CC BY
24
© К.З. Ушаков, А.Э. Филин, 2005
УДК 551.491.7:536.24 К.З. Ушаков, А.Э. Филин
РЕЗУЛЬ ТА ТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ВЛАГО-И ТЕПЛОПЕРНОСУ НА МОДЕЛИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ ПРИ ПУЛЬСИРУЮЩЕМ РЕЖИМЕ ВЕНТИЛЯЦИИ
~П 2004 году в лаборатории вентиляции кафедры АОТ -Я-М МГГУ были проведены первые серии по исследованию влияния пульсирующего режима вентиляции на влаго- и теплопере-носа в условиях модели горной выработки. Для этих изысканий на кафедре была создана новая лабораторная модель (рис. 1). Все размеры на рис. 1 даны в метрах.
Напомним, что на кафедре АОТ с 1975 г. ведутся исследования по изучению влияния пульсаций на свойства воздушного потока в условиях горных выработок. Под пульсациями понимаются малые импульсы давления, формируемые специальными устройствами -пульсаторами и распространяемые в воздушном потоке горной выработки. Установлено, что такое воздействие на воздушный поток позволяет эффективно разрушать местные и слоевые скопления метана. После успешных изысканий в области газопереноса, в частно-
Рис. 1 Схема устройства лабораторной установки для исследования влагопе-реноса: 1 - модель горной выработки; 2 - вентилятор; 3 - устройство, создающее пульсацию воздуха (пульсатор); 4 - подставка под исследуемый образец; 5 - исследуемый образец
сти, применительно к метану, была поставлена задача исследовать это явление шире.
Методика исследований влагопереноса заключается в следующем. В модели горной выработки (1), выполненной в виде трубы прямоугольного сечения из оргстекла исследовалось изменение в темпах высыхания образцов при разных режимах вентиляции на различных расстояниях от пульсатора. Размеры модели выработки составляют 3х0,2х0,19 м. С одной стороны выработки установлен вентилятор (2), работающий на всасывание. В выработке обозначены пять пикетов на расстоянии через каждые 0,5 м. На четырех ближайших к вентилятору пикетах устанавливаются подставки под исследуемые образцы (4). На ПК 5 помещается пульсатор (3). Исследуемый образец (5), в экспериментах по исследованию влагопе-реноса он представлял собой бумажный диск, диаметром 46 мм, площадью одной из сторон испаряемой поверхности 1661,9 мм2. Перед началом каждого эксперимента измерялись все необходимые климатические параметры: атмосферное давление, температура влажность воздуха. Каждый из четырех образцов (с заранее определенными размерами) взвешивается в сухом виде при помощи точных весов марки «WAGA TORSYJNA - WT», затем смачивается и снова взвешивается в смоченном состоянии.
Смоченные образцы помещались на дно выработки каждый на один из четырех пикетов, включается вентилятор (сначала пульсатор выключен, следующая серия экспериментов - пульсатор включен). По истечении 2 мин вентилятор выключался и измерялся вес каждого из четырех образцов. После измерения веса, образцы снова помещались в модель горной выработки, каждый на свое прежнее место и эксперимент продолжался. Эксперимент продолжался по данной схеме, с периодичностью замеров веса в 2 мин, до полного высыхания образцов. На практике измерения проводились порядка 5 раз т.е. до полного высыхания образца, поэтому суммарное время воздействия на образец воздушным потоком составляло в среднем около 10 мин. Общее число замеров на каждой точке составило не менее 50, что позволяет говорить о достоверности полученных результатов в результате обработки данных.
После обработки полученных результатов измерений были построены кривые относительных изменений влажности образца на пикетах. Обобщенный график этого показателя на ПК1, наиболее приближенном к пульсатору, представлен на рис. 2.
Время, мин
------Без пульсатора......С пульсатором
Рис. 2. Усредненные графики относительного изменения влагосодержания образцов на ПК1
Анализируя результаты исследований по влагопереносу можно сделать следующие выводы:
• процесс влагопереноса при пульсирующем режиме существенно повышается;
• повышение перемешивающей способности воздушного потока при работе пульсатора наблюдается уже через 1-2 мин после начала эксперимента (включения пульсатора);
• процесс влагопереноса при пульсирующем режиме сокращает время высыхания в среднем на 20-25 %.
Исследования по теплоперносу на данный момент времени находятся в стадии наработки рабочего материала, необходимого для качественного анализа, однако предварительные наблюдения также показали положительные изменения в динамике теплопереноса при пульсирующем режиме. Более подробный отчет об этих изысканиях будет опубликован в 2005 г.
Исследования такого рода обусловлены необходимостью поиска технико-технологических решений, позволяющих значительно
расширить возможности вентиляции на промышленных объектах не только горного профиля.
В целом можно обозначить две основные группы объектов, где применение пульсирующей вентиляции способно расширить возможности вентиляции с минимальными затратами. Первая группа объектов - это обособленные горные предприятия, имеющие значительную протяженность или рабочую поверхность горных выработок. Представители всей этой группы являются первичным, приоритетным потребителем данного метода проветривания ввиду особо сложных условий работы и трудоемкости определения опасных зон и обеспечения требуемых параметров атмосферы рабочей зоны. К ним следует отнести все известные на сегодня виды горных предприятий: угольные и сланцевые шахты, рудники, карьеры и угольные разрезы.
Вторая группа объектов является более многочисленной по своему профилю деятельности. Это практически целый ряд промышленных предприятий, имеющих сложности с обеспечением соответствующих параметров атмосферы рабочей зоны. Их условно можно разделить на следующие группы:
1. предприятия горного профиля в черте мегаполиса (коллекторы, подземные инженерные сооружения и т.п.);
2. наземные предприятия в черте города (заводы, фабрики, металлургические комбинаты и т.д.);
3. объекты вне черты города (тоннели, путепроводы и.д.).
Столь широкая «география распространения» предприятий,
имеющих проблемы с обеспечением требуемого состава атмосферы рабочей зоны, убедительно подчеркивают масштаб проблемы и возможную область применения средств и метода пульсирующей вентиляции.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Ушаков К.З. - профессор, доктор технических наук, советник зав. кафедрой,
Филин А.Э. - доцент, кандидат технических наук,
кафедра «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.
