книги из ГПНТБ / Пак, В. В. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания

вания Q п ее полное давление Н определяются выражениями соот­ ветственно

Значительно сложнее расчет в случае нескольких вентиляторов (бустеров), установленных вразбежку. Следует заметить, что такая установка вентиляторов для газовых шахт запрещена ПБ, а для негазовых шахт применение бустеров иа трубопроводах большой протяженности не только возможно, но иногда и целесообразно.

Рис. 13. К расчету вентпляцпонпоп системы с нулевым подпором на входе бустеров

показана на рис. 13. На основании формулы (57) давление в трубо­ проводе за г-тым бустером равно

При этом характеристика вентилятора считается известной, величина Qt _ г известна из расчета на предыдущем шаге. Искомой величиной является расстояние между бустерами. По формуле

где

32 а /

d%$L ’ .

задавая различные значения Q, строят параболу в тех же масштабах по производительности и давлению, в каких построена характери­ стика вентилятора Н = Н (Q). Затем эту параболу (характеристику сети) вычерчивают на кальке, которую накладывают на характери­ стику вентилятора так, чтобы вершина параболы отсекала от оси

30

ординат отрезок —AQj_ г (рис. 14). Находят точку пересечения характеристик вентилятора и сети, откуда получают искомые вели­ чины hi и Qi- Длину участка lLтрубопровода между двумя бустерами определяют из формулы

<62>

которая является несколько иной записью выражения (32).

Величина утечек на рассматриваемом i-том участке трубопровода, очевидно, равна

2.Р а с ч е т в е н т и л я т о р о в

ряду с жестким, может быть использован и гибкий трубопровод, и, во-вторых, при этом исключается воз­

можность подсоса в трубопровод каких-либо вредных элементов (взрывных газов и др.) из выработки.

Распределение давления в трубопроводе для рассматриваемого случая приведено на рис. 15. Здесь также искомыми являются рас-

Рпс. 15. К расчету вентиляционной системы с поло­ жительным подпором на входе бустеров

стояния lt между бустерами, характеристики которых заданы. Вели­ чины Aht также задаются заранее, исходя из каких-либо сообра­ жений.

Как и ранее, по формуле (61) строят характеристику каждого i-того участка трубопровода, которую затем накладывают на харак­ теристику вентилятора (рис. 16) так, чтобы вершина параболы отсекала от оси ординат отрезок AQf_ 1 -(- Ah[ _ г

Находят точку пересечения характеристик вентилятора и сети, откуда определяют величины ht и Qr Длину рассматриваемого участка 1С определяют по формуле (62), а величину утечек на этом участке — по формуле (63).

31

Полагаем далее, что Ahi — Aht _ lt ц накладываем характери­ стику сети на характеристику вентилятора (рис. 18) так, чтобы

32

вершина параболы отсекала от оси ординат отрезок AQ\_1 — Ahr Определив точку пересечения характеристик вентилятора и воздухо­

Ра =“> IrTnr

3,982—1 = 5,36, Ph~ 2-1,38

а по формулам (58) и (59) определяем расход и давление вентилятора

Величина утечек воздуха из трубопровода составляет в этом случае AQ = = 11,94 — 3 = 8,94 м3/сек. Потребляемая вентилятором мощность равна N =

=101 кВт.

2.Рассмотрим второй вариант — систему с бустерами, имеющими на вх

нулевой подпор. В качестве бустеров принимаются вентиляторы ВМ-бм, аэро­ динамическая характеристика которых приведена на рис. 19.

По формуле (60) для первого участка трубопровода имеем

Задавая различные значения Q, с помощью последнего соотношения строим аэродинамическую характеристику первого участка сети. Затем находим рабо­ чую точку 1 первого бустера, которая характеризуется следующими парамет­ рами: = 7,2 мэ/сек; Я х = 222 кгс/м2; = 0,63; Nx = 24,9 кВт.

