книги / Рудничная вентиляция

ми шлангами. Расходомер устанавливается в здании вентиля­ тора в строго вертикальном положении (проверяется по отвесу). Для измерения расхода воздуха в вентиляционных трубах применяют дроссельные приборы — диафрагмы (измерительные шайбы) и сопла, конфигурация которых приспособлена для ис­ пользования их в трубопроводах круглого сечения диаметром D >• 50 мм при отношении диаметра сужения d к D, равном 0,2

< d/D 0,85. При этом измеряют перепад давления, создаваемый дроссельным прибором, вследствие преобразования скоростного давления в статическое: за дроссельным устройством (диафрагмой или соплом) статическое давление уменьшается. Перепад давления зависит от скорости движения измеряемой среды и определяется либо дифференциальным, либо U-образным манометром (при малых разностях давления — микроманометром). Снятие давления в дроссельных устройствах осуществляется при помощи либо узких каналов, либо кольцевых камер.

Для дистанционного и автоматического контроля расхода воздуха и депрессии применяется мембранный дифференциальный манометр.

Принцип работы дифференциального манометра основан на измерении давления, передаваемого к мембране: если давление над нею отличается от давления под мембраной, то последняя и жестко связанный с ней плунжер перемещаются, занимая поло­ жение, при котором усиление от приложенной к мембране раз­ ности давлений уравновешивается силой пружины. Для дистан-

до + 50 °С, относительной влажности до 98 %, запыленности воздуха до 1 0 г/м*.

Крыльчатый анемометр со струнной осью АСО-3 (рис. 22.2) состоит из крыльчатки 1, размещенной в металлической обе­ чайке 2, счетного механизма 3 и ручки 5. Крыльчатка сообщается со счетным механизмом при помощи трубчатой оси, вращающейся на натянутой стальной струне. Давление движущегося потока воздуха приводит крыльчатку во вращение. При этом вращение оси крыльчатки передается через счетный механизм на стрёлки прибора. Включение счетного механизма в работу и выключение его производятся арретиром 4.

В чашечном анемометре (рис. 22.3) давление воздушного потока воспринимается четырьмя полусферическими чашечками 1, за­ крепленными на двух взаимно перпендикулярных стержнях, жестко соединенных с осью 2, на конце которой имеется червячная передача, связанная с редуктором счетного механизма 3.

Для измерения средней скорости движения воздуха анемо­ метром применяют методы «обвода» сечения выработки и «точеч­ ный» (при малых скоростях движения воздуха). При «обводе» применяют способы замера средней скорости воздуха «перед собой» и «в сечении». Замер способом «перед собой» производится при высоте выработки в свету не более 2 м. В том и другом слу­ чаях обвод сечения выработки должен осуществляться равно­ мерно, анемометр не должен перемещаться вдоль выработки.

Скорость движения воздуха определяется по тарировочному

где а и b — постоянные для данного анемометра величины; п — число оборотов крыльчатки анемометра в единицу времени;

где vr — средняя скорость движения воздуха, определенная по* графику рис. 22.4 или по формуле (22.2), м/с.

При замере способом «перед собой» поправочный коэффициент равен 1,4, а при замере способом «в сечении» определяется по формуле

При замере скорости анемометром, укрепленным на шесте длиной 1,5 м и более, поправочный коэффициент не вводится.

4 3

Рис. 22.4. Тарировочный график анемометра Рис. 22.5. Трубка Пито

При замере термоэлектроанемометром АТЭ-2 способом «перед собой» k = 1,3; при замере способом «в сечении» k — 0,741.

При «точечном» способе замера площадь сечения выработки делят приблизительно на равновеликие площадки (не менее девяти), в центре которых замеряют скорость движения воздуха. Расход воздуха в выработке (м3/с)

движения воздуха в центре данного квадрата, м/с; S t — площадь данной площадки, ма.

где S — площадь поперечного сечения выработки, м2. Одновременно с замером скорости в центре каждой площадки

необходимо замерять скорость в какой-нибудь постоянной кон­ трольной точке. После окончания всех замеров подсчитанные скорости приводят к средней контрольной за время замера:

гДе АИсп — исправленная скорость в центре t-й площадки; vt — замерная скорость в центре t-й площадки; ок. ор — средняя скорость по замерам в контрольной точке; vKl — скорость в кон­ трольной точке во время замера скорости в центре t-й площадки.

