книги из ГПНТБ / Машковцев И.Л. Проветривание горных выработок
.pdfТбІІЛОІіЗОЛгіЦПЯ û'J'bil bupiiUO Гии ii|X;ljJbOUi1TCH O lioMü.ijLlu
полиэтиленовых покрытий, минеральной пати, omuioit и других материалом. Снижение температуры рудничнаго ьоздухн может быть обеспечено ня 2-4°.
Свойство води и сжатого ьоз.иуха поглсыть при испаре нии /'или расширении/ теплоиспользуется .для борьбы о высо кими температурами. Распыляется либо простая .водопроводная вода, либо - талых источников. Сжатый воздух выпускастой из магистральных трубопроводов.
Эффективным средством нарушения теплообмена между шахт ной водой и воздухом является улавливание воды на вентиля ционном горизонте, осушение выработок и дозпроька воды ira орошение.
Холодильные машины, применяемые я горном деле, класси фицируются по месту их установки,
1. Центральные поверхностные:
а/ с расположением на поверхности всех узлов маши ны ;
б/ с расположением воздухоохладителя в околостволь-
ном дворе /или в забое/. 2. Центральные подземные:
а/ с расположением всех узлов машины в околоотвольном дворе ;
" . # б / |
с расположением градирни на поверхности |
шахты. |
|||
3. Участковые и местные кондиционные установки; |
|
||||
Принциа действия холодильной машины состоит в |
создании |
||||
кругового цикличного движения х л а д о а г е н т а |
р |
са |
|||
мой низкой |
его |
температурой в испарителе, |
через который про |
||
ходит вода |
/или |
водяной раствор. А/аС£ и |
C a d |
/ , |
несу |
щая тепло от рудничного воздуха.
|
В холодильную машину входят оборудование цикла Хладо |
||
агента (компрессор / I / , конденсатор /2 /, регулирующий |
вен |
||
тиль / 3 / |
и испаритель /4/), воздухоохладителя (насос |
/ 6 / |
|
и |
змеевик |
/ 5 /) и охладителя конденсаторной воды (насос / 8 / |
|
и |
градирня /7 /) , рис.10. |
|
|
•Установлен следумтиИ характер дяикенмн хладонгепта,
|
|
|
....Уйй |
|
|
в |
|
|
І'ио.ІО. Схема холодильной машины |
||
После |
получения тепла от |
рудничного |
воздуха пары х л й - |
доагеіпя с |
помощью к о м п р е с с о р а |
сжимаются в кон |
|
денсаторе, |
где под действием |
охлажденной |
конденсаторной во |
ды превращаются в жидкость. С помощью регулировочного вен тиля происходит дальнейшее снижение давления и температуры хладоагента. Затем жидкий хладоагент превращается в испа рителе в газ, снижая при этом температуру теплоносителя воэдухоохладительного цикла и т .д .
Теплый рудничный воздух охлаждается, проходя через змеевик воздухоохладителя.
D качествелхладоагента используются, главным образом, аммиак, Фреон и углекислота. Более широкое применение нахо дит фреон из-за безопасности и низкой температуры кипения.
Применение |
аммиака ограничено, так как газ вреден и спосо |
|||
бен взрываться в смеси с воздухом. |
||||
Хладопроизводительность установки рассчитывается для |
||||
самого жаркого >периода времени |
||||
|
|
Q o = f<[ $ |
( L>- L * )* Q-'o], к к а л /ч л с ^ /Ь 5 / |
|
где |
К |
- |
коэффициент запаса, учитывающий потери холода |
|
і , |
и і 2~ |
в установке, К = 1,05 - 1,2 ; |
||
теплосодержание входящего и выходящего из |
||||
’ |
|
|
установки |
воздуха, ккал/кг ; |
Q. à - потери холода в сети трубопроводов,ккал/чао ,
Qo - ot-тр |
F |
A t cp , |
/2 6 / |
|
здесь oLrp - коэффициент |
теплоотдачи от раствора |
внутри |
||
трубопровода |
к |
наружному воздуху, для труб? |
||
покрытых |
слоем |
теплоизоляции торфолеумом, |
||
оСтр = 2 |
ккал/ы^ °С час; |
|
||
F- площадь наружной поверхности трубопровода,^
лtcp - средняя разность температуры внутри трубопро вода и наружного воздуха, град. .
Кпреимуществам поверхностных холодильных установок относятся: простота обслуживания и возможность применения более экономичного хладоагента аммиака.