По формуле (62) определяем длину первого участка трубопровода

7,2

ii = 4,6-10-4 In =1900 м.

Далее рассчитываем второй участок трубопровода, для которого на осно­ вании предыдущего

h= 5,4 (<?2_ (?2) = 5,4 (£2 —7,22) = 5,4(22—280,

С помощью этого соотношения стропи характерпстпку второго участка и находим рабочую точку 2 второго бустера, которая характеризуется следу­

Общая длина обоих участков равна 2276 м, т. е. до полной длины трубо­ провода необходимо еще 724 м, а возможности вентилятора ВМ-бм исчерпаны.

3. Рассмотрим третий вариаит установки с использованием тех же вен ляторов ВМ-бм. Для первого бустера примем рабочий режим в точке 1 (см.

рис. 19) с параметрами: (Д = 6,65 м9/сек; Н1 = 190 кгс/м2; % = 0,7; N1 = = 17,7 кВт. Этому режиму соответствует длина первого участка трубопровода

W k T - B ‘ '

В качестве второго бустера используем агрегат из двух параллельно вклю­ ченных вентиляторов ВМ-бм, совместная аэродинамическая характеристика которых показана на рис. 20.

Для второго участка трубопровода имеем

h= 5,4 (<?2 —6,652) = 5,4@2—239.

Рабочий режим, отмеченный точкой 2, характеризуется следующими пара­ метрами: Q2 = 10 м3/сек; Н2 = 308 кгс/м2; т)2 = 0,75; N 2 = 40,2 кВт. Длина второго участка

34

Третпй бустер — также агрегат из двух параллельно включенных венти­ ляторов ВМ-бм. Для третьего участка трубопровода имеем

h= 5,4 (<?а —102) = 5,4(32—540.

Рабочий режим третьего бустера показан точкой 3 и характеризуется пара-

метрами: <33 = 11,94 мэ/сек; # 3 = 228 кгс/м2; г|3 = 0,75; N3 = 35,6 кВт.

Сравнение третьего и первого вариантов установки показывает, что при тех же утечках из трубопровода вариант с тремя бустерами, состоящими из пяти

вентиляторов ВМ-бм, обеспечивает меньшие энергетические затраты. Действи-

з

тельно, суммарная потребляемая мощность трех бустеров составляет N j=

i=i

= 17,7 + 40,2 + 35,6 = 93,5 кВт, что на 8% меньше, чем в случае вентилятора ВЦПД-8, несмотря на то, что последний имеет существенно более высокий к. и. д.

Если в первом варианте установки применить не вентилятор ВЦПД-8, трудно размещаемый под землей, а агрегат из шести вентиляторов ВМ-бм (две параллельные секции, содержащие по три последовательно включенные машины), то по сравнению с ним третий вариант установки будет иметь на один вентилятор меньше и потреблять электроэнергии на 20% меньше.

§ 6. Определение необходимого расхода воздуха у забоя

Необходимый расход воздуха у забоя Q0 определим для наиболее часто встречающегося случая прохождения подготовительных выра­ боток с помощью буровзрывных работ и проветривания их нагнета­ нием свежего воздуха по вентиляционным трубам в призабойное

пространство. При этом будем исходить из следующих допущений, впервые принятых в работе проф. В. Н. Воронина [9]:

а) из-за ограниченности объема зоны смешения F 0 = l 0S, рас­ положенной между забоем и концом трубопровода (рис. 21), и интен­ сивности перемешивания воздуха концентрация взрывных газов распределена равномерно по всей зоне смешения;

б) турбулентный режим движения воздуха на всем протяжении выработки является установившимся;

в) молекулярная диффузия газа (ввиду ее малости по сравнению с продольными деформационными скоростями потока в выработке) отсутствует;

г) поперечное сечение выработки в свету заменяем равновеликим круглым;

д) длина зоны смешения 10 равна расстоянию от конца трубо­

где с0 — начальная концентрация газа в зоне смешения; кт— коэф­ фициент турбулентной диффузии.

