Формування окремих елементів вентиляційної мережі шахти

В статті розглядаються теоретичні основи аналізу та формування структури елементів шахтних вентиляційних мереж. Визначається правила за якими у вентиляційній мережі шахти формується вигляд та опір шляхів зовнішніх підсмоктувань і каналів вентиляторів головного провітрювання.

Ключові слова: вентиляторна установка, підсмоктування повітря, моделювання, вентиляційна мережа, канал вентилятора.

В статье рассматриваются теоретические основы анализа и формирования структуры элементов шахтных вентиляционных сетей. Определяются определенные правила по которым в вентиляционной сети шахты формируется вид и сопротивление путей внешних подсосов и каналов вентиляторов главного проветривания.

Ключеные слова: вентиляторная установка, подсосы воздуха, моделирование, вентиляционная сеть, канал вентилятора.

The paper examines the theoretical framework for the analysis and the formation of structure elements of mine ventilation networks. Determined by some rules by which a mine ventilation network formed appearance and resistance ways of external suction and channels of main fans.

Keywords: fan installation, air leaks, modeling, air network, the channel fan.

Виміри і розрахунки, які повʼязані з визначенням параметрів вентилятора і шахтної вентиляційної мережі відбуваються у відповідності до схеми вентиляційної мережі кожної окремої шахти. В той же час існують певні правила визначення, формування і моделювання елементів шахтної вентиляційної мережі.

У загальному випадку, схему вентиляції шахти з одним вентилятором можна показати у спрощеному вигляді (рис. 1).

Спрощена схема вентиляції трансформується у схему шахтної вентиляційної мережі (рис. 2) чи, інакше кажучі, схему вентиляційних зʼєднань.

Використання схем (рис. 1, 2) спрощує реальній стан речей, але дає змогу структурувати окремі елементи вентиляційної мережі і ідентифікувати їх як гілки та вузли. Наприклад, вузли 1, 6, 7 визначають місця поєднання вентиляційної мережі з поверхнею землі. Між вузлами 1 та 2 розташований ствол по якому повітря подається у шахту. Гілка 3–4 визначає частину ствола по якому повітря виходить із шахти.

Між вузлами 4 та 5 розташований канал вентилятора, а гілка 5–7 – вентилятор головного провітрювання. Гілка 6–5 показує шлях повітря з поверхні землі до початку каналу вентилятора через устя ствола.

В умовах реальної шахти може існувати багато шляхів, по яких повітря потрапляє в канала вентилятора, оминаючи шахтну вентиляційну мережу (рис. 3).

Відповідно до цієї схеми підсмоктування повітря з поверхі земні відбувається через устя ствола (1), обвідний канал (3), щілини атмосферної ляди (10) і ляди обвідного каналу (9).

Наступна схема вентиляції показує особливості зʼєднання каналів цієї вентиляторної установки (рис. 4).

На підставі цих двох схем (рис. 3, 4) можна побудувати більш детальну схему вентиляторних зʼєднань (схему мережі) цієї частини шахти (рис. 5).

У більшості випадків моделювати особливості розподілу депресії чи окремі шляхи руху повітря, що потрапляє с поверхні землі у канали вентиляторної установки, не має сенсу. Це необхідно робити тільки у випадку коли розробляються дії по зменшенню зовнішніх підсмоктувань повітря. Крім того, у більшості випадків виміри витрат повітря у каналах можуть давати велику похибку (до 50%). Адже основний канал вентилятора має декілька сполук (з обвідними каналами, ходком у канал і резервним вентилятором) і невелику довжину між місцями, де повітря (витоки) потрапляє в канал. Інакше кажучи, більшість каналів вентиляторної установки не відповідають вимогам щодо облаштування місць вимірювання швидкості повітря.

У цей час є загальноприйнятим, що усі шляхи руху повітря з поверхні землі до каналу вентилятора моделюють однією гілкою (рідко двома), з витратою повітря, що дорівнює сумі усіх зовнішніх підсмоктувань, а депресію цієї гілки вимірюють через устя ствола, де встановлено вентилятор (депресія шляху зовнішніх підсмоктувань через устя ствола дорівнює депресії шахти). Інакше кажучи, всі зовнішні підсмоктування штучно відносять до устя ствола. Тобто, пʼять гілок (рис. 5, гілки 1–2, 6–4, 8–11, 10–11, 11–3) замінюють однією гілкою 1–2. У цьому випадку опір шляху зовнішніх підсмоктувань стає фіктивним чи умовним, але це не порушує закономірності розподілу депресії і витрат повітря в мережі [1].

Опір каналу вентилятора у більшості випадків теж визначається як фіктивний (умовний). У відповідності зі схемою (рис. 5), чотири ділянки каналу вентиляторної установки (2–3–4–5–7) показують як одну гілку вентиляційної мережі (рис. 1.2, ділянка 4–5).

Таким чином, фактичний розподіл статичної депресії і витрат повітря по окремих ділянках каналу штучно замінюється на фіктивний (умовний). У цьому випадку, з одного боку, враховуються загальні параметри каналу вентилятора без зайвої деталізації, а з іншого – звʼязуються абстрактні поняття аеродинамічних параметрів з візуальними образами відповідних шляхів руху повітря – гілками. Така методика формування вентиляційної мережі спрощує розрахунки відповідних аеродинамічних параметрів і їх використання під час вентиляційної мережі вентилятора.

Вищенаведений підхід є загальноприйнятим, але слід памʼятати, що при усіх значних (на 10%) змінах подачі вентилятора (внаслідок зміни аеродинамічного опору шахтної мережі, регулювання режиму роботи вентилятора чи сезонної зміни величини депресії природної тяги у шахтних стволах) слід перераховувати усі фіктивні параметри. В протилежному випадку похибка визначення режиму роботи вентилятора і режиму провітрювання шахти за допомогою моделі може перевищити 15%. Особливу увагу питанням визначення опорів елементів вентиляційної мережі слід приділяти на шахтах з декількома вентиляторами головного провітрювання.

Усе вищезазначене стосується, в загальному випадку, шахт з вентиляторними установками, де реверсування вентиляційного струменю (зміна напрямку руху повітря в усій вентиляційній мережі) відбувається за допомогою спеціальних ляд і обвідних каналів.

Висновки. У статті розглянуто методичні засади формування важливих елементів вентиляційної мережі – шляхів зовнішніх підсмоктувань повітря і каналів вентиляторів головного провітрювання. Визначенні особливості розрахунку аеродинамічного опору шляхів зовнішніх підсмоктувань і каналів вентиляторів. Викладена (у загальному вигляді) методика спрощує структури мережі використанням фіктивних опорів.

Список літератури

1. Пигида Г. Л. Анализ современной работы шахтных вентиляторов. – М.: Недра, 1976. – 205 с.
2. В. О. Трофимов, Ю. Ф. Булгаков, О. Л. Кавєра, М. В. Харьковий Аерологія шахтних вентиляційних мереж. – Донецьк, 2009. – 87 с.