CC BY
39
© Д.Н. Алыменко, 2004
УДК 621.32 Д.Н. Алыменко
ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ЭЖЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ В ПРОТИВОНАПОРЕ СГВУ
Семинар № 17
¥ ¥ а рудниках РУП «ПО «Беларуська-
Л лий» в летний период года, из поступающего влажного и теплого воздуха, происходит выпадение конденсационной влаги. Этот процесс наблюдается в транспортных выработках на расстоянии до 4 км от воздухоподающих стволов. Воздействие влаги отрицательно сказывается на работе конвейерного транспорта, ускоряет процесс коррозии металлических частей оборудования. Кроме этого происходит разжижение покрывного настила штреков, по которым ходит автотранспортная техника и, как следствие, снижается устойчивость и усложняется управляемость автомобилей. В зимний период года воздух, поступающий в рудник сухой и холодный. Поэтому он вбирает в себя выпавшую влагу и переносит ее по всему вентиляционному пути. Часть влаги снова выпадает, и в тех местах возникают выше перечисленные проблемы, а часть влаги с воздухом выносится на поверхность. В результате в участках транспортных штреков, в которые в летний период были лужи, зимой высыхают. Мелкие фракции их покрывного настила под действием струи воздуха приводятся во взвешенное состояние - образуется запыленность. Для борьбы с пылью эти выработки поливают. Создается парадоксальная ситуация: летом страдание от луж, зимой принудительная поливка.
Исследования температурно-влажност-ных параметров калийных рудников [4] позволило выявить что через (3-3,5) км от воздухоподающих стволов происходит стабилизация температурно-влажностных параметров, которые могут измениться только при воздействии внешних искусственных полей (например: температура работающего оборудования и т.д.). В вентиляционных выработках, как правило, нет никаких внешних полей. Поэтому температурно-влажностные параметры воздушного потока в этих выработках в течение года постоянны. Кроме этого было выявлено
[5], что выпадение влаги происходит только если относительная влажность воздуха выше критического значения. Так, для каменной соли почти независимо от температуры рудничного воздуха это значение 77 %, для карналлита - 50 %, для сильвинита - 67 %. Анализ этих исследований подтолкнул на мысль о том, что можно избежать недостатков, перечисленных выше. Для этого нужно проводить подготовку воздуха, поступающего в транспортные выработки.
Исследования температурно-влажност-ных параметров рудничной атмосферы показали, что в вентиляционных выработках главных направлений относительная влажность составляет (68-72) % при температуре (15-17) °С. Поступающий же воздух имел температуру в летний период до 23 °С при относительной влажности до 90 %, а в зимний период 10 °С и 19 % соответственно. Поэтому было предложено часть воздуха из вентиляционной выработки, в количестве (20-30) % от дебита в воздухоподающем штреке, подавать в транспортную. В результате воздухом, из сильвинитового слоя, будет разбавляться воздух в слое каменной соли. Системой подготовки воздуха будет служить вентиляционной сеть рудника. Так же предполагалось, что в летний период года будет осушение транспортных штреков, а в зимний период - увлажнение.
Особенностью предложенного технического решения являлось частичное повторное использование воздуха, которое можно было осуществить только с помощью дополнительного источника тяги - вентиляторной установки. Однако, в рассматриваемой задаче, с одной стороны, чем ближе эта установка будет к стволам, тем эффективнее будет ее работа, а с другой - тем сильнее будет влияние на ее работу главной вентиляторной установки (ГВУ). Следует так же отметить, что вентиля-
► Гл. южный вент. ипрек (е.х.) ►
Вспомоттельный вент. ипрск ► -~ч ► /
\ Сбойка №4
Вентиляторная установка / \у///\ тУ
} | ПЭМ
Гл. южный тран. штрек (з.х.) *
^ 4-
<
Гл. южный Іран. шчрек (е.х.)
<4------- направление движения свежей струи воздуха;
4........ направление движения исходящей струи воздуха;
^ направление движения частично повторно используемого воздуха.
Рис. 1. Схема участка вентиляционной сети
торная установка, для повторного частичного использо-вания воздуха и ГВУ будут работать в противона-поре.