Недостаткамитаких установок являются значительные потери холода в стволах и з-за повышения температуры окру жающего воздуха при сжатии и теплообмена'с боковыми поро дами. В результате охлаждения стволов могут быть нарушена общешахтная вентиляция и увеличена естественная тяга. Потери холода несколько снижаются через 2-3 года эксплуата ции установки в связи с образованием вокруг выработок тре щиноватой охлажденной зоны пород, препятствующей теплопере
даче от пород к |
воздуху. |
■1 * |
поверхностные установки чаще применяются |
■<Центральные |
за рубежом и з-за большей по сравнению с СССР геотермичес* |
|
кой ступени |
и меньших требований и отношении допустимой |
температуры |
рудничного воздуха. |
. Подземные холодильные установки характеризуются при менением меньшего количества труб и меньшими потерями хо лода, однако в них применяется более дорогой хладоагент - фреон и требуется сложная система охлаждения конденсатор ной вода, так кант шахтная вода, которая может быть исполь зована для-этого, имеет относительно вцрокую.температуру.
На р и с .II показано применение участковой холод.ільной установки Днепропетровского горного института в лавах на кругом падении. В установке конденсаторная вода подается
на вентиляционный горизонт и затеи охлажденная возвращается к холодильной установке. Таким образом, тепло конденсата передается рудничному воздуху, массиву горних пород и шахт ной воде на вентиляционном горизонте.
J’HC. H . Схема установки участковой холодильной машины вгдвух лавах на крутом падении:
I - воздухоохладители; 2 - пневмовентиляторы ВП-4; 3- частѵіоЦикла хладоагента; 4- выработка, идущая
на верхний горизонт о горячей конденсаторной водой; 5- холодная конденсаторная вода; 6 - трубы хладоноси
теля |
с теплоизоляцией; 7 - участковый |
квершлаг; ,8 |
и |
|
9- штреки пластов; 10трубопровод с |
холодным возду |
|||
хом; |
I I - лавы: 12компрессор; 13испаритель; 14- |
|||
конденсатор; І5 - камера хладоагента; |
І6 -1 камера |
воз |
||
|
духоохладителя; І7-. групповой штрек |
|
|
|
До пуска установки м и н и м а л ь н а я |
температура |
|||
в лавах |
составила 24,1°, м а к с и м а л ь н а я |
- |
26,9°, |
|
после пуска соответственно - и 2 3 ,S° G. Температура била снижена на 3° в промежуточном квершлаге и участковых штреках, на 6-7° в нижних и 2 -2 ,5 ° верхних кутках лак.
Температура кипения .Іреоня была 4-5°, холодоносигеля г)-І0 и в воздухопроводе 8-17 . Снизилась влажность возду ха приблизительно на 4/ъ за счет конденсации воды на трубо
проводах. Себестоимость |
Г т |
угля |
по |
статье |
Кондицізднирора |
ние составила 0,31 руб ., |
к .п .ц . |
установки |
0,72. |
||
В карьерах проводится |
борьба с |
туманами. При появле |
|||
ний внутренних туманов в пределах объема карьера нфіектинным способом борьбы является тонкое распыление веществ, ■способствующих развитию ядеркристаллиэацш влаги. Применя ется также подогрев воздуха для уменьшения влажности и под нятия температуры выше точки росы.
Проведение указанных мероприятии возможно на наветрен ной стороне гсарьеров при подходе внешних тум чіов.
Р.ѴДКИЧІ1АН АЭРОДИНАМИКА
|
S I. Основные^законы |
движения |
воздуха |
в горных |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
выработках |
|
|
|
|
|||
|
I . |
Уравнение неразрывности |
струи |
|
|
|
|||||||
|
Движение вonдуха по горным выработкам подчиняется об |
||||||||||||
щим |
законом |
аэродинамики. |
Этот |
вывод основывается на нераз |
|||||||||
рывности |
воздушной |
струи. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
При отсутствии утечек в выработке масса воздуха,про |
||||||||||||
ходящего |
в I сек через различные сечения, |
удаленные |
друг |
||||||||||
от |
друга |
на бесконечно малое расстояние, постоянна, |
т .е . |
||||||||||
|
|
т , = т % - т 3 = . . . |
|
= c o n s t . |
|
|
/2 7 / |
||||||
|
Так |
как |
т = Ъ~ |
|
, |
ъ |
Сц* іГ $ f |
, |
то уравнение |
||||
неразрывности |
|
° |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
или |
|
|
|
ц , |
~ |
G а |
= |
G з |
|
|
|
/2 8 / |
|
|
К |
fi ~ |
І/г $ г |
|
~ ^ э Г з . |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Вес |
воздуха, протекающего |
в единицу |
времени через |
|||||||||
различные |
сечения, |
постоянен. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Учит івая, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
S |
г * |
И |
; |
|
|
|
|
/2 9 / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
Q |
- объемный расход или количество |
воздуха,м3/сек; |
||||||||
получаем |
|
й , Г ~ 0-2 Г г . |
|
|
|
/30/ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
При равенстве |
удельных весов |
Q , = 0. г и |
||||||||
|
|
|
JÜ. |
- |
Ss. |
» |
|
|
|
|
/3 1 / |
|
т .е . |
|
К |
‘ |
Т Г |
|
|
|
|
||||
скорости |
воздуха в |
различных сечениях |
выработки |
|||||||||
/при |
'f = c o n st |
/ |
обратно |
пропорциональны сечениям. |
||||||||
|
|
Еще один |
важный вывод следует |
из |
уравнения /3 0 / |
|||||||
|
|
|
Q s |
|
Q i 77 |
* |
|
|
|
/3 2 / |
||
|
|
Количество воздуха |
в |
конечной сечении равно количес |
||||||||
тву |
воздуха л начальной с |
поправкой |
аа |
разность ѵлр.п .шт wm-n. |
||||||||
|
|
Как |
правило, |
в |
шахте |
Q, |
Qг |
, |
например,поступает |
|||
10 |
мэ/мин, а выходит 9 |
м3/мин. |
Поправіса на |
= 0 ,8 -0,9 . |
||||||||
|
|
2. Приложение уравнения Бернулли |
к движению воздуха |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
по вырасоткам |
|
|
|
|||
|
|
Уравнение Бернулли |
является выражением |
закона сохране |
||||||||
ния энергии для Движения идеальных и реальных малосжшлаемых жидкостей и газов по трудопроводу.
