книги / Рудничная аэрология

вследствие образования циркуляционных токов в ближайших к вентиляторам контурах.

Для регулирования распределения воздуха в сети вспомога­ тельные вентиляторы располагают на струях, в которых требуется увеличить расход воздуха. Более подробно этот вопрос рассматри­ вается в главе XII.

При установке ПВВ подвод энергии к вентиляционному по­ току рассредотачивается по его длине: энергия подводится к по­ току в месте расположения главного-и вспомогательных вентиля­ торов. При одинаковой величине энергии, поступающей в поток,

ствуют зоны с высоким избыточным давлением или разрежением. В результате разность давлений (депрессия) между выработ­ ками и поверхностью, а также между выработками внутри шахты уменьшается, что приводит к снижению утечек (внешних и вну­ тренних) и, как следствие, к снижению расхода электроэнергии

на вентиляцию согласно выражению (Х.1).

На рис. 95 изображены эпюры давлений (ниже атмосферного)

стоянном расходе воздуха в сети). Линия I — среднее давление на поступающей струе 1—2—3—4—5, линия I I — то же, на исхо­ дящей струе 6—7—8—9—10, линия I I I — среднее давление на участке 6—7—8, имеющем аэродинамическую связь с поверх­ ностью. Как видим, при установке ПВВ в точках 7 и 8 среднее разрежение на вентиляционном горизонте существенно пони­ жается. В результате уменьшается разность давлений между откаточным 2—3—4—5 и вентиляционным 6—7—8—9 горизон­ тами и, как следствие, уменьшаются внутренние утечки в шахте. Из рисунка также видно, что при установке вентиляторов в точ­ ках 7 и 8 существенно снижается разрежение на участке 6—8 и, следовательно, уменьшаются подсосы воздуха с поверхности. Это имеет большое значение в шахтах, разрабатывающих склонные к самовозгоранию полезные ископаемые, поскольку снижение утечек уменьшает вероятность возникновения пожаров.

Однако установка ПВВ связана и с определенными отрица­ тельными явлениями.

Неправильный выбор ПВВ может привести к рециркуляции воздуха в выработках. На рис. 95, д представлена эпюра давлений для случая, когда в точке 7 установлен весьма мощный ПВВ. На участке 7—8 давление превышает атмосферное, а на участке 3—4—5—6—7 имеет место разрежение. При этом, если изолятор между выработками на участке 7—8 воздухопроницаем, утечки воздуха будут происходить с исходящей струи на свежую. В ре­ зультате вместо полного удаления отработанного воздуха на

а

д

Рис. 95. Эпюры давлений при работе подземных вспомогательных венти­ ляторов

поверхность часть его будет циркулировать по контуру 3—4—5— 6—7—8.

Циркуляция одних и тех же объемов воздуха по замкнутому пути называется р е ц и р к у л я ц и е й . Если в рециркуляции находится лишь часть проходящего по участку воздуха, говорят, что происходит ч а с т и ч н а я р е ц и р к у л я ц и я ; при циркуляции всего количества воздуха в замкнутом контуре гово­ рят о его п о л н о й р е ц и р к у л я ц и и . Если в контуре, в котором происходит рециркуляция, постоянно выделяются газы: или пыль, их концентрация в воздухе может достичь опасных пределов. Для устранения рециркуляции вспомогательные венти­

дальше от забоев или в выработках, проведенных в нетронутом массиве пород.

Недостатком установки вентиляторов в подземных выработках является то, что они могут быть разрушены при взрывах газа и пыли, когда их работа особенно необходима.

На газовых шахтах в случае неисправности подземного венти­ лятора возможно опасное загазирование выработок, в том числе и в местах установки ПВВ, что, в свою очередь, затруднит его ремонт и пуск. При возникновении пожара на участке ПВВ часто оказывается недоступен.

Вследствие отсутствия специальных каналов реверсирование подземного вентилятора обычно производится изменением напра­ вления вращения его колеса. При этом производительность ПВВ резко падает.

Большая разность давлений между всасом и диффузором ПВВ и трещиноватость пород вызывают значительные просачивания воздуха через целики в месте его установки. Если при этом вен­ тилятор расположен между целиками угля, склонного к самовоз­ горанию, это может вызвать появление очага пожара (рис. 96).

Утечки воздуха в месте установки ПВВ тем больше, чем больше мощность вентилятора. При мощных вентиляторах они могут достигать 20 м3/с. При плохой изоляции стенок выработки,, а также плохом разделении диффузора и всаса утечки могут суще­ ственно снизить эффект установки подземного вентилятора. С этой

точки зрения целесообразно вместо одного мощного ПВВ уста­ навливать несколько менее мощных.

В главе X было показано, что последовательное соединение вентиляторов повышает устойчивость их работы. Подземные вспо­

устойчивости их работы. Однако при остановке ПВВ режим ра­ боты главного вентилятора смещается в сторону неустойчивой работы и не исключена возможность, что он может стать неустой­ чивым.

Отмеченные недостатки ПВВ делают их работу не вполне надежной. В ряде случаев их применение может снизить безопас­ ность работ в шахте. Поэтому установка подземных вспомогатель­ ных вентиляторов допускается в отдельных случаях на действу­ ющих шахтах только с разрешения органов Госгортехнадзора.

