книги / Рудничная аэрология.-1

К вентиляционным сооружениям относятся и так называемые замерные станции — участки выработок, оборудованные для замера в них дебита вентиляционных струй.

Замерные станции сооружают на прямолинейных участках выра­ боток, по которым проходят общешахтные, крыльевые, пластовые, а также участковые вентиляционные струи. Конструкция замерной станции должна обеспечивать по возможности равномерное движение потока в месте замера с симметричным профилем скоростей. Для устройства замерной станции участок выработки на протяжении 5 —6 м по бокам и кровле тщательно обшивают гладко оструган­ ными досками, следя за тем, чтобы в начале и в конце участка обеспе­ чивалось плавное сужение и расширение потока под углом около 10°. Особенное внимание необходимо уделять тому, чтобы даже незначительная часть воздуха не протекала по выработке, минуя замерную станцию.

Г л а в а X IX

КОНТРОЛЬ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ. ПЫЛЕВЕНТИЛЯЦИОННАЯ СЛУЖБА

Состояние проветривания шахт должно систематически контро­ лироваться. Сеть действующих горных выработок шахты постоянно изменяется, что вызывает изменение сопротивления объекта про­ ветривания и дебита вентилятора. Изменяются количество вредных газов в рудничной атмосфере, естественная тяга и параметры (темпе­ ратура, влажность) поступающего в шахту воздуха.

Чтобы обеспечить достаточную надежность и управляемость проветривания как при нормальной работе шахты, так и в аварий­ ных условиях, необходимо контролировать количество воздуха, поступающего в шахту, его скорость, химический состав, количество пыли в воздухе и проводить воздушные и депрессионные съемки.

Основные вопросы контроля проветривания регламентированы Правилами безопасности (периодичность контроля распределения воздуха в шахте, непрерывный контроль работы шахтных вентиля­ торов и т. д.).

§ 105. Контроль количества воздуха

Контролем количества воздуха предусмотрены:

а) установление общего количества воздуха, поступающего в шахту;

б) устацовление количества воздуха, направляемого на отдель­ ные пласты, участки и в забои и доходящего до них;

в) определение утечек воздуха; г) проверка соблюдения норм количества воздуха на одного

рабочего и на 1 тп суточной добычи.

По сути дела контроль количества воздуха сводится к измере­ нию расхода воздушного потока в том или ином сечении. Расходом называется отношение количества воздуха (dCT или dV) к времени dt. Различают объемный расход

и весовой (массовый) расход

Итак, объемный расход — объемное количество газа, протека­ ющего в единицу времени через поперечное сечение потока; единица измерения в СИ и МКС — м*/сек, в СГС — см?/сек.

Массовый расход — масса вещества, протекающего в единицу времени через поперечное сечение потока; единица измерения в СИ и МКС — кг/сек, в СГС — г/сек. На практике, кроме того, приме­ няют внесистемные единицы массового расхода; кг/мин, кг/ч, кг/сутки и т. п.

Если в течение некоторого отрезка времени At расход остается

t»

J V (t) dt

где tx и t2 — время начала и конца измерения расхода.

Расход может измеряться дискретными количественными и кос­ венными методами.

В зависимости от типов расходомеров дискретные количествен­ ные методы в основном разделяются на два вида:

1)определение расхода по числу определенных порций веса проходящей среды (массовый расход);

2)определение расхода по числу определенных объемов прохо­ дящей среды (объемный расход).

Из косвенных методов по тому же признаку можно выделить четыре применяемых вида определения расхода:

1)по местной скорости;

2)по полной скорости;

3)по измерению энергии при изменении скорости;

4)по потенциальной энергии.

Приборы, применяемые при косвенных методах, измеряют мгно­ венный расход. Для определения временного расхода их показания интегрируются.

Для контроля количества воздуха в шахте обычно определяют объемный расход (установившийся, интегральный, мгновенный).

Объемные расходомеры разделяются на дисковые, поршневые и ротационные; наибольшее распространение из них имеют диско­ вые. В объемных расходомерах воздух, заполняя некоторый объем, приводит в движение диск или поршень, соединенный со счетным механизмом. Счетчик учитывает число заполнений за данный проме­ жуток времени, а следовательно, и количество пропущенного воз­ духа. Такие расходомеры имеют широкий диапазон измерений и вы­ сокую точность, но они довольно сложны, ненадежны и дороги.

