книги / Рудничная аэрология.-1

стабильность элементов, необходимость заранее знать направление движения воздуха в ветви, трудность решения задач отрицательного регулирования.

Устройство на радиолампах ИГД им. А. А. Скочинского. Это устройство воспроизводит горные выработки двойными триодами и пентодами. Оно достаточно просто и имеет высокую точность. Однако вследствие большого разброса параметров радиоламп на­ стройка и градуировка прибора требует длительного времени.

Устройства, основанные на принципе кусочно-линейной аппрокси­ мации. Приборы позволяют решать весь круг вентиляционных задач. К этому типу относится выпускаемая в СССР установка ЭМВС-0 ИГД им. А. А. Скочинского (рис. 75). Установка снабжена регистри­ рующими приборами, проградуированными в вентиляционных вели­ чинах. Параметры моделей выработок и вентиляторов не зависят от температуры и полярности включения, что весьма облегчает ра­ боту. К недостаткам установки следует отнести ее сложность и огра­ ниченное число источников тяги.

§ 56. Расчет сетей на электронных вычислительных машинах

Как отмечалось ранее (§ 53), распределение воздуха в сети опре­ деляется ее первым и вторым законами:

2 С , = 0;

(VIII,50)

2 л , = 2 а д = о .

Решение системы уравнений, описывающих эти законы, дает искомое распределение воздуха. Однако вентиляционные сети совре­ менных шахт столь сложны, что аналитическое решение упомянутых систем уравнений даже приближенными способами практически не­ возможно. Поэтому все шире используются ЭВМ, позволяющие рас­ считывать весьма сложные вентиляционные сети со многими десят­ ками ветвей.

При расчете систему уравнений (VIII,50), нелинейную относи­ тельно Qi, линеаризируют, заменяя системой линейных уравнений относительно приращений AÇt (см. § 53).

Однако вентиляционные сети современных шахт в ряде случаев насчитывают до тысячи ветвей, что вызывает затруднения даже при использовании ЭВМ. Поэтому одной из задач является уменьше­ ние числа уравнений в системе. Этого можно достичь, если вспом­ нить, что число независимых расходов в сети K Q = М. Система (VIII,50), записанная для всех узлов и контуров, будет иметь N — 1

узловых уравнений X Qi = 0 (уравнение последнего узла является следствием уравнений для предыдущих узлов) и М контурных урав­

нений 2 Л/ =• 0, т. е. общее число уравнений в системе, или ее поря­ док, будет N — i- \ - M = L — числу ветвей. Если же узловые урав­ нения записать только для М независимых расходов, порядок си­

Решение на ЭВМ упрощается, если использовать метод последо­ вательных приближений (см. § 53), который не требует совместного

на его передвижение. Тогда система (VIII,50) может быть заменена системой

воряет первому и второму законам сети. Действительно, поскольку

= Zmin, производится с помощью ЭВМ.

ЭВМ широко используются также при расчете регулирования рас­

выработкам под влиянием естественных причин (главным образом раз­ ности удельных весов воздуха, а также под действием ветра, капежа).

Энергия, которую получает единица объема воздуха от источни­ ков, вызывающих естественную тягу, называется д е п р е с с и е й е с т е с т в е н н о й тяги. Определение этой депрессии является основной задачей при изучении естественной тяги.

До появления механических вентиляторов (а на многих шахтах и в более поздний период) естественная тяга была практически

единственным средством проветривания шахт. В настоящее время Пра­ вилами безопасности запрещено проветривать шахты за счет одной естественной тяги ввиду ее неустойчивости по количеству подавае­ мого воздуха и направлению, а также в связи с тем, что поступа­ ющего при этом в шахту воздуха, как правило, недостаточно для проветривания современных шахт. Тем не менее естественная тяга во многих случаях имеет существенное значение в вентиляции шахт. В зависимости от условий депрессия естественной тяги может дости­ гать 20—25% от депрессии главного вентилятора шахты. По данным В. Б. Комарова, депрессия естественной тяги в шахтах средней

глубины (400—500 м) достигает 25—30 кГ1м2, в глубоких шахтах (700—800 м) — 50—60 кГ/м2, в очень глубоких (1000 м и более) — свыше 100 кГ/м2. В ряде случаев на шахтах были замерены дебиты естественной тяги, достигавшие 4000—6000 м31мин.

