книги / Рудничная аэрология

ства воздуха не должна на каждой ступени превышать 30% от исходного уровня расхода Qu а время выдержки расхода на каж­ дой ступени должно составлять 20—25 мин. Величина концентра­ ции метана при этом в процессе регулирования расхода воздуха повышается незначительно.

Метод линейного, или плавного, регулирования заключается в линейном изменении расхода воздуха с таким градиентом, чтобы концентрация метана в исходящей струе не превышала в процессе регулирования своего допустимого значения.

Методы ступенчатого и плавного регулирования устраняют опасность возрастания концентрации метана при увеличении количества воздуха на выемочном участке, но значительно по­ вышают время регулирования. В этом случае оперативность регулирования вентиляцией понижается, что не дает возможности ликвидировать возникающие с достаточно высокой частотой загазирования. Для одновременного выполнения требований без­ опасности по концентрации метана и оперативности по времени регулирования предложен ряд других методов регулирования расходов воздуха на участке.

Метод оптимального управления по критерию быстродействия заключается в последовательной смене разовых воздействий на вентиляцию участка, осуществляемых повышением расхода воз­ духа по линейному закону в течение некоторого периода времени, по истечении которого расход уменьшается с максимально воз­ можной скоростью до начального Qx, затем расход снова увели­ чивается до некоторого уровня и снова понижается. Такое изме­ нение расхода, включающее обычно трехразовое воздействие, значительно снижает опасность повышения концентраций газа, так как метан выносится из выработанного пространства в выра­ ботки определенными ограниченными порциями.

Метод безопасного регулирования (рис. 106, в) заключается в том, что переход с одного уровня расхода воздуха Qx на дру­ гой Q2 осуществляется через третий промежуточный расход Ç6, называемый безопасным. Величина безопасного по регулированию расхода воздуха на участке рассчитывается таким образом, чтобы концентрация метана в процессе регулирования не превышала своего исходного значения Обычно расход воздуха на выемоч­ ном участке представляет собой сумму расходов воздуха в очи­ стном забое Ç3, через выработанное пространство ÇB<n и необхо­ димого расхода для проветривания других источников газовыделения (например, транспортных выработок) QT в:

Q = (?з+ QB. п + (?т. в*

Безопасное регулирование определяется в основном соответ­ ствующим расходом воздуха через выработанное пространство Qlu который рассчитывается по формуле

<?.. П= f - R e * ,

где R ' и R" — линейное и квадратическое аэродинамические со­ противления выработанного пространства; Re* — интегральное число Рейнольдса выработанного пространства.

Оперативное регулирование расхода воздуха по газовому фактору в угольных шахтах осуществляется на основе непрерыв­ ного поступления и обработки информации о концентрации метана в выработках. В тех случаях, когда непрерывная (автоматическая) регистрация параметров, определяющих потребные расходы воз­ духа в выработках, невозможна или технически затруднительна (например, регистрация таких газов, как окислы азота), регулиро­ вание распределения воздуха осуществляется по заданным рас­ ходам. В этом случае задача регулирования сводится к стабили­ зации расходов воздуха в выработках, а величина расхода за­ дается в зависимости от изменения факторов, определяющих количество вредных газов, например по расходу ВВ, числу машин с дизельными двигателями и т. п.

Оперативность регулирования расходов воздуха в этих слу­ чаях обычно значительно ниже, чем при .регулировании по метановыделению, и характеризуется периодичностью в несколько суток.

Г л а в а XIII

УТЕЧКИ ВОЗДУХА В ШАХТАХ

§ 72. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Утечками называется неуправляемое движение воздуха от свежей струи к исходящей, при котором он не проходит черев места его потребления (забои, камеры и т. п.). Утечки снижают количество поступающего воздуха к основным местам его потребле­ ния, т. е. являются потерями. Для предупреждения утечек при­ меняются герметизирующие устройства, отделяющие поступа­ ющую струю воздуха от исходящей (целики угля, вентиляционные двери, перемычки и др.). Для компенсации утечек в шахту при­ ходится подавать большее количество воздуха, чем это требуется по условиям поддержания его достаточной чистоты. Это, в свою очередь, приводит к увеличению расхода электроэнергии на вен­ тиляцию.

