CC BY
37
Kachurin Nikolay Mikhaylovich, doctor of technical sciences, professor, Head of a chair, ecology@tsu.tula.ru,Russia, Tula, Tula State University,
Malahova Dariy Dmitrievna, postgraduate student, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.4.012.2
ВЛИЯНИЕ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ НА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ГВУ ПОСЛЕ ЕЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ОСТАНОВКИ
М.Ю. Лискова
Проблема влияния выработанных пространств на аэрогазодинамические процессы при аварийных режимах вентиляции рудников является весьма актуальной. В данной статье рассмотрен переходный период (от включения вентиляторов до момента становления установившегося проветривания). Данная ситуация должна быть принята во внимание тогда, когда необходимо установить продолжительность работы ГВУ для достижения нормального состояния рудничной атмосферы, прежде чем допустить к работе горнорабочих.
Ключевые слова: выработанные пространства, главная вентиляторная установка, рудник, вентиляционная сеть.
Выработанные пространства, обладающие значительными объемами пустот, при понижении или повышении давления могут явиться вместилищами больших объемов воздуха, которые могут иногда значительно влиять на процесс проветривания рудника.
Ситуация, когда главная вентиляторная установка (ГВУ) включается после длительной ее остановки, чаще всего встречается в том случае, когда режим работы рудника исключает одну из рабочих смен (пример -рудник ОАО «KNAUF ГИПС Новомосковск»). Перед началом работ включается главная вентиляторная установка, работающая на нагнетание. В данный момент давление в руднике равно атмосферному, т.е. избыточное давление равно нулю. То же самое - и в выработанных пространствах, т.е.
h вп = 0 ■
В первый момент следует предположить, что воздух под влиянием работы вентилятора начнет поступать в выработанные пространства, т.к. за ними расположены выработки, обладающие сопротивлением, на преодоление которого нужно затратить дополнительное давление. В выработанных пространствах, как уже было сказано, сопротивления очень мало. В этот момент складывается ситуация, показанная на рис. 1, а.
Уравнения, описывающие топологию сети на рис. 1 имеют вид
+ + + Из - Ьгву = о,
Из + Ь2 + Ь! - Ьвп = 0,
(1)
но поскольку в (1) Ьвп = 0, то и - Ь + Ь + Ь = 0 . В последнем уравнении (1) Я3 = 0, следовательно, Ь3 = ' 02 = 0 • Но тогда и Ь2 + Ь = 0. Т.к. величины ^ 0 и Я2 ^ 0, то в последнем уравнении (1) будут равны нулю расходы воздуха 0 = 0 и 02 = 0, а из этого следует, что движение воздуха в выработках за выработанными пространствами отсутствует.
а б
Рис. 1. Изменение схем вентиляционной сети при включении ГВУ после ее длительной остановки
Из последних рассуждений следует, что в первый момент после включения ГВУ весь воздух, нагнетаемый ею, пойдет только на заполнение выработанных пространств, первое уравнение в (1) примет вид
Ь6 + Ь5 + Ь4 - ЬГВУ =
0з = 04.
а это говорит о том, что вентиляторная установка будет преодолевать сопротивление сети выработок, расположенных до выработанных пространств, следовательно, вентилятор будет развивать наименьшее давление и максимальную производительность.
В следующее мгновение в выработанных пространствах начинает увеличиваться противодавление Ьвп = ^У + 03, V, за счет вошедшей в первое мгновение части воздуха . Это противодавление будет равно давлению, создаваемому ГВУ в данной части вентиляционной сети. Это же давление будет причиной возникновения движения воздуха в выработках после выработанных пространств. Таким образом, выработанные пространства будут действовать как источник тяги, а вентиляционная сеть примет вид, показанный на рис. 1, б. В этом случае основные уравнения, описывающие топологию сети, примут вид
Н + ¿5 + Н + Нвп - ¿гву = 0, Н + Н - НВП = 0
при 0з = 04 - 02
Следующее мгновение повторит предыдущее, и так до тех пор, пока давление в выработанных пространствах не будет равно максимальному давлению, создаваемому ГВУ в данной части вентиляционной сети. В этом случае будет сохраняться условие = .
Приведенный алгоритм расчета вентиляционной сети был использован при расчетах вентиляционной сети на рис. 1, результаты которых приведены в таблице, откуда видно, что давление ГВУ Ъгву растет с 130,8
Л
до 160,0 даПа, а производительность Огву падает с 158,0 до 143,7 м /с; давление источника тяги, представляющего выработанное пространство Ьвп, наоборот, растет, а производительность , представляющая объем воздуха, поглощаемого выработанным пространством, падает с 118,5 до
-5
21,3м/с. Соответственно уменьшается разность потоков воздуха между ветвями 2 (поток воздуха за выработанным пространством по ходу струи) и 4 (поток воздуха перед выработанным пространством).
