Научная статья на тему 'Расчет системы «Вентилятор-трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок шахт'

Расчет системы «Вентилятор-трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок шахт Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
203
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ШАХТА / ВЕНТИЛЯТОР / ТРУБОПРОВОД / РАСХОД ВОЗДУХА / ДЛИНА ВЫРАБОТКИ / АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ / ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА / MINE / FAN / PIPELINE / AIR CONSUMPTION / OPENING LENGTH / AIRDYNAMIC RESISTANCE / AIR PRESSURE

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Казаков Сергей Павлович, Гриценко Борис Александрович, Ли Константин Хиунович, Попов Валерий Борисович

Решается задача о проветривании подготовительных выработок при использовании современных средств вентиляции. Приведены формулы и графики для расчета режимов работы системы «вентилятор-трубопровод» в зависимости от требуемого расхода воздуха, подаваемого к забою, и длины выработки

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Казаков Сергей Павлович, Гриценко Борис Александрович, Ли Константин Хиунович, Попов Валерий Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Calculation of the «fan-pipe» system for modern mine development openings ventilation devices

The problem of development openings ventilation is solved when using modern means of ventilation. The formulas and graphics for modes calculation of the «fan-duct» system work, depending on the required flow rate of air supplied to the face, and the length of openings are shown

Текст научной работы на тему «Расчет системы «Вентилятор-трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок шахт»

С.П. Казаков

д-р техн. наук, проф., главный научный сотрудник Института вычислительных технологий СО РАН

Б.А. Гриценко

магистрант кафедры Новокузнецкого института (филиал) ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

К.Х. Ли

инженер ОАО «НЦ ВостНИИ»

В.Б. Попов

д-р техн. наук, директор ЭО ООО «Центр независимой экспертизы»

УДК 622. 457

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ «ВЕНТИЛЯТОР-ТРУБОПРОВОД» ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ШАХТ

Решается задача о проветривании подготовительных выработок при использовании современных средств вентиляции. Приведены формулы и графики для расчета режимов работы системы «вентилятор-трубопровод» в зависимости от требуемого расхода воздуха, подаваемого к забою, и длины выработки.

Ключевые слова: ШАХТА, ВЕНТИЛЯТОР, ТРУБОПРОВОД, РАСХОД ВОЗДУХА, ДЛИНА ВЫРАБОТКИ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ, ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА

Проветривание подготовительных выработок в шахтах осуществляется с помощью вентиляторов местного проветривания (ВМП), соединенных с гибкими трубопроводами. Их диаметр 0,6...1,2 м.

Аэродинамические характеристики вентиляторов имеют общий вид, приведенный на рисунке 1 [1].

Здесь Ъв - давление воздуха, развиваемое вентилятором, кг/м2;

Qв - расход воздуха, м3/с.

Кривая, приведенная на рисунке 1, хорошо аппроксимируется перевернутой и смещенной параболой, имеющей вид:

Ие = а + bQe - cQe2, (1)

где параметры а, Ь, с определяются как решение системы уравнений:

^тах ^(|2тах бтт / ?

Ъ - 2с0пЙ1,

® — ^тах — ^йпип •

Ее решение:

^^шахбшт

(^Этах @тш У (?2тах бтт У

',а = К

1-

О2

^тт

(^тах @тш У .

Значения исходных данных и коэффициентов а, Ь, с для современных ВМП сведены в таблицу 1. Таблица 1 - Значения коэффициентов а, Ь, с для современных ВМП

Тип ВМП ^щах ’ > &тт* 0.тах> М /С а Ь с

ВМЭ-6 320; 2; 9,5 297,2 22,8 5,7

ВМЭВО-6 420; 3; 12 373,3 31,1 5,2

ВМЭ-8 430; 3,5; 15 390,2 22,8 3,3

Согласно ранее проведенным исследованиям [2], установлено, что значение Q (Ь) определяется по формуле:

б(1)=е0(1 + 1,б#)3,

Г 1}

где в - безразмерный параметр, Р = —^--------

^0 КвГст

Здесь Q0 - расход воздуха в забое, м3/с;

Ь- длина трубопровода, м;

Г0 - удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода, кгс2/м9; d0 - исходный диаметр труб, м;

/ - длина звена трубопровода, м;

г - удельное аэродинамическое сопротивление стыка, приведенного к м2 поверхности звена, кгс2/м8

где а - безразмерный параметр; а = °1—V)^° Г°^°°^ .

4 7 4 Е8

(2)

Падение давления воздуха в трубопроводе равно:

£

Р{1)=\г{х)02{х)с1х. (3)

0

Здесь г (х) - аэродинамическое сопротивление трубопровода на расстоянии X от забоя.

<0=7—Чг. (4)

1 + а * ч Ь.

Здесь V - коэффициент Пуассона трубного материала; Е - модуль Юнга трубного материала, кг/м2;

3- толщина стенок труб, м.

X

Подставляя формулы (2) и (4) в соотношение (3), при — °° ° получаем:

I*

Р{й,г^ШЙ.(

о (1+«0

Л. (5)

Вычисляя интеграл, входящий в соотношение (5), находим поправочный коэффициент Kдn в классическую формулу Р (Ц) = г0 Q02 Ь, зависящий от деформируемости и проницаемости трубопровода Кдп.

