книги / Рудничная вентиляция
..pdfЗначения |
функции / ( * ) в формуле (15.60) |
|
|
|
|
||
|
f <*> |
|
/(*) |
|
f U) |
|
f(z) |
0 |
0,0000 |
2,5 |
0,7928 |
11 |
0,9487 |
40 |
0,9859 |
0,1 |
0,1036 |
3 |
0,8207 |
12 |
0,9530 |
45 |
0,9875 |
0,2 |
0,1910 |
3,5 |
0,8454 |
13 |
0,9566 |
50 |
0,9887 |
0,3 |
0,2654 |
4 |
0,8634 |
14 |
0,9597 |
60 |
0,9906 |
0,4 |
0,3202 |
4,5 |
0,8777 |
15 |
0,9624 |
70 |
0,9919 |
0,5 |
0,3843 |
5 |
0,8872 |
16 |
0,9647 |
80 |
0,9929 |
0,6 |
0,4323 |
5,5 |
0,8974 |
17 |
0,9668 |
90 |
0,9937 |
0,7 |
0,4741 |
6 |
0,9060 |
18 |
0,9686 |
100 |
0,9944 |
0,8 |
0,5109 |
6,5 |
0,9132 |
19 |
0,9703 |
ПО |
0,9949 |
0,9 |
0,5435 |
7 |
0,9194 |
20 |
0,9718 |
120 |
0,9953 |
1 |
0,5724 |
7.5 |
0,9248 |
22 |
0,9744 |
130 |
0,9957 |
1,2 |
0,6214 |
8 |
0,9295 |
24 |
0,9765 |
140 |
0,9960 |
1,4 |
0,6614 |
8,5 |
0,9336 |
26 |
0,9783 |
150 |
0,9962 |
1,6 |
0,6975 |
9 |
0,9373 |
28 |
0,9799 |
160 |
0,9964 |
1.8 |
0,7217 |
9,5 |
0,9406 |
30 |
0,9812 |
180 |
0,9978 |
2 |
0,7434 |
10 |
0,9436 |
38 |
0,9839 |
200 |
0,9971 |
где b — коэффициент |
теплоусвоения массива, кДж/(с°-5-м2-°С), |
||||
|
|
b = |
2 1/ Хер/л; |
(15.67) |
|
о — удельная теплоемкость |
пород, |
кДж/(кг- К); |
р — плотность |
||
горных пород, кг/м3. |
|
|
выработки |
или ее участка |
|
Расчетное |
время проветривания |
||||
со сквозным |
проветриванием определяется по формуле |
||||
|
|
т = |
тпод + |
тэ, |
(15.68) |
где тпод, тэ — время |
проветривания выработки |
соответственно |
|||
впериод ее проходки и в период эксплуатации, с. Для тупиковой выработки
t |
— “^под = |
[0,5 (таад -(- Ту) -|- / ^ |
] , |
(15.69) |
|
т8аб — время |
проветривания начала призабойной зоны; |
||||
|
|
”^ваб = |
■^'ваб/^под! |
|
(15.70) |
т, — время проветривания устья тупиковой выработки; |
|||||
|
|
ту = |
L/Waoa, |
|
(15.71) |
где Z заб. L — соответственно |
длина призабойной |
зоны и выра |
|||
ботки (участка со сквозным проветриванием), |
м; |
Ц7П0Д — ско |
|||
рость проходки, м/с.
Расчетное время проветривания призабойной зоны |
|
т = 0,25т3аб- |
(15.72) |
Средние значения теплофизических свойств горных пород приведены в табл. 15.8. Значения теплофизических свойств вме-
221
Теплофизические свойства горных пород для условий Донбасса
|
Плот |
а. 10*. |
|
х.10*. |
Коэффициент |
Породы |
ность |
кДж/Осг* К) |
теплоусвоения 6, |
||
пород р, |
м*/о |
кВт/(м* К) |
|||
|
кг/мв |
|
|
|
кДж/(с0»6. м2«°С) |
Песчаник |
2440 |
1.21 |
0,85 |
2,56 |
2,6 |
Глинистый и пес |
270 |
0,81 |
0,9 |
1,77 |
2,33 |
чаный сланец |
1225 |
0.2 |
1,19 |
0,292 |
0,74 |
Уголь |
щающих пород для конкретной шахты могут быть уточнены в за висимости от района ее размещения по результатам исследова ний.
