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

проветривания в работу концентрация примесей в разрезе начинает снижаться. Если же г]<1, то началь­ ный промежуток времени имеет отрицательное значе­ ние /о<0. Данное соотношение свидетельствует о том, что еще до начала работы средств проветривания наблюдается снижение начальной концентрации при­ месей. Это противоречит физической сущности прину­ дительного проветривания и указывает на то, что до включения в работу вентиляторных установок наблю­ дается процесс естественного проветривания, а полу­ ченные закономерности отражают совместное прояв­ ление принудительного и естественного проветривания разреза.

Расчеты по формуле (65), выполненные для значе­ ний т] (см. табл. 32), найденных на основании экспе­ риментальных исследований, показывают, что при про­ ветривании установками ПВУ-6 Коркинского разреза объемом 600 млн. м3 начальный промежуток времени, в течение которого не будет отмечаться снижение средней концентрации вредных примесей, может со­ ставлять от 3 ч для трех установок.до 1 ч при вклю­ чении в работу семи установок.

Таким образом, при оценке проветривания разре­ зов нельзя пренебрегать продолжительностью пере­ ходного процесса.

В формуле (64)-у = / носит название коэффициен­

та кратности обмена воздуха в проветриваемом объ­ еме [57], или сокращенно коэффициента обмена [7].

Сравнивания предложенные Н. 3. Битколовым [7, 8J зависимости для расчета принудительного про­ ветривания открытых разработок нагнетательным спо­ собом по трубопроводам или выработкам,, а также свободными струями, можно заметить, что они приво­ дятся к уравнению (64). Значения коэффициентов /г и 1] соответственно равны: для нагнетательного спо­ соба /г = 6,56; т)= 0,83; /о<0; для проветривания сво­ бодными струями /г=139; т]= 0,995; /о<0.

В формулах Н. 3. Битколова А и ц имеют вполне определенное значение. Но .в этих формулах не учи­ тываются такие параметры системы принудительного проветривания, как схемы размещения вентиляторных установок в выработанном пространстве и другие, от

191

которых зависят k и ц (см. табл. 32). Следовательно, эти формулы не могут иметь универсального приме­ нения при расчете проветривания разрезов двумя указанными способами. Кроме того, предложенные формулы одновременно учитывают принудительное и естественное проветривание карьерного пространства, поскольку /0< 0 .

Из формул (63) и (64) найдем формулу для опре­ деления коэффициента эффективности проветривания при рассматриваемом способе обработки эксперимен­

также описывается формулами (49) и (50), в которых

ном вектору скорости Ucpj м; h — высота слоя возду­ ха, участвующего в проветривании разреза, м; X — безразмерный коэффициент пропорциональности, по­ казывающий, какая часть из слоя воздуха высотой h поступает в разрез при естественном проветривании.

Исследования процессов естественного проветрива­ ния Коркинского разреза,, выполненные НИИОГРом и ИГД МЧМ СССР, показали, что закономерности выноса примесей описываются уравнением

где а и b — коэффициенты регрессии.

Уравнение (69) в результате элементарных преоб­ разований также приводится к виду (64)

at — In—-----b

с

192

или

~ * t = ln -^ - -f- k In Г).

V c

Следовательно, при естественном проветривании разрезов коэффициенты регрессии в формуле (69) имеют значения:

b — — k lni-j.

Для условий естественного проветривания разре­ зов коэффициент -р также характеризует переходный процесс, т. е. начальный промежуток времени to, спустя который после возникновения ветра на приле­ гающей к разрезу территории будет отмечено сниже­ ние средней начальной концентрации вредных приме­ сей в проветриваемом пространстве,

вуют о том, что процесс снижения во времени кон­ центрации вредных примесей выражается формулами

(49) , (50), (63), (64) и (64, а) как при принудитель­ ном, так и при естественном проветривании разрезов.

Переходя далее к рассмотрению материалов ис­ следования работы установок ПВУ-6, введем обозна­ чение для коэффициента эффективности проветрива­ ния fei.

Анализ данных табл. 33 показывает, что примене­ нием формулы (49) и вытекающих из нее формул (50) , (63), (64) и (64, а) удается существенно повы­ сить точность аппроксимации получаемых зависимо­ стей по сравнению с методом обработки, когда коэф­

Шается при использовании формул (58) и (61). Этими формулами удобно пользоваться и в практической деятельности, поэтому они рекомендуются как основ­ ные в сочетании с формулами (51) и (52) для расче­ тов как принудительного, так и естественного провет­ ривания разрезов. Вместе с тем в ряде случаев может оказаться целесообразнее применять формулы (49), (50) и (64, а). Так, продолжительность переходного процесса при проветривании t0 следует оценивать по формулам (65) и (71), вытекающим из формулы (49).

