Комп’ютерне моделювання елементів вентиляційної мережі

У статті розглянута методика моделювання деяких елементів шахтної вентиляційної мережі. Ця методика дозволяє за допомогою комп’ютера вирішувати деякі завдання вентиляції.

Ключові слова: вентиляційні мережі, гілки, вузли, витоки повітря, моделювання.

В статье рассмотрена методика моделирования некоторых элементов шахтной вентиляционной сети. Эта методика позволяет с помощью компьютера решать некоторые задачи ветнтиляции.

Ключеные слова: вентиляционныек сети, ветви, узлы, утечки воздуха, моделирование.

Досвід моделювання вентиляційних мереж підземних споруд дозволяє стверджувати, що на цей час вже склалися методичні основи моделювання вентиляційної мережі вугільної шахти. В статті наведено засади моделювання основних елементів вентиляційної мережі вугільної шахти [1, 2].

Сукупність гірничих виробок, їх сполук та шляхів витоків повітря, складають основу шахтної вентиляційної мережі (ШВМ). Схема ШВМ на екрані виглядає як поєднання гілок і вузлів. Однак, для того, щоб розрізняти зображення шахтної вентиляційної мережі на схемі вентиляції, схемі вентиляційних з’єднань і на екрані монітора використовуємо поняття гілка-виробка і вузол-сполука. Воно означає символічне зображення гірничої виробки у вигляді гілки на екрані монітора, та сполуки виробок у вигляді вузла.

Зображення вузла на схемі вентиляційної мережі має вигляд невеличкого кола, а зображення гілки на екрані монітора має вигляд лінії між двома вузлами-сполуками (рис. 1).

Необхідно, щоб під час малювання виробки на екрані монітора кожна виробка чи вузол отримували ті ж номери, що і на папері.

Після введення схеми вентиляції в комп’ютер необхідно ввести інформацію про аеродинамічний опір кожної виробки. Ця інформація береться з матеріалів депресійної зйомки чи розраховується в програмі.

Наявність (або поява) вентиляційної споруди (двері, шлюз, перемичка) в гірничій виробці, моделюється за допомогою збільшення аеродинамічного опору гілки-виробки. Окрім цього, у програмі необхідно вказати до якого типу належить відповідна гілка-виробка і встановити спеціальний символ на зображенні гілки-виробки. Величина опору гілки-виробки з вентиляційною спорудою, приймається по даних депресійної зйомки або по даних вимірів фахівців шахти.

На рис. 2 показана схема моделювання кросингу. Гілки-виробки 2–3 та 3–4 моделюють гірничі виробки обладнані шлюзами, а 2–4, відповідно, канал кросингу. Зовні, так виглядає і схема вентиляційних з’єднань з обхідною виробкою.

Шляхи руху зовнішніх і внутрішніх витоків-підсмоктувань повітря моделюють за допомогою гілок, але їх зображення та інформаційне забезпечення відрізняється від гілок-виробок. Так, якщо зображення гілки-виробки не екрані можна показати у вигляді подвійної лінії (як на схемі вентиляції) чи однією суцільною лінією (як на схемі вентиляційних з’єднань), то гілки-витоки зображають тільки у вигляді штрихової лінії (рис. 3).

Гілки-витоки не містять інформацію про довжину, площу перерізу, швидкість повітря і інші атрибути гілки-виробки.

Виток повітря через вентиляційну споруду має відповідну назву-ідентифікатор: внутрішній виток (двері), зовнішній виток (двері). В цьому випадку до символу гілки (рис. 4) додається символ вентиляційної споруди.

Рух повітря з поверхні землі до каналу вентилятора через різні нещільності та устя ствола має назву підсмоктування, якщо вентилятор головного провітрювання працює у режимі всмоктування повітря. При роботі вентилятора на нагнітання, рух повітря із каналу вентилятора на поверхню землі через різні нещільності має назву витоки повітря.