Значения исправленных скоростей подставляют в формулу

(22. 6).

Трубкой Пито (воздухомерной трубкой) в сочетании с U-образ- ным манометром или микроманометром измеряют скорости дви-

жения воздуха более 1 м/с. Эти трубки могут быть использованы также для замера депрессии выработок и полного и статического давлений.

Трубка Пито (рис. 22.5) имеет наконечник 3, державку 2 и два конца, обозначаемых знаками «плюс» и «минус». Наконечник представляет собой цилиндр, имеющий центральный канал соединенный с плюсовым концом, и кольцевую прорезь 4, соеди­ ненную с минусовым концом. Через кольцевую прорезь передается статическое давление Лст, а через центральный канал — полное давление, равное алгебраической сумме динамического (скоро­ стного) и статического давлений:

При присоединении обоих концов трубки к коленам U-образного манометра или микроманометра приборы покажут скоростное давление в точке расположения наконечника трубки.

Скорость движения воздуха (м/с) определяется по формуле

где Лск — скоростное давление, Па; р — плотность воздуха, кг/м3. Для измерения депрессии от 0 до 2 0 0 0 Па обычно применяют многопредельный микроманометр ММН с наклонной измеритель­ ной трубкой (рис. 22.6). Для замера депрессии плита (основание микроманометра) по двум уровням установочными винтами при­ водится в строго горизонтальное положение, измерительной трубке придается необходимый угол наклона, и к штуцерам трех­ ходового крана присоединяют посредством резиновых шлангов концы трубки Пито. При этом плюсовый конец трубки присоеди­

няется к резервуару, а минусовый — к штуцеру «—» крана. Депрессия (даПа) определяется по формуле

где пх и — соответственно начальный и конечный отсчеты поло­ жения уровня спирта в измерительной трубке, мм; F — постоян­ ная, указанная на дуге прибора; Д — поправочный коэффициент, учитывающий изменения плотности спирта от температуры (бе­ рется по прилагаемым к прибору таблицам); k — поправочный коэффициент микроманометра.

Трубка Пито позволяет измерять скорость движения воздуха «точечным» способом, поэтому замеры необходимо производить по двум трубкам: обходной и контрольной, причем контрольная устанавливается неподвижно в центре площади сечения замерной станции для определения исправленной скорости по формуле

(22.8) .

Для проверки правильности распределения воздуха по забоям, пластам, крыльям и горизонтам, установления мест утечек воздуха и их величины периодически производятся воздушные съемки (обычно совместно с проведением депрессионных или газовых съемок; в этих случаях они соответственно называются воздуш­ но-депрессионными или газовоздушными съемками).

Воздушные съемки предусматривают одновременный в течение дня замер количества воздуха, поступающего в сеть подземных выработок. Если это не удается выполнить, то на другой день съемку следует продолжить с предыдущего замерного пикета, после чего все замеры первого дня следует привести к замерам второго дня (либо наоборот) умножением на отношение Q'nJQh (или Qn/Qa), где Q„ — расход воздуха на пикете в первый день замера; Qn — то же, на другой день.

Для составления правильного баланса воздуха все его коли­ чества (по различным струям) необходимо привести к одинаковым условиям (барометрическому давлению, температуре и плот­ ности):

бранным давлению В0 и температуре Т0 (обычно приведение произ­ водится к стандартным давлению В0 = 101 325 Па и температуре Т0 = 288 К); рвл — плотность влажного воздуха, определяемая при давлении £, температуре Т и относительной влажности <р,

сухого воздуха и водяного пара, находящихся в смеси под своими

Доля второго члена в формуле (22.12), учитывающего плотность водяного пара рв. п, составляет 0,75 % плотности воздуха рс. в. Поэтому в инженерных расчетах обычно считают, что рвл « рс. в-

При измерении давления в Па

Оставшееся после приведения невязки количество воздуха распределяют по отдельным струям пропорционально расходу воздуха в этих струях.

пласты, склонные к самовозгоранию, и на пожарных участках — оксида углерода и водорода; после взрывных работ — оксида углерода и оксидов азота.