Естественная тяга может затруднять работу вентилятора или помогать ему.

Рассмотрим две вертикальные выработки, заполненные воздухом разного удельного веса уг и у2 и разделенные сплошной перемычкой (рис. 76, а). Положим, что Yi Определим аэростатические да­ вления на разделяющую перемычку. Со стороны ствола 1 давление равно р о + YiН (р0 — давление на поверхности), со стороны ствола

ных выработках г.

1 Естественная тяга может иметь место и в одной вертикальной или наклон­ ной выработке, если в ней происходит расслоение воздушного потока по удель­ ному весу. Например, при проведении вертикальных стволов зимой слои воз­ духа у стенок прогреваются теплом горных пород, их удельный вес оказывается меньше, чем удельный вес воздуха в центральной части ствола, вследствие чего воздух у стенок имеет тенденцию подниматься. При работе вентиляторов мест­ ного проветривания и сильном'капеже летом'можетнаблюдаться обратное явление.

последний замерит депрессию естественной тяги foe (рис. 78, а). При этом местоположение перемычки в системе выработок безразлично. Действительно, при размещении перемычки в положении I (рис. 78, б), депрессия естественной тяги

К г = {У1—Чг)Н.

При размещении перемычки в положении I I давление на ее верх­

нюю сторону будет р 0 + YI# I_2, на нижнюю — р 0+ Y а их разность

для замера fee может быть использован шибер вентилятора (рис. 78, в) При этом вентилятор останавливают и шибер опускают, с тем чтобы он полностью перегородил канал вентилятора; устье вентиляцион­ ного ствола герметически перекрывают; одно колено деЦрессиометра соединяют с каналом со стороны ствола, второе открывают в атмосферу. В этом случае депрессиометр измеряет депрессию естественной тяги Ае.

Измерение следует производить быстро, чтобы удельный вес воз­ духа в стволах не успел измениться.

Если направление естественной тяги совпадает с направлением действия вентилятора, ее депрессию можно измерить также следу­ ющим способом. Открывают устье вентиляционного ствола и ревер­ сируют вентилятор, после чего устье вновь закрывают. При некото­ ром промежуточном положении перекрывающих устье ляд движение воздуха в стволе прекратится: депрессия вентилятора на участке

от устья вентиляционного ствола до устья воздухоподающего ствола станет равно депрессии естественной тяги. Следовательно, he можно определить, измеряя разность давлений воздуха в устьях стволов (например, соединяя одно колено депрессиометра с пространством в устье вентиляционного ствола под полуприкрытыми лядами, а вто­ рое колено открывая в атмосферу).

Рис. 79. Замер депрессии естественной тяги депрессиометром без перемычки

Депрессию естественной тяги можно замерить и без перемычки. При этом депрессиометр располагают в произвольном месте вентиля­ ционной сети, например в выработке 2—3 (рис. 79, а), и соединяют его колена трубками с устьями стволов. Если удельный вес воздуха в стволе и в расположенной в нем трубке одинаков, депрессиометр замерит р'азность давлений

(А + Yi#) — (Ро УгН) = (YI — Yг) H = he,

т. e. депрессию естественной тяги.

Местоположение депрессиометра в системе выработок не имеет значения, важно лишь, чтобы его соединительные трубки были про­ ложены от устья одного ствола до устья другого по всей длине выра­ боток. Так, одна и та же величина he будет замерена депрессиометром в положениях, изображенных на рис. 79, а, б, в. Однако при замере по схеме рис. 79, г показания депрессиометра будут равны нулю, ибо вертикальные высоты обоих шлангов, атмосферное давление на их открытых концах и удельный вес воздуха в шлангах одинаковы.

