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

выработок или введения дополнительного источника тяги, и регу­

лирование отрицательное, обеспечиваемое за счет искусственного

увеличения сопротивления выработок.

При положительном регулировании общее сопротивление параллельного участка уменьшается, а следовательно, умень­

шается и общее сопротивление вентиляционной системы шахты, чем облегчается работа вентиляторной установки. При отрица­ тельном регулировании, наоборот, сопротивление участка, а сле­

довательно, и шахты возрастает. Величина изменения сопроти­ вления системы при этом зависит от того, какую часть общего

сопротивления шахты составляет сопротивление рассматривае­ мого параллельного разветвления.

Допустим, дано параллельное разветвление 2—5 (рис. 146,а), включающее очистные забои А и В.

Обозначим величины, относящиеся к ветви 2—А—5 — индек­ сом /, относящиеся к ветви 2—В—5 — индексом II, а суммар­ ные значения обеих ветвей — индексом 0.

При естественном распределении воздуха в соединении будем иметь

— /гп — Ао;

Примем теперь, что по условиям газообильности требуемые

количества воздуха для лав А и В составят соответственно

Qi ?> Qi и qn <С Qn.

Если пересчитать депрессии струй при этом требуемом рас­ пределении воздуха, то получим

причем А/ будет больше h'n.

Требуемое распределение воздуха можно получить следую­ щими способами:

1. Можно осуществить регулирование путем снижения депрес­ сий отдельных струй до минимальной из депрессий, подсчитан­ ных из условия требуемого распределения воздуха, за счет уменьшения сопротивлений этих струй (положительное регули­ рование) .

В рассматриваемом примере это можно сделать за счет уменьшения сопротивления ветви 2—А—5 с R, до /?/. Считая, что при этом депрессии /г' и h'tI уравниваются, будем иметь

4xR( = QnRw

откуда

Необходимое снижение сопротивления ветви 2—А—5 будет равно разности

Каждая ветвь параллельного соединения может быть пред­ ставлена либо одиночной выработкой, либо суммой соединен­ ных между собой выработок.

Снижение сопротивления одиночной выработки может быть получено за счет уменьшения длины выработки и коэффициента

аэродинамического сопротивления а или увеличением площади поперечного сечения выработки, что очевидно из выражения

о aPL _ 4,16aL

Г\ —7=^.— --------------- ,

принимая Р = 4,16т/<$.

Кроме того, в выработках часто имеются различного рода дополнительные сопротивления (старый лес, кучи породы, ста­ рые дверные проемы и т. п.), устранение которых такжесни­ жает общее сопротивление выработки.

Иногда вместо реконструкции данной выработки оказы­ вается целесообразным ввести новую выработку, параллельную

данной, и получить снижение сопротивления ветви за счет созда­ ния нового параллельного соединения.

В тех случаях, когда рассматриваемая параллельная ветвь

представлена суммой выработок, снижение сопротивления ее про­ изводится по тем же принципам.

Выбор способа уменьшения сопротивления определяется тех­ ническими возможностями и экономической целесообразностью реконструкции. Масштабы и места работ по реконструкции опре­ деляются, кроме отмеченных факторов, также необходимыми размерами уменьшения сопротивления данной ветви.

2. Распределение воздуха в параллельных ветвях можно ре­ гулировать путем создания дополнительной депрессии в струе,

требующей усиления, за счет вентилятора, установленного для

работы без перемычки или через перемычку (положительное ре­ гулирование). Величина дополнительно создаваемой депрессии равна разности депрессий струй при требуемом распределении воздуха между ветвями соединения.

260

В рассматриваемом примере вентилятор должен быть поста­

разности /г/ — А'р при работе его через перемычку.

В этом случае в ветвях 2—А—5 и 2—В—5 сохраняется нера­ венство депрессий, но оно обеспечивается за счет дополнитель­ ной затраты энергии.

Рис. 147. Регулирование распределения воздуха вспомогательным вентилятором

В открытых параллельных соединениях (рис. 147, б) при нагнетающем главном вентиляторе и выходе исходящих струй по участковым шурфам иногда также возникает надобность в уси­

лении отдельных струй. Это достигается установкой на этих

тора нельзя обеспечить любой заданный режим, а только опре­

деленные режимы, являющиеся сопряженными для главного и

вспомогательного вентиляторов. Это может быть пояснено с по­ мощью схемы рис. 147, б. Создаваемая главным вентилятором

N депрессия делится на две части: часть ее теряется на общем участке 1—2 и часть теряется в параллельном разветвлении 2—3—4. При этом депрессии ветвей 2—3 и 2—4 равны между собой. Очевидно, что в пункте 2 должен быть обязательно на­

ственно определенное распределение этой депрессии на части, теряемые на общем участке сети и в параллельном развет­

влении.

