Визначення режиму провітрювання гірничої виробки

Анотація

В статті розглядаються теоретичні засади визначення режиму провітрювання гірничої виробки з використанням приведеної характеристики виробки. Розглянуто особливості використання графоаналітичного методу для оцінки впливу вентиляційного збурення на режим провітрювання виробки у вентиляційній мережі.

Шахтна вентиляційна мережа в загальному випадку – це сукупність усіх шляхів руху повітря в підземній частині шахти. Кожна виробка чи її частина між двома сполуками ідентифікуються як гілка, а сполука виробок – як вузол мережі. Отже вентиляційна мережа має вигляд сукупності гілок-виробок і вузлів-сполук.

В аерології гірничих підприємств режим вентиляції виробки визначає закон аеродинамічного опору [1].

h = RQ²,

де h – депресія виробки, Па; R – аеродинамічний опір, с²/м⁶; Q – витрата повітря у виробці, м²/с.

Формула відбиває наявність зв’язку між трьома аеродинамічними характеристиками виробки, але не відбиває зв’язок режиму вентиляції виробки з вентиляційною мережею.

Визначення режиму провітрювання гілки-виробки (подвійна назва означає, що виробка є частиною реальної шахти і одночасно елементом віртуальної вентиляційної мережі) можливе за допомогою приведеної характеристики виробки. Мається на увазі, що ця характеристика виробки є похідна від вентилятора (вентиляторів) головного провітрювання. В аварійній вентиляції замість терміну приведена використовують термін напірна характеристика [2, 3].

У загальному випадку приведеною характеристикою можна вважати лінію (уявну сукупність точок) на якій розташовані усі можливі режими провітрювання гілки-виробки (рис. 1, лінія 1–1). Координати точки А перетинання аеродинамічної характеристики (парабола 1) з приведеною визначають депресію гілки-виробки h_в і витрату повітря в ній Q_в.

Графічне рішення можна показати в аналітичному вигляді. Координати точки А визначає спільне рішення рівнянь аеродинамічної та приведеної характеристик:

h_в = A_в – b_вQ_в²,

де A_в, b_в – параметри приведеної характеристики гілки-виробки.

Відповідно до формули, витрати повітря у гілці-виробці

Депресію виробки визначають за формулою

Формули дозволяють визначити режим вентиляції більшості гірничих виробок [3]. Тобто, тих у яких приведені характеристики можна описати за допомогою параболи h = A – bQ. Вважатимемо, що приведена характеристика являє закономірність, яка описує зміну режиму провітрювання гілки-виробки за рахунок зміни її аеродинамічного опору.

Кожен елемент вентиляційної мережі який поєднується з мережею тільки в двох вузлах (гілка-виробка, вентиляційне з’єднання чи вентиляційна дільниця), має певну приведену характеристику. Наявність її в окремих елементах вентиляційної мережі (гілках-виробках і вентиляційних з’єднаннях) слід вважати однією з головних властивостей вентиляційної мережі.

Використання графічного зображення приведеної характеристики в аерології має важливе значення, оскільки дає змогу показати вплив мережі на формування режиму вентиляції її окремих частин і візуалізувати механізм впливу окремих чинників на режими вентиляції цих частин. Щоб показати вплив вентиляційного збурення на режим вентиляції в аерології використовується термін активізована характеристика [2, 3, 4], який свідчить, що ця характеристика враховує дію якогось джерела енергії (тяги) у вентиляційному контурі чи гілці-виробці.

Серед чинників, дію яких можна врахувати за допомогою активізованої характеристики, може бути дія природної тяги, теплової депресії пожежі, падаюча чи розпорошена вода, падаюче вугілля, рух транспорту тощо. Кожен з цих чинників має свою характеристику (характеристика джерела тяги) яку можна показати (для якогось проміжку часу) у вигляді прямої лінії, паралельної осі абсцис (рис. 2, лінія h_п). Якщо переріз виробок зменшується внаслідок розташування у них трубопроводів, перемичок, регуляторів, вагонів, конвеєрів, водяних і сланцевих заслонів, протипожежних засобів і т. п., то це враховується збільшенням аеродинамічного опору виробки.

Активізовану характеристику гілки-виробки можна отримати, якщо додати чи вирахувати характеристику джерела тяги з аеродинамічної характеристики гілки-виробки [4]. Так, наприклад, якщо напрямок руху падаючої води чи вугілля збігається з напрямком руху повітря, тоді депресію (характеристика h_п), яку створює падаюче вугілля (розпорошена чи падаюча вода, природна тяга, рух транспорту і т. п.) треба вирахувати по ординатах з аеродинамічної характеристики (лінія R). Активізована характеристика гілки-виробки буде мати вигляд параболи, зміщеної відносно початку координат униз (лінія R_i). Якщо напрямок дії джерела тяги не збігається з напрямком дії вентилятора, тоді депресія h_п додається до аеродинамічної характеристики (лінія R'_i). Рівняння яке описує відповідну активізовану характеристику гілки-виробки (R_i, R'_i),

h = RQ² ± h_п.

Наявність приведених характеристик усіх гілок-виробок шахти дає змогу визначати аеродинамічні параметри виробок, використовуючи тільки одне вимірювання (якщо на шахті підтримують комп’ютерну модель шахтної вентиляційної мережі). Так, при появі нової довгої виробки, достатньо виміряти в ній витрату повітря і ввести її значення в модель вентиляційної мережі за допомогою програмного комплексу IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА [5]. Програма визначає депресію і відповідний аеродинамічний опір гілки-виробки. Розрахунок опору також можна робити, вимірюючи тільки депресію виробок (особливо у випадках, коли умови вимірювання швидкості повітря у виробці не відповідають вимогам [6]). Інколи програмний комплекс дає змогу визначати аеродинамічний опір одночасно декількох гілок- виробок. Використання програмних комплексів на шахтах та у підрозділах ДВГРС сприяє значному зниженню витрат праці на проведення вимірів у вугільних шахтах.

Висновки. Графоаналітичний метод аналізу властивостей шахтної вентиляційної мережі дає змогу візуалізувати особливості формування режиму вентиляції окремих елементів мережі з урахуванням дії вентиляційних збурень. Наявність приведених характеристик у кожного елемента вентиляційної мережі є властивістю вентиляційної мережі, приведені характеристики відбивають закономірності зміни режиму вентиляції елементів мережі під час зміни їхнього аеродинамічного опору. Використання програмного комплексу IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА на шахтах дає змогу фахівцям самостійно підтримувати комп’ютерні моделі шахтних вентиляційних мереж і автоматизувати вирішення завдань регулювання вентиляції.

Використані джерела

1. Ушаков К. З. и др. Аэрология горных предприятий. – М.: Недра, – 1987. – 421 с.
2. Болбат И. Е., Лебедев В. И., Трофимов В. А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. – М.: Недра, – 1992. – 206 с.
3. Лебедев В. И. Исследование вентиляционных режимов при пожарах в уклонных полях шахт Донбасса / Автореферат дис. на соискание уч. ст. канд.  техн. наук, Донецк, ДПИ. – 1975. – 19 c.
4. Бодягин М. Н. Рудничная вентиляция. – М.: Недра, – 1967. – 310 c.
5. Трофимов В. А. Моделирование шахтных вентиляционных сетей с использованием ПЭВМ: Методическое пособие. – Донецк, ДонНТУ. – 2002. – 21 c.
6. Правила безпеки у вугільних шахтах. – К.: Держохоронпраці, – 2005. – 398 c.