Если не принимать своевременно мер по герметизации изоля­ торов, воздухопроницаемость последних под действием горного давления и других факторов будет непрерывно повышаться и может достичь таких величин, что борьба с утечками только одним увеличением количества подаваемого в шахту воздуха окажется неэффективной. При этом предугадать место и время опасных нарушений в изоляторах практически невозможно. В ре­ зультате вентиляция становится неустойчивой, плохо упра­ вляемой.

сечения (типа щелей и трещин), и утечки через пористую среду, в которой воздухопроводящие каналы распределены непрерывно по всему объему изолятора. В первом случае к утечкам применимы основные законы движения воздуха в каналах типа труб, вырабо­ ток и т. п ., во втором случае — законы фильтрационного движения.

Вследствие отмеченных особенностей режим движения воздуха при утечках может быть либо турбулентным (в крупных трещинах и щелях), либо ламинарным (при фильтрации). Часто при филь­ трации в одних каналах наблюдается турбулентное движение, в других — ламинарное. В результате во всем объеме фильтрации режим движения оказывается промежуточным. Соответственно этому при утечках возможен линейный, квадратический или про­ межуточный закон сопротивления (см. § 38). В последнем случае часто закон сопротивления записывается не в обычной одночлен­ ной форме

где R и R " — линейная и квадратичная составляющие аэродина­ мического сопротивления путей утечек с размерностями соответ­ ственно кгс*с/мб, кгс с2/м8; Q — расход воздуха при утечках.

Утечки воздуха в шахте свидетельствуют о наличии путей движения воздуха, параллельных основным, вследствие чего об­ щее сопротивление шахты уменьшается, а количество поступа­ ющего в нее воздуха увеличивается. Последнее, однако, не озна­ чает, что в забои будет поступать больше воздуха.

На рис. 107, а изображена схема вентиляции шахты 1—6г в которой ветвь 2—5 представляет утечки. На рис. 107, б при­ ведены характеристики вентилятора 3, работающего на сеть беа утечек (1) и при утечках (2) по пути 2—5 (см. рис. 107, а, принята

возросло с 47 до 52 м3/с. Расход воздуха в ветви 2—3—4—5 будет

т. е. количество поступающего воздуха в забой 3—4 уменьшилось на 47 - 43,5 = 3,5 м3/с.

Таким образом, утечки воздуха уменьшают общее сопротивле­ ние шахты и в то же время снижают количество поступающега

в забой воздуха.

Существуют два основных метода расчета утечек — аналити­ ческий и по нормам.

А н а л и т и ч е с к и й р а с ч е т основан на использовании формул типа h = RQn = kQn, где R — сопротивление изолятора; к — его воздухопроницаемость. Для утечек через вентиляционные сооружения обычно используют одночленный закон сопротивле­ ния, а для утечек через выработанные пространства — как одно­ членный, так и двучленный закон. Величины R и к определяют

скольку полностью устранить утечки воздуха в шахтах при совре-

а б

Рис. 107. Схема и график анализа влияния утечек на вентиляцию шахты

менном состоянии техники невозможно, возникла задача опре­ деления нормальных, т. е. минимальных в среднем (статистиче­ ски) утечек через сооружения. Нормы утечек зависят от типа сооружения, его конструкции, материала, размеров, состояния вмещающих пород, депрессии, под которой находится сооружение.

Сущность такого расчета состоит в умножении норм утечек на число объектов утечек данного типа в шахте (число вентиля­ ционных дверей, выработанных пространств и т д.). Затем утечки по разным типам объектов суммируются и определяется их общая величина для шахты.

Следует иметь в виду, что точно рассчитать утечки в шахте невозможно без учета воздухораспределения в ее вентиляционной сети, поскольку утечки зависят от депрессии выработок, а депрес­ сия — от воздухораспределения в сети.

