Способ регулирования расхода воздуха в горных выработках

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, основанный на определении количества. последовательно установленных вспо- . могательных вентиляторов, размещении их в выработке и подборе соотношений сечений выходных отверстий вентиляторов и горной выработки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности проветривания выемочных участков за счет уменьшения потерь энергии воздушной струи, вентиляторы устанавливают на расстоянии друг от друга не меньшем, чем три гидравлических диаметра горной выработки, а соотношение сечений выходного отверстия вентилятора и выработки определяют из условие: i -;- i 7, где D - гидравлический а (Л диаметр выработки, м; d - диаметр выходного отверстия вентилятора, м.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!3) 4(51) Е 21 F 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3500237/22-03 (22) 14.10.82 (46) 15.01.85. Бюл. Р 2 (72) И.В.Недашконский (71) Государственный Макеевский ордена. Октябрьской Революции научноисследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (53) 622.453(088.8) (56) 1.Бурчаков А.C. идр. рудничная аэрология. М ., Недра, 1971, с.197.

2.Скочинский А.А. и Комаров В.Б.

Рудничная вентиляция. N., Углетехиздат, 1959, с.396-398. (54)(57) CIIOCAB PEF )1HPOI3 HH)I РАСХОДА ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, основанный на определении количества, последовательно установленных вспо- . могательных вентиляторов, размещении их в выработке и подборе соотношений сечений выходных отверстий вентиляторов и горной выработки, отличающий с я тем, что, с целью повышения эффективности проветривания выемочных участков за счет уменьшения потерь энергии воздушной струи, вентиляторы устанавливают на расстоянии друг от друга не меньшем, чем три гидравлических диаметра горной выработки, а соотношение сечений выходного отверстия вентилятора и выработки определяют иэ условия:

D — 7, где Ы вЂ” гидравлический диаметр выработки, м) с) — диаметр выходного отверстия вентилятора, м.

1134732

Изобретение относится к горной промышленности, а именно способам регулирования расхода воздуха в проветриваемых за счет общешахтной депрессии выработках угольных шахт, 5

Известен способ регулирования расхода воздуха в выработках с помощью подземных вспомогательных вентиляторов, работающих через перемычки. Вспомогательные венти- 10 ляторы устанавливают в ветвях, в которых необходимо увеличить расход воздуха и повысить депрессию.

При этом выработку перекрывают перемычкой, через которую проходит . диффузор вентилятора. Транспорт направляют по обходной выработке, в которой сооружают шлюз из двух вентиляционных дверей (1) .

Однако появление дополнительного источника тяги в ветви с вспомога ельным вентилятором приводит к увеличению депрессии ветви, а слецовательно, и расхода воздуха в ней. Применение подземных вспомогательных вентиляторов является эффективным и экономичным способом регулирования расхода воздуха, Однако при их использовании свежий воздух может эагрязняться утечками с исходящих струй. Остановка подземного вентилятора вызывает резкое ухудшение проветривания забоев„ реверсирование вентиляционных струй на выемочных участках при авариях затруднено. Из-за этого установка 35 подземных вспомогательных вентиляторов допускается только в отдельных случаях. Вследствие ограннчений подземные вспомогательные вентиляторы для регулирования воздушных 40 струй на шахтах применяются редко.

Известен также способ регулирования расхода воздуха в горных выработках, основанный на определении количества последовательно установленных вспомогательных вентиляторов,„ размещении их в выработке и подборе соотношений сечений выходных отверстий вентиляторов и горной выработки (2).

Преимуществом регулирования расхода воздуха с помощью подземного вспомогательного вентилятора без перемычки является то, что не требуется возведение в выработке перемычки и шлюза в обходной выработке ,для пропуска транспорта. Однако эти вентиляторы могут работать на сеть с небольшим аэродинамическим сопротивлением (примерно до 30-40 мюрг), поэтому в реальных условиях 60 угольных шахт эффективность их работы невелика, расход воздуха в выработке увеличивается менее чем на 103. Кроме того, подземные вспомогательные вентиляторы без перемыч; 65 ки работают неэкономично, с низким

КПД (0,1-0,2) . В угольных шахтах они применения «е нашли, а применяются в ocFloBHoM B H H pvU никах.

Цель изобретения — повышение выемочных участков за счет уменьшения потерь энергии воздушной струи.

Цель достигается тем, что согласно способу регулирования расхода воздуха в горных выработках, основанному на определение количества последовательно установленных вспомогательных вентиляторов, размещении их в выработке и подборе соотношений сечений выходных отверстий вентиляторов и горной выработки, вентиляторы устанавливают на расстоянии,цруг от друга не меньшем,чем три гидравлических диаметра горной выработки, а соотношение сечений выходного отверстия вентилятора и выработки определяют из условия

f

«6 7 где D гидравлический ди аметр выработки, м; с — диаметр выходного отверстия вентилятора, м.

На фиг. 1 приведена упрощенная схема проветривания шахть:; на фиг.2 выработка с установленными в ней подземными вспомогательньпчи вентиляторами без перемычки; на фиг.3 — зависимость статического давления, создаваемого вентилятором от расстояния от выходного отверстия вентилятора.

