книги / Проветривание подземных горнодобывающих предприятий

Пример такого расчета, относящегося к концу отработки участков Б и В, приведен в табл. 9.3. Согласно этой таблице, сумма потерь давления в выработках маршрута равна 321,123 даПа, однако в расчетах учитывались только сопротивления трения, хотя в общем балансе сопротивления рудника играют определенную роль местные сопротивления. С учетом неучтенных величин местных сопротивлений (до 15 %9 т.е. коэффициент может быть принят равным 1,15) общая величина падения депрессии должна составлять не менее 369,291 даПа.

Итак, в результате расчетов имеем две координаты режима работы вентилятора главного проветривания: развиваемое давление должно быть не менее 369,291 даПа и подача в пределах 315 м3/с.

Падение давления в надшахтном комплексе (здании) и каналах ГВУ hi6 + hi5 ~ Ri6Qi62 + R15Q152 должно быть равно развиваемому вентилято­ ром главного проветривания давлению (депрессии), т.с. аэродинамическое сопротивление надшахтного здания, при котором утечки воздуха через него будут сохраняться в пределах до 52,5 м3/с, должно быть равно величине R,6 = (369,291 - RuQis2) / Qi«2 = 0,132950 даПа с2/м6 Необходимо отметить, что все сопротивления путей утечек, как и расходы воздуха в них, рассчитаны с учетом тех коэффициентов запаса, которые были приняты для определения расходов воздуха (QA, Об и QB), необходимых для подачи на участки. При реконструкции действующих рудников эти параметры могут быть определены замерами.

9.4.Выбор вентилятора для вентиляторной установки главного проветривания и расчет естественного воздухораспределения

На основании расчетного режима работы вентилятора главного проветривания (давление 369,291 даПа и подача в пределах 315 м3/с) выбираем тип вентилятора. В приложении 3 приведены области работы вентиляторов, на основании которых можно выбрать только два типа вентиляторов: или ВЦД-47, или ВЦЦ-47У (рис. 17 и 18), т.к. точка необходимого расчетного режима работы перекрывается рабочими облас­ тями только этих вентиляторов. Расчетный режим работы лежит ниже кривой характеристики, соответствующей скорости вращения рабочего колеса 350 об/мин, вентилятора ВЦД-47 или на кривой, соответствующей углу установки лопаток направляющего аппарата 60°, вентилятора ВЦД47У. Однако следует учесть, что, если выбираем вентилятор ВЦЦ-47У, то

Таблица 9.4 Результаты расчета естественного воздухораспределения

потребляемая им электроэнергия составит примерно 1800 кВт-ч, при работе вентилятора ВЦД-47 потребляемая электроэнергия составит всего 1500 кВт-ч.

Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦД-47 (ВЦД-47 “Север”) при скорости вращения рабочего колеса 350 об/мин имеет вид

приведенной в разделе 3.3 и известной под названием метода последова­ тельного приближения. Метод основан на том, что для каждого замкнутого контура или маршрута определяется невязка расхода воздуха Aq, на величину которой корректируются расходы воздуха в ветвях, составляющих рассматриваемый контур. После первой корректировки расходов воздуха в ветвях всех контуров вентиляционной сети расчет повторяется множество раз до тех пор, пока точность расчетов не будет удовлетворять наперед заданного значения. Данная методика залржена в комплексе программ расчета вентиляционных сетей “SHAFT” Результаты расчета приведены в табл. 9.4.

