книги из ГПНТБ / Куликов В.П. Проветривание угольных разрезов

Р и с . 79. Д и с с и п а ц и я кин ети ческой эн ергии в с т р у е у ст а н о в к и П В У - 6

в незначительных количествах [77]. Поэтому при низ­ котемпературном нагреве воздуха его лучеиспускани­ ем пренебрегают [99].

Рассмотрим процесс диссипации кинетической энергии в затопленных струях.

Количество диссипируемой в единицу времени на расстоянии L от начального сечения кинетической энергии, т. е. переходящей в тепловую энергию струи, подсчитывается по формуле, вытекающей из теории осесимметричной струи Г. Н. Абрамовича [1]

Для передвижной вентиляторной установки ПВУ-6 количество кинетической энергии, переходящей в теп­

181

= 1570 кВт. Уже на расстоянии 50 м от установки

учетом низкотемпературного нагрева воздуха в уста­ новке-2030 кВт (97,5% общей потребляемой мощ­ ности). Таким образом, на расстоянии, равном одной трети максимальной дальнобойности от начального сечения, 95—97% кинетической энергии струи расхо­ дуется на подогрев воздуха. Аналогичное явление наблюдается и для любых других вентиляторных установок, причем различия для них несущественны

изависят только от коэффициента структуры струи а

иначального диаметра d0.

Приведенный анализ показывает, что в связи с естественным преобразованием кинетической энергии струи в тепловую и наличием низкотемпературного нагрева воздуха в вентиляторных установках (наблю­ дающегося даже при отсутствии нагревателей) в природе не существует чисто механического проветри­ вания разрезов затопленными струями, и поэтому рас­ сматривать следует механико-тепловой и тепловой способы проветривания.

При правильном размещении вентиляторных уста­ новок при данном способе проветривания (затоплен­ ными струями) может быть достигнуто высокоэффек­ тивное использование тепла вместе с выделяющейся в установках тепловой энергией в результате низко­ температурного нагрева для проветривания разрезов в периоды температурных инверсий.

§ 14. Методы расчета проветривания разрезов

Выше указывалось (§ 2 глава III), что для обес­ печения выноса вредных примесей или требуемого их разжижения необходимо принимать такое число средств проветривания, чтобы создавалось направлен­ ное движение воздуха в проветриваемом пространст­ ве. Кроме того, в периоды температурных инверсий средства проветривания должны восполнять в течение расчетного промежутка времени дефицит энергии не­ устойчивости внутрикарьерной атмосферы. В соответ­

182

ствии с этим расчет проветривания разрезов должен производиться в два этапа. Первый этап заключается в определении числа средств проветривания, необхо­ димых для создания направленного движения воздуха

времени. На втором этапе расчета необходимо прове­ рить достаточность принятого ранее числа средств проветривания для восполнения дефицита энергии не­ устойчивости атмосферы, возникающего в результате температурной инверсии.

Для определения снижения концентрации вредных примесей в разрезе при его проветривании затоплен­ ными струями авторами были проведены эксперимен­ тальные исследования, которые показали, Дто взаи­

тивности проветривания; V — вентилируемый объем, м3; t — общее время проветривания, с; to — начальный промежуток времени проветривания (продолжитель­ ность переходного процесса), с[см. формулу (65)].

Если поступающий в проветриваемое пространство воздух не является чистым, а имеет некоторое коли­

Из формулы (50) следует, что при известных с, с0, V, t0 = 0 и заданном t количество воздуха, необходи­ мое для проветривания разрезов, можно определить по формуле

183

где k — коэффициент эффективности проветривания — безразмерная величина.

Как видим, в случае /о=0 процесс принудитель­ ного проветривания разрезов описывается той же формулой, что и проветривание подземных камерооб­ разных выработок [12, 27, 28].

Формулы (51) и (52) можно рекомендовать для расчетов как принудительного, так и естественного проветривания открытых разработок. Причем в отли­ чие от коэффициента /г, названного В. Н. Ворониным коэффициентом турбулентной диффузии, в нашем слу­ чае k является коэффициентом эффективности провет­ ривания открытых разработок. При проветривании разрезов k находят либо опытным путем на основа­ нии экспериментальных данных,' либо расчетным спо­ собом, вкладывая в него те или иные понятия [23, 24, 72, 96]. В последнем варианте для того, чтобы можно было пользоваться формулой (52) при расчетах, тре­ буется прежде найти значения эмпирических коэффи­ циентов или использовать метод определения величи­ ны коэффициента турбулентной диффузии, предложен­ ный В. Н. Ворониным [28] и В. С. Никитиным [72].

Если же кроме выноса вредных примесей воздуш­ ный поток поднимает осевшую пыль или усиливает выделение вредных газообразных примесей, то коэф­ фициент k в формулах (49) —(52) будем называть коэффициентом процесса, и обозначать через kc. Это вызвано тем, что воздушный поток в последнем случае вызывает не только диффузию примесей, но также яв­ ляется причиной изменения их поступления в атмосфе­ ру против обычных условий.

Для расчета проветривания камерообразных выра­ боток затопленными турбулентными струями В. Н. Во­ рониным было предложено величину коэффициента турбулентной диффузии определять по показателям, характеризующим затопленную струю на входе в ка­ меру (с одновременным учетом‘длины камеры), т. е.

