книги из ГПНТБ / Машковцев И.Л. Проветривание горных выработок
.pdfтойчмвы то«!.) о при |
зн ач ен и я х |
/ З е ; |
|
|
|
в гл а д к о й |
т р убоп р ов од е |
в вы работке |
|
лам инарное |
в |
|
|
|
меньше 2 3 0 0 |
меньше 1 0 0 0 - |
|||
движ ение |
||||
|
|
1 5 0 0 |
||
т у р б у л ен тн о е |
больш е 8 0 0 0 0 - |
|
||
|
|
|||
движ ение |
I 00000 |
|
больш е 5 0 0 0 0 - |
|
|
|
|
8 0 0 0 0 |
|
'«ИѴіНЖГГ.'^І'ЬІ.
|
|
|
|
^ - |
t |
g |
^ |
r |
|
|
|
|
|
|
Р и о .1 3 . |
Воздушные |
п оток и . |
|
|||||
. § / |
о твердыми |
границам и; б / |
полная |
св о б о д н а я с т р у я ; в /н е |
|||||||
|
р о д н а я св о б о д н а я |
о т р ѵ я : |
I - |
граница св о б о д н о й с т р у и ; |
|||||||
|
|
|
|
2 - с т р у я |
|
|
|
|
|||
|
О сновной режим |
движения |
в о зд у х а |
в |
ш ахте |
- тур булен тн ы й , |
|||||
при |
к отором |
п р ои сходи т п о ст о я н н о е |
перемеш ивание ст р у й меж |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
д у с о б о й , р и с . 1 4 . . |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Движение |
в о з д у х а х а |
|
|
|
|
|
|
|
|
р а к т е р и зу е т с я |
величииой |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ср ед н ей ск о р о ст и в о з д у х а , |
||||
|
|
|
|
|
|
|
как ч а ст и от |
максимальной |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ск о р о ст и |
, |
|
||
|
'Р и о .1 4 . |
Т ур бул ен тн ое |
|
|
|
Г> |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
движ ение в о з д у х а : |
|
|
і/суо |
s |
/0,8 -0,9/ У г л а х , |
|||||
|
I - вы работк а; 2 - |
ви х |
|
|
|
|
|
|
|||
|
р евой поток |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ламинарное |
движ ение |
- |
сп ок ой н ое |
движ ение отдельными |
||||||
пёраллѳльны ми струйкам и |
б е з |
перем еш ивания, р и с . 13, о. , |
|||||||||
х а р а к т е р и зу е т с я |
величиной |
tfcp = 0,5 ifты. |
Наблю дается |
||||||||
прц |
сл абом |
движении |
в о зд у х а |
ч е р е з за к л а д к у , |
перемычки и |
||||||
т . д .
Критерием режима движения является безразмерное число Рейнольдса/' R e).
Для трубопроводов круглого сечения
|
|
|
о |
Гоі |
' |
|
|
|
/ « / |
|
|
|
|
Re |
-- y |
|
|
|
|
||
где |
оі |
- |
диаметр трубопровода, |
и; |
|
|
||||
|
\) |
7 |
коэффициент |
кинематической |
вязкости, м^/сек. |
|||||
|
Для |
выработок |
и трубопроводов |
иного сечения |
||||||
|
|
|
/ ? е = - 1 Г |
- |
|
|
|
• / « / |
||
г д е |
а> |
- |
эквивалентны й д и а м ет р , |
оч |
♦ J ' |
, з д е с ь |
||||
JJ - |
-р - |
|||||||||
|
р |
|
перим етр |
в о з д у х о в о д а . |
|
|
|
|||
При |
Re * 1 0 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
- 1 5 0 0 |
и м еет м есто |
лам инарное |
дв и ж ен и е, |
||||||
|
R e |
= 1 5 0 0 |
- 2 3 0 0 |
- |
пром еж уточное |
и |
|
|||
|
Я* |
2 3 0 0 |
|
|
- |
турбулентное движение. |
||||
|
Два |
потока |
подобны при постоянстве масштаба струй |
|||||||
|
|
|
|
|
= |
const |
|
|
/ « / |
|
и равенстве |
чисел |
Рейнольдса, |
|
|
|
|||||
|
|
|
\ГцСІм |
|
[Гц CLH |
|
|
|
||
|
|
|
1 |
r м |
|
h |
|
|
|
|
Так |
как |
|
Ѵл/ |
= у И |
і |
|
|
|
|
|
|
О |
Гм\ - |
оі н |
|
|
|
/ 4 4 / |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Т н |
|
ci м |
|
|
|
|
||
|
И Л И |
- О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гм |
|
r t H |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
/ 4 5 / |
||||
|
|
Гн |
|
ѵСм |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
т .о . скорости должны быть обратно пропорциональны линейным размерам натуры и модели.
