей утечек через изолирующие вентиляционные со­ оружения необходимо знать их сопротивления, т. е. заранее выбрать тип и аэродинамическую характеристику соору­ жения.

Для предварительного выбора типа вентиляционного со­ оружения без расчета сети необходимо установить :

1)определенную иерархическую значимость горных вы­ работок в общей вентиляционной сети, средние и максималь­ ные величины депрессий для каждой группы;

2)для каждого типа вентиляционных сооружений или их групп граничные условия работы по перепадам давлений.

Значимость выработки в системе определяется местом ее размещения в общей сети и аэродинамическими параметра­ ми [77]. Следовательно, выделенные по степени связности участки сети (табл. 7) одновременно будут характеризовать их место в иерархической системе. Для удобства анализа се­ ти участки и граничные значения аэродинамических пара­ метров выработок рассмотрены в порядке от пунктов подачи

ивыдачи воздуха к местам ведения работ.

Четвертая группа в таблице представляет выработки, по которым подается или выдается все количество воздуха гори­ зонта или шахты. К таким основным вентиляционным магистралям можно отнести воздухоподающие и вентиляци­ онные стволы и квершлаги рабочих горизонтов. При фланго­ вой схеме проветривания сюда включаются откаточные штреки, подающие на горизонт основное количество воздуха.

Изолирующие вентиляционные сооружения в районе дан­ ного типа выработок (на путях коротких токов от воздухоподающего ствола к вентиляционному) находятся под большим

89

перепадом давления. Величина его может равняться депрес­ сии горизонта или шахты. Воздух от квершлагов доставляет­ ся к очистным участкам по основным откаточным выработ­ кам. Дебиты воздуха в них меньше текущего по основным вентиляционным и соответствуют суммарным потребностям обеспечиваемых ими участков. Эта группа выработок обра­ зует сеть горизонта и относится к основным распределитель­ ным ветвям ( I I I группа). Изоляции подлежат выработки, за­ корачивающие свежую и отработанную струи внутри участ­ ка или смежных очистных. Депрессии вентсооружений опре­ деляются депрессией очистных участков.

В районе очистных участков воздух распределяется по блокам, в которые он поступает по вентиляционным восста­ ющим и непосредственно в очистные выработки (табл;. 7, группа I I ) . Здесь, как и ранее, происходит деление струи на ряд маломощных по дебиту струй. Поскольку протяженность выработок в этом районе, как правило, невелика, значитель­ но меньше и перепад давления на этих участках вентиляци­ онной сети. Депрессия на изолирующих сооружениях данно­ го участка сети соответствует депрессии очистного блока, а в отдельных случаях может приближаться к полной величине по участку. Данный тип выработок представлен в основном откаточными (полевыми и рудными) и транспортными штре­ ками панелей. Свежий воздух, поступающий с откаточных штреков в блоки, распределяется по очистным выработкам. Отработанный выдается на сборочные вентиляционные выра­ ботки блока или участка.

В районе очистного блока (табл. 7, I группа) утечки про­ исходят из очистных выработок на сборочные вентиляцион­ ные или в выработки смежного блока. Дебиты и депрессии всех ветвей этой сети в большинстве своем невелики, перепа­ ды давлений через изолирующие сооружения не превышают депрессии отдельного очистного блока.

Типизацию сети выработок рудника по величинам деп­ рессий можно представить в следующем виде :

1)выработки сети блока: вентиляционные восстающие, скреперные панельные и буровые штреки, дучки и т. д. ;

2)воздухораздающие выработки очистного участка, рас­ пределяющие воздух по блокам : откаточные штреки и орты, транспортные или панельные штреки ;

3)базисные воздухораспределяющие выработки, подводя­ щие свежий воздух к очистным участкам : штреки на участ­ ках между сопряжением с квершлагами и первым действуюющим очистным блоком;

4)вентиляционные магистрали, по которым проходит основное количество воздуха на горизонте или по шахте: стволы, квершлаги или штреки.

90