Коэффициент теплоотдачи от боков шахтных выработок воз духу определяется по формуле
а* = |
2,33 • 1 0~3eVr0'ep°*e/70'2//0*2, |
(15.73) |
где е — коэффициент |
шероховатости стен выработок; |
V — ско |
рость воздуха, м/с; Я — периметр выработки, м; р — плотность воздуха, кг/м*.
Для выработок, закрепляемых всплошную (кирпичом, бето ном, деревом), коэффициент теплоотдачи определяется с учетом
теплоизолирующего |
действия |
крепи: |
|
|
|
“ ~ |
1/а, + бкАи ’ |
(15.74) |
|
|
|
|||
где бк — толщина |
крепи, |
м; |
А.„ — теплопроводность крепи, |
|
кВт/(м- К). |
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи трубопровода /Стр в формулах
(15.27), (15.30), (15.31), (15.34), (15.44) |
определяется |
в общем |
|||
случае (при наличии теплоизоляции) по формуле |
|
|
|||
-------i-------- i-------i , ' |
I |
d,.------- ï |
» |
(15-75) |
|
2Я.Тр |
d\ |
2Хи |
d% Q*dtK |
|
|
где аг — коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубопровода, кВт/(ма-К); — внутренний диаметр трубопро вода, м; Ххр — теплопроводность материала трубопровода, кВт/(м-К); da — наружный диаметр трубопровода, м; А,и — тепло проводность изоляции, кВт/(м-К); — наружный диаметр изо ляции, м; а 2 — коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности трубопровода, кВт/(ма-К), определяется по формуле (15.73) при
в = 1.
Коэффициент теплопередачи от шахтной воды к воздуху в за крытых канавках определяется по формуле
« . ~ l M + to + ,A V |
<1576> |
где а х — коэффициент теплоотдачи от воды на внутренней по верхности покрытия канавки, кВт/(м*-К); в — толщина покры тия, м; X — теплопроводность покрытия, кВт/(м> К); O j— коэф фициент теплоотдачи воздуха на поверхности покрытия, кВт/(м2- К), определяется по формуле (15.73) при е = 1 .
Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности
<хх = 1,163- Ю^Ва (pH7)0>7d°-2, |
|
(15.77) |
где Ва — коэффициент; р — плотность теплоносителя, т/м3; W — |
||
скорость движения теплоносителя, м/с; d — диаметр |
трубопро |
|
вода или ширина канавки, м. |
О °С |
равен О, |
Коэффициент Ва при температуре воды tB = |
||
при 20 ®С — 6,45, при 40 °С — 7,98 и при 60 °С — 9,5. |
Для рас |
|
чета теплоотдачи воздуха можно принимать Ва = |
2,75. |
|
Коэффициент теплопередачи отбитой горной массы опреде
ляется по формуле |
|
Ки = < * * 0м, |
(15.78) |
где а„ — коэффициент теплоотдачи отбитого материала, Вт/(м2 • К); 0 „ — безразмерная температура, которая определяется по гра фикам рис. 15.3 с помощью чисел подобия Био и Фурье, соответ ствующим условиям начала (Bia, Foa) и конца (Bix, Fox) пребыва ния груженой вагонетки в данной выработке.
Указанные числа имеют вид:
Blj — ®п^о/^м»
FO2 = aux jR l;
Bix = а ТрЯоАм;
О |
II |
о$5to |
(15.79)
(15.80)
(15.81)
(15.82)
где а„ — коэффициент теплоотдачи неподвижного груза, Вт/(м2- К);
— коэффициент |
теплопроводности горной массы, |
кВт/(м-К); |
дм — коэффициент |
температуропроводности горной |
массы, м2/с; |
R0 — радиус шара, эквивалентного по объему применяемой ваго нетке, м; а тр — коэффициент теплоотдачи на поверхности горной
[дассы при движении вагонетки, Вт/(м2 -К); |
тп — время |
стояния |
|
рагонеток под погрузкой, |
с; г — время |
пребывания |
отбитой |
горной массы в выработке, с. |
|
|
|
Коэффициенты а п и а тр |
рассчитываются по формуле (15.73), |
||
В которой скорость движения воздуха определяется как раз ность между действительной скоростью вентиляционной струи
и скоростью состава вагонеток (при встречном движении венти ляционного и транспортного потоков) или как сумма этих скоро стей (при попутном движении).