При соблюдении указанных условий стано_ится возможным изучение в лабораторных условиях основных параметров вен
тиляционных струй, двигающихся по выработкам. Лабораторные исследования являются одними из основных в вентиляции.
4. Закон аэродинамического сопротивления
Выбор вентиляторов для проветривания производится на основе Q и h , а также размеров выработок и крепи, . определяющих их сопротивление воздушному потоку.
Закон аэродинамического сопротивления в общем виде выражает зависимость между скоростью движения воздуха в
выработках |
/ |
\f /, |
сопротивлением выработки / |
R |
/ и |
деп |
||||
рессией |
/ |
h |
/ , |
которую |
необходимо |
затратить |
на |
преодоле |
||
ние этого |
сопротивления |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
h = |
R ^ |
, |
|
|
|
Л 6/ |
|
где |
X |
- показатель степени, зависящий от |
режима |
дви |
||||||
|
|
|
жения, при |
турбулентном |
движении |
X |
= 2, |
|||
|
|
|
ламинарном |
- |
X = I . |
|
|
|
|
|
Различают три вида аэродинамического сопротивления: трение о стенки выработки, лобовое и местное сопротивления
Сопротивление трения о стенки выработок.
Потери давления воздуха /или депрессии/ при преодоле нии этого сопротивления зависят главным образом от шерохо ватости боков горных выработок.
В гидравлике потери давления на преодоление сопротив ления трения жидкости о стенки трубопровода находятся по формуле Дарси-Вейсбяха
|
|
|
|
|
|
Л7/ |
где |
ß |
- |
безразмерный коэффициент трения жидкости о |
|||
|
|
3) |
стенки |
трубопровода; |
е |
|
<=6 |
и |
_ длина и диаметр трубопровода. |
||||
|
Принимая |
3 ) |
за |
эквивалентный |
диаметр, выражая |
|
|
|
|
J L |
= |
X |
/ад/ |
|
|
|
89- |
|
||
|
|
|
|
|
||
где |
ÖL, |
- |
коэффициент |
аэродинамического сопротивления и |
||||||
|
|
|
|
получим для |
воздуха |
|
|
|||
|
|
|
|
|
, |
|
^ |
а |
|
|
|
|
|
|
/? |
Р £ |
UV |
, |
|
Л 9 / |
|
|
|
|
|
fVJ |
|
|||||
|
|
|
|
|
S |
'1 |
|
|
|
|
|
При выводе |
формулы /4 9 / |
методом размерностей полагают |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/5 0 / |
где |
£ |
- |
коэффициент, |
учитывающий влияние |
шероховатости |
|||||
|
|
|
стен выработок, как было показано |
в гл.П |
<£ |
|||||
|
|
|
зависит от высоты и толщины выступов крепи и |
|||||||
|
|
|
выработок. |
|
|
|
|
при f r const |
||
|
Тогда, |
сопоставляя |
формулы |
/4 8 / и /5 0 / |
||||||
/для |
воздуха/, |
видно, что £= |
|
. |
|
|
||||
|
Заменяя в |
Формуле |
/4 9 / |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
oL Р £ |
г |
/? |
|
|
|
/5 1 / |
|
|
|
|
S ; |
|
|
|
|
|
|
где |
/? |
- |
сопротивление |
трения |
воздуха или азродинамичес-^ |
|||||
|
|
|
кое сопротивление, получаем другое выражение |
|||||||
' |
• |
|
депрессии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h » R Q \ |
|
|
|
/5 2 / |
||
|
Коэффициент Л является |
размерным кг.сек^/м ^, |
опре |
|||||||
деляется' в натурных или лабораторных условиях на моделях, меняете? в широких пределах от 0,0006 /горизонтальная вы работка без іРрепи/ до 0,03 /очистный забой, лава, закреп ленная деревом/-и более.