§ 65. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ПОВЕРХНОСТНОГО

ИПОДЗЕМНОГО ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРОВ

Рассмотрим совместную работу одного главного и одного подземного вспомогательного вентиляторов по схеме рис. 97, а.

.Для этого объединим участки 1—2 и 3—4 вентилятора /, а венти.

Рис. 97. Схемы совместной работы одного поверхностного и одного подзем­ ного вспомогательного вентиляторов

лятор I I перенесем в точку 2, в результате чего схема примет вид, изображенный на рис. 97, б. Очевидно, что схемы, показанные на рис. 97, а и б, аэродинамически тождественны, т. е. режимы вентиляции в соответствующих ветвях сети у них одинаковы.

Затем характеристику вентилятора I приводим к точке 3 способом, рассмотренным в главе X. В результате схема транс­ формируется в представленную на рис. 97, е.

Далее из характеристики вентилятора /, приведенной к точке 3, вычитаем по дебитам характеристику параллельного участка

2'—3. Поскольку дебит вентилятора I равен сумме дебитов уча­ стков 2—3 и 2 '—3, в результате вычитания из схемы исключите#

При установке ПВВ в одной из ветвей параллельного соеди­ нения необходимо, чтобы он не вызвал изменения направления

депрессия которой при требуемом расходе больше. После уста­

Следовательно, чтобы депрессия участка i?2 была положитель­ ной (т. е. чтобы давление в точке 2 было больше, чем в точке 3)у необходимо соблюсти условие

при этом вентилятор I перемещается в точку 2". После этого харак­ теристики вентиляторов I I и I I I приводим к точке 3 вычитанием из них характеристик их индивидуальных участков 2—3 и 2'_ 3; получаем схему на рис. 98, в. Затем находим суммарную харак­ теристику вентиляторов I I и I I I в точке 3, после чего приходим к последовательной работе двух вентиляторов (рис. 98, г).

Рассматриваемый случай относится к параллельно-последова­ тельной работе вентиляторов. Если же главный вентилятор I будет остановлен, то работа вентиляторов будет параллельной. Однако при этом, как было показано в главе X, резко снижается

устойчивость их совместной работы. Чтобы не допустить неустой­ чивых режимов при установке двух и более ПВВ, необходимо, во-первых, не допускать остановки главного вентилятора на по-

Рис. 98. Схемы совместной работы одного поверхностного и двух подземных вспомогательных вентиляторов

верхности и, во-вторых^ выбирать ПВВ с ровными, монотонно падающими характеристиками (осевые вентиляторы при малых углах установки лопаток рабочего колеса или центробежные ♦с сильно загнутыми назад лопатками).

Г л а в а XII

РЕГУЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА В ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СЕТИ ШАХТЫ

§ 66. ЗАДАЧИ И СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

При ведении горных работ в значительной степени изменяются параметры, определяющие вентиляцию шахты: длина пути сле­ дования воздуха, аэродинамическое сопротивление выработок, их газообильность и т. д. Параметры, по которым рассчитывается вентиляция выработок и шахт в целом, могут изменяться не только за длительные промежутки времени, но и в относительно небольших интервалах, например в пределах недель и суток. Для своевременной реакции вентиляции на эти колебания необходимо гибкое регулирование распределения расхода воздуха в вентиля­ ционной сети шахты.

Регулирование распределения расхода воздуха в горных вы­ работках является сложной задачей, так как изменение вентиля­ ционных параметров — аэродинамического сопротивления, коли­ чества воздуха, депрессии — в одной из ветвей сети приводит к изменению воздухораспределения в других ветвях, а также вызывает изменение режима работы главного вентилятора.

В практике рудничной вентиляции применяют различные спо­ собы регулирования количества воздуха. Увеличение или умень­

шение общешахтного количества воздуха достигается изменением режима работы главного вентилятора и общего аэродинамического сопротивления шахты, надшахтного здания, вентиляторной уста­ новки. Регулирование распределения расхода воздуха в отдель­ ных выработках или соединениях выработок осуществляется; изменением аэродинамического сопротивления отдельных ветвей,, установкой вспомогательных вентиляторов, устройством воздуш­ ных завес.

Все способы регулирования распределения воздуха подраз­ деляются на отрицательные и положительные. Отрицательными являются способы, которые приводят к увеличению аэродинами­ ческого сопротивления отдельных ветвей и шахтной сети в целом. Очевидно, что применение отрицательного регулирования рас­ пределения расхода воздуха вызывает увеличение расхода энер­ гии на проветривание шахты. Положительными являются способы* не связанные с увеличением аэродинамического сопротивления выработок. При положительных способах регулирования пере­ распределение воздуха в ветвях сети достигается либо за счет уменьшения аэродинамического сопротивления выработок, либо> за счет увеличения количества воздуха и депрессии ветвей путем; установки в них дополнительных источников тяги.