ВСССР пользуются в основном весьма простыми по конструкции

идешевыми скоростными расходомерами — крыльчатыми или ча­ шечными анемометрами. Принцип работы их состоит в том, что воздух, протекающий через .анемометр, приводит во вращение вер­ тушку, скорость вращения которой пропорциональна скорости потока, а следовательно, и количеству протекающего воздуха. Эта зависимость в общем виде может быть выражена соотношением

п= Си,

где Q — объем воздуха, проходящего через анемометр, м3/сек, то

У крыльчатого анемометра (рис. 176) роль вертушки выполняет

двух взаимно перпендикулярных стержнях.

Под действием движущегося воздуха крыльчатка (или чашечки) получает вращение, передающееся при помощи червячной передачи через счетный механизм стрелкам прибора.

При выключенном арретире счетчика снимается начальный отсчет по всем шкалам, затем анемометр помещают в один из углов

собом делится на п концентрических участков окружностями, про­ веденными из центра трубы с радиусами г2, г4 и т. д. (рис. 180). Рассмотрим, например, участок АВ. Для измерения скорости на этом участке нужно выбрать такую точку, чтобы окружность радиу­ сом г3, проведенная через эту точку, разделила участок АВ на две части, равные по площади. Среднюю скорость на участке АВ полу­ чим из четырех измерений в точках этой окружности, лежащих на четырех взаимно перпендикулярных радиусах. Следовательно, сече­ ние трубы фактически делится на 2п частей окружностями радиу­ сом гх, г2, г3, г4 и т. д., а скорости измеряются в 4п точках, лежащих

Равенство площадей всех участков выразится как яг® = я (г®—г®) = . . . = я (г®,.! —г®*.,) = я (Я® —г *,.!).

Решая уравнение, получим:

Эти уравнения дают величину радиусов окружностей, на кото­ рых должны измеряться скорости в 4п точках.

По данным Оуэра, для труб диаметром от 150 до 300 мм рекомен­ дуется п брать равным 5, а для труб диаметром от 300 до 900 мм — п \5* 5.

Точечный замер может производиться крыльчатыми анемомет­

и термоанемомстрами.

Принцип работы дифференциального анемометра (рис. 181) осно­ ван на вращении крыльчатки под действием измеряемого воздушного потока и потока, создаваемого небольшим вентилятором для компен­ сирования трения частей передаточного механизма. Дополнительный

точке за весь период замера.

Средняя скорость движения воздуха в данном сечении выработки находится как

п

2 Vl иснр

Для получения точных показателей рекомендуется не ограничи­ ваться одним обходом сечения, а делать по крайней мере два.

Кроме анемометров скорости движения воздуха от 1 м/сек и выше можно измерить пневмометрическими (динамическими) трубками в сочетании с микроманометрами и другими приборами. Действие датчиков этой группы, называемых датчиками скоростного напора,

основано на использовании кинематической энергии движущейся струи.

Согласно уравнению Бернулли кинетическая энергия потока воздуха, отнесенная к единице весового расхода (скоростной напор Н), выражается соотношением

где к — коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоро­ стей в потоке;

V — скорость движения струи, м/сек.

При торможении потока среды в каком-либо его сечении кине­ тическая энергия струи создает избыточное давление

Рл= уН = ку-^.

Измеряя значение избыточного давления, можно определить величину средней скорости vcp в данном сечении. Если известно поле скоростей по всему сечению, то может быть определен расход.

В поток вводятся две трубки, подключенные к измерителю пере­ пада давлений. Плоскость входного отверстия одной трубки распо­ ложена перпендикулярно направлению потока, а другой трубки — параллельно потоку. Торможение движущейся среды в первой трубке приводит к повышению давления; полное давление в ней равно сумме статического и динамического давлений р г = рст + рд. Давление во второй трубке равно статическому давлению р 2 = РстРазность давлений, измеряемая дифференциальным манометром, составляет

P i-P 2 = Pa = k y - ^ .

Следовательно, для определения скорости потока необходимо измерить разность полного и статического давлений. Для измерения может быть использована воздухомерная трубка, установленная навстречу движению потока (см. рис. 34).

При присоединении штуцеров трубки (+ ) и (—) к противополож­ ным концам микроманометра или дифференциального манометра последний будет замерять разность полного и статического давлений

=у')

и

v = Y ^ h { y h~ у’), м/сек (при * = 1),

где h — разность уровней жидкости в манометре, мм;

Уh — удельный вес рабочей жидкости в манометре, г/см*;

у' — удельный вес вещества, находящегося в манометре над рабочей жидкостью, г/см3.