§ 74. УТЕЧКИ ЧЕРЕЗ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

сооружением и за ним (рис. 108, а, б). Вследствие пульсаций расхода воздуха в горных выработках замеры желательно произ­ водить одновременно, а места их располагать не ближе десяти диаметров выработки от мест возможного возмущения потока (повороты, сопряжения выработок и т. п.). Недостаток дан­ ного способа замера — возможность больших ошибок, особенно если утечки невелики по сравнению с проходящим мимо количеством воздуха. Например, если утечки через сооружение

Рис. 108. Замер утечек через вентиляционные сооружения (крестиками обозначены места замеров, пунктирными стрелками — пути утечек, сплош­ ными стрелками — направление воздушной струи)

равны 1 м3/с, а количество воздуха, проходящего перед соору­ жением и за ним, — 20 и 19 м3/с, то при измерении анемометром с обычной погрешностью 5% средняя ошибка составит

0,05 1 м3/с, т. е. ошибка будет равна измеряемой веди-

чине. Чтобы избежать этого, иногда применяют предложенные П. И. Мустелем способы прямых замеров утечек.

Первый способ состоит в замере утечек в окнах специально возводимых перемычек, устанавливаемых перед вентиляционным сооружением (рис. 108, в). При этом окно следует делать таких размеров, чтобы, с одной стороны, создать достаточно высокую скорость движения утечек в проеме окна, а с другой — не вызвать значительного увеличения сопротивления путей утечек и тем самым не изменить их величину.

Второй способ применяется, если замеряются утечки через несколько дверей (шлюз). Их прямой замер можно осуществить

в проеме одной из дверей, открыв ее частично или полностью так, чтобы в проеме можно было измерить скорость движения воздуха (рис. 108, г). Тогда, если N — число всех дверей в шлюзе, утечки при N закрытых дверях будут

<?ут=<?ут1]Л£-. (ХШ.З)

где Qx — утечки, измеренные в приоткрытой двери; h — депрессия, замеренная через N закрытых дверей; h± — депрессия, замеренная через -ЛГ — 1 закрытых дверей.

Если сопротивления всех N закрытых дверей примерно одина­ ковы, то

QyT=Qy? i ( Æ1r - ) ^ > (хш .4)

где п — показатель степени, характеризующий закон движения при утечках.

Формула (ХШ.З) получена на основании квадратичного закона утечек. Формула (XIII.4) такого ограничения не имеет; кроме того, при ее использовании не требуется замера депрессии *.

Расчет утечек. Расчет утечек через вентиляционные сооруже­

Для глухой перемычки при тщательной изоляции мест ее при­ мыкания к окружающим породам утечки (в м3/с) могут быть под­

где к — коэффициент воздухопроницаемости перемычки, м3/(кгс X X с); & 1 — коэффициент воздухопроницаемости перемычки тол­ щиной 1 м, м2/(кгс«с); I — толщина перемычки, м; S — площадь перемычки, перпендикулярная к направлению утечек, м2; h — депрессия перемычки, кгс/м2.

Из выражений (XIII.5) и (XIII.6) следует, что коэффициенты воздухопроницаемости кж кх равны количеству воздуха, проходя­ щего в единицу времени через единицу перемычки толщиной соответственно I или равной единице при разности давлений, также равной единице.

* В формуле (XII 1.4) предполагается, что депрессия шлюза не изме­ няется при открывании одной из его дверей. В действительности она будет несколько изменяться. При квадратичном законе утечек это будет вызывать погрешность в их измерении в основном в пределах 5—10%.

Формула (XIII.6) удобна тем, что она применима для пере­ мычки любой толщины, так как кх зависит только от материала перемычки, в то время как величина к зависит также и от ее тол­ щины и, следовательно, должна определяться для каждой пере­ мычки отдельно.

М. А. Патрушевым предложен способ расчета утечек (м3/с) через перемычку, основанный на квадратичном законе сопроти­ вления, согласно которому

QyT = kP ] / j ,

где к — коэффициент воздухопроницаемости, м3«б/(кгс0’5. с), опре­ деляемый по табл. 11; Р — периметр перемычки, м.

Утечки (м3/с) через двери (шлюзы) можно подсчитать по фор­ муле

В настоящее время для расчета утечек через вентиляционные ■сооружения широко используют нормы утечек, устанавливаемые экспериментально для каждого типа сооружений в зависимости ют его размеров и состояния боковых пород.