CC BY
19
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧИХКОГО Том 88 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1956 г.
К ВОПРОСУ О БОРЬБЕ С ВЫСОКИМИ ТЕМПЕРАТУРАМИ
В ГЛУБОКИХ ШАХТАХ
Б. М. ТИТОВ
(Представлено семинарами горного и горно-механического факультетов и теплотехнических кафедр ТПИ)
Температура горных пород в среднем повышается на 1°С на каждые 30—35 м глубины шахтного ствола, следовательно, если не принимать специальных мер, то в глубоких шахтах рудничный воздух может значительно нагреться. Правилами технической эксплуатации, действующими в СССР, предусматривается, чтобы температура воздуха в очистных и подготовительных выработках не превышала 25 С. Таким образом, в глубоких шахтах чрезвычайно актуальным становится вопрос борьбы с высокой температурой рудничного воздуха.
Кроме тепла, выделяемого из окружающих горных пород, на темпера-туру рудничного воздуха влияет ряд других факторов, например: окислительные процессы, водообильность выработок, количество и влажность подаваемого вентиляционного воздуха, сжатие его от увеличения атмосферного давления, способ проветривания шахт, выделение тепла электрическими и поглощение его пневматическими двигателями, расход энергии на преодоление аэродинамического сопротивления горных выработок (трубопроводов) и т. д. Влияние каждого из этих факторов изучается раздельно, а затем по тепловому балансу находится действительная температура рудничного воздуха.
Большая часть указанных выше факторов достаточно изучена и правильно учитывается при проектировании вентиляции глубоких шахт, но все-таки некоторым из них до сих пор не уделяется должного внимания. Например, горн. инж. П. А. Манукян, с целью уменьшения нагревания вентиляционного воздуха окружающими горными породами, предлагает [1] часть его подавать по специальной выработке, параллельной основному штреку, со скоростью 18—20 м'сек. Поверхность этой выработки он рекомендует покрывать теплоизоляционным материалом. Предлагая увеличить скорость движения воздуха в подающей вентиляционной выработке по сравнению с откаточной, примерно, в три раза, П. А. Манукян совершенно не интересуется тем, как это можно сделать практически, не произойдет ли в этом случае дополнительного нагревания рудничного воздуха за счет энергии, расходуемой двигателем вентилятора, и, наконец, экономической стороной вопроса.
Осуществить предложение инж. П. А. Манукян можно, подавая вентиляционный воздух двумя вентиляторами с различным напором или при установке одного вентилятора, задросселировав откаточную выработку вентиляционным окном. Более экономичным по расходу энергии является вариант с двумя вентиляторами (рис. 1), но при этой схеме проветривания рудничный воздух дополнительно нагревается за счет энергии, расходуемой вентилятором, работающим на нагнетание. Тепло, которое передается вентиля-
ционному воздуху в вентиляторе, работающем на всасывание, рассеивается на поверхности и не нагревает рудничного воздуха 1). Осуществить предложение Г1. А. Манукян при работе обоих вентиляторов на всасывание, пожалуй, невозможно.
Известно [2, стр. 78—90], что повышение температуры вентиляционного воздуха при сжатии в вентиляторе численно равно нагрета 1 п ванию его от аэродина-
гис. I. Схема включения вентиляторов и эпюра г
статических давлений. МИЧескОГО трения ВТру-
1—главный вентилятор; 2—вспомогательный вентилятор. бопроводе
я
7с,
ст г
(О
где А — тепловой эквивалент работы, ккал/кгм; ? — удельный вес воздуха, кг/мя;
Ср —теплоемкость воздуха при постоянном давлении^ ккал/кг С ; НСт —давление, необходимое для преодоления аэродинамического сопротивления трубопровода, т. е. статический напор вентилятора, кг/лс2.
По приращению температуры и производительности вентилятора С? определим количество тепла, передаваемого вентиляционному воздуху
0_м =1СрС1ч Ы ккал/сек. (2)
Это количество тепла эквивалентно мощности, расходуемой на преодоление аэродинамического сопротивления горных выработок,
0.т 0. Нет
лг
т
102 Л
102
(3)
Кроме тепла, выделяемого при сжатии, вентиляционный воздух нагревается от внутренних потерь энергии в вентиляторе, поэтому в формулу (3), а следовательно, и (1) необходимо ввести поправку на к.п.д. вентилятора
N..
т
Ю2т)ст
М
АН
ст
7 со ст
(5)
Здесь у\ст — статический к.п.д., учитывающий внутренние потери энергии в вентиляторе.