Местом проведения предложенного способа подготовки воздуха было южное направление гор. - 445 м рудника 2 РУ РУП «ПО «Беларуськалий». Для создания вентиляторной установки было произведено исследование участка вентиляционной сети, в котором предполагалось ее разместить. Это район сбойки № 4 главного южного направления (рис. 1). Было выявлено, что перепад давлений через перемычку в сбойке № 4 в зависимости от двух возможных режимов работы ГВУ составлял (300 и 240) Па. Утечки воздуха, через сбойку № 4, при площади поперечного сечения вентиляционного окна 2 м2, были (32,0 и 29,6) м3/с соответственно. Поэтому аэродинамическое сопротивление, на которое должна была рассчитываться вентиляторная установка, составляло (0,29-0,27) Нс2/м8. Для расчета было принято значение К ~ 0,28 Нс2/м8. Наибольшее количество воздуха, поступающего по ближнему транспортному штреку (западному ходу) составляло около 27,5 м3/с. Значит по сбойке № 4 необходимо обеспечить изменение направление движения воздуха и создать устойчивый его расход в интервале (5,5-8,2) м3/с. Максимальная производительность вентиляторной установки с учетом 20 % резерва должна быть не менее (27,5 • 0,3 + 32,0) • 1,2 = 48,3 м3/с при развиваемом напоре в 653 Па.
Параметры работы, полученные при исследовании участка вентиляционной сети, мог обеспечить мощный шахтный вентилятор, для ввода в эксплуатацию которого потребовались бы высокие капитальные и временные затраты. Поэтому, проанализировав положительные аспекты работы вентиляторов - эжекторов и вентиляторов через перемычку была разработана новая вентиляторная эжекторная установка. Суть ее аэродинамической схемы заключается в следующем: у источника тяги - вентилятора,
снабженного соплом, монтируется специально профилированная камера смешения, размещенная в перемычке, полностью перекрывающей поперечное сечение горной выработки. Преимуществами такой аэродинамической схемы является постоянство и прогнозируе-мость ее аэродинамических характеристик, а так же отсутствие циркуляционного движения воздуха вокруг камеры смешения [1, 2].
На руднике имелись резервные вентиляторы местного проветривания ВМЭ-6У5, поэтому было предложено спроектировать вентиляторную эжекторную установку на их базе. В результате расчета было выявлено, что требуемые параметры работы будут обеспечены двумя параллельно работающими эжекторами. На производстве, подобные машины, получили название ПВВУ - подземные вспомогательные вентиляторные установки. Схема расположения ПВВУ в сбойке № 4 приведена на рис. 2.
Проведение пуско-наладочных испытаний, выполненное в 1999 г., позволило подтвердить теоретически сделанный вывод о том, что изменение расстояния между поперечными сечениями выхода из сопла вентилятора и входа в камеру смешения будет приводить к изменению параметров работы ПВВУ. Регулирование происходит за счет изменения площади, через которую эжектируемый поток воздуха подходит к эжектирующему. Результаты замеров приведены в таблице.
Из таблицы видно, что максимальная производительность 49,0 м3/с соответствует расстоянию между поперечными сечениями выхода из
№ Режимы работы ПВВУ Расстояние, м Производительность Напор Расход по сбойке № 4
ВУ-1 ВУ-2 Q,м3/c ДQ, % Рст, Па ДРст, % Q, м3/с ДQ, %
1.1. работают 0 44,1 ... 525 ... 1,7 ...
1.2. не работает -42,4 ... -500 ... -42,4 ...
2.1. работают 0,1 44,6 1,1 565 7,6 2,1 23,5
2.2. не работает -42,5 0,2 -500 0,0 -42,5 0,2
3.1. работают 0,2 46,2 4,8 590 12,4 3,5 105,9
3.2. не работает -42,7 0,7 -500 0,0 -42,7 0,7
4.1. работают 0,3 49,0 11,1 680 29,5 6,2 264,7
4.2. не работает -42,8 0,9 -500 0,0 -42,8 0,9
5.1. работают 0,4 47,9 8,6 630 20,0 4,7 176,5
5.2. не работает -43,2 1,9 -500 0,0 -43,2 1,9
Примечание: «-» означает, что направление движения воздуха или напора противоположно требуемому на-
правлению.