Приложение уравнения Бернулли допустило и к движению
воздуха |
по выработкам, |
так как практически на существующих |
глубинах |
разработки изменение давления воздуха, приводящее |
|
к сжатию его, невелико |
и составляет 3-4;ь от атмосферного |
|
давления. Как было показано выше, отклонение удельного ве са воздуха от нормального составляет в шахте не более 6-8$.
Следовательно, условно можно считать, что воздух в |
шахте |
||||||||
не сжимается и не расширяется. |
|
|
|
|
|
|
|||
Тогда для движения воздуха по выработкам, |
как |
показа |
|||||||
но на рис.12, уравнение Бернулли имеет вид |
|
|
|
|
|||||
Р, + НоГ0 + Н .Г ,* ^ Г .= Р і* Н л Г г ' Ѣ |
Г * |
Ь ш |
, |
/3 3 / |
|||||
где Р, и Ps |
-стати ческое давление |
воздуха |
в |
начальном |
|||||
|
|
/ £ |
/ и конечном / |
в. |
/ |
сечениях вы |
|||
|
|
работок шахты,создаваемое |
вентилятором, |
||||||
(^ о +Н,)) Н, и //г |
|
кг/м2 ; |
- |
|
|
|
|
|
|
- |
высоты сечений |
над |
плоскостью |
сравне |
|||||
|
|
ния /горизонтом |
разработки/, |
м; |
|
||||
Н0$ ,,Н Х , и ^гІг~ |
гидростатическое |
давление |
столбов сев. |
||||||
ir;
y f,u
$
6 С и </е |
па ед.площади основания,кг/м^; |
|
—fe~ ск о р о с т н о е |
|
/к и н е м а т и ч е с к о е / да в л ен и е в о э д у х а в |
начальном |
и |
конечном сеч ен и я х вы работок шахты, |
с о зд а в а е м о е в ет р о м , к г /м ^ ; |
||
7ш - д еп р есси я |
шахты, к г /ѵг |
|
Р и с .1 2 . У словная сх ем а |
вы рабо |
|
ток шахты к |
приложению |
у р а в н е |
ния |
Бернулли |
|
Р азд ел и в |
и умножив каждый член ур авн ения |
/ 3 3 / на ы, |
|||||
получим к гм /м 3 , т . е . |
р а б о т у |
I мэ в о зд у х а |
при |
его, движении |
|||
или эн ер ги ю . |
|
|
|
|
|
|
|
Из уравн ения Бернулли |
с л е д у е т , |
что |
с.умма |
эн ер ги и I м8 |
|||
движущ егося |
в о зд у х а |
в начальном сеч ен и и |
равна |
сум м е ан ер ги й |
|||
в кон ечн ом . з а |
исключением эн ер ги и ,и дущ ей |
на п р ео д о л ен и е с о |
|||||
п ротивлени и |
вы работок шахты.При этом |
о изм ен ением р азм ер ов |
|||||
вы работки один |
вид эн ер ги и |
давлен и я |
п ер ех о д и т |
в д р у г о й ‘ /н а п р и |
|||
м ер , к и н ем ати ч еск ое |
д ав л ен и е в с т а т и ч е с к о е /, |
в целом д а в л е |
|||||
ние в о зд у х а |
ум ен ь ш ается, а |
п отер и эн ер ги и на |
п р ео д о л ен и е |
||||
соп р оти вл ен и я |
шахты |
р а с т у т . |
|
|
|
|
|
Д еп р есси я |
шахты |
|
|
|
|
|
|
hw-(P,-Pj-(n°fi> ' |
)• /3 V |
Из /3 4 / видно, что депрессия шахты слагается из раз ностей статического, гидростатического и скоростного дав лений, являющихся основными причинами движения воздуха или депрессии:
а / вентилятора |
|
P , - P s = P S , |
/3 5 / |
создается вентилятором или за счет разности геодезических
высот / 6с и c d |
/ ; |
|
«/естественной |
тяги |
h e , / * / |
создается при разных удельных весах за счет разности аб солютных /аэростатических/ давлений столбов воздуха / а с и Ы /.может иметь знак плюс или минус;
в / скоростного |
напора |
j s |
V |
- i i |
