Источник: Уголь Украины, №7, 2007 – С. 29-31.
Аналіз робіт [1-3] дозволяє стверджувати, що кожна гірнича виробка, як частина вентиляційної системи чи вентиляційної мережі, має свою особливу аеродинамічну структуру, відповідно до якої і формуються її аеродинамічні характеристики.
У загальному випадку кожна гірнича виробка (рис.1) має початкову чи вхідну ділянку (Lвх) і кінцеву чи вихідну ділянку (Lви). Відповідно до цього поділу, частину виробки між тими ділянками вважатимемо «робочою» частиною виробки (L р). Сума усіх ділянок складає «аеродинамічну» довжину гірничої виробки
Питання про «аеродинамічну структуру» гірничої виробки пов’язане з поняттям «аеродинамічної довжини» гірничої виробки. Воно виникає внаслідок неузгодження сталих понять гірничої аерології про депресію окремої гірничої виробки і дію другого закону вентиляційної мережі [4].
Фізичними кордонами гірничої виробки вважаються її початковий і кінцевий переріз (початок - перша рама кріплення виробки після сполуки у напрямку руху вентиляційного струменю; кінець – остання рама кріплення виробки перед черговою сполукою). 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 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). Тобто, 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 їх аеродинамічні аналоги.
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. При чому, аеродинамічною довжиною виробки (La) слід вважати відстань між центрами двох її найближчих сполук.
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
Введення у обіг понять «аеродинамічна» структура гірничої виробки і «аеродинамічна» довжина змінюють сталі уявлення про дію закону Бернуллі у гірничих виробках, адже він був адаптований до умов вугільних шахт без урахування впливу сполук на формування режиму вентиляції гірничих виробок. Інакше кажучи, він не враховує особливості розподілу депресії у гірничих виробках як елементів вентиляційної мережі
У сполуках відбувається збурення вентиляційного струменю і у залежності від того, з’єднуються чи роз’єднуються вентиляційні струмені, у гірничих виробках формуються різні аеродинамічні структури. Найбільш непередбаченим є розподіл депресії по довжині виробки у залежності від її перерізу, швидкості вентиляційного струменю і місця у сполуці
На початковій ділянці виробки (на протязі 10-12b від центру сполуки) поле швидкостей вентиляційного струменю деформоване і не відповідає умовам за яких можливе використання рівняння Бернуллі [Л. Прандтль]. Тим більше, що у центрі сполуки взагалі не існує «перерізу», а відповідно і середньої швидкості повітря у перерізі. Теж саме можна казати і про кінцеву ділянку виробки (4-5b). Крім того, статична депресія початкової чи кінцевої ділянки виробки може бути від’ємною, а статична депресія між центрами сполук меншою, ніж депресія «робочої» частини виробки. Іншими словами, повне рівняння Бернуллі справедливе тільки для частини виробки де виконуються вимоги сталої течії і нерозривності вентиляційного струменю.
З цього можна зробити висновок, що у виробках довжиною менше ніж 17b виміри швидкості повітря будуть давати більшу помилку ніж у більш довгих виробках (за рівністю усіх інших умов). Окрім, того депресію виробок слід визначати не за допомогою рівняння Бернуллі [Рукод по ДепрСїемПідручникСправочник Абрамова], а просто як різницю статичного тиску (статичну депресію) між центрами сусідніх сполук (у похилих виробках слід враховувати дію природної тяги).
Врахування вищенаведеного, у практиці вимірів депресії і витоків повітря, дасть змогу підвищити точність визначення аеродинамічних характеристик гірничих виробок і моделювання вентиляційних мереж за допомогою ПЕОМ