книги / Рудничная аэрология

применяются двойные оконные рамы, отверстия для каналов перекрываются специальными клапанами.

Каналы вентиляторов должны штукатуриться, слой грунта над ними должен быть достаточной толщины и уплотнен. Требования к лядам аналогичны требованиям к вентиляционным дверям.

§ 75. УТЕЧКИ ЧЕГЕЗ ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО

Если выработанное пространство находится под некоторой разностью давлений, через него происходит фильтрационное дви­ жение воздуха. В шахтах особое значение имеют утечки через выработанное пространство добычных участков, так как утечки

а

Рис. 109. Линии тока в выработанном пространстве при утечках

в этом случае имеют относительно большую величину. Кроме того, •они влияют на вынос из выработанного пространства различных газов.

Утечки через выработанные пространства добычных участков •составляют от 10 до 80% поступающего в забой количества воз­ духа. Величина утечек через выработанное пространство опре­ деляется схемой вентиляции участка, аэродинамическим сопро­ тивлением (воздухопроницаемостью) заполняющих выработанное пространство пород, размером выработанного пространства (в пер­ вую очередь в направлении утечек), депрессией участка и сопро­ тивлением оконтуривающих выработок.

Характер и величина утечек через выработанное пространство в значительной степени определяются схемой его примыкания к окружающим выработкам.

На рис. 109, а изображены линии тока в выработанном про­ странстве при сплошной системе разработки. В этом случае вслед­ ствие утечек уменьшается количество поступающего в забой воз­ духа, газы, выделяющиеся в выработанном пространстве, выно­ сятся в вентиляционный штрек. При столбовой системе разработки (рис. 109, б) из-за утечек уменьшается количество воздуха в ниж­ ней части лавы и увеличивается в верхней. При этом газы из выработанного пространства попадают в верхнюю часть лавы. При прямоточной схеме проветривания с вентиляционным штре­ ком в массиве угля (рис. 109, в) утечки происходят с откаточного

штрека в лаву, одновременно туда заносятся и газы из выработан­ ного пространства.

Сопротивление выработанного пространства. Воздухопроница­ емость выработанного пространства обычно оценивается его удель­ ным сопротивлением. У д е л ь н ы м с о п р о т и в л е н и е м г выработанного пространства называется сопротивление выделен­ ного в нем куба с размером ребер, равным единице.

Если R — сопротивление полосы выработанного пространства» размером Zх d X т (Z — размер в направлении утечек, d — ширина полосы, т — высота выработанного пространства), то-

откуда размерность [г] = кгс • сл/мл+3,

где п — показатель степени, характеризующий режим движении воздуха при утечках.

При ламинарном режиме фильтрации (п = 1) [г] = кгс- с/м4. Удельное сопротивление связано с воздухопроницаемостыо выработанного пространства к при ламинарном режиме фильтра­

ции соотношением

где \i — абсолютная вязкость воздуха.

На рис. 110, а показан график распределения воздуха Q, а на рис. 110, б — утечек q вдоль вентиляционного штрека при сплошной системе разработки. Как видно из рис. 110, б, утечки происходят на некотором конечном расстоянии от забоя Z, а затем они практически прекращаются. Это является следствием про­ явления горного давления и изменения воздухопроницаемости выработанного пространства: по мере удаления от забоя обрушен­ ные породы уплотняются и удельное сопротивление выработан­ ного пространства возрастает.

На рис. 111 приведен характерный график изменения удель­ ного сопротивления выработанного пространства в направлении от очистного забоя по простиранию пласта.

Для ламинарного режима фильтрации в условиях угольных шахт зависимость г (х), где х — расстояние от забоя по простира­ нию, может быть описана одной из следующих формул:

г = аеЬх, r = cedxа,

где а, Ь, с и d — постоянные, определяемые экспериментально. Удельное сопротивление выработанного пространства зависитот свойств пород и мощности непосредственной кровли, вынима­ емой мощности пласта, а также от величины горного давления-

При легко обрушающихся и хорошо слеживающихся породах (глинистые сланцы) удельное сопротивление выработанного про­ странства больше, чем при.крепких, плохо обрушающихся поро­ дах (песчаники, известняки). С увеличением мощности пород непосредственной кровли степень заполнения выработанного про­ странства обрушающимися породами увеличивается, благодаря чему возрастает его удельное сопротивление. По этой же причине

Рис. 110. Распределение расхода воздуха и утечек вдоль вентиляци­ онного штрека при сплошной си­ стеме разработки

Рис. 111. Изменение удельного со­ противления г выработанного про­ странства в функции расстояния х

от очистного забоя

с увеличением вынимаемой мощности пласта уменьшается удельное сопротивление выработанного пространства.

При увеличении горного давления обрушившиеся породы уплотняются и сопротивление их увеличивается. Эксперимен­ тально установлено, что на добычных участках угольных шахт при длине лавы 100 м и более и мощности пласта от 0,5 до 1,3 м утечки через выработанное пространство прекращаются при г =

=100 -т- 200 кгс*с/м4.

