книги из ГПНТБ / Рудничная вентиляция учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов канд. техн. наук М. Н. Бодягин.1960 - 23 Мб

dx — влагосодержание в нижнем пункте лавы, г/кг;

<рх — относительная влажность в верхнем пункте лавы, %;

k = Fa + g;

F— поверхность породных стенок очистного забоя, ж3;

£ = 33/;

f—поверхность отбитого кускового угля (для лавы дли­

женных недалеко от подающего ствола, закрепленных бетонной или металлической крепью, 3,0—4,5 ккал/.и2 • час-, для остальных

•откаточных выработок 6,5 ккал/м2 ■ час, для очистных забоев —

13ккал/м2 • час.

Значения теплофизических констант приведены в табл. 13.

Таблица 13

Теплофизические константы и удельный вес пород

Средние значения теплофизических констант

Средний

Коэффициент теплоотдачи а определяется по формуле

119

где <р — относительная влажность воздуха, %;

Рн — давление насыщающих воздух водяных паров, мм рт.

ст.;

В— нормальное атмосферное давление (В = 760 мм рт.

ст.), мм рт. ст.

Кроме приведенных, есть и другие методы тепловых расчетов (А. Ф. Воропаева, О. А. Кремнева, Ю. В. Дядькина и др.), изло­

женные в соответствующей технической литературе [42, 29, 30'

идр.].

§17. БОРЬБА С ВЫСОКИМИ ТЕМПЕРАТУРАМИ В ШАХТАХ

Вдостаточно глубоких шахтах могут возникать такие усло­

вия, когда без проведения специальных мер нормальные тепло­

вые условия в выработках сохранить трудно или невозможно. Комплекс мероприятий, позволяющий поддерживать в выра­

ботках определенные атмосферные условия, называется конди­ ционированием воздуха.

Существуют следующие способы понижения температуры воз­

духа в рудничных выработках без искусственного его охлажде­ ния.

1.Повышение интенсивности проветривания отдельных уча­

стков или шахты в целом.

При увеличении скорости движения воздуха он менее продол­

жительное время находится в контакте с нагревающими его по­ родами, с поверхностями, отдающими теплоту окислительных, процессов, и другими источниками тепла и, следовательно, мень­ ше нагревается.

2. Осуществление рациональной схемы проветривания, при

которой предусматривался бы наиболее короткий путь свежей, струи до рабочих забоев. Например, в определенных условиях,

может оказаться выгодным применение диагональной схемы про­

в шахту по этим стволам и выходом исходящей струи в центре-

шахтного поля.

Ввиду большей охлажденности выработок вентиляционного горизонта и меньшего тепловыделения в них целесообразным, может быть также применение нисходящего проветривания, если оно в данных условиях не противоречит Правилам безопасности.

В некоторых случаях возможна подача воздуха по специаль­

ным вентиляционным выработкам с повышенными скоростями его движения. При этом следует, однако, учитывать, что чрез­

мерное повышение скорости (свыше предусмотренных ПБ) себя не оправдывает.

3. Предотвращение увлажнения воздуха путем принятия мерno устранению капежа, изоляции водоотливных канавок и т. д.

120

4.Уменьшение источников тепловыделения и понижения ин­

тенсивности тепловыделения: уборка отбитого угля, леса; уборка

угольной пыли; крепление выработок бетонной и металлической

крепью; замена электрических машин пневматическими, по­ скольку в последних тепловыделения от работы компенсируются охлаждением отработанного воздуха, и другие подобного рода меры.

5.Для вновь проходимых выработок положительный эффект

дает теплоизоляция стенок (например, опилками, золой). Когда перечисленных мер недостаточно или применение их

нецелесообразно, прибегают к комплексу мероприятий по искус­ ственному регулированию тепловой эффективности воздуха (теп­ ловое кондиционирование).

Тепловое кондиционирование осуществляется следующими способами:

1)кондиционированием при помощи теплоуравнивающих ка­ налов. Сущность способа состоит в том, что вблизи ствола про­ ходится по два-четыре шурфа, сбиваемых попарно между собой

исо стволами каналами на глубине зоны постоянных температур.

