Трофимов В.А., Кавера А.Л., Каплун А.Ю., Принцева О.А. – Исследование взаимовлияния вентиляторов и аэродинамических параметров вентиляционных сетей на шахтах с несколькими вентиляторами главного проветривания

Рассматриваются особенности взаимовлияния вентиляторов на примере двух шахт.

Вопросы взаимовлияния вентиляторов главного проветривания (ВГП) не рассматриваются в учебниках по аэрологии [1, 2] и не учитываются в нормативных документах, действующих в угольной отрасли [3]. Это приводит к формированию ложного представления о действии законов вентиляционной сети и погрешностей в расчетах. О наличии взаимовлияния вентиляторов свидетельствует уменьшение депрессии работающих (после остановки одного из них) вентиляторов и, в некоторых случаях, опрокидывания потока воздуха в сети остановленного вентилятора.

Рассмотрим особенности взаимовлияния вентиляторов на примере двух шахт – ОП им. А.А. Скочинского, ГП ДУЭК и Добропольская, ДТЭК.

Взаимовлияние вентиляторов главного проветривания на их аеродинамические параметры проводилось в лабораторных условиях с помощью компьютерных моделей шахтных вентиляционных сетей. Моделирование происходило с помощью программного комплекса «IRS Вентиляция–ПЛА». При этом использовалась базы данных об аэродинамических параметраметрах горных выработок, разработанные соответствующими службами ГВГСС.

В основу методики оценки взаимовлияния ВГП на аэродинамические характеристики вентиляторов и шахт было положено существующие представления об особенностях формирования напорных характеристик горных выработок и методика определения критической депрессии горных выработок [4–6]. Общие положения методики моделирования составляют следующие положения:

взаимовлияние вентиляторов проявляется в смещении характеристик вентиляционной сети, описывающих связь между депрессией и расходом воздуха для отдельных вентиляторов и частей шахты, примыкающих к ним;
при параллельной работе вентиляторов, характеристика сети каждого из них рассматривается как активизированная и смещается вверх относительно оси абсцисс (параллельная работа одного вентилятора увеличивает сопротивление сети другого), а при последовательной – вниз;
показателем влияния одного вентилятора на другой является величина максимальной депрессии, которую затрачивает работающий вентилятор (источники тяги) в ветви моделирующей остановленный вентилятор;
величина влияния одного или нескольких источников тяги на характеристику сети отдельного вентилятора или части шахты, примыкающей к нему, определяется координатой точки пересечения активизированной характеристики сети с осью ординат;
оценить влияние одного вентилятора на режим работы другого можно после остановки или изменения режима работы одного из них.

Рабочая методики оценки величины влияния одного или нескольких источников тяги на характеристику сети отдельного вентилятора или шахты, связанной с этим вентилятором, включает в себя следующую последовательность действий:

остановить исследуемый вентилятор (моделирование остановки вентилятора на компьютерной модели осуществляется присвоением коэффициенту А рабочей характеристики вентилятора значения нуль);
увеличить аэродинамическое сопротивление канала остановленного вентилятора до максимально возможной величины с помощью шибера или временной перемычки (при моделировании – увеличить сопротивление ветви моделирующей вентилятор до величины 999 Па·с²/м⁶;);
измерить депрессию регулятора (шибер, перемычка) в канале вентилятора (при моделировании – произвести расчет воздухораспределения в сети и определить депрессию ветви, моделирующей остановленный вентилятор с сопротивлением 999 Па·с²/м⁶;);
восстановить нормальное сопротивление канала остановленного вентилятора (восстановить коэффициент b в модели вентилятора);
увеличить аэродинамическое сопротивление части воздуховыдающего ствола примыкающего к остановленному вентилятору до максимально возможной величины (при моделировании – увеличить сопротивление ветви, моделирующей воздуховыдающий ствол или часть ствола примыкающую к каналу остановленного вентилятора, до величины 999 Па·с²/м⁶;);
измерить депрессию регулятора (при моделировании – произвести расчет воздухораспределения в сети и определить депрессию ветви, моделирующей перекрытый воздуховыдающий ствол);
восстановить нормальное сопротивление воздуховыдающего ствола (восстановить аэродинамическое сопротивление ствола в модели).

Моделирование остановки вентиляторов осуществлялось в окне ветви. При этом величина дополнительной депрессии принималась равной нулю. Результаты моделирования остановки вентиляторов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Рабочие параметры вентиляторов и шахт до и после остановки вентиляторов.

Результаты исследования показали, что остановка одного вентилятора привела к уменьшению депрессии и увеличению расхода воздуха на других вентиляторах.