Если шланги депрессиометра будут проложены лишь по части вентиляционных выработок, депрессиометр при движении воздуха по выработкам измерит депрессию естественной тяги с некоторой погрешностью. Так, при схеме рис. 79, д давление на левое колено депрессиометра будет равно 1 р 0 + угН — RiQ12, на правое — р 0 + -f у2Н + i?2Ç2, а показание депрессиометра будет равно их раз­ ности, т. е.

К = (YI — У г ) Н — (i?x + Я 2) Q2,

где R X1 R 2 — сопротивления участков стволов 1—5 и 4—6; Q — количество проходящего по стволам воздуха.

Очевидно, в этом случае hA будет равняться he лишь при Q = 0. Этого можно достичь установкой перемычки, полностью перекрыва­ ющей струю. Искажение замеряемой депрессии естественной тяги будет тем меньше, чем меньше Q и чем меньше не охваченные труб­ ками участки вентиляционной сети.

Замер барометром. Барометром измеряется атмосферное давление в точках, имеющих высотные отметки. Естественная тяга опре­ деляется как разность давлений в нижних частях поступающего и исходящего столбов воздуха.

Однако следует иметь в виду, что при замере Ле барометром могут возникнуть существенные погрешности. Так, если замер давлений барометром производят в точках 2 и 3 (см. рис. 79, а), то замеряемые давления будут соответственно

A = Po + Yi-ff—

Рз = Ро ~\-УзН +

где R ± и i? 2 — сопротивления стволов 1—2 и 3—4\

Как видим, чем больше депрессия стволов, тем больше ошибка в измерении he. Если учесть, что в современные шахты подаются большие количества воздуха, то депрессия их стволов, а следова­ тельно, и ошибка замера могут быть значительны а.

1 Давление на жидкость в колене депрессиометра равно давлению столба воздуха в трубке, соединенной с коленом, и столба воздуха над открытым кон­ цом трубки.

2 В глубоких шахтах суммарная депрессия стволов может достигать

100 кГ/.н2, а иногда и превышать даже этот предел.

Полуэмпирический метод определения Ае. В этом случае депрес­ сия естественной тяги определяется из системы уравнений:

hB± h e = RQQ\

неизвестные R и Ае. Это решение предполагает независимость йе от Q (см. § 61) и постоянство R г.

Можно определить he по заменам hBnQ 0при двух режимах работы

§ 59. Расчет депрессии

Гидростатический метод. Выделим в столбе воздуха вертикаль­ ной высоты Н элемент dz, ограниченный сечениями I —I и I I —I I (рис. 80), так, чтобы в пределах выделенного элемента у = const. Тогда прирост гидростатического давления на высоте dz будет

dp = ydz. (IX,2)

Задача состоит в определении давления рн на глубине Н или, что то же, приращения давления Ар на глубине Н при граничных усло­

у (z) или у (р). Обычно находят у (р), используя уравнение газового

1 Последнее условие точно соблюсти трудно, ибо при остановке вентилятора он становится дополнительным сопротивлением; в некоторой степени компенси­ ровать увеличение сопротивления можно открытием всех герметизирующих сооружений (дверей, ляд и т. п.) на вентиляционном стволе.

TQp — среднюю температуру воздуха в пределах от z — 0 до z = Н

Для расчета he необходимо по формуле (IX ,5) определить давле­ ние рн в нижних частях сообщающихся столбов воздуха равной вы­

соты Н , отсчитываемой от уровня равного атмосферного давления

гдеряг ирн 3 —давления в точках 2 и 5, или с учетом уравнения (IX ,(3)

н о й т я г и р а в н а р а з н о с т и п р и р а щ е н и й д а в л е ­ н и й в д в у х с о о б щ а ю щ и х с я с т о л б а х в о з д у х а .

Например, для схемы рис. 81 имеем

К = (Дpt + Арг+ Ар3+ Api) — (Ар6 Ар0).

Расчет приращений ведется отдельно для каждого столба воздуха. Применительно к рис. 81 отдельно рассчитываются приращения для столбов 1—2—3—4—5 и 7—0—5; порядок расчета: Арх Ар2