|
|
|
х = т„ + L/Vrp, |
|
(15.83) |
||
где |
т„ — продолжительность стоянки |
груженой |
вагонетки, |
с; |
|||
VTp — скорость движения вагонетки, |
м/с. |
Foa |
и Bilt |
Fox |
|||
по |
С использованием найденных значений Bi2, |
||||||
графикам |
рис. 15.3 |
определяется |
безразмерная |
температура |
|||
поверхности |
вагонетки |
с грузом соответственно |
в |
начале |
0 М, |
||
и конце 0 М, данной выработки, после чего определяется ее среднее арифметическое значение.
Коэффициент теплоотдачи поверхности горной массы, транс
портируемой в |
вагонетке, |
|
|
а* = (aTpL/VTp + а„тп)/т, |
(15.84) |
где L — длина выработки, м; Утр — скорость движения состава |
||
с вагонетками, |
м/с. |
|
Площадь поверхности теплообмена горной массы при транс
портировании ее в вагонетках |
|
Fu = F'„Aax/gl, |
(15.85) |
где F'u — площадь поверхности теплообмена одной вагонетки, м*;
Ад — часовая |
производительность участка по добытому углю |
или отбитой |
породе, вывозимым через данную выработку, т/ч; |
gx — грузоподъемность применяемой вагонетки, т. Время %в фор мулах (15.84), (15.85) определяется по формуле (15.83).
Тепловыделение (Вт) при работе машин и механизмов, нахо дящихся в выработке, определяется по формулам при работе привода лебедки по спуску груза в реостатном режиме торможения
и по подъему груза соответственно |
|
|
|
|
AQM*X = Nkz\ |
|
(15.86) |
||
AQ« = ( 1 - Î1M)Nkt\ |
|
(15.87) |
||
при работе привода конвейера |
|
|
|
|
AQK = N ± |
0,0273PL sin ф; |
(15.88) |
||
при работе электровозной |
откатки |
|
|
|
AQ8.о= К . о Р ^Л. о» |
|
(15.89) |
||
при торможении вагонетки |
|
|
|
|
AQ, = 9,81 • 10-» (& + &) nh; |
(15.90) |
|||
при работе трансформатора |
|
|
|
|
AQxp = Nmт; |
|
(15.91) |
||
при освещении |
|
|
|
|
AQoo = N, |
|
(15.92) |
||
где N — мощность электродвигателя или осветительного устрой |
||||
ства, кВт; Аа — коэффициент загрузки во времени; |
— механи |
|||
ческий КПД; Р — нагрузка |
на участок, т/ч; Y — угол наклона |
|||
выработки, градус; kB. 0 — расход электроэнергии |
на 1 тк-м |
|||
перевезенного груза, кВт-ч; |
Ь0 — длина |
откатки, |
км; т8. 0 |
— |
продолжительность работы электровозной |
откатки |
в сутки, |
ч; |
|
gx — полезный груз вагонетки, кг; g2 — масса самой вагонетки, кг; п — число вагонеток, проходящих по выработке в течение часа; А — вертикальная высота подъема, м; т т — коэффициент потерь шахтного трансформатора, в среднем т т = 0,05.
В формуле (15.88) знак «+» перед вторым слагаемым соответ ствует случаю транспортирования полезного ископаемого сверху вниз, а «—» — снизу вверх.
Тепловыделение при работе людей определяется по формуле
AQP = <7рЛр, |
(15.93) |
где <7Р = 0,29 кВт — количество теплоты, выделяемой организ мом одного работающего при тяжелой физической нагрузке в 1 с; «р — число рабочих в выработке.
Более подробные указания по расчету тепловыделений местных источников имеются в руководствах [1 0, 2 1].
Удельное тепловыделение при окислительных процессах q0M на единицу поверхности окисления рекомендуется принимать:
вподготовительных выработках с деревянными затяжками q0„ =
=(7-т-9,3)* 10" 8 кВт/ма, в подготовительных выработках с дере
вянным креплением — (11,5ч-14) • 10-8 кВт/ма.