Для точного определения содержания метана и углекислого газа в атмосфере горных выработок применяют шахтные интер­ ферометры ШИ-10, а для определения содержания кислорода, углекислого газа и метана — ШИ-6 . Эти приборы позволяют определять содержание газа при одновременном присутствии в шахтном воздухе метана и углекислого газа.

Определение концентрации любого компонента газовой смеси в интерферометрах производится путем измерения смещения интерференционной картины при прохождении одного из когерент­ ных лучей через среду, имеющую иную оптическую плотность по сравнению с оптической плотностью чистого воздуха. Смещение интерференционной картины относительно ее нулевого положения пропорционально разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и чистого воздуха, которая, в свою очередь, пропорциональна концентрации любого компо­

Пределы измеряемых содержаний метана и углекислого газа прибором ШИ- 6 — от 0 до 6 %, кислорода — от 20,9 до 5 % (по объему).

Для непрерывного автоматического контроля содержания ме­ тана в рудничной атмосфере непосредственно на рабочих местах применяется переносное метан-реле СШ-2 с автономным питанием. При недопустимой концентрации метана в воздухе ( 2 %) стрелка указателя замыкает контакт, который включает сигнализацию — сирену и красную лампочку. При обрыве или закорачивании схемы подается аварийный сигнал.

Метан-реле работает нормально при напряжении питания 2,6—2,05 В. С понижением напряжения До 2,05 В и менее стрелка вольтметра замыкает контакт, включающий сигнализацию кон­ троля источника питания. Пределы измерения концентрации

в шахтном воздухе (оксида углерода, сероводорода, сернистого газа, оксидов азота) применяют химический газоопределитель ГХ-4, представляющий собой прибор, состоящий из набора инди­ каторных трубок, являющихся измерительной частью, и насоса,

Набор индикаторных трубок позволяет определить содержание различных компонентов в рудничном воздухе. Трубки длиной 125 мм и диаметром 7 мм изготовлены из стекла и запаяны с обоих кондов; они заполнены белым порошком, обработанным реактив­ ным раствором, который под действием газов приобретает специ­ фическую окраску; при наличии в воздухе оксида углерода — светло-зеленую, сероводорода — темно-коричневую, сернистого газа — интенсивную синюю, оксидов азота — серо-синюю. Кон­ центрация газа в протягиваемом воздухе определяется по длине окрашенной части столбика порошка в трубке.

22.4. Депрессионные съемки

Депрессионные съемки — это комплекс работ, выполняемых для установления распределения депрессии и расхода воздуха в сети подземных выработок. Основной целью депрессионных съемок является получение данных для определения аэродинами­ ческого сопротивления отдельных участков или всей вентиля­ ционной сети и установления причин больших потерь давления воздуха на тех или иных участках сети.

Депрессионная съемка заключается в последовательном за­ мере давления воздуха в выработках вентиляционной сети от пункта входа до пункта выхода струи на поверхность. Маршруты съемок намечаются заранее с таким расчетом, чтобы они ха­ рактеризовали сопротивления отдельных участков сети; при этом одно из направлений выбирается в качестве основного —обычно по направлению струи наибольшего сопротивления (т. е. струи без вентиляционных окон или других регулирующих устройств).

При депрессионных съемках измеряется падение давления воздуха между замерными пунктами. Это падение определяется как разность абсолютных или относительных давлений воздуха в намеченных пунктах. В первом случае для производства съемок применяют барометры-анероиды, различные микробарометры и баронивелиры, во втором — U-образные манометры и микро­ манометры.

Барометр-анероид служит для измерения атмосферного давле­ ния. Шкала прибора проградуирована от 450 до 820 мм рт. ст. (от 600 кПа до 109,3 кПа), цена деления 0,5—0 , 1 мм рт. ст. (6 —

13 Па). В показания прибора необходимо вносить поправки, учитывающие инструментальные неточности, изменения темпера­ туры, и добавочные поправки, указанные в поверочном свиде­ тельстве прибора.

Для повышения точности замеров применяют особо чувстви­ тельные микробарометры МБ, цифровые микробарометры МБЦ (М-113), компенсационные фотоэлектрические микробарометры КФМБ и баронивелиры БН-4.