184

в начальном сечении струи. Расчет систем проветри­ вания открытых разработок целесообразно основывать на параметрах затопленных струй в начальном сече­ нии, причем, одним из основных параметров является количество воздуха, подаваемого средствами провет­ ривания. Поэтому в формулах (49) —(52) будем при­ нимать Q как суммарную производительность средств проветривания (т. е. суммарную производи­ тельность струй в их начальном сечении).

Отметим, что при проектировании системы провет­ ривания разреза обычно требуется сравнить несколь­ ко вариантов вентиляторных установок и схем их раз­ мещения, принять оптимальное решение как по эко­ номическим соображениям, так и с точки зрения ми­ нимального загрязнения атмосферы в разрезе и на прилегающей к нему территории, в том числе с уче­ том выделяемых средствами проветривания вредных примесей (см. третий и второй принципы принуди­ тельного проветривания, § 2 главы III). Необходимо иметь в виду, что канцерогенные вещества способны кумулироваться в организме людей [33]. Кроме того, установлена возможность потенциировання их дей­ ствия из-за наличия в окружающей среде сложного комплекса различных концерогенов. Их воздействие усиливается факторами внешней среды: ультрафиоле­ товой радиацией, радиоактивностью и др.

В. Н. Воронин показал, что при проветривании подземных камер в результате взаимодействия турбу­ лентной свободной струи с окружающим ее воздухом возникает турбулентная диффузия, создающая интен­ сивное перемешивание по всей поверхности соприкос­ новения свободной струи с окружающим ее загазован­ ным воздухом. Отдельные вихревые объемы выносят­ ся за пределы струи, смешиваются с окружающим загазованным воздухом и частично подтормаживают­ ся. При этом размеры струи в направлении движе­ ния увеличиваются, а скорость уменьшается. Однако из камеры удаляется объем загрязненного воздуха, равный объему поступающего свежего воздуха, т. е.

185

внешнего воздуха во внутрикарьерное пространство. Этот воздух вовлекается свободными струями венти­ ляторных устанрвок и рассеивает вредные примеси. Последние выносятся из разреза свободными струями, у которых производительность на расстоянии L от их начального сечения больше производительности струи в начальном сечении, равной дебиту ядра постоянной массы на величину коэффициента эжекции /гЭж, опре­ деляемого из формулы

установки (т. е. производительность ее струи в на­ чальном сечении), м3/с; а — коэффициент структуры струи; L — расстояние, на котором определяется про­ изводительность струи, м; d0— диаметр струи в на­ чальном сечении, м; р0 — плотность струи в началь­

Таким образом, процесс проветривания открытых разработок и камер при подземном способе добычи различен, поэтому значения коэффициентов турбу­ лентной диффузии и эффективности проветривания в формулах (49) —(52) для рассматриваемых случаев могут существенно отличаться (на 1—2 порядка).

Натурными исследованиями проветривания камер большого объема при подземном способе добычи по­ лезных ископаемых установлено, что коэффициент турбулентной диффузии ие является постоянным во времени [66]. Тем более значение k должно изме­ няться при проветривании открытых горных работ. В процессе проветривания разрезов после включения в работу вентиляционных установок все новые массы

186

воздуха в разрезе приходят в движение, что усилива­ ет процесс проветривания во времени. Следователь­ но, коэффициент эффективности проветривания дол­ жен увеличиваться с течением времени. Если же в какой-то момент времени в разрезе возникает рецир­ куляционное движение воздуха, охватывающее боль­ шие объемы, то с этого момента будет снижаться эффективность проветривания, в результате чего ве­ личина коэффициента к должна также уменьшаться.

Таким образом, по изменению во времени величи­ ны k можно судить об эффективности протекания про­ цесса проветривания.

Отсюда следует, что при разработке способа рас­ чета принудительного проветривания разрезов необ­

чета проветривания разрезов показывает, что зависи­ мость k — f(t) целесообразнее всего находить в виде функции коэффициента разжижения вредных при­ месей

модели. Коркинского разреза на конец его отработки при глубине 475 м были обработаны на ЭВМ «Наири». Наиболее эффективные схемы размещения ПВУ-6 приведены в §12 главы III. При обработке экспе­ риментальных данных формула (55) принималась в виде следующих наиболее распространенных функций:

параболической

187

В табл. 32 и 33 приведены результаты обработки экспериментов для наиболее эффективных схем раз­ мещения ПВУ-6 в Коркинском разрезе.

Т а б л и'ц а 32

Характеристика наиболее”эффективных схем принудительного

Здесь же для сравнения приведены результаты обработки данных способом, аналогичным применен­ ному В. Н. Ворониным и В. С. Никитиным [28, 72], которыми k принимался постоянным во времени, т. е. в условиях опыта

188

Продолжение табл. 32

П р и м е ч а н и е . Номера исследованных схем приведены Для наиболе эффективного размещения вентиляторных установок (см. рис. 67—70).

где т) — безразмерный коэффициент, учитывающий специфику проветривания открытых горных разрабо­ ток и характеризующий продолжительность переход­ ного процесса, т. е. начальный промежуток времени ^о, через который после -включения средств вентиля­ ции в работу будет отмечено снижение средней на­ чальной концентрации вредных примесей в проветри­ ваемом пространстве;

При г |= 1 имеем 1пп=0; ^0= 0 , в результате чего зависимости (63) и (64) приобретают вид функции (52). Если fo=0, то сразу после включения средств

189

П р и м е ч а н и е , г—корреляци онн ое отнош ение; е— средняя ош ибка аппроксим ац ии ; остальн ы е о б о зн ачени я прежние.