книги / Методы математического моделирования рудничных аэрологических процессов и их численная реализация в аналитическом комплексе Аэросеть

8.2.3.1. Местные сопротивления

Если аэродинамические сопротивления на схеме заданы по проектным данным, то для получения точной картины воздухораспределения кроме аэродинамических сопротивлений выработок и перемычек требуется учитывать также и местные сопротивления. Такого рода падения давления обусловлены локальными особенностями течения воздуха, которые приводят к появлению дополнительных аэродинамических сопротивлений. К их числу относятся сопротивления в местах изгиба выработок и сопряжений.

В программе реализован метод расчета местных сопротивлений, учитывающий потери давления на сопряжениях выработок, вызванные процессами изгиба, сужения, расширения, слияния и разделения воздушных потоков. Для каждой выработки, по которой воздух вытекает из узла, вычисляется добавочный

перепад давлений dP по следующей формуле

где dP – перепад давлений в Паскалях для текущей выработки, образовавшийся из-за местного расширения/сжатия воздушного потока, Q – расход воздуха в текущей выработке, в которой

определяется dP , Qi – расход в каждой i-й выработке, по ко-

торой воздух выходит из начального узла текущей выработки (в формуле учитываются только исходящие из узла расходы),

V – скорость воздуха в текущей выработке, Vi – скорость воздуха в i-й выработке, по которой воздух выходит из начального узла текущей выработки, – плотность воздуха, i – угол по-

ворота между текущей выработкой и i-й выработкой.

Расчет стационарного воздухораспределения на примере простой вентиляционной сети без учета местных аэродинамических сопротивлений дает следующий результат.

271

так как потери давления в тройнике при разделении и слиянии воздушных потоков не равны. При разделении потока в первом тройнике прямоточная струя почти не теряет энергии, в то время как струя, поступающая в боковое ответвление, теряет много энергии. При слиянии же потоков во втором тройнике потери давления прямоточной струи и бокового ответвления примерно одинаковы.

8.2.3.2. Естественная тяга

При движении по выработкам воздух претерпевает температурные изменения, приводящие к изменению его плотности. В результате в негоризонтальных выработках возникает дополнительный напор, обусловленный разным весом столбов воздуха различной температуры. Для стволов и рудника в целом этот эффект выражается в возникновении естественной тяги. По сравнению с депрессией главной вентиляторной установки величина естественной тяги невелика, и в большинстве случаев ее можно не учитывать. Но при моделировании остановки ГВУ естественная тяга становится единственным двигателем проветривания рудника.

Для вычисления дополнительного весового напора Pweight используется следующая зависимость:

где Pweight – давление, создаваемое весом воздуха в выработке, g – ускорение свободного падения, Hto – высотная отметка конечного узла выработки, H from – высотная отметка начального узла выработки, 0 – плотность воздуха при температуре T0 , Tto – температура воздуха в конечном узле выработки, Tfrom – температура воздуха в начальном узле выработки.

273

Эталонная плотность воздуха при заданной температуре задается в настройках («Настройки» -> «Вентиляция 2» -> «Расчетные параметры»).

Во всех узлах выработок должны быть заданы высотные отметки и известны значения температуры воздуха.

В следующем примере рудник состоит из двух вертикальных стволов глубиной 400 м, которые соединяет единственная выработка длиной 15 км. На входе воздух имеет температуру 20 °С, затем вследствие гидростатического сжатия нагревается до 22 °С, далее, взаимодействуя с породой, нагревается до 27 °С и затем при подъеме вверх остывает до 25 °С. Вес столбов воздуха в стволах оказывается разным, и, как следствие, возникает эффект естественной тяги, при котором холодный воздух в левом стволе выдавливает теплый воздух в правом. Расчет запускается активацией опции «Естественная тяга».

Для моделирования ситуации подачи воздуха в шахту по воздуховодам следует использовать обычные выработки, которые можно расположить на отдельном слое поверх обычных выработок. В качестве примера на схеме ниже моделируется проветривание тупиковой выработки при помощи вентилятора местного проветривания.

274

Если требуется отобразить не перепады давления, а абсолютные значения давления в отдельных точках на схеме, то это делается в режиме отображения абсолютных значений давления воздуха в узлах выработок («Вид» -> «Вентиляция» -> «Мо-

дельные данные» -> «Конечные вершины (индикаторы)» -> «Давления»). За точку отсчета принимается атмосферное давление. Если вентилятор работает на вход, то в узлах будут отображаться положительные давления, в противном случае – отрицательные.

Эти же данные можно дополнить соответствующей гради-

ентной заливкой («Вид» -> «Вентиляция» -> «Модельные данные» -> «Выработки» -> «Распределение перепадов давления» и «Вид» -> «Модельные данные» -> «Выработки» -> «Распреде-

ление давления»). Для перепадов давления в красный цвет будут окрашиваться те выработки, где давление меняется больше всего, а для значений абсолютных давлений – выработки, где давление достигает максимальных значений.

277

8.2.5.Измерение расстояний на схеме сети рудника

Улюбой последовательности выработок на схеме можно измерить их общую длину. Для этого на вкладке «Схема» пре-

дусмотрена команда «Измерить расстояние».

После нажатия на эту кнопку последовательным выбором выработок выбирается путь на схеме. Отмена добавления выработки в путь осуществляется правой кнопкой мыши. Длина выбранного пути на схеме подсвечивается.

Аналогичным образом можно измерять падение давления и затраты на проветривание вдоль выбранного пути при помощи команд на вкладке «Вентиляция».

278

Команда «Депрессиограмма» по итогам построения пути на схеме позволяет построить график падения давления и экспортировать его в Excel.

8.2.6. Определение рециркуляционных потоков

Важно знать, по каким выработкам движется свежая струя воздуха, а по каким уже использованная. По умолчанию при отображении направления течения воздуха всегда показывается свежая струя (красная стрелка). Чтобы это изменить, необходимо пометить те места на схеме, где свежий воздух становится использованным. Делается это в свойствах участка рудника инициацией пункта «Загрязняет проходящий воздух».

279

В этом случае воздух, прошедший через выработки, привязанные к этому участку, будет считаться использованным.

На следующей вентиляционной схеме синим и зеленым цветами отмечены расположения двух рабочих зон.

На этой схеме воздух во всех выработках считается свежим. Но если пометить, что обе рабочие зоны загрязняют проходящий через них воздух, то вентиляционная сеть будет выглядеть следующим образом.

При этом считается, что при смешивании свежего воздуха с использованным получается использованный воздух. Но не всегда такое правило приемлемо. Например, при организации рециркуляционного проветривания использованный воздух подмешивается к свежему, и струя по-прежнему считается свежей. В этом случае алгоритм определения типа воздушных потоков следует скорректировать, указав в свойствах соответствующих выработок, что воздушный поток в них следует всегда считать свежим (вкладка «Вентиляция» на панели свойств выработки).

280