Р (Ц = Г0 Q02 L КдП (а, в). (6)

Значения К°° (а,у =#) представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Зависимость К (а, у)

0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175 0,2

0 1— ^ 0.94 0.886 0,837 0.792 0.751 0.714 0,679 0.647

0,025 1Л28 1.059 * * 0.938 0.886 0.838 0.794 0.754 0-717

0,05 1.275 1.193 1.119 1,05?- -оа£. 0.936 0.886 0,839 0.797

0,075 1.441 1-346 1,26 1.133 1.112 1.053 * ь, (Щ9 0-935 0.886

0,1 1.631 1,52 1,42 1,33 1.248 1.173 1.105 ' ТТ)4*- „Д987

0,125 1.845 1.716 1,6 1,496 1.401 1.315 1.237 1.165 1Д

0,15 2.088 1.939 1.804 1.683 1.574 1.475 1.384 1.302 1.227

0,175 2.362 2 Л 89 2-034 1,895 1.768 1,654 1,55 1.456 1,37

0,2 2.671 2.472 2.293 2.132 1.987 1.856 1.736 1.628 1,53

Значения Кдп = 1 укладываются на прямую у = 0,5 а (в таблице штрихованная линия).

Поэтому формулу для вычисления Кдп можно представить в виде:

Кдп=е~та+п^, (7)

т . ,

где — =0,5 ; значения т и п можно определить, анализируя 1-ю строку и 1-й столбец таблицы 2. п

При у = 0 получаем е -0,2п = 0,65 , т.е. т = 2,3; при а = 0 получаем е 0,2п = 1,8, т.е. п = 4,9.

ТН

Ввиду того, что — близко к 0,5, формулу (7) следует считать достоверной. Итак: п

Кдп=е-^'Я( (8)

Теперь для расчета системы «вентилятор-трубопровод» необходимо решить систему уравнений (1), (2) и (6), которая приводит к единому уравнению:

г0 ^2 Ц Кдп = а + Ь ^ (Ц ) - с ^ (Ь), (9)

где Q определяется по формуле (2). 8

При фиксированных значениях механических и аэродинамических параметров трубопровода, т.е. значениях г, dn, V, Е, 3, Ц , г , можно

0 0 ’ ’ ’ зв ст’

построить зависимость Ь те. определить, какую максимальную длину выработок Ьтах может проветривать каждый из вентиляторов (таблица 1) для обеспечения требуемого расхода воздуха в забое Q0.

Алгоритм расчета Ьтах представлен на рисунке 2.

Для типичных значений г0 = 1,7 • 10-3 кг • с2 /м9, d0 = 0,8 м,

V = 0,25,

Е = 3 • 104 кг / м2,

3 = 0,002 м,

Ь = 20 м,

зв

г = 3,5 • 107 кг • с2 / м8,

ст

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

получаем

а = 4,25 • 10-6 Q02 Ь; в = 3 • 10-12 Ь3, и уравнение (3) для расчетов принимает вид:

1( 7 • 1 0"° 0° Хе"° ’°'( ^ °(((+7'( £ °° а + Ъ О, °1 + 2 , 3 • 1 О"4 Ь)° - с &2 (( + 2 ° 3 ■ 1 0"° Ь )6 .

Решение уравнения для различных ВМП представлено на рисунке 3.

В общем случае на первых двух этапах определяются удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода и удельное аэродинамическое сопротивление стыков по фактическим данным. Затем по расширенной таблице 1 находится зависимость Ь Юп).

тах ' ^0 '

Проведенные исследования позволяют рассчитать систему

«вентилятор-трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок шахт

О 2 4 Г> Я 10 1? и 1Г>

о

Рисунок 3 - Зависимость Ьтх ^ ) для современных ВМП: 1 - ВМЭ-6; 2 - ВМЭВО-6; 3 - ВМЭ-8

и рудников и скорректировать таблицы руководства [1] для современных средств проветривания подготовительных выработок.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Киев, 1994. - 311 с.

2 Казаков, С.П. Математические модели шахтных вентиляционных трубопроводов / С.П. Казаков, В.А. Федорин, В.В. Аксенов, Н.В. Трубицына // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. -№1. - С. 98-103.

CALCULATION OF THE «FAN-PIPE» SYSTEM FOR MODERN MINE Казаков

DEVELOPMENT OPENINGS VENTILATION DEVICES Сергей Павлович

S.P. Kazakov, B.A. Gritsenko, K.Kh. Lee, V.B. Popov

The problem of development openings ventilation is solved when using Гэиценко

modern means of ventilation. The formulas and graphics for modes Борис Александрович

calculation of the «fan-duct» system work, depending on the required flow

rate of air supplied to the face, and the length of openings are shown. Ли

Key words: MINE, FAN, PIPELINE, AIR CONSUMPTION, OPENING Константин Хиунович

LENGTH, AIRDYNAMIC RESISTANCE, AIR PRESSURE Попов Валерий Борисович

72

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.