Этим способом скорость движения воздуха можно замерять как в аэродинамической трубе, так и в выработке. Обычно произво­ дят не менее трех отсчетов в каждой точке.

Способ измерения средней скорости при помощи пневмометрических трубок наряду со многими положительными качествами имеет и ряд недостатков: он занимает много времени (точечный спо­ соб замера) и требует большой счетной работы. В связи с нелиней­ ностью зависимости

j Fi;2

в приборах данного типа не могут быть обеспечены равномерная шкала и одинаковая точность отсчета во всем диапазоне измерений.

Так как в практике измеряемое динамическое давление обычно невелико (например, для потока воздуха — от 2,5 до 25 мм вод. cm. при скоростях от 6 до 25 м/сек) для повышения точности измерений малых скоростей движения воздуха применяют высокоточные микро­ манометры с наклонным столбом жидкости, а для линеаризации шкалы приборов и получения равномерной ошибки в широком пределе измерения — микроманометры с криволинейной шкалой.

Для регистрации скорости движения воздуха могут быть при­ менены поплавковые, кольцевые, колокольные, мембранные и силь­ фонные дифманометры, выпускаемые серийно (ДЭМПМ-280, ДКРС4В, ДКФМ-Р и др.), а также воздухомерные трубки.

Воздухомерные трубки очень чувствительны к запыленности воздуха и наклону наконечника к направлению потока. Последний недостаток может быть устранен вплоть до углов ± 15° путем при­ менения полусферического наконечника.

Применение воздухомерных трубок для измерения скорости дви­ жения воздуха в горных выработках затруднено из-за запыленности воздуха, инерционности показаний (главным образом дифманометров), трудности передачи показаний и сложности эксплуатации.

Рационально использовать воздухомерные трубки при измерении расхода главного вентилятора и в газопроводах при значительной скорости потока.

Для массовых замеров в газопроводе при невысоких скоростях весьма надежным, наиболее распространенным и изученным методом является метод определения расхода по перепаду давления в дрос­ сельных приборах. Дроссельными приборами называются приспо­ собления (обычно применяются диафрагмы, сопла и трубки Вентури), установленные в газопроводе и создающие в нем сужение, вследствие чего при протекании газа создается перепад давления.

Параметры потока вблизи дроссельного прибора показаны на рис. 182. Здесь дроссельным прибором является диафрагма 2, кото­ рая представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубы. Сужение струи начинается с сечения 1 до диафрагмы. На некотором расстоянии за диафрагмой (сечение 3) диаметр струи достигает минимальной величины. Далее

струя постепенно расширяется до полного сечения трубопровода 4. При протекании газа через диафрагму до и после нее образуются мертвые зоны, в которых движение газа завихрено.

Внезапное расширение живого сечения струи после выхода потока из диафрагмы, а также наличие мертвых зон обусловливают значи­ тельную потерю давления. При постепенном уменьшении и затем постепенном расширении сечения трубки (как в трубках Вентури) вследствие отсутствия вихрей потеря давления значительно меньше.

Разность давлений до и после дроссельного прибора (перепад давления) измеряется с помощью дифманометра. По измеренному перепаду можно расчетным путем определить количество газа, про­ текающего в трубопроводе через дроссельный прибор. Теория изме­

В промышленности имеется большое количество электрических измерителей скорости движения воздуха, имеющих электрические датчики, преобразователи или индикаторы выхода.

Электрические анемометры имеют большие возможности, но для использования в специфических условиях шахты они нуждаются в доработке.

Для контроля количества воздуха, поступающего в шахту, измеряются скорость и количество воздуха, проходящего через канал шахтного вентилятора. На шахтах до III категории по газу такие измерения обычно производятся воздухомерными трубками с манометрами. На шахтах III категории и сверхкатегорных со­ гласно ПБ такой контроль должен осуществляться при помощи спе­ циальных самопишущих приборов — расходомеров. Расходомером называется дифманометр, отградуированный в единицах расхода вещества.

Одним из наиболее приемлемых для указанных целей дифманометров (расходомеров) является кольцевой расходомер типа «коль­ цевые весы», принцип действия которого основан на повороте запол­ ненного дистиллированной водой полого кольца под действием