книги из ГПНТБ / Патрушев М.А. Проветривание высокомеханизированных лав

После подстановки в формулу (15) соответствующих величин из формул (17) и (18) находим расчетное зна­ чение утечек QyT.Pl , а по нему новое распределение воз­

духа на участке

Q 02 = 0 л .и (1 4 ^ут2 )» г д е ^ ут 2 = — О Pl ;

О д 2 О у ч 0 о 2

По формуле (14) определяем расчетную величину депрессии /iy4.Pl соответствующую новому распределению

воздуха на участке и т. д. Расчет повторяется до выпол­ нения условия

Ауч.р, = ^ уч.р(1 + 1)

Предлагаемый метод отличается быстрой сходимо­ стью результатов. Уже после первой итерации погреш­ ность расчетов не превышает ±18% (в среднем ±6% ). Для определения общей депрессии участка к расчетной ее величине необходимо прибавить потерю давления воздуха на участке выработки, расположенном за зоной активных утечек воздуха,

Рис. 11. Зависимость ко­ эффициента утечек воз­ духа к ут от депрессии участка /гуч:

1 —• 8-я западная «бис» ла­ ва шахты «Зуевская»; 2 —

восточная лава панели № 6 шахты им. Бажанова; 3 —

коренная западная «бис» ла­ ва шахты им. Калинина; 4 — 5-я западная лава шахты «Чайкино»

Из рис. 11 видно, что расчетные данные (сплошные линии) удовлетворительно согласуются с эксперимен­ тальными. '

31

Определение параметров фильтрации воздуха через выработанное пространство

Движение воздуха, по выработанному пространству можно отнести к фильтрации газа через пористую сре­ ду. Коэффициенты и параметры фильтрации разделя­ ются на следующие группы.

Параметры, характеризующие фильтрационные свой­ ства выработанного пространства:

kn — коэффициент проницаемости выработанного ■пространства, ж2;

V — коэффициент макрошероховатости среды, ж;

е — коэффициент пористости кускового материала.

Параметры, характеризующие состояние воздуха, движущегося через выработанное пространство:

р — плотность воздуха, кГ сек21мА; р. — вязкость воздуха, кГ сек/м2.

Параметры, характеризующие геометрию зоны уте­ чек воздуха через выработанное пространство:

F — площадь зоны фильтрации, ж2; L — длина зоны фильтрации, ж;

d3KB — эквивалентный диаметр зоны фильтрации, ж.

Параметры, характеризующие режим проветривания и горнотехнические условия выемочного участка:

йв.п — перепад давления воздуха через выработан­ ное пространство, мм вод. ст;

Qyx— величина утечек воздуха через выработан­ ное пространство, м3/сек.

Коэффициенты, характеризующие режим движения воздуха через выработанное пространство:

Re — число Рейнольдса;

/ — безразмерный коэффициент аэродинамического сопротивления выработанного пространства;

п — показатель режима движения воздуха через по­ ристую среду.

32

Параметры фильтрации находятся известными спосо­ бами -при известных геометрических размерах зоны филь­ трации [38]. Определять их необходимо для оценки ре­ жима движения воздуха в выработанном пространстве по числу Рейнольдса. При рассматриваемых схемах про­ ветривания площадь зоны фильтрации F и ее длина L не поддаются непосредственному измерению. Поэтому

не зависят от режима проветривания. Указанные допу­ щения естественны, так как при изменении режима про­ ветривания величины L ф и Fф, kn и V попарно увели­ чиваются или уменьшаются.

Тогда, имея три режима проветривания лавы и ис­ пользуя двучленную формулу закона сопротивления, можно записать:

( 20)

В систему (20) входит отношение которое пол­

ностью характеризует фильтрационные свойства вырабо-

Р = 0,0465 *°--К273’ кГ.

pi = 1,75-10-6(1 -0,00278^°), кГ. сек/м2.

Температуру воздуха принимаем равной температуре боковых пород на глубине разработки Н.

t° = 6,5 -j- 0,033-//, град.

Давление воздуха можно определить по формуле

Р = 730 + 0,095Я, мм вод. ст.

Перепад давления воздуха через выработанное про­ странство принимаем ориентировочно

Лв.п = - у Ал + Лв, мм вод., ст.,

где ft л и h в — депрессии лавы и вентиляционной выра­ ботки.

Решая систему уравнений (20), находим величину фиктивной площади зоны фильтрации Fф (знак «плюс» или «минус» принимается из условия Fф>0 ).

Фиктивную длину зоны фильтрации находим из вы­ ражения

f*QyT р

Q2ут

К

При вычислении Re и f, кроме указанных выше па­ раметров необходимо знать характерный размер пло-.

34

тайном пространстве. О. последнем можно судить так­ же по показателю

Но при определении режима движения воздуха по данным шахтных наблюдений неизбежный разброс их значений может привести к тому, что показатель п при­ мет значения <1 или >2. Поэтому целесообразно пока­ затель п определять графически.

Экспериментальное определение аэрогазодинамических параметров участка и закона фильтрации утечек воздуха через выработанное пространство

Аэро,газодинамические параметры участков опреде­ лялись по данным шахтных экспериментов при измене­ нии горно-геологических и горнотехнических условий в широком диапазоне. Шахтные исследования включали в себя два этапа.