Из данных таблицы видно, что ожидаемое воздухораспределение (фактическое при выборе определенного вентилятора) мало отличается от расчетного первоначального. К примеру, ожидаемая подача вентилятора (327,4 м3/с) отличается от первоначально подсчитанной (315 м3/с) всего на 3,95 %, поступление воздуха в рудник ожидается в пределах до 274,1 м3/с и отличается от первоначального 262,5 м3/с на 4,42 %. Вентиляционная сеть рассчитывалась с учетом местных сопротивлений, поэтому полученное в результате расчетов необходимое развиваемое вентилятором давление в 382,9 даПа является окончательным. При этом КПД работы

9.5.Определение надежности воздухораспределения

иразработка мероприятий по ее повышению

Любая шахта или рудник имеет в отличие от приведенной на рис. 9.5 схемы большое количество выработок, которые, соединяясь между собой различным образом и пропуская определенные объемы воздуха, образуют достаточно сложные схемы вентиляции. В разделе 3.1 говорилось, что наиболее неустойчивым по направлению и по величине является поток воздуха в диагональном соединении. Именно такое соединение выработок представляет cxetfa вейтиляции на рис. 9.5. Это соединение показано на рис. 9.6, где R i,=ь R* + R5, (RA " сопротивление участка А, представлЬнощее параллельное соединение ветвей 8 ,9 и /7); Rn = R3; Rm = R*; Rn,' - RB + Rb

(RBсопротивление участка В, представляющее параллельное соединение ветвей 12, 13 и 19). Используя данные табл. 9.4, имеем: Ri = 0,0105425, Ru = 0,0004557, Rm = 0,0005335, = 0,0181667. Определение направления воздушного потока в диагонали 18 или 10-11 производится по хорошо известным соотношениям, которые приведены в разделе 3.1. В схеме на рис. 9.6 направление воздуха в диагоналях 18 и 10-11 будет снизу вверх при соотношении сопротивлений Ri / Ru > Rm / Riv или с учетом их значений 23,1 >0,03.

Устойчивость воздушного потока в диагоналях определяется также по показателю (индексу) диагонали, численно равному отношению вели­ чин сопротивлений ветвей, подводящих к диагонали и отводящих от нее воздух, т.е.

(9.56)

В том слу­ чае, когда J > 1, направление воз­ духа в диагонали будет таким, ка­ ким показано на рис. 9.5 и 9.6, если J < 1, направление воздуха в диаго­ нали будет проти­

воположным. Однако это положение будет справедливым лишь в том случае, когда величины сопротивлений Ri определены с высокой точностью.

Известно, что при вычислении сопротивлений выработок калийных рудников [15] возможно появление ошибки в пределах до ± 33,8 %, следовательно, истинные значения Rb Rn, Rm и Riv возможно могут изменяться в этих же пределах, т.е. до значений (1 ± 0,338)Rj. Представим, что истинные значения сопротивлений Ri и Rrv в (9.56) совершенно случайно оказались равными (1 - 0,338^ и (1 - 0,338)Riv, a Ru и RIU -

равными (1 + 0,338)Rn и (1 + 0,338)Rm, но тогда J = 0,245*(RrRrv/RirRin)

будет меньше 1, т.е. направление воздуха в диагоналях окажется противоположным. При определении J коэффициент 0,245 получен из выражения (1 - 0,338)2 /(1 i 0,338)2 Чтобы быть уверенным в том, что направление потоков воздуха в диагоналях является таким, каким показано на рис. 9.6, необходимо по крайней мере индексу диагонали J иметь значение более чем 4,1 (> 1/0,245). Таким образом, чтобы быть уверенным, что направление потока воздуха в диагоналях 10-11 и 18 на рис.9.6 не

изменится, должно выполняться условие J = RrRiv / RirRin > 4,1. Устойчивое обратное движение потока воздуха будет осуществляться при J <4,1. В интервале 4,1< J < 4,1 движение воздуха в диагоналях будет неустойчивым.

