книги / Рудничная вентиляция

Ri — число Ричардсона; RiKp — критическое число Ричардсона, соответствующее началу вырождения турбулентности; для штре­ кообразных выработок

где р — плотность газа; р — динамический коэффициент вязкости газа.

Значения коэффициента поперечной турбулентной диффузии

Яту-10\ мР/с

Здесь DT„, Drx — коэффициент турбулентной диффузии соот­ ветственно в поперечном и продольном направлениях; и* — дина­

мического сопротивления, Н с2/м*\ v — кинематический коэффи­

где f (х, у, г, /) — суммарная плотность источника (стока) веще­ ства (называемая также функцией источника): количество веще­

— DM(дс/дп)\

на негазоотдающих поверхностях выработки дс/дп = 0. Здесь с0 — концентрация газа на входе в выработку; gw—

интенсивность газовыделения с поверхности выработки (объем газа,

производная по нормали к поверхности выработки.

Различают пассивные и активные примеси воздуха. Пассивная примесь — субстанция, диффузия которой не изменяет диффу­ зионные свойства потока (пульсационную скорость, путь пере­ мешивания, коэффициент диффузии), активная примесь — суб­ станция, диффузия которой изменяет диффузионные свойства потока. Активными примесями воздуха обычно являются газы, плотность которых существенно отличается от плотности воздуха (водород, метан, сернистый газ, углекислый газ и др.), а также подогретые (охлажденные) участки воздушного потока.

Диффузия активной примеси усиливает или ослабляет диф­ фузионные свойства потока (диффузионный перенос усиливается при диффузии легкого газа от почвы в поток, тяжелого — от кровли, ослабляется при диффузии легкого газа от кровли, тя­ желого — от почвы). Ослабление поперечной (к направлению основного движения воздуха) диффузии характеризуется локаль­ ным числом Ричардсона или интегральным для потока в целом:

где g — ускорение свободного падения; ccp — средняя концентра­ ция газа в потоке; Н — высота выработки; Р — угол наклона

выработки к горизонту; р — отношение плотности воздуха к плот­ ности газа; ыср — средняя скорость воздушной струи.

Для метановоздушной смеси

Ослабление диффузионных свойств потока связано с вырожде­ нием турбулентности, которое также характеризуется локальным или интегральным числом Ричардсона. Полному вырождению турбулентности соответствует критическое локальное число Ричардсона, являющееся функцией числа Рейнольдса и рассто­ яния от кровли (почвы) выработки. При выделении метана из Яровли и Re « 104 для области у кровли (почвы) выработки Ri„p » æ 0,05; при увеличении Re RiKp -*• 0,3 для всей области потока.

Изменение средней в поперечном сечении концентрации газа £Ср в продольном направлении описывается уравнением [46]

где х' — продольная координата в системе координат, движу­ щейся со средней скоростью потока; t — время; DBф — эффектив­ ный коэффициент продольной диффузии, учитывающий диффузию, вызываемую неоднородностью скоростного поля в поперечном сечении выработки (сдвигом скорости), и турбулентную диффузию. Уравнение (13.43) описывает рассеивание газа относительно начала координат движущейся системы отсчета.

Для штрекообразной выработки

Т = 2я/©; о — частота пульсаций; k2= | /п/(772) | — целая часть числа /п/(772); ta — время перемешивания; т = tB — (k2TI2).

Коэффициент диффузии пульсирующего движения может до­ стигать значений порядка коэффициента турбулентной диффузии.

13.3.2. Газоперенос в ограниченных воздушных потоках

Ограниченные воздушные потоки со всех сторон имеют твердые границы.

Концентрация газа в диффузионном пограничном слое ограни­ ченного потока в поперечном его сечении при газовыделении с поверхности выработки описывается выражением

где cw — концентрация газа на поверхности выработки; а1Ь — коэффициент, зависящий от условий диффузии; у = у!б; у — расстояние от поверхности выработки; 6 — толщина диффузион­ ного слоя в данном сечении.