При помощи вентиляторов зимой холодный воздух прогоняется по изолированным от ствола каналам, охлаждая окружающие их породы; воздух для проветривания шахты поступает через устье ствола. Летом устье ствола перекрывается и воздух по­ дается через шурфы и каналы, охлажденные за зиму;

2)охлаждением рудничного воздуха льдом и холодной во­

дой.

Удачный опыт использования льда имел место на руднике «Фруд-Стоби» (Канада). Воздух, поступающий в шахту зимой,

нагревался за счет тепла, выделяемого при замерзании разбрыз­

гиваемой в специальных камерах воды. Летом при прохождении через эти камеры воздух охлаждается за счет поглощения тепла тающим в камерах льдом.

Имеются также примеры использования льда для охлажде­ ния воды на поверхности или под землей и охлаждения воздуха разбрызгиванием холодной воды через форсунки;

3) охлаждением посредством испарения жидкого воздуха, подаваемого в шахту по теплоизолированному трубопроводу

споверхности;

4)искусственным осушением поступающего в шахту воздуха специальными сорбентами (силикагель, хлористый кальций), что обеспечивает снижение его температуры при последующем

увлажнении;

5) кондиционированием рудничного воздуха смешением его

в подземных выработках со струей сжатого воздуха, расширяю­ щегося без отдачи или с отдачей (в турбодетандере) внешней работы. При этом сжатый воздух подается с поверхности при давлении до 200 ат с температурой 25—30°;

121

6)кондиционированием с применением водовакуумной уста­ новки, в которой вода испаряется за счет создания (при помощи

эжектора) разряжения в водоиспарителе. Охлажденная вода по теплоизолированному трубопроводу подается к разбрызгиваю­ щим форсункам и, нагревшись от рудничного воздуха (который

при этом охладится), возвращается вновь в водоиспаритель;

7)кондиционированием с применением холодильных машин.

Вкачестве примера, поясняющего принцип действия холодиль­ ной машины, на рис. 56 приведена схема модели опытной возду-

Рис. 56. Схема модели опытной воздухоохладительной установки МакНИИ

хоохладительной установки, сконструированной МакНИИ [98] и

успешно прошедшей испытания на щахте № 17—17-бис (Дон­ басс).

Машина имеет три замкнутые системы: одну для фреона-и

две для воды.

Компрессор холодильной машины 8 засасывает из испари­ теля 5 пары фреона (хладагента), сжимает их и нагнетает в кон­ денсатор 4. Из конденсатора жидкий фреон подается в испари­ тель, где он вновь переходит в пар за счет тепла, отбираемого им у воды, омывающей трубки испарителя. Цикл движения фреона таким образом замыкается.

Вода (хладоноситель), охлажденная в испарителе, насосом 12 ■нагнетается к форсункам камеры воздухоохладителя 1, где она разбрызгивается, охлаждая просасываемый через камеру венти­

лятором 10 рудничный воздух. Нагревшаяся за счет теплоты рудничного воздуха вода стекает в поддон 9 и снова идет в испа­ ритель.

122

Часть вторая

ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ

Глава IV

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ

§18. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА

Ваэродинамике воздух рассматривается как однородное те­ кучее, обладающее свойствами газа. Основными .физическими величинами, характеризующими свойства воздуха как газа, являются следующие.

Объемный вес (у), называемый обычно удельным весом,—■.

вес единицы объема воздуха

которое необходимо затратить, чтобы температуру 1 кг воздуха

124

Воздух как газ подчиняется следующим основным законам: закону Бойля — Мариотта

Депрессия (Л) — разность давлений воздуха в двух различных течениях воздухопровода, обеспечивающая перемещение воздуха между этими сечениями. Депрессия выражается в тех же еди­ ницах, что и удельное давление, т. е. в кг/м2 или в мм вод. ст.

В вентиляции за стандартный принимают воздух, находящий­ ся под давлением 760 мм рт. ст., при температуре 15° и с отно­ сительной влажностью 60%.