Последняя вполне определяет дебит ветви без вентилятора (в данном случае дебит ветви 2—4), а следовательно, и дебит ветви с вентилятором.

261

Таким образом, возможные изменения общего дебита и рас­ пределения депрессии главного вентилятора определяют и воз­ можные дебиты вспомогательного вентилятора, как разности между общим дебитом и дебитом ветви без вентилятора. Эти положения распространимы и на более сложные случаи провет­ ривания. Полное графическое решение задачи на совместную работу главного и вспомогательного вентиляторов приведено далее в описании графических методов вентиляционных расче­ тов.

Подземная установка вспомогательных вентиляторов допу­

скается только как исключение. Это обусловлено теми недостат-

которой имеет место движение некоторого количества воздуха

Следствием этого может быть постепенное загазирование уча­ стка. При разработке склонных к самовозгоранию углей рецир­ куляция может привести к появлению очага пожара. При остановке вентилятора или разрушении перемычки и вентиля­

тора в результате аварии тотчас возникает нарушение нормаль­ ного проветривания, восстановление которого может оказаться затруднительным. Само по себе наличие установки вспомогатель­ ного вентилятора в выработке вызывает неудобство в ее исполь­ зовании.

В некоторых случаях прибегают к установке в выработке вен­ тилятора без перемычки с коротким трубопроводом (рис. 148). Смысл такой установки в том, что часть движущегося в выра­ ботке воздуха, проходя через вентилятор, приобретает некото­

рый запас энергии в виде скоростного напора, что увеличивает,

правда незначительно, напор всей струи.

Приближенная величина депрессии, создаваемой в этом слу­ чае вентилятором, теоретически должна составлять

работку;

262

3. Регулирование распределения воздуха в параллельном

соединении можно выполнить путем доведения депрессии парал­ лельных струй до максимальной из подсчитанных при требуемом распределении воздуха за счет введения дополнительных сопро­ тивлений в этих струях (отрицательное регулирование). Обычно

это достигается установкой вентиляционных перемычек с ре­ гулировочными окнами.

В рассматриваемом примере (рис. 146), поскольку< А/,

перемычка с окном должна быть поставлена в ветви 2—В—5.

При этом окно должно поглощать депрессию /?ок, определяемую из условия

""I- ^ок-- ^1

ИЛИ

Определение геометрических размеров окна производят по следующим формулам:

при S0K:SB<С 0,5

сматривается как потеря кинетической энергии при ударе. Масса воздуха, движущаяся в сечении II—II (рис. 149) со скоростью о2, ударяется о массу воздуха, движущегося в сечении III—III

263

При этом

<р = 0,65; §' = 9,81 м/сек2 и 7 = 1,2 кг/м2,

и выполняя некоторые преобразования из формулы (170), полу­ чаем в конечном виде формулу (168).

Формула (169) получается аналогично, с той лишь разни­ цей, что коэффициент расхода

<р при этом на основании экс­ периментов принимается рав­ ным единице.

Если перекрытие выработ­

ки перемычкой с окном неже­

лательно, можно заменить его

Следовательно, задавшись определенными размерами двер­

ного проема как окна, можно подсчитать поглощаемую им де­

прессию и количество таких проемов, заменяющих в сумме не­ обходимую депрессию окна, имея при этом в виду, что указанные проемы будут расположены на достаточном удалении друг от

друга с тем, чтобы каждый из них можно было считать само­ стоятельным местным сопротивлением.

Отрицательное регулирование может быть обеспечено также за счет установки вентилятора без перемычки, работающего на­ встречу потоку воздуха в выработке, или при помощи воздушной

завесы.

Воздушная завеса — плоская струя, выпускаемая из приспо­ собления в виде вертикальной щели под некоторым углом на­ встречу потоку воздуха. Для создания завесы используется вспо­ могательный вентилятор, ширина выпускной щели раздающего приспособления принимается 50—100 мм. Завесы могут созда­ ваться с одной или обеих сторон выработки.

Количество воздуха, подаваемое через щель, подсчиты­ вается по формуле

а—............___________

°1/ Во

V +с)

264

воздушной завесы.

Регулирование распределения воздуха в сложных системах

основывается на том положении, что в каждом замкнутом

контуре сложного разветвления депрессии параллельных по­ токов равны.

Так, для схемы, представленной на рис. 145, после проведе­

ния регулирования воздуха в параллельных ветвях участков

воздуха в диагональной системе 2—7. Определение естествен­ ного распределения воздуха здесь сложнее, чем при простом параллельном соединении, но оно и не является обязатель­ ным.