Гілка, що моделює зовнішній виток-підсмоктування повсякчас має один вузол, який моделює поверхню землі (рис. 5, вузол 1). Усі шляхи руху зовнішніх витоків-підсмоктувань повітря, пов’язані з однією вентиляторною установкою (3–4), спрощено можна уявити у вигляді однієї гілки 1–2. Ця гілка являє собою всі зовнішні витоки-підсмоктування. Вона зв’язує поверхню землі і початковий вузол гілки, котра моделює канал вентилятора (2–3).

Гілка 3–4 (рис. 5) моделює вентилятор головного провітрювання, а вузол 4 – поверхню землі ( повітря з вентилятора виходить на поверхню землі).

На екрані монітору схему мережі можна представити у вигляді схеми вентиляції (рис. 6). На такій схемі гілки зображені подвійними лініями (нормативне зображення виробок на схемах вентиляції підземних споруд).

Внутрішні витоки-підсмоктування повітря можна поділити на дві групи: витоки через вентиляційні споруди в гірничих виробках (див. вище) і витоки через вироблений простір. Витоки через вироблений простір також поділяються на дві групи: місцеві і розосереджені. Місцеві пов’язані з якимось конкретним місцем, наприклад, місцем сполуки діючої виробки з виробкою, яка погашена (відокремлена від вентиляційної системи), тобто непотрібна.

Розосереджені витоки повітря – це витоки по довжині виробки, наприклад, вздовж виробки яка примикає до виробленого простору виїмкової дільниці. В обох випадках виток моделюється однією гілкою, але, опір шляху руху витоку, у другому випадку, визначається як фіктивний. Він характеризує підсумкові витоки-підсмоктування повітря уздовж якої-небудь ділянки виробки. Наприклад, фіктивний опір гілки яка моделює витоки повітря через вироблений простір за лавою (рис. 7) можна порахувати за допомогою формули:

де h_л – депресія лави;

Q_у – витрат повітря із транспортного штреку на вентиляційний.

Моделювання виробленого простору, само по собі, є окремою науковою задачею. На цей час відсутня офіційно діюча методика моделювання виробленого простору.

Вентилятор головного провітрювання (або ВМП) моделюється окремою гілкою. Характеристику вентилятора в більшості випадків описує формула:

де h, Q – депресія і подача вентилятора, відповідно;

A_в, b_в – коефіцієнти характеристики вентилятора (розраховуються по графіку характеристики).

В програмі IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА використовується редактор вентиляторів, якій містить моделі більшості вентиляторів шахт України (рис. 8).

У вікні вентилятора можна вибрати відповідну робочу характеристику і, при наявності вентиляційної мережі, виконати розрахунок режиму роботи вентилятора (рис. 9).

Для моделювання розподілу повітря в шахті достатньо створити зображення схеми вентиляційної мережі, ввести у базу даних комп’ютерної моделі аеродинамічні опори усіх гілок і вибрати характеристики відповідних вентиляторів. На формування спрощеної комп’ютерної моделі вентиляційної мережі визначається (у залежності від складності мережі і рівня фахівців) від чотирьох до десяти діб.

Висновки

1. Досвід моделювання вентиляційних мереж вугільних шахт дозволяє стверджувати, що на цей час розроблено и впроваджено методичні засади комп’ютерного моделювання вентиляційних мереж.

2. Створено комп’ютерну базу даних зображень і класифікацію типів вузлів і гілок вентиляції мережі вугільних шахти.

3. Розроблено і впроваджено просту комп’ютерну модель вентилятора головного провітрювання разом з редактором робочих характеристик вентиляторів.

4. Використання сучасної комп’ютерної моделі і методик моделювання дозволяє оперативно вирішувати питання забезпечення шахти повітрям в нормальних та аварійних умовах.

Бібліографічний список

1. Жуков В. Д., Галайко К. А., Трофимов В. А., Фищук А. В. Использование электронного плана ликвидации аварии на шахте Щегловская-Глубокая ОАО Шахтоуправление Донбасс // Центральное Бюро Научно-технической информации, Экспресс-информация, Донецк, 2008. – 7 с.
2. В. О. Трофимов, Ю. Ф. Булгаков, О. Л. Кавєра, М. В. Харьковий Аерологія шахтних вентиляційних мереж. – Донецьк, 2009. – 87 с.