125

влиянием изменения влажности, удельный вес воздуха опреде­ ляют по формуле

зависит от геодезической высоты пункта измерения относительно уровня моря. Так, в забое проходимого ствола шахты абсолют­ ное давление больше, чем в устье, на величину уН, где у — удель­ ный вес воздуха, Н — расстояние по вертикали от устья до забоя.

Коэффициент кинематической вязкости для нестандартной

в пределах 1 %„ что при расчетах можно не учитывать.

§ 19. УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ

Для элементарной струйки находящегося в движении идеаль­

ного несжимаемого газа закон сохранения энергии выражается уравнением Бернулли

где Р —статическое давление в данном сечении трубопровода,

кг/м2;

z—высота сечения от плоскости сравнения, м;

g — ускорение земного притяжения, м/сек2.

Каждый из членов формулы (40) представляет собой один из видов энергии 1 м3 газа.

Таким образом, если взять объем В газа (рис. 57) в сече­ нии I—I и тот же объем газа в сечении II—II, то сумма энер­ гий, которой обладает данный объем идеального газа в каждом из этих сечений, будет одна и та же.

126

В применении к потоку реального газа или жидкости, обла­ дающего определенной вязкостью, например, движущегося воз­ духа, который условно можно считать несжимаемым, закон Бер­ нулли без учета неравномерности распределения скоростей в на­ чальном и конечном сечениях потока выразится уравнением

Л + = Л + ^ + Лсопр- (41)

Здесь левая часть уравнения, относящаяся к сечению I—I, отличается от правой части, относящейся к сечению II—II, на величину /гсопр, выражающую собой потерю давления на прео­ доление сопротивления движе­

уравнения отрицательным, так как Zi < z2.

Уравнение (42) позволяет сделать два весьма важных вы­ вода: во-первых, вся разность энергии давления объема В воз­ духа в сечениях I—I и II—.II расходуется на преодоление сопро­ тивлений движению этого объема по трубопроводу и, во-вторых,

общая разность энергии давления в сечениях I—I и II—II сла­ гается из разностей статического, гидростатического и скорост­ ного давлений.

Как указано выше, разность давлений в двух сечениях тру­

Шахта в простейшем случае может быть представлена как

неразветвленный трубопровод (рис. 58) ABCDFGH.

В применении к этому трубопроводу отдельные составляющие

уравнения (42) будут иметь вполне определенные значения.

127

Так, АС0Пр, или депрессия шахты /гш, будет означать давление, которое нужно затратить, чтобы заставить воздух двигаться от сечения А к сечению Н или наоборот.

Слагаемое (Pi—Р2) будет представлять разность абсолютных давлений в сечениях А и Н. Если считать, что в пунктах А и Д, имеющих одинаковую геодезическую отметку, атмосферное давление практически одинаково, то разность (Рг—Р2) будет не что иное, как давление столба воздуха высотой НК.

Слагаемое yiZi — y2z2 выражает разность абсолютных давле­ ний столбов воздуха АВС и HGC при соответствующих удельных

весах воздуха в этих столбах. Обычно разность давлений (де­

прессию), обусловленную естественными условиями (разность

геодезических отметок, разность тепловых условий в выра­ ботках) и называемую естественной тягой /ге, удобнее под­ считывать сразу для плоскости АК (см. главу V настоящей части).

Естественные условия обычно не обеспечивают достаточного проветривания, и приходится искусственно повышать разность давлений в рассматриваемых сечениях, например, за счет уста­ новки всасывающего вентилятора в сечении Н или нагнетающего вентилятора в сечении А. Создаваемый вентилятором перепад давлений называется депрессией вентилятора /гв.

Третье слагаемое правой части уравнения (42) выражает расход или экономию энергии, связанную с увеличением или уменьшением скорости движения воздуха в пределах рассматри­ ваемого участка трубопровода. Для шахты в целом скорость во входном сечении равна нулю и третье слагаемое выражает по­

терю скоростного напора при выходе воздуха в атмосферу. При­ ложение закона Бернулли к анализу условий движения воздуха через шахту показывает, что оно требует затрат энергии дав­ ления (Аш); последняя может быть в наличии за счет естест­ венных условий (/ге) или должна быть создана искусственно

(hB).

128