Скорость воздуха переменна по сечению и длине выработки

от шероховатости стенок выработки и определяемые, согласно

где а в — коэффициент аэродинамического сопротивления выработки; а г — статистическая постоянная, равная 0,0032—0,0038.

Вследствие этого элементарное сечение газовой волны при ее движении по выработке из цилиндрического деформируется в вытя-

из зоны смешения в момент времени tv

Рассмотрим влияние утечек воздуха из трубопровода на процесс разжижения взрывных газов при их движении по выработке. Для этого на расстоянии х от зоны смешения выделим элементарный объем Sdx, в который за единицу времени входит количество взрыв­

36

Подставляя в выражение (73) значение clt определяемое форму­ лой (68), с учетом величины t1, найденной из соотношения (72), получаем выражение для концентрации взрывных газов в сечении х — х в момент времени t в зависимости от радиуса г

составит

_ kiQot .

2з“ Т Г ’

Рис. 22. Распределение концентрации газа по длине газовой волны

На рис. 22 показано распределение величины сср по длине выра­ ботки в момент времени t, подсчитанное по формуле (75).

Заменяя интегральную показательную функцию Ei (z) ее асимп­ тотическим рядом

Е Ц * )-т (1+ -г + |г + -г г + ---)

и ограничиваясь тремя первыми членами разложения, получим

у

37

Из анализа выражения (76) следует, что при длине выработки х = = 100 м отбрасывание последнего члена в скобках приводит к за­ вышению величины Q0 не более чем на 4%, а при х = 1000 м — не более 1,5%, поэтому с достаточной для практики точностью можно написать

Полагая в последнем равенстве среднюю концентрацию сср, равной допустимой, и решая равенство относительно величины Q0, получаем

при pq <; 4 с достаточной для практики точностью можно заменить на

Уг — >/. • pq

В табл. 5 приведено сравнение величин у 1и у 2 и величина ошибки Д(?0 % при замене г/х на у а.

Заметим, что если в случае упрощения выражения (76) при х ^ ^ 100 м мы получали завышение величины Q0 до 4% , то при замене у г на у 2 (pq < 4 ) величина Q0 занижается не более чем£на 5% , т. е. ошибка расчета в какой-то степени компенсируется.

П р и м е р . Выработка сечением S = 10 м2 п длиной х = 1000 м провет­ ривается с помощью трубопровода диаметром dr = 0,6 м и коэффициентами а = 3-10-4 и к — 2-10"4. Начальная концентрация взрывных газов с0 = 1%,

38

допустимая сд = 0,008% . Расстояние от конца трубопровода до забоя 1а = 10 м. Время проветривания t = 1800 сек. Найти величину QB.

= 4,1 м3/сек для рассмотренных условий завышено примерно в 1,5— 2 раза. Это объясняется тем, что вывод формулы (78) основан на предположении постоянства суммарного количества взрывных газов в течение всего процесса проветривания. На самом деле это не так, поскольку при движении газовой волны по выработке происходит довольно интенсивное поглощение некоторых компонентов (в основ­ ном окислов азота) взрывных газов водой, окружающими породами, углем.

Известно, что скорость поглощения какого-либо вещества про-

порциональна его концентрации Зс = —Ас, где А — коэффициент

пропорциональности, величина которого применительно к рассма­ триваемым условиям составляет. 2-10“ 4—10“ 3, причем меньшее его значение соответствует сухим выработкам, а большее — выработкам

с учетом которой формула (78) запишется следующим образом:

<?о =

Если кроме естественной адсорбции взрывных газов применяются еще специальные меры по снижению их концентрации непосред­ ственно в зоне смешения, то необходимо в последнее соотношение ввести коэффициент кп < 1, после чего окончательно будем иметь

Рекомендации по выбору коэффициента кп будут даны в следузощем параграфе.

39