CC BY
42
Safronov Victor Petrovitch, doctor of engineering, professor, safronov-vp@list, Russia, Tula, Tula State University,
Lazarev Mikhail Sergeyevich, postgraduate, lazms@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.4.012.2
ДЕЙСТВИЕ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ НА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК
М.Ю. Лискова
Проблема влияния выработанных пространств на вентиляцию шахт и рудников в аварийных ситуациях является весьма актуальной. В данной статье рассмотрено действие выработанных пространств на воздухораспределение после отключения вентиляторных установок.
Ключевые слова: выработанные пространства, главная вентиляторная установка, рудник, вентиляционная сеть.
Выработанные пространства обычно стараются изолировать от эксплуатируемых выработок, т.к. они могут представлять пути движения воздуха, а поэтому станут путями утечек или, наоборот, притечек воздуха, что в любом случае затрудняет управление вентиляционными сетями.
В достаточно сложных сетях, представляющих модель рудников, может быть несколько удаленных друг от друга выработанных пространств, связанных с основными выработками сбойками, имеющими разные сопротивления. Поэтому моделирование процесса действия выработанных пространств после остановки главной вентиляторной установки (ГВУ) следует провести на более усложненной вентиляционной сети. Рассмотрение процесса действия выработанных пространств проводится при принятых условиях неинерционности сети, т.е. при действии каких-либо сил потоки воздуха реверсируются мгновенно.
Представляется рудник с двумя крыльями, в каждом из которых имеются выработанные пространства - ветви 17 условно в северном крыле и 18 условно в южном крыле (рис. 1). ГВУ работает в нормальном всасывающем режиме. Естественно, что при установившемся проветривании в выработанных пространствах движение воздуха отсутствует (рис. 1, а) или, как уже было замечено выше, в них можно принять условный нулевой по-
ток для описания топологии сети. Для аналога в вентиляционной сети на рис. 1 приняты параметры, близкие выработкам рудника ОАО «KNAUF ГИПС Новомосковск», суммарный объем пустот в выработанных пространствах составляет 36000000 м3: 20000000 м3 в ветви 17 и 16000000 м3 в ветви 18. Депрессия (разрежение), создаваемая ГВУ в выработанных пространствах, может быть подсчитана по выражениям
hT
h + h + h + h
16 15 13 10
ВП(17) :
h + h + h + h = h
^16 1 ^15 1 ^14 1 U11 ВП(18) *
При принятых параметрах выработок и характеристике вентилятора ГВУ И ГВУ = 300,0 - 0,00678 • Q2 эти депрессии равны: И ВП(17) = 34,45 даПа,
ГВУ
h ВП(18) = 45,91 даПа. При этой депрессии выработанные пространства могут
вместить соответственно 65705,3 и 70289,3 м воздуха.
а
б
Рис. 1. Вентиляционная сеть с выработанными пространствами (ветви 17 и 18)
Алгоритм расчета вентиляционной сети на рис. 1 следующий:
1. В первый момент после отключения вентилятора ГВУ в выработанных пространствах сохраняется созданное этой ГВУ разрежение, которое принимается как депрессия условного источника тяги, направление ко-
торого принято таким, каким показано на рис. 1б. Под действием этого разрежения потоки воздуха со стороны воздухоподающего ствола сохраняют свое направление движения, а потоки воздуха со стороны вентиляционного ствола реверсируются. Результаты расчета данной вентиляционной сети при нормальном режиме работы ГВУ и в момент ее отключения приведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, потоки воздуха со стороны воздухоподающего ствола сохраняют не только свои направления движения, но и величины (графа 4 - ветви 13, 14, 15 и 16), потоки воздуха в выработках со стороны вентиляционного - реверсируются (знаки "минус" перед значениями потоков воздуха - ветви 3, 4, 5 и 6), что показано на рис. 1, б стрелками под ветвями.
Таблица 1
Результаты расчета вентиляционной сети
№ вет- ви Наименование ветвей Потоки воздуха, м3/с
работает ГВУ ГВУ отключена
1 2 3 4
1 Канал ГВУ (подача вент. установки) 160,96 -79,38
2 Надшахтное здание 36,17 9,01
3 Вентиляционный ствол 124,79 -88,39
4 Вентиляционный квершлаг 124,79 -88,39
5 Вентиляционный штрек крыла (северного) 88,07 -57,55
6 Вентиляционный штрек крыла (южного) 36,72 -30,84
7 Утечки между крыльями 14,04 -6,33
8 Вентиляционный штрек (северный) 102,11 -63,88
9 Вентиляционный штрек (южный) 22,68 -24,51
10 Транспортный штрек (северный) 102,11 102,11
11 Транспортный штрек (южный) 22,68 22,68
12 Утечки между крыльями -4,03 -4,03
13 Транспортный квершлаг (северный) 98,08 98,08
14 Транспортный квершлаг (южный) 26,71 26,71
15 Общий транспортный квершлаг 124,79 124,79
16 Воздухоподающий ствол 124,79 124,79
17 Выработанные пространства (северные) 0,0 165,99
18 Выработанные пространства (южные) 0,0 47,19
2. В следующий момент под действием условных источников тяги в выработанные пространства начинает поступать воздух как со стороны воздухоподающего, так и со стороны вентиляционного ствола. В них втекает согласно табл. 1165,99 и 47,19 м /с воздуха. В вентиляционной сети начинают действовать два источника тяги И и И . Топология вентиляционной сети будет описываться следующими уравнениями:
Ь + Ь + И + И — И = 0
1116 ' А115 ' 1113 ' 1110 ВП(17)
Ь + Ь + Ь + Ь — Ь = 0
1116 ' и15 ' 1114 ' 1111 ^ВП(18)
Ь + Ь + Ь + Ь + Ь + Ь = 0
118 5 ' 114 ' 113 ' 111 ' 11ВП(17)
Ь + Ь + Ь + Ь — Ь + Ь = 0
Ид I и 6 1 и 4 1 Из 112 ВП(18) •
3. В следующий третий момент депрессия условных источников тяги уменьшается из-за втекания в выработанные пространства воздуха и уменьшения их вместимости по воздуху: в ветви 17 с 65705,3 м3 до 26028,8
3 3 3
м , в ветви 18 с 70289,3 м до 55028,8 м . С уменьшением депрессии условных источников тяги (в ветви 17 с 34,45 даПа до 13,65 даПа, в ветви 18 с 45,91 даПа до 35,93 даПа) поступление воздуха в выработанные пространства также уменьшается. Результаты расчета этого процесса показаны на рис. 2 и 3.