Режим движения воздуха. Уменьшение воздухопроницаемости

выработанного пространства по мере удаления от очистного забоя является основной причиной существования в нем переменного по простиранию выработанного пространства режима движения воздуха. В большинстве случаев в областях выработанного про­ странства, примыкающих к очистному забою, режим движения турбулентный или близкий к нему, а по мере удаления от забоя он все более приближается к ламинарному, становясь таковым

Из последней формулы имеем

где m — нормальная высота выработанного пространства.

Если г переменно в выработанном пространстве, то для опре­ деления R необходимо знать закон изменения г.

В качестве примера рассмотрим схему, приведенную на рис. 112, б. Определим утечки qyr через полосу выработанного

Рис. 112. Схемы к расчету утечек через выработанные пространства

пространства шириной вдоль штрека 2, равной единице. Для ламинарного режима фильтрации

Используя формулу В. Н. Воронина h = RQm4QK0Hдля депрес­ сии воздухопровода с непрерывными утечками, где QHa4 и QK0H— количество воздуха соответственно в начале и в конце выработки,, напишем для депрессии выделенной полосы

где rl7 r2, r3 — сопротивление единицы длины соответственно* штреков /, 2 и лавы 3; Q0 — расход воздуха через лаву; Q — рас­ ход воздуха в штреке на расстоянии х от лавы.

Сопротивление этой же полосы

R = r - ^ (XIII .9)>

где т — высота выработанного пространства (вынимаемая мощ­ ность пласта).

Подставив выражения (XIII.8) и (XIII.9) в (XIII.7), получим

С другой стороны, утечки с единицы длины штрека 1 равны

Из выражений (XIII.10) и (X III.11) получаем дифференциаль­ ное уравнение движения воздуха по штреку 1 при наличии непре­ рывных утечек

Формула (XIII.13) справедлива в тех пределах по x f для кото­

По формулам (XIII.13) и (XIII.14) утечки через выработанное пространство на участке примыкающего к нему штрека длиной х определяются как QyT = Q — Q0, т* е* утечки равны вторым сла­ гаемым в этих формулах. Л. А. Пучков, условно представляя утечки через все выработанное пространство в виде сосредоточен­ ного потока воздуха («фиктивный поток»), предлагает определять их по формуле

где R ', R" — соответственно линейное и квадратичное сопроти­ вления всего выработанного пространства; R — сопротивление выработок между точками приложения «фиктивного потока».

методу сначала строят линии тока в выработанном пространстве. Для этого в нем выбирают произвольные точки (желательно по квадратной сетке) и через каждую из них проводят произвольные прямые (лучи) 1, 2 ,3 , ., 10 (рис. ИЗ, а).

Зная г (х), rl7 г2, г3, а также размеры выработанного простран­ ства, нетрудно определить общее сопротивление г0 призм доста­ точно малого поперечного сечения, осью симметрии которых являются проведенные лучи, разность давлений на концах этих

призм h и фиктивные потоки через них \q\ = hlr0. Придавая потокам q направление от большего давления к меньшему и гео­ метрически суммируя их, находят суммарный вектор фиктивных

потоков QA , определяющий направление утечек в рассматриваемой точке А (рис. ИЗ, б). Когда направления утечек определены во

расчета утечек через выра-

всех точках квадратной сетки, проводят линии тока так, чтобы

суммарные векторы фиктивных потоков Q были касательными к линии тока; линии равного давления 2 (рис. ИЗ, в) проводят перпендикулярно к линиям тока 1.

Истинные утечки через выработанное пространство в точке

где hx — депрессия криволинейной призмы в выработанном про­ странстве, осью симметрии которой является линия тока, выходя­ щая на штрек в точке с координатой х; г — общее сопротивление этой призмы.

При применении графоаналитического метода необходима знать распределение давления (депрессии) на контуре выработан­ ного пространства, которое, в свою очередь, зависит от распре­ деления утечек по длине оконтуривающих выработок. Следова­ тельно, для полного решения задачи необходимо решать уравнение

Рис. 114. Сеточная электрическая модель выработанного пространства:

] — лампы накаливания, моделирующие оконтуривающие выработки; 2 — линейные сопро­ тивления, моделирующие выработанные простран­ ства

Рис. 115. Электролитическая модель вы­ работанного пространства:

J, 2 , 3 — автотрансформаторы; 4 % 5, 6 — ши­ ны, моделирующие оконтуривающие выработки; 7 — электролит, моделирующий выработанное пространство

Борьба с утечками. Снижения утечек через выработанное про­ странство можно достичь изменением способа управления кровлей (например, путем перехода с полного обрушения на закладку)г увеличением ширины выработанного пространства, уменьшением сопротивления штреков, примыкающих к выработанному про­ странству (вообще снижением депрессии выработанного про­ странства), выкладкой вдоль штреков в выработанном простран­ стве более широких бутовых полос или специальной малопроница­ емой стенки (чураковой и т. п. со специальными воздухонепрони­ цаемыми эластичными покрытиями). Для снижения утечек через обрушенные породы, достигающие земной поверхности, произ­ водят засыпку трещин с поверхности породой и ее уплотнение.