Допустим, что воздух, поступающий в шахту, делится между выработками АВ и ОВ (рис. 1) поровну и скорость движения его в выработке ОВ больше, чем в АВ, в три раза. Сечение выработок примем круглым и коэффициенты аэродинамического сопротивления одинаковыми.
*) Вентиляторы местного проветривания, устанавливаемые в шахте, во всех случаях нагревают рудничный воздух.
Для принятых условий соотношение между диаметрами выработок
-ДОЛЖНО быть
где диаметр откаточной выработки, м;
Ог — диаметр параллельной ей вентиляционной выработки, м. При одинаковом расходе воздуха, длине и креплении выработок потеря давления в них обратно пропорциональна отношению диаметров в пятой степени [4, стр. 236].
Нет* _/ ^
нстл \ А
Следовательно, после внедрения предложения П. А. Манукян аэродинамическое сопротивление подающей вентиляционной выработки ОВ возрастет в 15,6 раза
Нст' !уГ3 У' -15,6, (8)
Ист1
а расход энергии, необходимой для подачи вентиляционного воздуха к точке В (рис. 1), увеличится в 8,3 раза
3 - 0,5+15,6.0,5лг, _83 ,
Здесь Л^—мощность, необходимая для подачи всегэ объема вентиляционного воздуха к точке В до уменьшения сечения выработки ОВ; — то же самое после уменьшения сечения выработки ОВ в три раза.
Если принять, что первоначально для подачи вентиляционного воздуха к точке В (рис. 1) требовалась мощность Л^ — 200 квт, то после уменьшения сечения выработки ОВ в три раза для совершения этой же работы потребуется мощность
Л/2 ™ 8,3.200 ™ 1660 квт,
и к вентиляционному воздуху будет дополнительно подводиться тепло в
количестве
п 3600.102.15,6.0,5.200 . „, 1П( .
Цт —------------------------------------------= 1 ,оо. 11г ккал час.
427
Пренебрегать таким количеством тепла при расчетах вентиляции глубоких шахт, пожалуй, не следует.
Может быть, увеличенный расход энергии и дополнительный нагрев рудничного воздуха компенсируются значительным уменьшением притока тепла из окружающих горных пород? Оказывается, нет; как показал проф. А. Ф. Воропаев [4], уменьшение притока тепла из окружающих горных пород с увеличением скорости вентиляционной струи почти не происходит. Таким образом, затраты на проведение специальной вентиляционной выработки, оборудование вспомогательной вентиляторной установки и дополнительный расход энергии ничем не окупаются.
Кроме этого, следует отметить, что П. А. Манукян принципиально неправильно объясняет причину нагревания вентиляционного воздуха в вертикальных выработках. Он считает, что килограмм воздуха, „падая" по стволу на 100 м, совершает работу 100 кг/м и при этом нагревается на 1°С [1].
Нам представляется, что движение воздуха в стволе нельзя рассматривать аналогично падению воды, так как воздух не „падает", а перемещается вследствие разности давлений, которая создается вентилятором и естественной тягой. Нагревание же воздуха при движении вниз происходит от сжатия его, связанного с повышением атмосферного давления.
Утверждение П. А. Манукян о том, что, применяя в шахтах пневматическую энергию, можно уменьшить количество тепла, выделяемого механизмами, справедливо только в случае установки в компрессорной станции последующих холодильников [5].
Заключение
Повышение температуры вентиляционного воздуха прямо пропорционально энергии, потребляемой вентиляторной установкой, и при напорах вентилятора порядка 200 кг!м2 составляет примерно 2,о°С
— -А- ^ст____200__^
Т сру]ст ~~ 427.1,3.0,24.0,6 ~~
Следовательно, пренебрегать нагреванием рудничного4воздуха вентиляторами местного проветривания и главными вентиляторными установками,, работающими на нагнетание, не следует.
ЛИТЕРАТУРА
1. Манукян П. А. Борьба с высокими температурами в глубоких шахтах. „Уголь".
№ 5, 1951
2. Б. Шточес и Б. Ч е р н и к. Вентиляция глубоких шахт. Перевод с немецкого,
ОНТИ, 1934.
3. Скочинекий А. А., К омаров В. Б„ Рудничная ьентиляция. Углетехи-лдат, 1951.
4. Воропаев А. Ф. К вопросу о 6орьбе> с высокими температурами к глубоких шахтах. „Уголь", № 12,. 1953.
5. Титов Б. М. К вопросу о влиянии применения пневматических ^еханизмок в шахте на температуру рудничного воздуха. Известия ТПИ, т. 7б, Томск, 1955.
