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

Особенности аэродинамики новых схем

В отличие от обычной возвратноточной схемы в но­ вых схемах дополнительный поток свежего воздуха, имея аэродинамическую связь с выработанным простран­ ством, оказывает определенное влияние на поступление метана в рабочее пространство. Для выяснения механи­ зма движения газа в выработанном пространстве при данных схемах проветривания рассмотрены силы, дей­ ствующие на элементарный объем газовоздушной сме­ си, находящийся в непосредственной близости от очист­ ного забоя (рис. 27):

F„ — сила, по величине равная депрессии лавы и сов­

-кГ1м3;

/д — длина1 выработанного пространст­ ва, м;■

а — угол падения пласта, град.

Удельный вес метана тм = 0,554 где fa — удельный вес воздуха.

62

Пусть средняя концентрация метана в смеси будет й, тогда

11 и t%можно принять равными температуре пород на глубине Н

ty — t2 — ta.

Но согласно руководству [36]

* ст

Для Донецко-Макеевского района Донбасса величи­ ны, входящие в формулу (35), равны:

t \ =7,5° — температура пород на глубине, где не ска­ зываются годовые и суточные колебания темпе­ ратуры воздуха;

Л0 —30 м — глубина залегания от поверхности слоя постоянной температуры;

Г„ = 3 0 м!град — геотермическая ступень.

63

Подставляя t n из формулы (36) вместо t\ и /2 в фор­ мулу (34), получим:

Предположим, что силы Fл, F д и FTприложены в од­ ной точке, тогда направление результирующей силы Fpt найденной по правилу «параллелограмма сил», совпада­ ет с направлением выноса элементарного объема газовоздушной смеси в выработку.

Для лав, отрабатываемых по восстанию пласта, ре­ зультирующая сила Fp всегда направлена в сторону очи­ стного забоя, так как силы Fди совпадают по направ­ лению, способствуя выносу газа в рабочее пространство (рис. 27, б). Следовательно, чем больше потеря напо­ ра в дополнительной выработке и подъемная сила мета­ на в выработанном пространстве, тем, при прочих рав­ ных условиях, интенсивнее вынос его в рабочее прост­ ранство лавы.

Для лав, отрабатываемых по падению пласта, на­ правление движения газовоздушной смеси зависит от

64

Рис. 27. Схемы действия основных сил (а и б), влияю­ щих на направление движения газовоздушной смеси в выработанномпространстве (в)

разности указанных сил. Причем увеличение подъемной силы метана препятствует поступлению его в очистной

напора в очистном забое Fj, при восходящем движении воздуха по лаве и направлен в противоположную сто­ рону— при нисходящем. Поэтому в нервом случае веро­ ятность выноса метана в лаву меньше, чем во втором.

Подъемная сила метана в значительной степени оп­ ределяется природными факторами (газообпльноетью месторождения, температурой пород, углом падения пласта и его мощностью). Некоторые из них не поддают­ ся регулированию. Поэтому управлять выносом метана можно путем изменения потери напора в дополнительной выработке и в лаве.

Направление движения метановоздушных потокоз в пределах выемочного участка при рассматриваемых схе­ мах проветривания показано на рис. 27, в. Обозначения ветвей приведены в табл. 12. Схема вентиляционных со­ единений представляет сложное диагональное соедине­ ние. На диагоналях находятся газовоздушные потоки между рабочим и выработанным пространством и поток в ветви 8—6, образующийся при расширении дополни­ тельной струи свежего воздуха.

Наиболее важной является диагональ 4—6. Направ­ ление движения газовоздушной смеси в ней практически определяет эффективность и надежность схемы провет-

Т а б л и ц а 12. Условные обозначения к рис. 21, 6

ивания . Направление движения воздуха в диагонали 4—6 от точки 6 к 4, при котором исключается выкос га­ за из выработанного в рабочее пространство достигает­ ся при условии:

Соотношение является приближенным, так как не учтено сопротивление других диагоналей и ветви 7—9, но картина достаточно ясна. При прочих равных услови­ ях, чтобы исключить вынос газа в лаву, необходимо иметь максимально возможное сопротивление выхода из лавы /?вых и минимальные — дополнительной выработки Я д и изолятора Яиз-

Пренебрегая расширением дополнительного потока (движением воздуха в ветви 6—8), из условия равенст­

Из выражения (39) видно, что для исключения дви­ жения газовоздушной смеси в диагонале 4—6 при посто­ янных аэродинамических сопротивлениях выработок не­ обходимо повышать расход воздуха по очистному забою или снижать его в дополнительном потоке.

Итак, регулировать вынос газа из выработанного пространства в рабочее при выдаче исходящей струи на массив вынимаемого угля можно путем изменения:

направления движения лавы по отношению к плоско­ сти падения пласта;

66

аэродинамического сопротивления выработок участ­ ка и его элементов (выхода из лавы, изолятора вентиля­ ционной выработки и др.);

соотношения расходов воздуха в основном и допол­ нительном потоках.

Сопротивления дополнительной выработки и очист­ ного забоя можно изменить за -счет их сечения. Если з первом случае переход к другому сечению можно осу­ ществить, как правило, без особых осложнений, то во втором — только в исключительных случаях. Не пред­ ставляет особых затруднений и изменение аэродинами­ ческого сопротивления изолятора дополнительной выра­ ботки. Это выполнимо и в условиях действующей лавы. Наиболее простой способ регулирования— увеличение сопротивления выхода из лавы. Но ему присущ ряд не­ достатков:

необходимость переноски регулятора вслед за под­ виванием очистного забоя;

загромождение сечения выхода из лавы; необходимость тщательного постоянного контроля за

качеством установки регулятора.

Управление дебитом воздуха в дополнительной вы­ работке наиболее просто и надежно, но не всегда вы­ полнимо из-за отсутствия резерва воздуха. Влияние ос­ новных факторов на поступление метана из выработан­ ного в рабочее пространство достаточно хорошо видно из анализа данных, приведенных в табл. 13. Данные по­ лучены при исследовании экспериментальных участков, проветриваемых по разработанным и рекомендованным для конкретных условий схемам вентиляции (рис. 28, 29). Осуществить схемы с выдачей исходящей струи на выработанное пространство по разным причинам не представилось возможным. Данные табл. 13 относятся к исходному периоду работ, когда все аэродинамические параметры участков (сопротивления выхода из лавы, изолятора и др.) характерны для условий данной шах­ ты. Мероприятий по управлению газов ыделением не предпринималось.

Для всех участков характерен высокий уровень газо-

L _______________________ ill

Рис. 29. Схемы проветривания экспе­ риментальных участков, отрабатывае­ мых лавами по восстанию (падению)