Аэродинамическое |
сопротивление ./? /к г .с е к ^ / м® / |
характеризует степень |
трудности проветривания шпхты или |
отдельной выработки. Выработки могут Иметь одинаковый коэф
фициент0«/ |
, но разную |
трудность |
проветривания, Чем боль |
||||
ше ' S |
, |
тем |
легче |
проветривание |
выработки. |
|
|
Сопротивление |
R |
выражается |
в кидоыюргах |
/ к^л / и |
|||
мгоргах |
/ |
/* |
/ . Сопротивлением в |
Ік/* обладает |
выработка. |
||
по которой |
при депрессии I им |
вод.ст. |
проходит I |
м3 |
возду |
|||||
ха. Один / л |
является |
тысячной долей |
к/* . |
|
|
|||||
В ГДР принимают те хе единицы сопротивления, |
но |
назы |
||||||||
вают их вейсбах / |
|
/ и нилливѳйсбах |
j |
. В Англии |
||||||
единица сопротивления |
называется |
аткинсон |
/ а - т к /, |
имеется |
||||||
практическая |
единица / |
n . e . j . |
|
|
|
|
|
|
||
I к/* |
- |
164 a m к |
- 8,75 л-в |
|
|
|
|
|
||
или I |
a m к |
= 0,055 п.е. = 0,0061 к /* . |
|
|
|
|||||
Для наглядности и исключения ошибок при расчотах со |
||||||||||
противления |
|
часто |
используют |
't- |
- число |
малых единиц |
||||
аэродинамического сопротивления, которое в тысячу раз боль
ше R ^ |
|
г = юоо R . |
/ 53/ |
Лобовое сопротивление - |
общее сопротивление |
тела потоку обтекаемого воздуха. К телам относятся расстре лы в стволах, крепь в очистных забоях, вагонетки в выработ ках и др.
Лобовое сопротивление слагается из сопротивления тре ния воздуха о тело и сопротивления формы, являющегося ре зультатом срыва потоки и образования больших вихрей за те лом, р и с .І5 ,а .
«) ' 5)
Рис.15. Лобовое сопротивление потоку воздуха: а/фбразование завихрений; б / миделево сечение
Давление воздуха / /?*/-/ на неподвижное тело любой формы пропорционально скоростному давлению Tÿ ) f , еіл.с л
64
$ мид > і’дѳ °/ л c |
- коэффициент лобового сопротивления, |
S MUJ |
-миделево сечение, наибольшее по пло |
щади оечѳние тела в плоскости перпендикулярной воздушному
потоку, |
ри с.І5; б, |
сечение I |
- |
I . |
|
|
|
|
|||
|
Отсюда |
|
|
іГс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■Р ~ с*’л -С-~Ц |
'f- |
$ ми% * |
|
/5 Ѵ |
||||
|
Поделим обе |
части уравнения |
на |
$ - |
S |
нид. |
|||||
|
|
С |
|
" ^Л.С |
f |
|
S, |
|
|
/5 5 / |
|
|
|
|
|
S - SriUÿ |
|
||||||
где |
|
S S ,MU> |
|
*9 |
|
* |
|||||
|
- |
Пл.с. - потеря |
давления |
воздуха |
/іри обтекании |
||||||
|
S-S,MUC^ |
|
|
тела, кг/м |
, |
|
|
|
|
||
Тогда |
|
|
|
і |
г |
|
S н*9- |
|
|
||
|
|
|
h л .с |
|
|
/5 6 / |
|||||
|
|
|
= S-л.с. — |
f |
|
S ~ S мид |
|
||||
|
|
|
|
|
2 у. ^ |
|
|
|
|||
Так |
как |
Я л е . = h л.с/ ( lSW |
|
Q. |
= \Г( S - |
S n u g ), |
|||||
то |
лобовое сопротивление . |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Я л.с - 0,061 SAC . |
|
|
з |
/57/ |
||||
О
Лобовое сопротивление тем больше, чем меньше сечение выработки и больше миделево сечениѳ'тела.