§ 67. ИЗМЕНЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ ГЛАВНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Депрессия вентилятора и расход подаваемого им в шахту воздуха в единицу времени определяются мощностью электро­ двигателя вентилятора, коэффициентом его полезного действия* диаметром рабочего колеса, частотой его вращения и углом уста­ новки лопастей рабочих колес и направляющего аппарата.

Регулирование работой вентилятора главного проветривания производится по расходу воздуха при постоянной депрессии, по* депрессии при постоянном расходе, а также по расходу и по депрес­ сии одновременно. Оперативное регулирование вентиляцией обычно осуществляется с изменением как расхода воздуха, так и депрессии.

Регулирование расхода воздуха вентилятора главного про­ ветривания производится путем изменения частоты вращения

лятора, поворот лопаток направляющего аппарата, поворот за­ крылков лопаток рабочего колеса, дросселирование.

При увеличении или уменьшении частоты вращения рабочего колеса вентилятора п расход воздуха Q и депрессия h изменяются по следующим зависимостям:

(XII.1)

(XII.2)

где индексами 1 и 2 соответственно обозначены параметры преж­ него и нового режима работы вентилятора.

При изменении диаметра колеса D :

Если изменяются одновременно частота вращения и диаметр рабочего колеса вентилятора, то новые значения расхода воздуха жего депрессии определяются из выражений:

Способ регулирования путем поворота лопаток направляющего

.аппарата является наиболее распространенным, он применяется как в осевых, так и в центробежных вентиляторах. Сущность способа заключается в том, что осуществляется поворот лопаток, устанавливаемых на направляющем аппарате. Последний рас­ полагается после рабочего колеса для выпрямления потока воз­ духа, аппарат является неподвижной частью вентилятора, что дает возможность осуществлять поворот лопаток во время работы вентилятора. Эта возможность и определяет достоинство способа. Недостатком его является малая глубина регулирования. Способ является рациональным при поддержании постоянной производи­ тельности вентилятора.

Регулирование путем поворота лопаток рабочего колеса вен­ тилятора осуществляется при работе осевых вентиляторов. Изме­ нение угла установки лопаток на колесе приводит к изменению расхода воздуха, подаваемого вентилятором. У шахтных осевых вентиляторов главного проветривания предусматривается поворот лопаток рабочего колеса обычно от 15 до 50°, что позволяет плавно изменять расход подаваемого воздуха в 4—5 раз и давление в 3— 4 раза, чтобы они не выходили за пределы минимального значения к. п. д. вентиляторной установки.

Применяются специальные механизмы одновременного пово­ рота лопаток рабочих колес, в том числе осуществляющие поворот лопаток во время работы вентилятора. Недостаток данного способа состоит в сложности и невысокой надежности механизма поворота и узла крепления лопатки к колесу. Способ рационален при регу­ лировании с постоянным напором.

Весьма рациональным способом является регулирование пара­ метров работы главного вентилятора путем изменения частоты

вращения ротора вентилятора. Этот способ обладает высокой экономичностью, устойчивостью к. п. д. вентилятора при регули­ ровании с постоянным эквивалентным отверстием, возможностью упрощения конструкции вентилятора за счет положения напра­ вляющего аппарата и устройства поворота лопаток, возможностью автоматизации процесса регулирования без остановки венти-

.лятора.

В практике регулирования работой главных вентиляторов применяется также дросселирование. При регулировании с по­ мощью дросселя, располагаемого в канале вентилятора, изме­ няется собственно аэродинамическое сопротивление вентилятор­ ной установки.

Дроссельное регулирование почти всегда экономически не­ выгодно, так как оно связано с бесполезными потерями энергии на преодоление дополнительного аэродинамического сопротивле­ ния вентиляторной установки.

Используются также методы комбинированного регулирова­ ния, например способ регулирования с последовательной заменой приводных электродвигателей, позволяющий повысить экономич­ ность и область регулирования параметрами работы вентилятора.

§ 68. УВЕЛИЧЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЫРАБОТОК

Увеличение аэродинамического сопротивления выработок яв­ ляется одним из наиболее распространенных способов регулиро­ вания распределения расхода воздуха в вентиляционных сетях. По своей сущности этот способ регулирования является отрица­ тельным, так как увеличение аэродинамического сопротивления любой из ветвей сети в конечном счете требует затрат энергии воздушного потока на преодоление дополнительно введенного сопротивления.

Искусственное увеличение аэродинамического сопротивления ветвей достигается установкой в них регуляторов отрицательного типа — вентиляционных дверей (см. главу XXI) и окон.

Вентиляционные окна (рис. 99) представляют собой отверстия в вентиляционных дверях или перемычках, пропускающие опре­ деленное количество воздуха. Целесообразно устраивать окна с изменяющейся площадью отверстия, так как это позволит произ­ водить регулирование более гибко.

С аэродинамической точки зрения вентиляционное окно пред­ ставляет собой диафрагму, которая вызывает резкое сужение воздушного потока (рис. 100). Сужение это продолжается за пре­ делами окна до сечения I I , затем поток расширяется. Таким образом, вентиляционное окно является местным аэродинами­ ческим сопротивлением в выработке. Когда воздушный поток проходит через окно, происходит сжатие и расширение струи с возникновением обратных токов и завихрений. Потеря давления