сопла и входа в камеру сечения 0,3 м (стр. 4.1.). Это был единственный режим, при котором обеспечивался расчетный расход воздуха по сбойке № 4 в нужном направлении и количестве 6,2 м3/с. Кроме этого видно, что на всех остальных режимах работы было обеспечено только нужное направление движения воздуха по сбойке № 4, а дебит был менее расчетного значения.
Так же видно, что при увеличении расстояния между поперечными сечениями выхода из сопла и входа в камеру смешения от 0,0 м до 0,3 м произошел рост производи-тельности ПВВУ на 11,1 % с 44,1 м3/с до 49,0 м3/с, а развиваемого статического давле-
Рис. 2. Схема расположения ПВВУ е сбойке № 4: 1 - главный южный транспортный штрек (западный ход); 2 -вспомогательный вентиляционный штрек; 3 - струя воздуха, идущая по вспомогательному вентиляционному штреку; 4 - струя воздуха, идущая по главному южному транспортному штреку (западный ход); 5 - воздушная струя, идущая на осушение и поддержание в сухом состоянии транспортного штрека (западный ход); 6 - вентилятор ВМЭ-6У5 с соплом у ПВВУ № 2; 7 -вентилятор ВМЭ-6У5 с соплом у ПВВУ № 1; 8 - камера смешения у ПВВУ № 1;
9 - камера смешения у ПВВУ № 2; 10 -датчик контроля содержания метана в рудничной атмосфере; 11 - шлюзовые перемычки с дверьми для прохода людей; 12 - продольная парусная перемычка; 13 - самоуплотняющиеся устройства - клапана
ния на 29,5 % от 525 Па до 680 Па. Изменение расхода воздуха по сбойке № 4 произошло почти в 2,6 раза.
На рис. 3. показаны аэродинамические параметры ПВВУ и участка вентиляционной сети в районе сбойки № 4. По замеренным параметрам работы ПВВУ была построена аппроксимирующая кривая аэродинамического сопротивления, на которое работала ПВВУ. Оказалось, что это значение составило примерно 0,28 нс2/м8. Замеры параметров распределения воздуха за счет ГВУ имели отрицательные значения расхода и напора, так как их направле-
■ Параметры параллельной работы двух ПВВУ
■ - - Аппроксимирующая кривая сопротивления Сопротивление вентиляционной сети
▲ Параметры в сбойке № 4, созданные противонапором ГВУ • - - Измененное расчетное сопротивление — Измененные расчетные параметры □ Расход по сбойке № 4 при работе ПВВУ •--- Вспомогательные расчетные линии
Рис. 3. Аэродинамические параметры ПВВУ и участка вентиляционной сети в районе сбойки № 4
ние не совпадало с принятым положительным направлением. Поэтому результаты оказались в III квадранте. Там же построена характеристика участка вентиляционной сети. Эти значения соответствовали исходным данным для проектирования. Точка 1 соответствует противонапору ГВУ, замеренному при испытаниях (стр. 1.2. табл. 1). В III квадранте мы умножили противонапор ГВУ на (-1) и перенесли результаты во II квадрант. Из точки 1 мы перешли в точку 2. От точки 2 к точке 3 переходим с помощью горизонтальной вспомогательной линии, умножив отрицательный расход на (-1). Далее нужно точку 3, совместить с началом координат. Для этого ее, совместно с результатами работы ПВВУ, необходимо по аппроксимирующей кривой сопротивления опустить вниз. В этом случае значения параметров работы ПВВУ совместятся со значениями расхода воздуха по сбойке № 4.
Графоаналитический метод расчета, рассмотренный выше, может быть использован при расчетах и других вентиляторных установок, работающих в противонапоре по отношению друг к другу.
Исследование и анализ движения воздушных потоков в районе сбойки № 4 позволило предложить разместить в вентиляционном штреке продольную перемычку (рис. 2, поз. 12). Она обеспечила снижение влияния проти-вонапора ГВУ за счет кинетической энергии, заложенной ГВУ в воздушном потоке, движущемся по вентиляционному штреку, и препятствующему статическому напору ГВУ, приходящемуся на участок вентиляционной сети в районе сбойки № 4. Тем самым произошло «облегчение» работы ПВВУ. Для устранения возможности закорачивания струи при реверсировании ГВУ и отключении ПВВУ на выходе из камеры смешения установили самоуплотняющиеся устройства - клапана. Кроме этого, для контроля качественного состава атмосферы были установлены датчики метановоздушной смеси, и проводился периодический
контроль силами участка вентиляции и ВГСЧ.