Следовательно, предлагаемые два варианта расче­ та не исключают, а дополняют друг друга.

Одновременно отметим, что нахождение функции (55) в логарифмическом виде (61) повышает точ­ ность, однако расчеты по ней могут оказаться несколь­ ко более трудоемкими по сравнению с формулой (58).

Рис. 80. Значения коэф­ фициента эффективности проветривания ku отне­ сенного к производитель­ ности вентиляторных ус­ тановок ПВУ-6 в началь­ ном сечении струи, при наиболее рациональном размещении различного числа установок в раз­

резе:

установок; 4 — шесть уста­ новок; 5 — семь установок

Для упрощения расчетов можно пользоваться графи­ ками функции (61), представленными на рис. 80 (для наиболее эффективных схем размещения, установок ПВУ-6).

194

Таким образом, первый этап расчета принудитель­ ного проветривания разреза заключается в определе­ нии числа вентиляторных установок из условий сни­ жения концентрации вредных примесей за требуемый промежуток времени. Расчет производится следующим образом.

Вначале определяют необходимую степень разжи­ жения вредных примесей R по формуле (56) (прежде всего по ядовитым газам). При непрерывной работе вентиляторных установок конечная концентрация с не должна превышать предельно допустимую и может приниматься

Соотношения (72) и (73) позволяют находить тре­ буемую степень разжижения вредных газов за счет принудительного проветривания при.их непрерывном монотонном выделении в атмосферу разреза, когда интенсивность источников сравнительно невелика и фактически наблюдаемая начальная концентрация с0 близка к предельно допустимой спдк • Для непрерыв­ ной работы средств проветривания имеем /?=1,25-г- -i-2, при их периодическом включении R = 4-1-5.

Когда интенсивность источников вредных газов ве­ лика или их выделение носит эпизодический харак­ тер (например, при взрывных работах), начальную концентрацию с0 находим из условий естественного проветривания либо расчетным путем по известным методам, либо по данным практики.

При расчете проветривания по пылевому фактору с=спдк , а с0 берем из условий естественного про­ ветривания, равной фактической запыленности возду­ ха, максимально сниженной средствами пылеподавления.

Задаваясь общим временем проветривания t, ори­ ентировочно находим суммарную производительность средств проветривания (производительность струй в начальном сечении) по уравнению (51). Величину коэффициента эффективности проветривания ki при-

Рис. 81. Зависимость коэффициента ухуд­ шения параметров слабонаклоиных (до а = 20°) затопленных струй kyi от темпера­ турной стратификации атмосферы для раз­ личных углов наклона

feyi могут ориентировочно приниматься по графикам, приведенным на рис. 81.

Число вентиляторных установок, определенное по' формуле (74), округляют до ближайшего большего и с учетом дальнобойности струй принимают одну из наиболее эффективных схем расположения в карьер­ ном пространстве (§ 12 главы III).

Теперь оказывается возможным по ранее найден­ ному значению R уточнить коэффициент эффектив­ ности проветривания ki [по графикам, приведенным на рис. 80, формуле (58) или зависимости (61); опыт­ ные коэффициенты в этих формулах для разных схем принимаются по табл. 33]. На основании уточненной величины ki и ранее определенной R находим время t, после которого будет достигнуто заданное снижение вредных примесей,

средств проветривания в начальном сечении их струй,

п — принятое число вентиляторных установок.

Если окажется, что найденное таким образом вре­ мя проветривания больше ранее принятого при пред­

197

варительном расчете, то увеличивают число установок на одну или две, выбирают рациональную схему их размещения и по величине ki для этой схемы повтор­ но находят продолжительность проветривания. При вычислениях учитывают, что с увеличением числа вентиляторных установок пропорционально увеличи­ вается их расчетная производительность [см. фор­ мулу (78)].