Результаты расчета при наполнении выработанных пространств воздухом
Величины Раз-мерн. Время, мин
0 5 10 15 20 25 30 80
Кву даПа 130,8 134, 6 137, 6 140, 3 142,8 145,0 147,0 160,0
ъ вп даПа 0,0 8,8 16,0 22,3 27,9 32,9 37,5 66,5
о ^гву м3/с 158,0 156, 6 154, 8 153, 5 152,3 151,2 150,2 143,7
м3/с 0,0 28,3 38,2 45,1 50,4 54,8 58,4 77,8
Оз м3/с 118,5 87,7 75,8 67,1 60,2 54,4 49,4 21,3
м3/с 118,5 116, 0 114, 0 112, 2 110,6 109,2 107,8 99,1
На рис. 2 приведены результаты расчетов изменения давления, которое развивает вентиляторная установка (кривая ГВУ), а также давления, которое создается в открытых полых выработанных пространствах (кривая ВП) в вентиляционной сети на рис. 1. Как видно из рис. 2, наблюдается рост давления вентилятора и, естественно, в выработанном пространстве, однако интенсивность роста давления вентилятора несколько ниже роста давления в выработанном пространстве.
Объясняется это следующим: падение давления в выработках перед выработанным пространством намного больше, чем в выработках за выработанным пространством (если принять примерно одинаковые их аэродинамические сопротивления), т.к. в последних протекает только часть воздуха, поступающего в шахту. Поэтому падение давления в выработках за
выработанным пространством слабо влияет на полное давление, теряемое в шахте, т.е. на давление, развиваемое ГВУ.
И, ------
даПа
15 30 45 60 75 1, мин
Рис. 2. Изменение давления в выработанных пространствах и создаваемого вентиляторной установкой
На рис. 3 показаны результаты расчета изменения расходов воздуха в выработках (ветвях 2 и 4) в районе выработанных пространств (кривые 2 и 4), непосредственно в выработанных пространствах (кривая 3) и производительности ГВУ (кривая 1). Кривые на рис. 2 показывают: производительность вентиляторной установки (кривая 1) падает из-за увеличения падения давления в вентиляционной сети; расход воздуха в ветви 4 (кривая 4), что означает во всей вентиляционной сети, уменьшается также, но более круто за счет увеличения утечек воздуха в надшахтном здании; поток воздуха в ветви 2 (кривая 2) увеличивается, поскольку уменьшается поступление его в выработанные пространства (кривая 3).
И, -1-—
даПа | 1
15 30 45 60 75 1, мин
Рис. 3. Изменение расходов воздуха в ветвях вентиляционной сети
На рис. 4 приведена вентиляционная сеть с изолированными пространствами, которые наполняются воздухом только за счет утечек воздуха через изолирующие устройства. Расчеты вентиляционной сети показа-
ли, что направление воздуха в ветви 9 принято первоначально неверно, т.е. по этой ветви поток воздуха направлен в выработанные пространства (стрелка под ветвью). Ниже в виде кривых приведены результаты расчета изменения потоков воздуха в выработках (ветвях 9 и 10), подводящих воздух к выработанным пространствам (кривые 10 и 9), а также объемов воздуха, которыми выработанные пространства наполняются (кривая 3 на рис. 2.12). Как видно из графика, объемы воздуха 03, заполняющие выработанные пространства, постепенно уменьшаются. Наполнение их идет медленно. Поскольку в выработанные пространства со стороны ветвей 9 и 10 поступают небольшие объемы воздуха 03 = + О10, то в целом этот процесс слабо влияет на вентиляционную обстановку в руднике. В отличие от ситуации, показанной на рис. 1, а, в сети на рис. 4 в выработках, находящихся за выработанными пространствами, потоки воздуха возникают сразу с первого мгновения. Это обусловлено тем, что к выработанным пространствам ведут выработки с сравнительно большим аэродинамическим сопротивлением. Таким образом, при включении ГВУ в работу после длительной остановки на их режим работы существенное влияние оказывают открытые полые выработанные пространства.
м/с
15
10
3
10
У ®
\9
Рис. 4. Вентиляционная сеть с изолированными выработанными пространствами (ветвь 3)
15 30 45 60 75 90 I, мин
Рис. 5. Изменение воздухораспределения в ветвях 3, 9 и 10
Вентиляционная сеть на рис. 1 по параметрам близка к сети реального рудника, а поэтому расчеты дают представление о продолжительности переходного периода от включения вентиляторов до момента становления установившегося проветривания. Данная ситуация должна быть принята во внимание тогда, когда необходимо установить продолжительность работы ГВУ для достижения нормального состояния рудничной атмосферы, прежде чем допустить к работе горнорабочих.
Список литературы
1. Постникова М.Ю. Влияние выработанных пространств на аэрога-
зодинамические процессы при аварийных режимах вентиляции рудников: 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. Епишин Н.М. Расчет сложных вентиляционных сетей // Труды УНИПРОМедь. 1966. Вып. 9. С. 23-29.
5. Виленкин Н.Я. Метод последовательных приближений. М.: Наука, 1968. 143 с.
Лискова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, ст. преподаватель mary.18.02@mail.ru. Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
INFLUENCING OPEN AREAS AT AIR DISTRIBUTION BY SWITCHING ON GVUAFTER LONG CESSATION
M.Y. Liskova
The problem of influencing open areas at aerogasdynamicse processes in emergency modes of mine ventilation is very topical problem. This article discusses the transition period (from the inclusion of fans to the establishment of steady-state ventilation). This situation should be taken into account when it is necessary to set the duration of the work of the GVU to achieve the normal condition of the mine atmosphere before being allowed to work of miners.
Key words: developed by the space, the main fan installation, a mine ventilation network.
Liskova Marry Yriyevna, сandidate of technical science, senior teacher mary.18.02@mail.ru, Russia, Perm, National Research Polytechnic University