После проведения выше изложенных мероприятий, количество воздуха, идущего по сбойке № 4 увеличилось. По данным замеров, выполненных ИТР участка ПВС рудника в период 1999-2001 гг., в разные периоды расход воздуха колебался от 7,1 м3/с до 12,2 м3/с. Максимальное значение, соответствует минимальному противонапору, создаваемому ГВУ, а минимальное значение - максимальному противонапору.
Опытно-промышленные испытания предложенного способа подготовки воздуха проходили в период с 1999 г. по 2001 г включительно. За это время было собрано достаточно статистического материала, подтверждающего эффективность предложенных технических решений. Поэтому уже в 2000 г. на этом же руднике, но уже в северном направлении гор. - 445 м была смонтирована вторая ПВВУ на базе одного ВМЭ-6У5.
Опыт использования ПВВУ, полученный в РУП «ПО «Беларуськалий» позволил утверждать следующее:
- вентиляторные эжекторные установки, смонтированные на базе ВМП могут эффективно работать в вентиляционных сетях в условиях противонапора ГВУ. ПВВУ развивала производительность до 49,0 м3/с (коэффициент эжекции п и 6). При этом статический напор доходил до 680 Па. Замечательным является факт развития столь высокого для эжекторов статического давления;
- эксплуатационные параметры ПВВУ можно регулировать, даже при использовании в качестве источника тяги нерегулируемого вентилятора, за счет изменения расстояния между поперечными сечениями выхода из сопла и входа в камеру смешения;
- разработан графоаналитический метод расчета вентиляторных установок, работающих в противонапоре по отношению друг к
1. Алыменко Д.Н. Эжекторная вентиляторная установка, работающая через перемычку. // Сборник научных докладов конференции «Научно-педагогическое наследие профессора И. И. Медведева» С.-Пб., МАНЭБ, 1999. - С. 186-191.
2. Алыменко Д.Н. Эжекторная вентиляторная установка с прогнозируемыми параметрами работы. // материалы научной сессии Горного института УрО РАН: Проблемы горного недроведения и системологии. Пермь, ГИ УрО РАН, 1999. - С. 119-120.
другу.
В последние годы были спроектированы и изготовлены несколько вентиляторных эжекторных установок подобного типа, которые успешно используются в качестве ГВУ при проветривании нагорных рудников [3]. Поэтому они могут и должны использоваться для эффективного перераспределения воздуха в вентиляционных сетях шахт, рудников, метрополитенов и других подземных сооружений.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Алыменко Д.Н. Обеспечение устойчивого и надежного проветривания нагорных рудников (на примере рудника «Многовершинный»). // Горный информационно-аналитический бюллетень № 7, 2003, МГГУ. -С. 53-54.
4. Медведев И.И., Красноштейн А.Е. Борьба с пылью на калийных рудниках. -М.: Недра, 1977. - С. 192.
5. Медведев ИИ. Проветривание калийных рудников. - М.: Недра, 1970. - С. 204.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Алыменко Даниил Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры ТМП Березниковского филиала ПермГТУ.
------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Кирин Б. Ф., Каледина Н. О., Слепцов Г.И. Защита в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие. — 285 с.: ил.
КВЫ 5-7418-0302-4 (в пер.)
Приведена классификация чрезвычайных ситуаций природного, техногенного, биологосоциального происхождения на предприятиях общего назначения и на горных предприятиях. Описаны основные мероприятия по защите человека, оказавшегося в чрезвычайной ситуации природного или техногенного происхождения. Рассмотрены методы прогноза чрезвычайных ситуаций на горных предприятиях. Изложены методика разработки Декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта и реальная декларация для одного опасного производственного объекта. Показано взаимодействие служб гражданской обороны и защиты в чрезвычайных ситуациях.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Безопасность технологических процессов и производств горной промышленности» направления подготовки дипломированных специалистов «Безопасность жизнедеятельности».