Шкала микробарометра МБ проградуирована в пределах 720—820 мм рт. ст. (96—109 кПа), цена деления 0,1 мм рт. ст. (13 Па). Для исключения ошибки от параллакса конец стрелки загнут по “вертикали, отсчеты берутся с помощью лупы, что обес­ печивает точность ±0,5 мм рт. ст. (6,7 Па). Прибор компенсирован на температуру от 0 до 30 °С. Для внесения температурной по­ правки на крышке прибора вмонтирован термометр.

Баронивелир БН-4 (рис. 22.7) воспринимает атмосферное давление столбиками анероидных коробок, соединенных системой рычагов с барабаном, на котором закреплено зеркало, отража­ ющее шкалу прибора. При изменении давления барабан с зерка­ лом поворачивается, при этом изображение шкалы перемещается на величину, соответствующую депрессии выработки.

Точность замеров приборов 0,5 мм рт. ст. (6 , 7 Па). Депрессионная съемка барометрами заключается в замере

атмосферного давления на каждом заранее намеченном пункте по направлению движения воздушной струи. Расположение за­ мерных станций должно выбираться таким образом, чтобы обес­ печивалась достаточная точность замера, исключалось влияние колебания давления от движения подъемных сосудов и закрыва­ ния или открывания вентиляционных дверей.

Для внесения поправок на превышение высот замерные стан­ ции должны иметь высотные отметки. Кроме того, необходимо вносить поправки на изменение барометрического давления, для чего одновременно с замерами в шахте следует фиксировать давление на поверхности через каждые 15—20 мин по контроль­ ному барометру-анероиду.

Для снятия отсчета прибор должен находиться на замерной станции 15—20 мин; при отсчетах прибор обязательно должен лежать горизонтально, а для преодоления трения на осях пере­ даточной системы необходимо слегка постучать по стеклу баро­ метра-анероида, наблюдая за положением стрелки, пока она не перестанет смещаться.

Депрессия между замерными станциями, Па (следуя по на­ правлению движения воздуха), определяется по формуле

h = A [Bi — (Вг ± ЯрсрМ) ± (Вк — Вк) ± (t>?Pi — 02Рг)/2,

где А — множитель, принимаемый равным 133,3 при измерении давления в Па; Вх — барометрическое давление в начальной точке; Ва — барометрическое давление в конечной точке; Нрср/2 —

поправка на превышение высот замерных точек (знак «+» при­ нимается, когда последующая точка выше предыдущей и знак «—» — ниже предыдущей); Н — разница высотных отметок обеих точек, м; рср — средняя плотность воздуха, кг/м3; рср = (рх + + р2)/2 ; Рх и р2 — плотности воздуха соответственно в начальной и конечной точках, определяемые по формулам (22.13) или (22,14); В’к — £к — поправка на изменение барометрического давления на поверхности (знак «+» берется при падении давления и знак «—» — при повышении); Вк’ — давление по контрольному баро­ метру во время снятия отсчета в начальной точке; — то же,

в конечной точке; (u?pi — 0 2Р2) — поправка на изменение разности скоростных давлений (знак «+» берется при и знак «—» — при Ox < о2; t>x и иг — скорости воздуха соответственно в началь­ ной и конечной точках).

Депрессионная съемка микроманометром (обычно в сочетании с трубкой Пито) основана на непосредственном измерении раз­ ности статических давлений (депрессии) между двумя пунктами выработки, отстоящими друг от друга на расстоянии 200—300 м.

Для измерения депрессии микроманометром и двумя трубками Пито (рис. 22.8) последние закрепляют в замерных пунктах вы­ работки на треногах или прикрепляют к крепи так, чтобы нако­ нечник трубки располагался параллельно потоку по оси вы­ работки. Минусовый конец трубки Пито, расположенной в пункте с большим давлением (сечение I—/), резиновым шлангом при­ соединяют к штуцеру «+», а минусовый конец второй трубки, расположенной в сечении I I —II, — к штуцеру «—» трехходового крана микроманометра.

При депрессионных съемках необходимо следить, чтобы в изме­ рительную трубку микроманометра не попадали пузырьки воз­ духа; резиновые шланги не должны иметь проколов или других повреждений.

Депрессия между замерными пунктами Л, даПа, подсчиты­