CC BY
22
© P.P. Газизуллин, Д.С. Кормщиков, 2013
УДК 622.4
Р.Р. Газизуллин, Д.С. Кормщиков
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕСТНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ РУДНИКА В РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ
Проведена классификация местных аэродинамических сопротивлений и факторов, влияющих на воздухораспределение в рудничных вентиляционных сетях при реверсировании воздушных потоков. Исследованы влияния местных сопротивлений подземной части рудника на воздухораспределение в вентиляционной сети: сопряжение ствола с выработками, типовые сопряжения горных выработок при разном направлении движения воздушной струи.
Ключевые слова: рудник, местные сопротивления, моделирование, разделение и слияние потоков.
Сопротивление рудничной вентиляционной сети состоит из местных сопротивлений и сопротивлений трения. Местные сопротивления вызывают быстрое изменение структуры и конфигурации потока. Эти явления сопровождаются значительными потерями напора потока. По сравнению с потерями этого рода потери напора от трения на участке объекта местного сопротивления могут быть незначительны, поэтому ими, в отдельных случаях, можно пренебречь [1]. На практике при подсчете величины местных сопротивлений пользуются эмпирическими коэффициентами, определяемыми индивидуально.
Многочисленные исследования доказывают, что одними из самых существенных по величине падения давления, являются местные аэродинамические сопротивления, создаваемые в комплексе главной вентиляторной установки (ГВУ) [2]. В подземной части рудника большое влияние оказывают сопротивления участков сопряжения выработок горизонтов со стволами, разветвления горных выработок. Эти данные подтверждаются депрессио-
граммами рудников, полученных в ходе воздушно-депрессионных съемок.
Согласно пункту № 137 Единых Правил Безопасности [3] главные вентиляторные установки должны обеспечивать реверсирование вентиляционной струи, поступающей в выработки. Расход воздуха, проходящего по главным выработкам в реверсивном режиме проветривания, должен составлять не менее 60 % от расхода воздуха, проходящего по ним в нормальном режиме. Поскольку линейные сопротивления в реверсивном режиме работают так же, как и в нормальном, то падение расхода воздуха в реверсивном режиме проветривания обуславливается, как правило, изменением аэродинамики местных сопротивлений и вентиляционных сооружений. Местные сопротивления при реверсивном режиме, как правило, значительно увеличиваются. В работе [2] проведены исследования влияния местных сопротивлений комплекса ГВУ на воздухораспределение в нормальном и реверсивном режиме. В данной работе проведены исследования влияния местных сопротивлений
Местные сопротивления
( Поверхностные )
Надшахтное здание
Комплекс ГВУ
( Осевые ) (Центробежные)
( Подземная часть)
Рис. 1. Классификация местных сопротивлений рудника по их расположению
|| Т [ Т
а
К!
к*
|~Т~|
и' б
ШШ
V
1
Рис. 2. Сопряжение рабочих горизонтов рудника со стволом: а - соединение подводящих выработок со стводом под прямым угдом; б - соединение подводящих выработок со стводом под прямым угдом со скругдением; с - соединение подводящих выработок со стводом на раздичных высотных отметках
с
подземной части рудника: сопряжение ствода с выработками, типовые сопряжения горных выработок при разном направдении движения воздушной струи на воздухораспредеде-ние в рудничных вентидяционных сетях (рис. 1).
В даборатории аэродогии и теп-дофизики Горного института УрО РАН осуществдяется компдексный подход к решению задач вентидяции шахт и рудников. Опредедение со-противдения сети выработок и расчет воздухораспредедения осуществдяется с помощью программно-вычисдитедьного компдекса (ПВК)
«АэроСеть», аэродинамические процессы на участках местных сопротив-дений анадизируются с помощью программ, основанных на СРЭ методах [4].
Ддя иссдедования динамики воздушных струй смодедировано движение воздуха в типовых сопряжениях рабочих горизонтов рудника со ство-дом и участках сопряжений подземных выработок.
Резудьтаты модедирования аэродинамических процессов в модедях сопряжений выработок со стводом при раздичных режимах работы ГВУ приведены на рис. 2. Рассмотрены сдедующие варианты:
Таблица 1
Результаты расчета аэродинамических сопротивлений сопряжений выработок горизонтов рудника со стволами, в нормальном и реверсивном режимах проветривания рудника
Название Я, кмюрг Ярев/ Кнопм
Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом Нормальный режим. 2,03х10-4 1,69
Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом. Реверсивный режим 3,43х10-4
Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом со скруглением. Нормальный режим. 1,3х10-4 1,85
Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом со скруглением. Реверсивный режим 2,4х10-4
Вход подводящих выработок в ствол на различных высотных отметках. Нормальный режим. 1,39х10-4 2,14
Вход подводящих выработок в ствол на различных высотных отметках. Реверсивный режим 2,97х10-4
Таблица 2
Исследование динамики воздушных потоков на сопряжениях подземных выработок
Название Я, кмюрг Ярев/Янорм
Слияние потоков 1,06х10-4 4,49
Разделение потоков. 4,76х10-4
Слияние потоков под прямым углом. 3,7х10-4 2,14
Разделение потоков под прямым углом. 7,93х10-4
Слияние потоков под большим углом. 1,06х10-4 6,49
Разделение потоков под большим углом. 6,88х10-4
• соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом.
• соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом со скруглением.
• соединение подводящих выработок со стволом на различных высотных отметках.
В табл. 1 представлены результаты моделирования динамики воздушных потоков на сопряжениях рабочих горизонтов рудника с вентиляционными стволами, также в таблице приведены коэффициенты отношения аэродина-
мического сопротивления исследуемых объектов при разном направлении движения воздуха.
Так как длина стволов и коэффициенты шероховатости стволов на разных рудниках сильно отличаются, при расчете величины местного сопротивления сопряжения выработок рабочего горизонта со стволом, использование коэффициентов невозможно для расчета вентиляционной сети рудника в реверсивном режиме проветривания. Для решения данной задачи использована формула:
Таблица 3
Результаты моделирования вентиляционной сети БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий»
Название выработки Отклонения расходов воздуха при изменении местных сопротивлений вентиляционной сети
Комплекс ГВУ Без вентилятора Сопряжения вентиляционных выработок со стволом Комплекса ГВУ и сопряжение вентиляционных выработок со стволом Комплекса ГВУ, сопряжение вентиляционных выработок со стволом и местных сопротивлений подземных выработок
ГВУ 5,09 % 1,95 % 6,79 % 7,70 %
Рудник 5,10 % 3,33 % 8,11 % 9,64 %
Северное крыло 5,94 % 4,16 % 8,90 % 10,97 %
Южное крыло 4,66 % 2,90 % 7,70 % 9,79 %
Северовосточное направление 7,58 % 5,84 % 10,49 % 19,43 %
Северозападное направление 4,50 % 2,68 % 7,47 % 13,49 %
Юго-западное направление 5,03 % 3,25 % 8,04 % 18,23 %
Юго-западное направление 3,58 % 1,79 % 6,66 % 26,21 %
Юго-восточное направление 4,66 % 2,92 % 7,70 % 19,42 %
Я = я + яр - я„,
где Яр, Яп - сопротивление узла в реверсивном и нормальном режиме соответственно; Я - сопротивление ветви
Аналогично смоделированы аэродинамические процессы в моделях сопряжений подземных выработок при различных направлениях движения воздуха.
• Разделение и слияние потоков.
• Разделение и слияние потоков под большим углом.
• Разделение и слияние потоков под прямым углом.
В табл. 2 представлены результаты моделирования динамики воздушных потоков на сопряжениях подземных выработок, также приведены коэффициенты отношения аэродинамического сопротивления исследуемых объектов при разном направлении движения воздуха.
Для проверки полученных результатов и оценки влияния изменения местных аэродинамических сопротивлений вентиляционной сети рудника в реверсивном режиме работы ГВУ проведено моделирование сети рудника БКПРУ-4 и СКРУ-3 ОАО «Уралкалий». В табл. 3 приведены результаты моделирования вентиляци-
онной сети БКПРУ-4 ОАО «Урадка-дий» в ПВК «АэроСеть» с учетом изменения местных аэродинамических сопротивдений в реверсивном режиме работы ГВУ. Приведены откдоне-ния расходов воздуха в выработках гдавных направдений от значения при проветривании рудника в нормадь-ном режиме.
В резудьтате модедирования реверсивного режима проветривания рудника с учетом вдияния местных сопротивдений, подученные расходы воздуха в выработках гдавных на-правдений согдасуются с резудьтата-ми экспериментадьных иссдедований
и актами реверсирования воздушной струи рудников.
Местные сопротивдения поверхностной и подземной части рудника оказывает значитедьное вдияние 20 % на воздухораспредедение рудника в реверсивном режиме проветривания.
В резудьтате иссдедования вдия-ния местных аэродинамических со-противдений на воздухораспредеде-ние в рудниках при реверсивном режиме проветривания подучены данные с помощью которых можно корректно рассчитывать вентидяционные сети рудников в реверсивном режиме работы ГВУ.
1. Скочинский A.A. Рудничная вентиляция, издание 2-е. / Скочинский A.A., Комаров В.Б // Л.М.: Углетехиздат, 1951. - 564 с.
2. Влияние местных сопротивлений на воздухораспределение в рудниках при реверсивном режиме работы главной вентиляторной установки. Газизуллин Р.Р., Левин Л.Ю., Зайцев A.B. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2012. - № 5. - С. 227-230.
3. ПБ-03-553-03. Единые правила безопасности при разработке рудных, не-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
рудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом // М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. - 199 с.
4. Использование CFD-методов при исследовании аэрогазодинамических процессов в рудничной аэрологии. Круглов Ю.В., Газизуллин P.P. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2011. - № 4. - С. 211-213. ШИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Газизуллин Руслан Рафаилович - инженер отдела аэрологии и теплофизики; [email protected]
Кормщиков Денис Сергеевич - аспирант отдела аэрологии и теплофизики; [email protected]
Горный институт Уральского отделения РАН
А