Данные табл. 9.5 - это данные воздухораспределения при значениях аэродинамических сопротивлений, вычисленных по формулам. Но мы уже знаем, что в этих значениях возможно заложена ошибка в пределах до (1 ± .0,338)Ri, причем эта ошибка не подчинена какой-то определенной закономерности, она случайна. Следовательно, воздухораспределение в сети выработок также может отличаться от приведенного в табл. 9.5. Для тех, кто проектирует вентиляцию или оценивает вентиляционную сеть',п вариант расчета, приведенный в табл. 9.5, предпочтителен. Назовем этот вариант базовым, а в задачу расчетов вентиляционной сети на устойчивость воздухораспределения (должна входить оценка отклонения параметра Q* от базового при случайном изменении базовых значений сопротивлений. С целью получения такой оценки применен метод МонтеКарло [32], для чего: а) принято вероятностное отклонение Параметров Rj от базовых значений R^; б) находятся все значения параметра Qi по любым фиксированным значениям Ri.

В практике нет смысла находить искомые параметры* Qi для всех состояний системы, а: поэтому весь интервал случайных величин (1 ±

± 0,338>Ri.6 разделен на З подинтервала и в двух граничных подинтерва­ лах выбираются “наихудшие” значения Ri b вероятностью распределения, равной 0,333, т.е. коэффициенты изменения величин Ri6 имеют определенные значения К = (1 + 0,338), К = 1, К ~ - 0,338). Тогда1' качество вентиляционной сети будет определяться nb следующей схеме [17]: составляется таблица дискретных случайных величин коэффициента К при Ri.6 по методу [32]; данная таблица используется для задания случайного распределения сопротивлений ветвей’ вентиляционной сети; рассчитывается вентиляционная сеть с целью получения искомого

ветвей равны расчетным в зависимости от выбранных сечений,! длин ветвей и коэффициентов сопротивлений; б) используя таблицу случайных величин коэффициентов К при Ri.6, задаемся одним из состояний вентиляционной сети, при которой все R/ = K*Ri6; в) рассчитываем венти­ ляционную сеть и находим воздухораспределение Qi1- (Qi1, Q2J, Q3 1, ...); )г задаемся следующим состоянием вентиляционной сети Ri11 = KRi.6 и снова находим воздухораспределение. Так повторяется m раз до тех пор, пока доверительная погрешность между оцениваемыми величинами не выйдет за рамки \допустимой величины. Исследования показали, что подобные расчетьгдостаточно провести 28 раз (ш = 28).

По результатам расчетов определяются:

математическое ожидание искомого параметра Q, которое ориентировочно будет равняться среднему арифметическому значению

- средняя квадратическая вариация отклонения величин Qi® от их базового значения Q б

Результаты расчета вентиляционной сети на рис. 9.5 с помощью программы “НОРЕ” приведены в табл. 9.5. Как видно из табл. 9.5, базовый вариант полностью совпадает с данными табл. 9.4, средние квадратические вариации отклонения величин от базового варианта низки, т.е. отклонения в ветвях 17,18 и 19 не превысят 17,2 %, в рабочих участках - ветвях 8, 10, 12 - максимальное отклонение 10,2 %. Высока надежность в диагональном соединении 10-11 - средняя квадратическая вариация отклонения не превысит 8,3 %. Это и понятно, ведь показатель диагонали очень велик J = 788. Развиваемая вентилятором главного проветривания депрессия 378,9 даПа.

Разработка мероприятий по повышению устойчивости воздухораспределения по величине и направлению производится после расчета вентиляционной сети. Если средняя квадратическая вариация отклонения от базового варианта превышает 0,20 - 0,25 в рабочих участках, то это говорит о слабой надежности воздухораспределения, если же подобные значения вариаций присущи второстепенным ветвям - утечкам, к примеру, то мероприятия по увеличению устойчивости потоков воздуха не разрабатываются. Все мероприятия сводятся к правильному выбору мест размещения и величины сопротивления регулирующих устройств. Возможны и другие варианты увеличения устойчивости воздушных потоков: размещение регулирующих устройств в одних ветвях совместно с увеличением сечений (расширением выработок) других ветвей, т.е. уменьшением их сопротивлений.