На первом этапе определяли состояние проветрива­ ния участка, удельный вес источников выделения мета­ на, аэродинамическое сопротивление выработок, харак­ тер поступления газа из выработанного пространства в прилегающие к нему выработки, необходимое распре­ деление воздуха по участку по результатам длительных (до 3 суток) и кратковременных (односуточных) про­ дольных и поперечных газовоздушных, а также депрессионных съемок по существующим методикам.

На втором этапе изучали изменение аэродинамиче­ ских параметров участка при различных режимах про­ ветривания и переменных значениях аэродинамических сопротивлений элементов участка. Режим проветрива­ ния участка изменяли в нерабочий для шахты день пу­ тем регулирования аэродинамического сопротивления вентиляционных дверей, установки временных перемы­ чек, «парусов» на вентиляционных струях участка или закорачиванием одной из них. Замерные станции устра­ ивали на входе и выходе из лавы, в выработке с допол­ нительной струей воздуха, в начале и в конце вентиля­ ционной выработки.

36

Необходимые замеры производили при установив­ шемся режиме проветривания участка. Одновременно на всех замерных станциях каждые 10 мин замеряли рас­ ход воздуха, концентрацию метана, депрессию лавы,

Кроме того, в каждом режиме замеряли расход воздуха и содержание метана по длине вентиляционной выработки и лавы через 10— 20 м; концентрацию газа на границах вентиляционной выработки и лавы с вырабо­ танным пространством для определения содержания ме­ тана в утечках (иритечках) воздуха; скорости’ воздуха и концентрацию метана по всему рабочему пространст­ ву лавы, на участке длиной 5— 6 м от вентиляционной выработки; проводили в лаве поперечные газовоздуш­ ные съемки на расстоянии 5—10 и 20 м от исходящей струй воздуха.

Для изучения влияния типа изолятора вентиляцион­ ной выработки на аэродинамические параметры участ­ ка, аэродинамическое сопротивление его изменяли пу­ тем оставления окон в бутовых полосах, изменения ши­ рины бутовых полос, замены их кострами, кустоили бутокострами. О стабилизации газовой и воздушной об­ становки на участке судили по постоянству исследуемых параметров в течение минимум 2 час.

Аэродинамические параметры считали оптимальны­ ми, если обеспечивалось необходимое по газовыделению распределение воздуха на участке при к.п.д. дополни­ тельной струи свежего воздуха равном 1 , отсутствии ме­ стных скоплений метана и выносе его в очистной за­ бой, соблюдении требований ПБ по скорости движения воздуха в выработках.

К свободным параметрам, входящим в основные рас­ четные формулы (12) — (14), относятся следующие ко­ эффициенты: г0— характеризует конфузорность облас­ ти фильтрации воздуха через обрушенные породы выра­ ботанного пространства: а и А — опытные коэффициен­ ты, характеризующие аэродинамическое качество вые­ мочного участка; kBX.K — определяет количество воздуха, входящего в выработанное пространство на сопряжении очистного забоя б вентиляционной выработкой; т — учи-

37

ты.вает характер изменения удельных утечек воздуха по длине вентиляционной выработки.

Введение трех свободных параметров (г0, а и Л) в формулу (1 2 ) вызвано необходимостью учета наличия двух взаимодействующих потоков свежего воздуха на участке (Q0 и Qa) и получением конечного результата при решении уравнения (11). Значения их зависят от со­ противления горных выработок и фильтрационных свойств выработанного пространства, но не зависят от режима проветривания. Поэтому их нужно находить для каждой конкретной лавы при определенных величи­ нах указанных сопротивлений. Для этого строится кри­ вая изменения расхода воздуха по длине вентиляцион­ ной выработки и составляются три уравнения (1 2 ) при х=40-г60; 100-1-120; 150-Ы80 м, решение которых дает искомые величины. Например, для восточной лавы па­ нели № 6 шахты им. Бажанова

А — 8-10 4 м~3, а — 0,014 м~‘; г0 = 0,00516 м~}.

Однако, полученные таким образом значения А, а и г0 но вышеуказанным причинам нельзя распространить на другие лавы, с отличными от данных аэродинамиче­ скими характеристиками. В связи с этим для определе­ ния расхода воздуха Q(x) на расстоянии х от лавы рекомендуется упрощенная формула (1 2 ) с двумя сво­ бодными параметрами г0 и 1гт.к.

Для определения коэффициентов г0,у ,&вх.к и kyi были проведены многочисленные продольные газовоздушные съемки на 7 участках (по 25—50 съемок на лаву). Об­ щие сведения об участках приведены в табл. 10. Вари­ анты схем проветривания показаны на рис. 13, 14. Зна­ чения свободных коэффициентов приведены в табл. 7.

Анализ показал, что в условиях, когда проницае­ мость обрушенных пород примерно одинакова, величина коэффициента г0 зависит главным образом от типа Изо­ лятора. Как видно из табл. 7, с ростом аэродинамиче­ ского сопротивления изоляторов значение Го снижается. На рис. 15 показано изменение дебитов воздуха и мета­ на по длине вентиляционных выработок (кривые постро­ ены по формуле (13) при значениях г0, указанных в табл. 7; номера кривых соответствуют номерам лав в табл.. 11). При неплотных изоляторах г0 составляет 0,17—0,40. С увеличением плотности изоляторов кривые

38

ж

Рис. 14. Схемы проветривания экспериментальных участков, отрабатываемых длинными столбами