f s '- * h |
ск |
||||
|
|
|
|
|
Zg |
{і |
2$ |
/3 7 / |
||
или |
h cK~‘ |
h"cK - & Р ек |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
созд авал |
при |
разных скоростях |
воздуха, |
модет иметь Знак |
||||||
плюс или минус; |
при мслых скоростях |
или неоолыпой разницы |
||||||||
в сечениях скоростпым напором пренебрегают. |
|
|||||||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рш = h ß — h e - h с к . |
|
|
/3 8 / |
||||||
■г. При |
P, > Pu |
и |
Р, - Po /барометрическому давлению/, |
|||||||
а также |
If, = i f g |
и |
f , =fg. |
h ш - |
Po |
~ Z ^ /здесь и нике^ Т, /, |
||||
т .е . имеет место |
проветривание шахты с |
помощью всасываю |
||||||||
щего вентилятора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
Р, > Ра , Рі =Ро , tP-lpL |
и |
iïfe . |
Рш =Р,-Ро - |
||||||
йроветривание шахты с- помощью нагнетательного вентилятора.
При |
Р, - Pg -, |
f |
^ |
fg |
, |
іР |
^s. |
h ш |
~ ■P6 |
— |
|
|
проветривание |
за |
счет естественной |
тяги. |
|
|
|
||||||
, . При |
Р,** |
Pg |
, |
f , |
- |
fg |
и |
if, t- lfg |
huj^hcK - |
|
||
проветривание за счет скоростного напора ветра. |
|
|
||||||||||
При |
Р '> |
Рг |
, |
f , > |
fa |
и |
if, |
= If,\ |
huj~ hg + he ' |
т.е. |
||
естественная тяга |
помогает |
работе |
вентилятора, |
при f |
■<f & |
|||||||
hu, * hg - hg |
|
- препятствует |
работе |
вентилятора. |
|
|||||||
В выработке при отсутствии естественной тяги и ahCK=0
Ьёыр ~ Р, - |
и |
|
= Р, -h ß bip . |
|
|
||||
Если |
а !)ск>0 |
, т .е . |
V, > іГг ( |
а |
S , < S 2 |
то |
|||
при расширении выработки давление |
Pz |
растет |
|
/39/ |
|||||
hgbip - Р,- Pz + ù h с* |
и |
P&* P, - hSbip |
+ Д Рек |
, |
|||||
При сужении выработки |
и |
гГг |
> іГ, |
|
давление |
Р&падает |
|||
|
Р& 3 Р, - h ёыР - à h CK . |
|
• |
|
/а д / |
||||
Здесь |
находит подтверждение |
закон |
Бернулли |
о сохране |
|||||
нии энергии давления. Увеличение скорости движения воздуха вызывает уменьшение его давления, а всякое уменьшение ско рости - увеличение давления воздуха.
Если подсоединить депрѳссиометр к каналу всасывающего
вентилятора, |
в' этом случае |
іГ, =0 и естественная |
тяга не |
||
замеряется, |
то |
О |
|
||
|
|
||||
|
|
|
huj ~ hg |
- h "ск. |
[цф/ |
|
Если |
то же проделать в |
канале нагнетательного |
вентиля |
|
тора |
/ |
|
= О/, то |
|
|
|
|
|
hu, = |
+ h 'ск. |
//Юб/ |
|
|
|
|
||
. |
3. |
Типы и режимы воздушных потоков |
|
||
В шахте имеются воздушные потоки с твердыми границами /движение воздуха в стволах, квершлагах, штреках и т .д ./,
рис ЛЗа , и свободные струи |
/движение |
воздуха в камерах, |
утираниях выработок и др. / , |
Последние |
подразделяются на |
полные. рио.І^б, и неполные |
воздушные |
потоки. рис.ІЗв. |
Движение воздуха в карьере происходит в виде свобод
ных струй.
Режимы движения воздуха по выработкам делятся на лами
нарное /слоистое/, |
турбулентное |
/вихревое/ и промежуточное. |
||
Ламинарный |
и |
турбулентный |
режимы в |
зависимости от |
, скорости воздуха |
могут переходить один в |
другой. Они ус- |
||