Тепловыделение (кВт) из тупиковой выработки, находящейся на пути движения свежей вентиляционной струи и проветривае мой по схеме с возвратом отработанного воздуха в свежую струю, определяется по формулам:
при использовании центробежного вентилятора местного про ветривания
QT. в = ^под(*н *т) 4“ QB.M! |
(1 5 .9 4 ) |
при использовании осевого вентилятора местного про
ветривания |
|
QT. в = ^под (*н *т)» |
(15.95) |
где Gn0H — количество воздуха, поступающего из тупиковой вы работки, кг/с; i„, it — энтальпия воздуха соответственно в выра ботке сквозного проветривания и на выходе из тупиковой выра
ботки, кДж/кг; |
QB. м — тепловыделение |
при работе |
привода |
вентилятора местного проветривания, кВт. |
(15.6) или |
(15.8) по |
|
Энтальпия it |
определяется по формуле |
||
температуре воздуха на выходе из тупиковой выработки, которая, в свою очередь, рассчитывается по формуле (15.39).
После окончания прямого и обратного расчетов |
составляются |
сводная таблица и графики изменения температуры |
вентиляцион |
ной струи по ходу ее движения от поверхности |
до выхода из |
шахты.
Холодильная мощность воздухоохладительной установки (кВт)
Qo = l,l(Qo + |
2?o), |
(15.96) |
|
где |
|
|
|
Qo = G (ii — t'2) |
(15.97) |
||
E l o - t i + fo + C |
(15.98) |
||
причем |
|
|
(15.99) |
Qo = kTipFTV[/Tp — (i\ + /2)/2]; |
|||
<7o = WH [1 - |
(1 - л)/(ЛЛп)] |
(15.100) |
|
Qo = |
GyT(/Bj |
^x)* |
(15.1Ô1) |
В выражениях (15.96)—(15.101): Q6 — полезная холодильная мощность установки, кВт; G — расход воздуха, кг/с; iu 2 — энталь пия вентиляционной струи соответственно до и после воздухо-
Рис. 15.4. (—d-диаграмма состояния рудничного воздуха (по В. Мюллеру) для давления 1000 гПа:
I •— энтальпия; t—температура; |
ф —•относительная влажность; d влагосодержанне; |
Рп — парциальное давление пара |
|
охладителя, кДж/кг; q'o — потери холода вследствие теплообмена через стенки трубопроводов между хладоносителем и вентиляци онной струей, кВт; tTp — температура поверхности трубопровода, °С; к, г — температура вентиляционной струи в начале и конце выработки, °С; ql — тепловыделение при работе циркуляционных насосов, кВт; NB— мощность привода циркуляционного насоса, кВт; т) — КПД электродвигателя насоса; г)п — КПД подшипни
ков; т]м — КПД редукторной передачи; ql — потери холода вследствие утечек хладоносителя из системы, кВт; GyT — потери хладоносителя из системы, кг/с; tBl — температура подпиточной воды до испарителя, °С; tx — средняя температура хладоно сителя, °С.
Значения энтальпии îx и î2 определяются по формуле (15.6) или (15.8), в которую подставляются значение температуры воздуха в месте установки воздухоохладителя, определяемое пря мым (для ii) и обратным (для i2) тепловыми расчетами, и значения влагосодержания, устанавливаемые с помощью i—d диаграммы влажного воздуха по / и <р (рис. 15.4) или по формуле (15.3) или (15.4).
При укрупненных расчетах холодильная мощность воздухо
охладительной установки |
|
Qo = 1.15QÔ- |
(15.102) |
16. НАДЕЖНОСТЬ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
16.1. Основные понятия и показатели надежности (ГОСТ 27.002—83)
Надежность — свойство объекта сохранять в процессе экс плуатации значения параметров в пределах, позволяющих выпол нять требуемые функции.
Надежность вентиляционной системы (ВС) шахты — ее свой ство сохранять в процессе эксплуатации значения параметров в пределах, позволяющих обеспечить требуемое воздухораспределение.
