Лекция №8

7. Естественная тяга воздуха в шахтах

7.1 Общие сведения о естественной тяге

Естественной тягой называется движение воздуха по выработкам под влиянием естественных факторов: разности удельного веса воздуха, ветра, капежа Энергия, которую получает единица объема воздуха от источников, вызывающих естественную тягу, называетсядепрессией естественной тяги. Основной причиной возникновения естественной тяги является разный удельный вес воздуха в выработках.

Пусть две вертикальные выработки заполнены воздухом разного удельного веса ₁и₂и разделены сплошной перемычкой (рис.7.1,а). Допустим₁>₂. Определим аэростатическое давление на разделяющую перемычку.

Давление на перемычку со стороны ствола 1 равно Р₁=Р₀+Н*₁, а со стороны ствола 2 Р₂=Р₀+Н*₂(Р₀—атмосферное давление; Н – глубина ствола). Разность давлений равна Р₁-Р₂=Н*(₁-₂). Если удалить разделяющую перемычку, то воздух в рассматриваемых выработках придет в движение под действием разности давлений, т.е. появится естественная тяга, депрессия которой будет равнаh_е=Н*(₁-₂).

При различных высотных отметках устьев стволов необходимо сравнивать давление столбов воздуха одинаковой высоты. Так, для схемы, показанной на (рис.7.1,б) депрессия естественной тяги выразится в виде h_е=Н₁*₁+ Н₂₂–Н₃*₃.

Таким образом, естественная тяга имеет место в том случае, если средний удельный вес воздуха в двух сообщающихся вертикальных или наклонных столбах различен.

При этом движение воздуха происходит от столба с большим удельным весом к столбу с меньшим удельным весом воздуха. Такое же направление имеет и депрессия естественной тяги.

На шахтах часто встречаются случаи, когда вертикальные или наклонные выработки соединены между собой одновременно на нескольких горизонтах (рис.7.2). В таких случаях на каждом горизонте действует своя естественная тяга, определяемая удельным весом воздуха на участках, расположенных выше данного горизонта.

Депрессия естественно тяги зависит от глубины шахты Ни удельного веса воздуха в сообщающихся стволахγ и достигает следующих значений:

Н=400-500 м, h_е25-30 даПа; Н=700-800 м,h_е50-60 даПа; Н=1000 м,h_е100даПа. В зависимости от условий депрессия естественной тяги может достигать 20-25 % депресии вентилятора главного проветривания и оказывать значительное влияние на проветривание шахты.

7.2 Измерение депрессии естественной тяги

Особенностью проявления естественной тяги является то, что энергия разности гидростатических давлений передается потоку не в какой-либо одной точке, а по всей его длине. В результате, депрессию естественной тяги нельзя измерить в каком либо одном месте потока. На шахтах депрессия естественной тяги может быть измерена. Существует несколько способов ее измерения.

7.2.1 Измерение естественной тяги V-образным жидкостным депрессиометром или микроманометром

Если к обеим сторонам перемычки, разделяющей между собой выработки, подключить депрессиометр, то последний измерит депрессию естественной тяги h_е(рис.7.3 а). При этом местоположение перемычки в системе выработок безразлично. Так, при расположении перемычки в положениидепрессия естественной тяги определится по формуле

h_е1=Н*(γ₁-γ₂) (7.1)

При расположении перемычки в положении давление на ее верхнюю поверхность равно Р₀+Н_1-2γ₁, давление на нижнюю поверхность равно Р₀+Н*γ₂-Н_2-3*γ₁. Тогда разность давлений определится по формуле

h_е2=(Р₀+Н_1-2*γ₁)-(Р₀+Н*γ₂-Н_2-3*γ₁)=Н*(γ₁-γ₂) (7.2)

Рис.7.3 - Схемы к измерению депрессии естественной тяги с использованием перемычки, разделяющей сообщающиеся между собой выработки

Поэтому для измерения депрессии может быть использована задвижка вентилятора (см. рис. 7.3, в). Для этого останавливается вентилятор, задвижкой полностью перекрывается канал вентилятора, закрывается устье вентиляционного ствола, одно колено депрессиометра соединяется с каналом вентилятора со стороны ствола, а второе открывается в атмосферу. В этом случае депрессиометр измеряет депрессию естественной тяги. Измерение необходимо производить быстро, чтобы объемный вес воздуха в стволах не успел измениться.

Если направление естественной тяги совпадает с направлением действия вентилятора, то ее депрессия измеряется следующим образом. Открывается устье вентиляционного ствола и реверсируется вентилятор, после чего устье постепенно закрывается. При некотором промежуточном положении ляд, перекрывающих устье ствола, движение воздуха в стволе прекратится, и депрессия вентилятора будет равна депрессии естественной тяги.

Депрессию естественной тяги можно определить полуэмпирическим методом. Он основан на том, что режим проветривания шахты при работающем и остановленном вентиляторе описывается равенствами

h_в±h_е=R_сQ(7.3)

h_е=R_сQ(7.4)

где h_в– депрессия вентилятора;

h_е– депрессия естественной тяги;

R_с– аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети;

Q_ш– расход воздуха в исходящей струе шахты при работающем вентиляторе;

Q_е- расход воздуха в исходящей струе шахты при остановленном вентиляторе.

При работающем вентиляторе измеряются величины h_виQ_ш, а при остановленном величинаQ_е. Затем из системы уравнений (7.3), (7.4) определяютсяh_еиR_с.