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 являє собою сукупність всіх шляхів руху повітря в підземній частині шахти. Кожна виробка чи частина виробки між двома сполуками ідентифікуються як «гілка», а сполука виробок як «вузол» мережі. Таким чином, зображення вентиляційної мережі виглядає як сукупність гілок-виробок і вузлів-сполук.
     В аерології гірничих підприємств режим вентиляції виробки визначає закон аеродинамічного опору [1]
h = RQ²,          (1)
     де h – депресія виробки, Па;
     R – аеродинамічний опір, Па с²/м⁶;
     Q – витрата повітря у виробці, м³/с.
     Формула (1) показує наявність зв’язку між трьома аеродинамічними характеристиками виробки, але вона не враховує зв’язок режиму вентиляції виробки з вентиляційною мережею. Інакше кажучи, дивлячись на рівняння параболи неможна зрозуміти як формуються аеродинамічні параметри виробки (h і Q).
     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 (-рів) головного провітрювання. В аварійній вентиляції замість терміну «приведена» використовують поняття «напірна» характеристика [2, 3].
     В загальному випадку можна вважати приведеною характеристикою лінію (уявну сукупність точок) на якій лежать усі можливі режими провітрювання гілки-виробки (рис. 1, лінія 1-1). Координати точки А пересікання аеродинамічної характеристики (парабола 1) з приведеною визначають депресію гілки-виробки (h_в) і витрату повітря в ній (Q_в).

Рис. 1 – Визначення режиму провітрювання виробки

     Графічне рішення можна показати в аналітичному вигляді. Координати точки А визначає сумісне рішення рівнянь аеродинамічної і приведеної характеристики



          (2)
     де А_в, b_в – параметри приведеної характеристики гілки-виробки.
     У відповідності до (2), витрату повітря у гілці-виробці визначає рівняння

Q_e = √ A_e/ (R_e + b_e)            (3)
     Депресію виробки визначають: h_e= R_e*A_e/(R_e + b_e)            (4)
     Формули 3 та 4 дозволяють визначити режим вентиляції більшості гірничих виробок [3]. Тобто, виробок у яких приведені характеристики можна описати за допомогою параболи (h = b - Q² ). Таким чином, можна вважати, що приведена характеристика являє собою закономірність яка описує зміну режиму провітрювання гілки-виробки при зміні 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 приведеної характеристики у окремих елементів вентиляційної мережі (гілок-виробок і вентиляційних з’єднань) слід вважати однією з головних властивостей вентиляційної мережі.
     Використання графічного зображення приведеної характеристики в аерології має важливе значення. Воно дає змогу показати як впливає мережа на формування режиму вентиляції її окремих частин і візуалізувати «механізм» впливу окремих чинників на режими вентиляції цих частин.
     Для показу впливу вентиляційного збурення на режим вентиляції в аерології використовується поняття «активізована» характеристика [2, 3, 4]. Термін «активізована» означає, що ця характеристика враховує дію якогось джерела енергії (тяги) у вентиляційному контурі чи гілці-виробці.
     У якості чинників, дію яких можна врахувати за допомогою активізованої характеристики, можна розглядати дію природної тяги, теплової депресії пожежі, падаючу чи розпорошену воду, падаюче вугілля, рух транспорту і т.п. Кожен з цих чинників має свою характеристику (характеристика джерела тяги) яку можна показати (для якогось проміжку часу) у вигляді прямої лінії паралельної вісі абсцис (рис. 2, лінія h_п). Якщо переріз виробок зменшується в наслідок розташування у них трубопроводів, перемичок, регуляторів, вагонів, конвеєрів, водяних і сланцевих заслонів, протипожежних засобів і т.п.), то це враховується збільшенням аеродинамічного опору виробки.

Рис. 2 – Графік визначення режиму провітрювання гірничої виробки за допомогою активізованої характеристики

     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 співпадає з напрямком руху повітря, то депресію (характеристика hп) 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 співпадає з напрямком дії вентилятора – депресія hп додається до аеродинамічної характеристики (лінія R'_i) має такий вигляд: h = RQ² ± h_п.            (5)
     Наявність приведених характеристик усіх гілок-виробок шахти дозволяє визначати аеродинамічні параметри виробок використовуючи тільки одне вимірювання (якщо на шахті підтримують комп’ютерну модель шахтної вентиляційної мережі). Так, наприклад, при появі на шахті нової виробки великої довжини достатньо тільки виміряти в ній витрату повітря і ввести його значення в модель вентиляційної мережі за допомогою програмного комплексу «IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА» [5]. Програма сама визначає величину депресії і рахує відповідну величину аеродинамічного опору гілки-виробки. Теж саме можна робити вимірюючи тільки депресію виробок з вентиляційними шлюзами чи перемичками (особливо, в тих випадках коли умови вимірювання швидкості повітря у виробці не відповідають вимогам [6]).
     В деяких випадках програмний комплекс дозволяє визначати аеродинамічний опір одночасно декількох гілок-виробок. Використання програмного комплексу «IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА» на шахтах та у підрозділах ДВГРС дозволяє значно скоротити витрати праці на проведення вимірів у вугільних шахтах.

Висновки

     

Графоаналітичний метод аналізу властивостей шахтної вентиляційної мережі дозволяє візуалізувати особливості формування режиму вентиляції окремих елементів мережі з урахуванням дії вентиляційних збурень.
     

Наявність приведених характеристик у кожного елемента вентиляційної мережі є однією з властивостей мережі; приведені характеристики відбивають закономірності зміни режиму вентиляції елементів вентиляційної мережі при зміні аеродинамічного опору цих елементів.
     

Використання програмного комплексу «IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА» на шахтах дозволяє фахівцям самостійно підтримувати комп’ютерні моделі шахтних вентиляційних мереж і автоматизувати вирішення задач управління вентиляцією.

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 С.
4. Бодягин М.Н. Рудничная вентиляция. – М.: «Недра», – 1967. – 310 С.
5. Трофимов В.А. Моделирование шахтных вентиляционных сетей с использованием ПЭВМ: Методическое пособие. – Донецк, ДонНТУ. – 2002. – 21 С.
6. Правила безпеки у вугільних шахтах. – К.: Держохоронпраці, – 2005. – 398 С.