Надежность — комплексное свойство, включающее свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняе мости объекта. Для конкретных объектов эти свойства различны по своей относительной значимости. Для ВС шахты наиболее существенно свойство безотказности.
Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять свою работоспособность в течение некоторого времени.
Работоспособность — состояние объекта, при котором зна чения параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции, находятся в пределах, установленных нор мативно-технической документацией.
Отказ — событие, заключающееся в потере работоспособности. Отказ ВС шахты — событие, заключающееся в таком измене нии ее параметров, при котором расходы воздуха в выработках
меньше требуемых.
Отказы объектов по своему характеру могут быть разделены на приработочные, постепенные (износовые), внезапные и самоустраняющиеся (сбои).
Количественными характеристиками свойств, составляющих надежность объекта, являются показатели надежности: вероят ность безотказной работы, среднее время безотказной работы, среднее время восстановления, коэффициент готовности и др.
Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в течение заданного времени (заданной наработки) отказ объекта
не |
возникнет. Вероятность безотказной работы любого объекта |
|
в течение времени t может быть представлена |
в виде |
|
|
г (t) = exp |
(16.1) |
где |
X (т) — интенсивность отказов — условная |
плотность веро |
ятности возникновения отказа объекта в момент т, определяемая при условии, что до момента т отказ не возник.
При анализе ВС шахт предполагают, что в первом приближе нии интенсивность отказов можно считать постоянной, т. е. X (т) = X = const. В этом случае выражение (16.1) преобразуется
к виду |
(16.2) |
г (/) = ехр (—Xt). |
Среднее время безотказной работы (средняя наработка на
отказ) |
|
со |
|
7„ = jr(9<H . |
(16.3) |
О |
|
Для экспоненциального распределения времени безотказной
работы |
|
7 Н= \/Х. |
(16.4) |
Среднее время восстановления работоспособного состояния * — математическое ожидание времени восстановления работоспособ
ного состояния: |
со |
|
|
|
|
|
Т 9 = 1 Ш * )М . |
06.5) |
|
о |
|
где tB— время |
восстановления; fB(t) — плотность |
распределе |
ния случайной |
величины tB. |
|
* Для восстанавливаемых объектов, в том числе для ВС шахт.
Коэффициент готовности * — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени:
Я г = Т н /(Т н + Г в). |
(1 6 .6 ) |
В дальнейшем, если это не будет специально оговорено, под термином «показатель надежности» (для краткости «надежность») понимается вероятность безотказной работы.
Надежность ВС шахты определяется следующими взаимно независимыми группами факторов: адекватностью натуре исполь зованных при проектировании ВС исходных данных и методов расчета, надежностью функционирования шахтной вентиляцион ной сети (ШВС) и вентиляторных установок (ВУ). Общую надеж ность ВС можно записать в виде
г = гигмгсгв, |
(16.7) |
где ги, гм, гс, г„ — частные надежности подсистем соответственно «Исходные данные», «Методы расчета», «ШВС» и «ВУ».
В сложных системах вследствие наличия определенной функ циональной избыточности в их структуре отказы отдельных эле ментов, как правило, приводят лишь к некоторому снижению эффективности функционирования системы, а не к полной потере ее работоспособности. Например, отказы вентиляции отдельных выемочных участков в большинстве случаев не приводят к от казу вентиляции шахты в целом, однако эффективность ее при этом снижается.
Таким образом, наряду с оценкой надежности сложной системы следует оценивать эффективность ее функционирования. Для этого вводится некоторый показатель эффективности функционирова ния системы, количественно характеризующий ее выходной эф фект. Количественной характеристикой выходного эффекта ВС шахты является создаваемый ею уровень безопасности труда по фактору вентиляции. Вследствие случайного характера отказов элементов системы ее выходной эффект представляет собой неко торую случайную величину. Математическое ожидание выходного эффекта системы принимается в качестве оценки эффективности
еефункционирования.
16.2.Аналитические методы определения надежности
16.2.1. Метод функции состояния
Для определения надежности ВС ищется такая функция, кото рая достаточно полно характеризовала бы состояние ВС по на дежности, — функция состояния:
Ф = Ф (S), |
(16.8) |
* Для восстанавливаемых объектов, в ток числе для ВС шахт.