Проветривания шахты осуществляется главной вентиляторной установкой

1. В выработках 2, в которых требует. ся увеличение расхода воздуха, например в откаточных штреках выемочных участков, устанавливают подземные вспомогательные вентиляторы 3 без перемычки, в качестве которых используют вентиляторы местного проветривания (например BN-б,ВМ-8 и др.) с коротким (?-8 диаметра выходного отверстия вентилятора) трубопроводом для выравнивания потока и создания необходимого размера выходного отверстия вентилятора.

Пример 1. Исходные данные, используемые в примере.

На выемочный участок необходимо подавать 15 м /с свежего воздуха.

Аэродинамическое сопротивление участка R=0,05 км. Сечение выработки

12,5 М, гидравлический диаметр

D= 3,7 м.

Фактически на участок (за счет работы вентилятора главного проветривания) подается 10 м /c воздуха.В связи с тем, что фактический расход воздуха меньше необходимого, требуется применять, регулирование.

Для регулирования расхода воздуха используют вентиляторы BM-8 с

1134732

2.Определение повышения эффективности проветривания выемочного участка за счет уменьшения потерь энергии струи при установке вентиляторов на расстоянии один ст другого меньшем чем 333 например. на расстоянии 0 один от другого и на расстоянии 3 317.

2.1.Повышение эффективности проветривания выемочного участка при установке вентиляторов на расстоянии один от другого Ю = 3,7 м. основному потоку воздуха в выра ботке, создаваемому вентилятором главного проветривания, дополнительная зчергия струи вспомогательного вентилятора передается при смещении поток ов, Дополнительная энергия, переданная оснсвнсму потоку, определяется по увеличению статического давления в выработке (статическое давление представляет собой удельную энергию струи) .

В опытном штреке проведены исследования по определению эпюры статического давления, создаваемого вспомогательным BåêòèëÿTopîì (фиг.3) . Из графика видно,что статическое давление в выработке достигает максимума и стабилизируется на расстоянии 32 ст выходного отверстия вентилятора.

На расстоянии 3 от выходного отвер. стия вентилятора статическое давление в выработке равно нулю, т.е. энергия вспомогательного вентилятора основному потоку не передается.

Таким образом, при последовательной установке в выработке трех вентиляторов на расстоянии 3=3,7 м один от другого два первых вентилятора не передадут энергию струи основному потоку. Энергию основному потоку передаст только третий (последний) вентилятор.

2.1.1.Определение увеличения расхода воздуха (эффективности проветривания) в выработке при работе трех вспомогательных вентиляторов, установленных на расстоянии 3,7 м один от другого.

Находят мощность струи воздуха в выработке от вентилятора главного проветривания.

RQф

N (2)

102

15

Скорость истечения

Потери энергии стРуи Ъ 30

52 (О, 52)

60(0, 6)

68(0,68)

75 (О, 75) 15

Как видно из приведенных данных, 40

t при увеличении скорости истечения струи резко увеличиваются потери ее энергии на смешение потоков и рециркуляцию.

Причем оптимальным значением ско- 45 рости истечения струи 15 м/с, При меньшем значении скорости скоростной напор, создаваемый вентилятором, уменьшается до величины.б даПа и в выработке потребляется.большое количество вентиляторов.

При принятой (15 M/c) скорости ,:.истечения струи из выходного отверстия вентилятора скоростной напор

:h 14 даПа, потери энергии стури

0,6.

Используя принятые исходные данные, по формуле (1) определяют

0 5!15 -10 )

60 номинальной .производительностью () „=10 м8/-M.

1. 1. Количество вентиляторов, которое необходимо установить в выработке, апределяют по формуле

R(Qp - 4 р)

) (1) сц 8н где 3 — аэродинамическое сопротивление участка,км;

Q — требуемый расход воздуха

P на участке, м-/с;

Q — фактический расход воздуха на участке, м8/с; скоростной напор, создаваемый вентилятором, „цаПа; производительность вентилятора, м /с у пстерн энергии струи вентилятора.

Потери энергии струи вентилятора зависят ст скорости истечения струи из выходного отверстия вентилятора.

Для исследования этой зависимости выполнены эксперименты в опытном штреке, результаты которых приведены ниже.

Таким образом, для регулирования расхода воздуха в выработке нужно установить последовательно 3 вентилятора. 65 где (), — расход воздуха на участке за счет работы вентилятора главного проветривания.

Использовав величины, принятые в исходных данных, получим

0«ОО 10 О 49 «9«

102

Мощность, передаваемая основной струе вспомогательными вентиляторами, 11З47З2

h Qp,, (1-n)

N бс (з) Пспользонан величины, принятые в ксходкых данных, получают 5

14 10(1-О6)

8Ñ

О 55 кВт.

f о 102

1 асход воздуха и выработке при работе вспомогательных вектиляторон определяют по формуле ес

102(N<++ И„!