Рассмотрим влияние на шахте им. Скочинского:

– после остановки ВЦД–3,3 депрессия на вентиляторе ВЦД–31,5 уменьшилась на 10,13 Па, а на вентиляторе ВЦД–47У – на 0,93 Па. Расход воздуха на ВЦД–31,5 увеличился на 3,4 м³/с, а на ВЦД–47У – на 1,59 м³/с;

– после остановки ВЦД–31,5 депрессия на вентиляторе ВЦД–3,3 уменьшилась на 5,75 Па, а на вентиляторе ВЦД–47У – на 2,66 Па. Расход воздуха на ВЦД–3,3 увеличился на 3,72 м³/с, а на ВЦД–47У – на 4,33 м³/с;

– после остановки ВЦД–47У депрессия на вентиляторе ВЦД–3,3 уменьшилась 1,75 Па, а на вентиляторе ВЦД–31,5 – на 10, 21 Па. Расход воздуха на ВЦД–3,3 увеличился на 1,13 м³/с, а на ВЦД–31,5 – на 3,43 м³/с.

Влияние вентиляторов на шахте Добропольская:

– после остановки вентилятора ВЦД–31,5 депрессия на вентиляторе ВОКД–2,4 уменьшилась на 0,01 Па. Расход воздуха увеличился 3, 96 м³/с;

– после остановки вентилятора ВОКД–2,4 депрессия на ВЦД–31,5 уменьшилась на 4,26 Па. Расход воздуха на вентиляторе увеличился на 5,02 м³/с.

В данной работе, метод компьютерного моделирования шахтных вентиляционных сетей, был принят как менее трудоемкий и реально осуществимый. В условиях действующей шахты увеличение сопротивления каналов вентиляторов и стволов, связано с большими организационно–техническими трудностями, а в большинстве случаев и физически неосуществимо (например, в вертикальных стволах).

Величина максимальной депрессии, характеризующей взаимовлияние вентиляторов определялась только для теплого времени года (hе = 0).

Изучение результатов моделирования остановки отдельных вентиляторов показало, что о влиянии одного вентилятора на режим работы другого, можно судить и по изменению сопротивления сети работающего вентилятора (Rв) или сопротивлению сети шахты (Rш), после остановки одного из них (депрессия шахты измеряется как разность давлений через устье воздуховыдающего ствола). Большее влияние на сопротивление сети других вентиляторов оказывает тот вентилятор, после остановки которого больше изменяется (уменьшается) сопротивление сети другого (других) вентилятора (или сопротивление шахты).

Величины максимальной депрессии остановленного вентилятора (Нов) и депрессии шахты (Нош ) приведены в таблице 2.

Таблица 2. Величины максимальной депрессии вентиляторов и шахт

Одной из особенностей шахт с несколькими вентиляторами, является то, что если существует взаимовлияние ВГП, то графические характеристики сети этих вентиляторов и шахты должны изображаться как активизированные, т.е. сдвинутые вверх по оси ординат на величину максимальной депрессии (рис.1).

Характеристика сети вентилятора ВЦД–31,5 шахты <q>им. Скочинского</q>

Рис.1 – Характеристика сети вентилятора ВЦД–31,5 шахты им. Скочинского

Вышеприведенное означает, что во всех случаях, когда изменение сопротивления сети, при регулировании режима работы одного или нескольких вентиляторов (если количество вентиляторов на шахте больше одного), превышает 10% (погрешность измерения расхода воздуха), это изменение необходимо учитывать при определении аэродинамических параметров шахты и оценки эффективности регулирования режима работы вентиляторов. Так как в большинстве случаев погрешность меньше 10 %, то можно сделать вывод, что нет необходимости в дополнительных мероприятиях по уменьшению взаимовлияния вентиляторов главного проветривания друг на друга.

Литература

1. Ушаков К.З. и др. Аэрология горных предприятий . – М.: Недра. – 1987. – 421 С.
2. Медведев Б.И. и др. Аэрология горных предприятий. Сборник задач. – Киев: Лыбедь. – 1992. – 262 С.
3. Руководство по проектирования вентиляции угольных шахт. – Киев: Основа. – 1994. – 311 С.
4. Болбат И.Е, Лебедев В.И., Трофимов Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. М., Недра, 1992.–206 С.
5. Трофимов В.А., Смирнов О.В. Оценка эффективности работы вентиляторных установок на общую вентиляционную сеть. Сборник трудов, ВНИМИ, С.Петербург, 1996.
6. Трофимов В.О., Булгаков Ю.Ф., Кавера О.Л., Харьковой М.В. Взаємовплив вентиляторів головного провітрювання// УгольУкраины, № 4, 2010 – С. 33–35.