Местные сопротивления. |
|
Сопротивления, вызывающие потерю д е й |
р е с о и й |
при прохождении воздушным потоком поворотов, |
сужений . |
расширений выработок и т.д.,называются местными. Они.не за
висят от размеров воздухопровода. В общем виде |
|
|||
|
іГг |
f |
|
|
h v.e. r °LM.C. -J |
-0 |
/5 9 / |
||
|
|
-g |
f |
|
R M . C . |
- 0.06, |
s |
I |
/6 0 / |
|
|
г |
|
|
94382
где UL M .C. ~ безразмерный коэффициент местного сонротивления, определяемый опытным путем.
Сопротивление поворота зависит от его угла, попереч ного селения и шероховатости воздухопровода. При входе в поворот воздушиый поток изменяет свою форму, сужаясь в на чале и расширяясь при выходе /рис.1 6 /. Перемещение потока вызывает дополнительные сопротивления в виде завихрений. Для поворота, например, под углом 90°
|
оім.с. = (Û.93 +Z 8 0 X ) ^ , |
|
|
/6 1 / |
|
где ' |
8 |
- ширина выработки и |
- ее высота. |
|
|
} |
В целях |
снижения местного сопротивления в повороте |
|||
/например, в канале вентилятора/ могут быть установлены |
|||||
направляющие |
лопатки, разбивающие поток на отдельные струй |
||||
|
|
ки. Наивыгоднейшее |
число |
лопа |
|
|
|
ток составляет 0,25 |
e j z |
• |
|
Рис.16. Поворот воздушной струи
Местное сопротивлени
ІІ
1
л
Рис.17. Внезапное расширение воздуш ной струи
где z - радиус округления поворота.
Мероприятия, снижающие ме стное сопротивление в других nöBopoTaXjприведены нике.
Расширения и сужения струи встречаются при перехода из уз
кой выработки в камеру и наоборот, в^виде внезапного расширения
создается в результате мгно венного перехода воздушного по тока с большой скоростью в уз ком месте в ш и р о к о й место с меньшей скоростью /V] > \Q / , рис.17.
В гидравлике это известно, как потеря напора на "удар” .
Потеря напора на удар мо жет быть рассчитана'; .