Подставив з«ачекие входящих в !5 формулу величин, получают

0,55) . 3 — — -12,8 и /с

3. 14. 10 (1-0,6)

102 = 1,65 кВт.

Расход воздуха н ныработке определяется по формуле (4) 45

65)

=-16, 3 м /с

Следовательно, при работе трех вспомогательных вентиляторов, установленных на расстоянии ) ЗВ один от другого, расход воздуха н выработке увеличится на 6,3 M)/с и ныемочный участок будет обеспечен необходимым расходом воздуха (15 м /c) . Такое увели чение расхода воздуха достигнуто за счет того, что при установке трех вспомогательных вентиляторов на расстоянии > зп один от другого бО по сравнению с установкой вентиляторов на меньшем расстоянии мощность струй, передаваемая основному потоку, 1 65 увеличилась в 3 раза (— — = 3) за

0,55 б5

0 05

Таким образом, при установке трех вспо.-1огателькых вектиляторон ка рассто !«»« 3,7 м один от другого (меньше ем ЗВ), расход воздуха н выработке у.зеличится «а 2,8 м, т.е. расход 5 воздуха будет меньше необходимого (меньше 15 м /с). Следовательно, пронетр«ванне «е стаковится эффективнее.

2.2.Повышение эффективности пронетр:,на«ия выемочного участка при ЗО установке нектиляторон ка расстоянии один от другого ЗВ, . т.е. 1,1 м и боль.:.е.

Как видно из графика (фиг.3), основному потоку воздуха в выработке будет передана энергия струй каждого из трех вспомогателькых нентиляторон.

Иощкость, передаваемая струями вспомогательных вентиляторов основ— ному потоку, по формуле (3) составит счет соответствующего уменьшения по1 терь. энергии струй.

З.Определение повышения эффективности проветривания выемочного участка за счет уменьшения потерь энергии струи при отношениях гидравлического диаметра выработки D к диаметру выходного отверстия нентилятора меньшим 7, равным 7 и большим 7.

3.1.диаметр выходного отверстия нспомогательных вентиляторов принимают равным 0,92 м, отношение

D — — 4 (меньше 7) .

cl

Потери энергии струи вспомогательного вентилятора зависят от

D отношения вЂ, В опытном штреке выд полнекы эксперименты, результаты которых приведены ниже (скорость истечения струи 15 м/c).,1

Отношение — Потери энергии струи„ д

59(0,59)

60 (0,6)

63 (0,63)

70 (0,7)

77 (0,77)

82(0,82) 10

D

При отношении — =4 потери энергии д струи = О, 59, Мощность, передаваемая основной струе при работе вспомогательных вентиляторов, определяется по формуле (3) !

3.14.10(1-0 59) — кВт.

Расход воздуха в выработке по формуле (4) составит

16,4 м /с.

Увеличение расхода воздуха при работе вспомогательных вентиляторов составит 6,4 м )/c. Выемочный участок будет обеспечен необходимым расходом воздуха.

3.2.Диаметр выходного отверстия вспомогательных вентиляторов принимаем равным 0,53 м, отношение

D — — 7,(= 0,63.

По формуле (3) мощность, передаваемая основной струе при работе вспомогательных вентиляторов, 1134732

3.14.10(1-0 63)

se 102

25

Рог.2

Расход воздуха в выработке

102 (Од49 + 1(521 16 3, 5

D

Таким образом при отношении — =7

I с3 увеличение расхода воздуха в выработке составит 6 м /с. Выемочный участок)p будет обеспечен необходимым расходом воздуха.

З.З.Диаметр выходного отверстия вспомогательных вентиляторов принимаем равным 0,37 м, -отношение †=, 15 т.е, больше 7, при этом отношении — потери энергии струи = 0,77

D с3

По формуле (3) мощность, передаваемая основной струе при работе вспомогательных вентиляторов

3.14.10(1-0 77) — О 95 В

6с 102

Расход воздуха в выработке определяется по формуле (4)

I 183 0 49 + 0 95) — 14,3 /

0,05

Таким образом, при отношении -=10 увеличение расхода воздуха в выработке составит 4,3 м /с, 3

Выемочный участок не будет обеспечен необходимым, расходом воздуха . (14,3 м /с 15 м /с), Таким образом, уменьшение отношеD

1 ния — от 10 (больше допустимого, принимаемого в заявке «< 7) до 4 (меньше допустимого) приводит к увеличению мощности, передаваемой основной струе воздуха в выработке вспомогательными вентиляторами в - — раза за счет со1 69

0 9 ответствующего умййЗшения потерь энергии струи.

Расход воздуха на выемочном участке увеличивается с . 14,3 м /c до

16,4 м /с, выемочный участок будет

3 обеспечен необходимым расходом воздуха.

1134732 ьб о

О) л ф

4 д 2 3 Ф асстояиие am Ьводнаъо оппдерсаия 8ентиаяяора

Фю .,У

Составитель Л.Серова

Редактор М.Недолуженко Техред А. Ач Корректор В.Синицкая.

Заказ 10055/31 Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4