На рис. 2 показано изменение депрессий в выработанных пространствах (кривые 17 и 18). Для удобства номера кривых совпадают с номерами ветвей. Очень быстро падает депрессия в ветви 17, т.к. сопротивления подводящих ветвей небольшие (ветвь 8 - 0,0001559, ветвь 10 - 0,0002252 даПас2/м6). Депрессия в ветви 18 уменьшается более медленно, т.к. этому условному источнику тяги приходится преодолевать большее сопротивление сопряженных выработок (ветвь 9 - 0,028285, ветвь 11 - 0,032005 да-Пас2/м6). В любом случае переходный процесс длится весьма долго: от 20 до 30 мин.
даПа
30
20
10
( < \
\ С 1
\ а 17 с >
Л (
0 5 10 15 20 25 1, мин
Рис. 2. Изменение депрессий условных источников тяги - выработанных пространств
На рис. 3 приведены расчетные изменения потоков воздуха в выработанных пространствах и прилегающих выработках. Как и на рис. 2 потоки воздуха в выработках у выработанного пространства становятся равными нулю спустя 20 минут с момента отключения ГВУ. Втекание воздуха в ветвь 17 (кривая 17) идет круто, по ветви 10 со стороны воздухоподающего ствола поступает больше воздуха (кривая 10), чем со стороны вентиляционного (кривая 8).
В ветвь 18 втекание воздуха в первые 5 минут увеличивается, а затем уменьшается, стремясь к концу периода в 30 минут к достаточно малой величине. Поскольку сопряженные выработки (ветви 9 и 11) имеют большие сопротивления и разнятся незначительно, то втекание по ним воздуха (кривые 9 и 11) также отличается на очень малые величины, поэтому на графике эти две кривые почти совпадают.
Сравнивая расчетные значения параметров воздушных потоков, можно заметить, что процесс стабилизации вентиляции в руднике зависит от многих величин: от объема пустот в выработанных пространствах, от давления (депрессии) первоначально созданного в них работой ГВУ, а следовательно, от емкости этих пространств по воздуху, от сопротивлений сопряженных выработок, по которым воздух втекает (в другом случае будет вытекать) в пространства. Чем сопротивления выше, тем длиннее период стабилизации.
Рис. 3. Изменение потоков воздуха в ветвях вентиляционной сети под действием условных источников тяги - выработанных
пространств
Рассмотренный процесс в реальном руднике опасен в следующем случае: при возгорании в околоствольном дворе воздухоподающего ствола и отключении вентиляторной установки, воздушные потоки под действием выработанных пространств начнут переносить пожарные газы от ствола по выработкам рудника, заполняя их пожарными газами. Этот процесс, как показывают графики на рис. 3, может длиться от 20 до 30 минут, создавая опасную аварийную ситуацию.
1. Постникова М.Ю. Влияние выработанных пространств на аэрога-зодинамические процессы при аварийных режимах вентиляции рудников:
о
о
0 5 10 15 20 25 I:, мин
Список литературы
Дис. ...канд. техн. наук. Тула, 2010. 191 с.
2. Цой С. Метод расчета сложной диагональной системы проветривания // Труды ИГД АН Каз. ССР. 1960. Т. 4. С. 44-62.
3. Воропаев А.Ф. Решение сложных диагональных соединений вентиляционной сети // Труды Харьковского горного ин-та. 1961. Т.10. С.48-51.
4. Мохирев Н.Н., Постникова М.Ю. Моделирование аварийных ситуаций в шахтах с целью создания безопасных условий эвакуации горнорабочих: тезисы докладов 16-й Всерос. конф. молодых ученых «Математическое моделирование в естественных науках». Пермь, 2007. С.63-64.
Лискова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, ст. преподаватель, mary.18.02@mail.ru. Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ACTION OF WORKED OUT AREAS ON THE AIR DISTRIBUTION AFTER DISABLING
VENTILA TIONINSTALLA TIONS
M. U. Liskova
The problem of influence of worked out areas for ventilation of mines in emergency situations is very important. The given paper considers the action of worked out areas on the air distribution after disconnecting the fan installations.
Key words: developed by the space, the main fan installation, a mine ventilation network.
Liskova Marija Urievna, candidate of technical sciences, senior lecturer, mary. 18.02@mail.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic Institute
УДК 622.232. 522.2
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
К. А. Головин, И.В. Сапронов
Рассматриваются современные технологии закрепления неустойчивых горных пород с целью получения требуемых физико-механических параметров.
Ключевые слова: горная порода, технология, закрепление, струйная цементация.
Закрепление грунтов - искусственное изменение (физикохимическими методами) параметров грунтов для различных целей их дальнейшего использования в условиях естественного залегания. В резуль-