Наконец, проводятся экономические расчеты, заключающиеся в определении затрачиваемой вентилятором электроэнергии и выборе мощности двигателя. Вентиляционная сеть на рис. 9.5, как уже говорилось, соответствует конечному периоду отработки шахтного поля, т.е. ее расчет условно проведен для наиболее напряженных условий работы. Для выбора мощности двигателя вентилятора расчет сети необходимо производить на наиболее интенсивный планируемый период эксплуатации рудника, но, т.к. рудник работает чаще всего с примерно одинаковой добычей

Используя данные расчетов в табл. 9.5: Q„ = 332,4 м3/с (средний ожидаемый расход воздуха в 15-й ветви) и hB= 378,9 даПа, кроме того, определив по характеристике вентилятора, приведенной на рис. 17 приложения 3 КПД (0,78), находим N = 1614 кВт, т.е. мощность двигателя не должна быть менее полученной величины. Величина N = 1614 кВт не является абсолютно точной и конечной, т.к. в качестве т|в была принята величина КПД работы на данную вентиляционную сеть, но не полный КПД вентилятора, который складывается из многих показателей, включающих потери в механической части вентилятора и в двигателе, поэтому полученная величина должна быть увеличена на 10 %, тогда окончательно N = 1776 кВт. По каталогу определяем, что наименьшая близкая по величине мощность выпускаемых двигателей 1800 кВт, двигатель этой мощности и принимаем.

Общая потребляемая в течение года работы вентилятора элеюроэнергия N0 = 1776-24-365 = 15 558 000 кВт-ч, где число 24 - часы работы вентилятора в сутки, 365 - количество суток в году.

10. КОНТРОЛЬ ВЕНТИЛЯЦИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Состояние вентиляции шахт должно систематически контролиро­ ваться. Для этого на каждой шахте для проверки правильности распределения воздуха должны производиться замеры его объемов не реже одного раза в месяц [6, 10]. На всех шахтах не реже одного раза в 3 года должна производиться воздушно-депрессионная съемка. На трудно проветриваемых шахтах с эквивалентным отверстием менее 1 м2 воздушно-депрессионные съемки должны проводиться не реже одного раза в год. По результатам воздушно-депрессионных съемок главным инженером предприятия утверждаются мероприятия и сроки по устранению выявленных недостатков [10].

10.1. Контроль температуры, влажности и давления

Контроль температуры воздуха осуществляется ртутные -термомет­ ром (“сухим” термометром психрометра) или с помощвго «амописцевтермографов. Относительная влажность воздуха (отношение массы водяных паров во влажном воздухе к массе водяных паров при полном насыщении воздуха ими) измеряется психрометром (рис. 10.1), состоящим из двух термометров 1 и 2 в защитных оправах 3 и аспиратора 6. Резервуары термометров помещены в защитные трубки 4. В верхней части термометры закреплены в колпачках 5. Аспиратор 6 состоит из крыльчатки, которая приводится во вращение пружиной, заводимой ключом 8 (в последнее время в качестве привода крыльчатки используются электродвигатели). Перед измерением один из термометров, резервуар которого обернут батистовой тряпочкой, увлажняют с помощью пипетки (увлажняют только батист). Затем заводится механизм аспиратора, протягивающего воздух через резервуары термометров и выбрасывающий его через щели 7

Вследствие испарения влаги с батистовой тряпочки влажный термометр всегда показывает меньшую температуру. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарениб влаги и тем больше разность в показаниях “сухого” и “мокрого” термометров. По разности в показаниях термометров и по показанию “сухого” термометра с помощью психрометрических таблиц определяется относительная влажность в %.

Контроль давления воздуха производится с помощью барометрованероидов (рис. 10.2), барографов, микробарометров МБ-63 и М-75-2. Действие барометра-анероида основано На изменении объема воздуха, находящегося в герметичном сосуде 1 (см. рис. Ю.2, б), при изменении атмосферного давления. Особо чувствительны ми!фобарометры, точность которых обеспечивается применением блоков из нескольких последовательно соединенных анероидных коробок и сложной оптической