Выполненные экспериментальные исследования по­ казывают, что при проветривании разрезов затоплен­ ными струями вентиляторных установок коэффициент эффективности проветривания, будучи отнесенным к производительности установок в начальном сечении, значительно больше единицы, достигая в некоторых случаях 80—100, а иногда и более. Это вызвано спе­ цификой проветривания открытых разработок по срав­ нению с подземными, заключающейся в свободном доступе внекарьерного воздуха в выработанное про­ странство, в результате чего затопленные струи вен­ тиляторных установок эжектируют большие количест­ ва внекарьерного воздуха и обеспечивают таким об­ разом более эффективный вынос вредных примесей по сравнению с подземными условиями.

Второй этап расчета — проверка достаточности принятого числа средств проветривания для ликвида­ ции дефицита энергии, связанного с устойчивостью атмосферы в результате температурной инверсии.

Как было показано выше, дефицит энергии, связан­ ный с устойчивостью внутрикарьерной атмосферы, восполняется при работе вентиляторных установок за счет низкотемпературного нагрева воздуха в них, а также адиабатического иагрева воздушных масс при их подаче затопленными струями агрегатов с верхних горизонтов в более глубокую часть разреза вследствие преобразования части кинетической энергии струи в потенциальную энергию ее нагрева. Кроме того, зна­ чительная часть кинетической энергии струи за счет процесса диссипации также переходит в потенциаль­ ную энергию нагрева воздуха.

Данный этап расчета состоит в определении по формуле (20) величины возникающего в разрезе де­ фицита энергии в связи с устойчивостью атмосферы вследствие температурной инверсии, после чего про­

198

веряют достаточность принятого выше числа венти­ ляторных установок для ликвидации дефицита энергии за расчетный промежуток времени. При расчете сле­ дует учитывать, что 95—98% первоначальной мощ­ ности установок идет на ликвидацию дефицита энер­ гии неустойчивости виутрикарьерной атмосферы.

Найденное на втором этапе расчета необходимое число вентиляторных установок % обычно не совпа­ дает с их числом я, определенным на первом этапе. Наиболее благоприятными оказываются случаи, когда

что .свидетельствует о слабом влиянии на эффектив­ ность принудительного проветривания такого опасного явления, как температурная инверсия. Если же оказы­ вается, что соотношение (79) не выполняется, то при­ нимают решение либо об увеличении продолжитель­ ности проветривания, либо доведения числа установок до Яд, либо на периоды опасных явлений предусмат­ ривают простой разреза по метеорологическим ус­ ловиям.

Пример расчета. Определить число передвижных вентилятор­ ных установок ГТВУ-6, необходимых для снижения концентра­ ции СО в условиях Коркинского разреза в объеме застойной зоны

ность работы агрегатов ПВУ-6 составляет 6 ч (21600 с). Решение. В соответствии с формулой (73) требуемая степень

Следовательно, в соответствии с зависимостью (75)

kyl = 0,856 + [0,144 (—2,1)] = 0,554.

По формуле (74) определяем минимальное число вентиля­ торных установок ПВУ-6

402

3,64.

0,554 • 200

Округляем до ближайшего большего: п = 4.

199

Выбираем наиболее рациональную схему размещения четырех ПВУ-6 (см. рис. 67). Для этой схемы в соответствии с табл. 33 находим числовые значения эмпирических коэффициентов в фор­ муле (58): Л = 32,6; В=4,52; С = —0,1094. Следовательно, уточ­ ненное значение коэффициента эффективности проветривания

/е1 = А + ВД + СЯ2 = 3 2,6+ 4,52 -4 — 0,1094 • 42 = 49.

Для сравнения найдем значение kt, по логарифмической формуле (61)

ky = А + В lg R = 28,9 + 38,1 lg 4 = 51,8.

Величины k[t найденные по формулам (58) и (61), близки между собой. Принимаем среднее значение k\ = 50,4.

Теперь уточняем продолжительность проветривания по фор­ муле (77), в которой на основании формулы (78) Q=0,554-4-200= =443 м3/с.

Таким образом,

величины 6 ч.

Выполним второй этап расчета и проверим, достаточно ли четырех установок ПВУ-6 для восполнения дефицита энергии неустойчивости атмосферы в объеме 270 млн. м3 при у » =

=—4,8°С/100 м за 6 ч работы вентиляторных установок.

Сиспользованием зависимости (20) в данных табл. 17 нахо­ дим, что дефицит энергии неустойчивости атмосферы в объеме застойной зоны

650-106 м3—объем разреза при его глубине 320 м, когда £о=31 200

т. е. на восполнение дефицита энергии неустойчивости атмосферы установкой ПВУ-6 за 6 ч будет израсходовано

е'0 = 0,975 • 45 000 = 43 900 МДж.

200