где- |
Л' - |
коэффициент смягчения |
удара, равный 0, [5. |
|||||
Внезапное сужение воздушного |
потока, |
показанное |
на |
|||||
р и с .ІЯ, |
оказывает местное сопротивление в результате |
сжатия |
||||||
струи и |
образования завихрений. |
|
|
|
|
|||
Общее сопротивление шахты /или выработки/ - сумма раз |
||||||||
личных сопротивлений. Местные |
сопротивления играют неболь- |
|||||||
|
|
|
шую |
роль / |
особенно в уголь |
|||
|
|
|
ных шахтах /} за исключением |
|||||
|
|
|
шахт, применяющих камерные |
|||||
|
|
|
и камерно-столбовые системы |
|||||
|
|
|
разработки, |
а |
также каналов |
|||
|
|
|
вентиляторов, |
кроссингов, |
||||
|
|
|
поворотов с |
большим коли |
||||
|
|
|
чеством воздуха и др. |
|
||||
Рис.18. |
Внезапное |
|
Потери |
напора на |
местные |
|||
сопротивления |
могут |
быть |
||||||
сужение |
воздушной |
|||||||
рассчитаны |
или |
приняты без |
||||||
|
струи |
|||||||
|
больших погрешностей. |
|
||||||
|
|
|
|
|||||
Ири проектировании потерю депрессии на местные сопро |
||||||||
тивления |
принимают в разые |
15-20% от потерь на трение |
||||||
о стенки |
выработок. |
|
|
|
|
|
||
Лля снижения величины сопротивлений и улучшения про ветривания mayor применяют в штрекообразных выработках оплошную зѳтнкку боков, в стволах-обтекаѳмыо расстрелы, в іі|('чп.-: выработках округление и скашивание углов, а также чпзннне переходы от одного сечения к другому, уменьшают дн.іііѵ ПРНТИЛИЦЙПННЫХ каналов, скорость прохождения воздуха до '1-5 м/оеч И Т.Д.
.Корактеристика выработок и max"1
■'.ароцтерчетиклп шахты /или выработки/ является графи
чѳскоѳ изображение уравнения h ^ - R d z , представляю щее параболу, рис.19. Она проходит только через начало координат и характерна для всех шахт, кроие шахт с естес твенной тягой. Чем больше сопротивление шахты (или выра ботки), тем круче будет идти ее характеристика и наоборот.
Для построения характеристики при известном |
R |
за |
|
даются |
яесколькими произвольными значениями Cl |
и |
нахо |
дят h |
, рис.19, а . |
|
|
|
|
а) |
|
|
|
б) |
|
|
/ |
|
|
|
' |
Рис.19. Построение характеристики шахты: |
||||||
а / при |
известном |
R, |
; б / |
с помощью |
||
|
|
|
|
выработок |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
""•.При неизвестном |
R |
возможны: |
|
|||
а / измерение |
h |
и |
d |
непосредственно в стволе при |
||
неоднократном |
изменении положения шибера; |
|||||
б / нахождение |
|
каждой |
выработки |
шахты и семейства R , |
||
jw c. 19 б. |
|
|
|
|
|
|
5. Аэродинамическое сопротивление разветвленной системы выработок
Ряд соединенных между собой горных выработок, служа щих для проветривания, образует вентиляционную систему: последовательную, параллельную, диагональную., комбиниро ванную. и сложную.
68
Расчет |
вентиляционных систем сводится к нахождению |
h , Q и |
R , определению воздухораспределения при ис |
кусственном изменении параметров вентиляционной системы, установлению эффективности источников тяги воздуха и др. При решении возможно применение методов аналитического,
графо-аналитического, |
электро- |
и гидромоделирования и др. |
о |
|
соединение выработок |
Последовательное |
||
Вентиляционная система' называется последовательной, |
||
если движение воздуха |
по выработкам происходит без разд е -~ |
|
лѳния. рис.20. |
|
|
Рис.20. Последовательное |
движе |
|
|
ние воздуха:’ |
|
1-5 .- выработки и камеры |
||
При последовательном соединении дебит отдельных вы |
||
работок одинаков, |
S . i f - c o n s t и |
О.,- 0. г - Æ |
Вентиляционная струя, проходя по выработкам, последо вательно в каждой из них теряет часть напора на преодоле
ние сопротивления. |
о |
Поэтому общая депрессия последовательно соединенных |
|
выработок равна сумме депрессий |
отдельных выработок |
h - h , * h c <. |
h„. |
/ а / |
так как h -■ R Q |
} |
|
ѵ а * + я е а г +... R n ü г
и |
R- R.+ / ? г |
^ . . . R Q . |
/ б д / |
Общее |
сопротивление |
последовательно |
соединенных вы |
работок равно сумме сопротивлений отдельных выработок-,