265

В данном случае известно (может быть подсчитано) сопро­ тивление участков 2—3, 3—7, 2—6, 6—3, 6—7, заданы направ­ ления движения струй и в том числе в диагонали и, наконец, заданы по условиям производства количества воздуха в ветвях

2—6, 6—3 и 7—3. Из схемы видно, что при этом определение ко­ личеств воздуха в ветвях 2—3 и 6—7 не представляет затрудне­ ний. Таким образом, задача сводится к подсчету и сравнению депрессий по направлениям 2—6 и 2—3—6, 3—6—7 и 3—7;

.2—3—7 и 2—6—7. Если при заданном распределении воздуха депрессии струй в замкнутых контурах оказались равными, т. е.

А2_6 = Л2_34-Л3_6 и й3_6+/!б-7 = ^з-7, то распределение воздуха соответствует естественному и производить регулирование не

нужно. Если при заданном распределении воздуха депрессии параллельных струй оказались неравными, необходимо регули­ рование.

В качестве примера предположим, что депрессия

Тогда

As_6 -J- Л6_7 = 20 -4- 20 = 40 мм вод. ст.,

а

А2_3 + А3_7 = 20 + 50 = 70 мм вод. ст.

Следовательно, при отрицательном регулировании депрессия направления 2—6—7 должна быть увеличена за счет постановки окон с 40 мм вод. ст. до 70 мм вод. ст., т. е. на 30 мм вод. ст.

Для выяснения вопроса о месте установки окна определим депрессии в контуре 2—3—6:

з + А316 = 20-4-20 = 40 мм вод. ст.,

Л2>6 = 20 мм вод. ст.

Следовательно, в ветви 2—6 должно быть поставлено окно на депрессию 20 мм вод. ст., а в ветви 6—7— на 10 мм вод. ст.,

Подобный принцип расчета применяется и для более слож­ ных сетей.

В тех случаях, когда необходимо определить естественное

распределение воздуха в сложной сети, приходится прибегать к методам приближенных расчетов, изложенным в последующей главе (см. ниже гл. IX).

§42. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Впрактике проветривания шахт приходится иметь дело с дву­ мя видами неустойчивости проветривания. Первый вид — это из­ менение во времени количества воздуха, проходящего по отдель­

266

ным струям, без изменения направления этих струй, второй вид— самопроизвольное «опрокидывание» отдельных вентиляционных струй.

В основе этих явлений лежат одни и те же причины: измене­ ние депрессий, вызванное изменением режима работы, появле­

нием или исключением отдельных источников тяги и изменением сопротивления отдельных участков сети. Однако изменения

в проветривании, которые вызываются этими причинами, могут

быть различными.

Так, если взять простое диагональное соединение (см. ниже рис. 177) с сопротивлениями ветвей Ri, Т?2, Rs, Ri и R$, то движе­ ние воздуха от точки С к точке D будет происходить при уело-

вии, что . Сколько бы мы ни увеличивали сопротив­

ления Ri и R3 или сколько бы мы ни уменьшали сопротивления

Rs и Ra, направления струй в соединении не изменятся и будет иметь место лишь изменение количества воздуха, протекающего в отдельных струях. Иначе будет обстоять дело, если увеличи­

менит свое направление на обратное, воздух будет двигаться от

точки D к точке С.

Таким образом, в первом случае следовало иметь в виду устойчивость проветривания данного соединения только в смысле постоянства количества воздуха в струях. Во втором случае при­ ходится дополнительно учитывать возможность качественного

изменения самой схемы.

Очевидно, что для второго случая основным является выясне­ ние условий, при которых произойдет опрокидывание струй.

1. Неустойчивость (количественная) дебита и депрессии вентиляционных струй

Практические измерения показывают, что в действующей шахте количество воздуха, а следовательно, и депрессии в от­ дельных выработках не остаются постоянными и меняются во времени в более или менее значительных пределах.

На рис. 151 приведен график «пульсации» воздушной струи

одной из выработок шахты № 162 (Донбасса). Основными при­ чинами пульсаций являются: непостоянство дебита вентилятора, изменение сопротивлений выработок, обусловленное работой подъема и откатки, изменения в сети, вызываемые открыванием и закрыванием вентиляционных дверей, и другими «мгновен­ ными» изменениями сопротивлений отдельных вентиляционных выработок. Так, доказано (А. М. Карпов), что работа подъема повышает аэродинамическое сопротивление ствола. При этом в какой-то мере это влияние распространяется и на паузы между

267