Трофимов В.О. (канд. техн. наук, ДонНТУ), Кавєра О.Л. (канд. техн. наук, ДонНТУ), Бєлоумцева Д.С. (магістр, ДонНТУ) .

---

Источник:

Промышленная безопасность и вентиляция подземных сооружений в XXI столетии: Материалы Международной научно-практической конференции посвященной 90-летию Донецкого национального технического университета. – Донецк: ДонНТУ. – 2011. – 168 С.

---

В статті розглядаються особливості формування аеродинамічної структури виробки в вентиляційній мережі і особливості вимірювання депресії гірничих виробок.

Аналіз робіт [1, 2] дозволяє стверджувати, що кожна гірнича виробка, як частина вентиляційної системи чи вентиляційної мережі, має свою особливу аеродинамічну структуру, відповідно до якої відбувається розподіл статичної депресії виробки.

У загальному випадку кожна гірнича виробка (рис.1) має початкову чи вхідну ділянку (L_вх) і кінцеву чи вихідну ділянку (L_ви). Відповідно до цього поділу, частину виробки між тими ділянками вважатимемо «робочою» частиною виробки (L_р). Кожна длянка має відповідну довжину яка визначається шириною виробки (b). Сума довжини усіх ділянок складає «аеродинамічну» довжину гірничої виробки, тобто довжину між точками вимірювання статичної депресії.

Питання про аеродинамічну структуру гірничої виробки пов’язане з поняттям довжини гірничої виробки. Воно виникає внаслідок неузгодження сталих понять гірничої аерології про депресію окремої гірничої виробки і дію другого закону вентиляційної мережі [3]. Фізичними кордонами гірничої виробки вважаються її початковий і кінцевий переріз (початок - перша рама кріплення виробки після сполуки у напрямку руху вентиляційного потоку; кінець – остання рама кріплення виробки перед черговою сполукою).

,

Рис.1 Схема аеродинамічної структури гірничої виробки

Ці поняття цілком уявні, адже залежать тільки від напрямку руху повітря по виробці. Після зміни напрямку «початок» і «кінець» міняються місцями. У той же час, кожна гірнича виробка є гілкою вентиляційної мережі і частиною вентиляційного контуру для якого виконується другий закон мережі. Тобто, сума депресій всіх гілок у контурі повинна дорівнювати нулю. Отут і виникає певне протиріччя. Якщо вимірювати депресію виробки у межах її фізичних кордонів, то другий закон мережі не буде виконуватися, адже у цьому випадку вентиляційний контур не буде «замкненим» (рис2). Наприклад, якщо вимірювати депресію виробок у межах їх фізичних кордонів (поза сполуками, між точками 2-3, 5-6, 8-9, 11-12), то вентиляційний контур не буде замкненим (між точками 3-5, 6-8, 9-11, 12-2 будуть розриви) і цей розподіл депресії не буде відповідати другому закону мережі. Для замикання контуру необхідно вимірювати депресію у контурі 1-7-10-1. Таке вимірювання потребує введення у обіг поруч з поняттям «довжина виробки» (L) поняття «аеродинамічна довжина виробки» (La). Це відстань між точками де вимірюється депресія, а не там де опір виробки рахують за допомогою коефіцієнта аеродинамічного опору.

Відповідно, до понять «фізичного» початку і кінця виробки додаються поняття про «аеродинамічний» початок і кінец виробки. Отже, тільки у цьому випадку можна вважати кожну гірничу виробку аеродинамічним аналогом «гілки» у вентиляційній мережі і казати, що аеродинамічний опір виробки дорівнює опору гілки у вентиляційній мережі. Аеродинамічною довжиною виробки (La) або її частини, слід вважати відстань між центрами двох найближчих сполук (на початку і в кінці виробки).

,

Рис.2 Схема вентиляційного контуру з чотирьох гірничих виробок

Все вищенаведене потребує додатку до другого закону мережі: другий закон мережі виконується якщо втрати тиску у сполуках гірничих виробок враховуються у депресії гілок, які складають контури вентиляційної мережі [4]..

Введення у обіг понять «аеродинамічна структура» гірничої виробки і «аеродинамічна довжина» змінюють сталі уявлення про дію закону Бернуллі [5] у гірничих виробках, адже він був адаптований до умов вугільних шахт без урахування впливу сполук на формування режиму вентиляції гірничих виробок. Інакше кажучи, цей закон не враховує особливості розподілу депресії між елементами вентиляційної мережі.

У сполуках відбувається збурення вентиляційного потоку і у залежності від того, з’єднуються чи роз’єднуються вентиляційні струмені, у гірничих виробках формуються різні дефомації потоку повітря. На початковій ділянці виробки (на протязі 10-12b від центру сполуки в напрямку руху повітря) поле швидкостей вентиляційного струменю деформоване і не відповідає умовам за яких можливе використання рівняння Бернуллі. Теж саме можна казати і про кінцеву ділянку виробки (на протязі 4-5b від відцентру сполуки). Крім того, статична депресія початкової ділянки виробки може бути негативною, а статична депресія між центрами сполук меншою, ніж депресія «робочої» частини виробки [2].

Висновки

1. Рівняння Бернуллі можна використовувати тільки для визначення депресії в межах «робочої» зони виробки, де виконуються вимоги сталої течії вентиляційного потоку.

2. У виробках довжиною менше ніж 20b виміри швидкості повітря будуть давати більшу помилку ніж у більш довгих виробках (за рівністю усіх інших умов).

3. Статичну депресію виробок слід вимірювати між центрами сусідніх сполук, запобігаючи впливу динамічного тиску.

4. Вимір статичної депресії виробок між центрами їх сполук дозволяє в більшості випадків підвищити точність визначення аеродинамічних опорів гірничих виробок на 15-100 %.

Перелік літератури:

1. Харев А.А. Местные сопротивления шахтных вениляционных сетей. – М.: Углетехиздат, 1954. – 247 с.

2. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 366 с.

3. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий. – М.: Недра, 1987. - 421с.

4. Трофимов В.О, Булгаков Ю.Ф., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж. – Донецьк, 2009. – 87 с.

5. Прандтль Л. Гидроаромеханика. – М.: Иностранная литература, 1951. – 575 с.