При газовыделении от точечного источника в потоке с равно­ мерным полем скоростей и однородной турбулентностью (область

где с — концентрация газа в точке с координатами х, у, z; gB— интенсивность газовыделении из источника; DT — коэффициент турбулентной диффузии; и — скорость воздушного потока в дан­ ной точке.

При неравномерном поле скоростей угол раскрытия диффу­ зионного пограничного слоя меньше со стороны большей скорости.

В штрекообразных выработках при газовыделении с поверх­ ности

где сх, с01 — соответственно концентрация газа в произвольной точке диффузионного пограничного слоя и вне последнего при числе Рейнольдса потока Rex; са, с02 — то же, для Rej.

Концентрацию газа на газоотдающей поверхности cw можно определить по выражению [46]

си, = 4 ( 1 + Р + П) - у Л- г ( 1 + Р + П)а- ( Р + сосП), (13.51)

где р = р„/(рв — рг), рв — плотность воздуха; рг — плотность диффундирующего газа;

аш— коэффициент трения поверхности выработки, на которой определяется концентрация; ыср — средняя скорость воздушного потока в выработке; Sc — число Шмидта (диффузионное число Прандтля), взятое для условий на поверхности выработки;

Концентрацию газа на кровле можно рассматривать по фор­ мулам:

Рис. 13.12. Профиль концентрации газа с в по­ перечном сечении слоевого скопления:

у — расстояние от кровли

наличие куполов в кровле, арочная форма сечения (для метана). Угол наклона выработки влияет неоднозначно.

Места слоевых скоплений метана: тупиковые выработки (при­ забойные участки), участки выработок в зоне неустановившегося горного давления, места повышенного газовыделения (суфлярных выделений, пересечения выработками зон геологических нару­ шений и т. п.).

Для предупреждения слоевых скоплений средние скорости движения воздуха в выработке должны быть не менее 0,5—1 м/с; высота выработки должна быть возможно меньшей; активной мерой предупреждения скоплений является дегазация.

Способы разрушения слоевых скоплений: увеличение средней скорости движения воздуха в выработке; применение взвихрива­ ющих трубопроводов (рис. 13.13); применение вентиляторов ме­ стного проветривания; установка продольных перегородок вдоль кровли с принудительной вентиляцией подкровельного простран­ ства (рис. 13.14) и без принудительной вентиляции; применение сеток с размером ячеек около 3x3 мм, перекрывающих нижнюю часть выработки на 2/3 ее высоты (зона действия до 60—85 м); использование акустических сирен (ультразвуковые свистки Гарт-

Рис. 13.16. Номограмма для определения средней скорости движения воздуха в выработке исл, необходимой для ликвидации слоевого скопления метана при концентрированных источниках его выделения из кровли выработки

Рис. 13.17. Номограмма для определения средней скорости движения воздуха в выработке исл, необходимой для ликвидации слоевого скопления метана при повышенном газовыделении из кровли выработки

Средняя по площади сечения скорость движения воздуха в выработке (м/с) для ликвидации слоевого скопления метана, образованного концентрированным источником в кровле, может быть определена по номограмме рис. 13.16 (где I — дебит суфляра)

где В — ширина выработки, м; &Сл — коэффициент, учитывающий соотношение газовыделении из кровли и боков выработки (рис. 13.18); Лд — коэффициент, учитывающий длину слоевого скопления:

При обычном газовыделении в выработки, проводимые по тон­ ким пластам, слоевые скопления метана у кровли ликвидируются при средней скорости движения воздуха более 0,5 м/с. На пластах средней мощности и мощных

где / — газовыделение из кровли выработки, м*/мин; В — ши­ рина выработки по кровле, м; Lc„ — длина слоевого скопления (протяженность загазированного участка выработки), м.

Площадь окна над поперечной перегородкой