Способ моделирования процессов проветривания горных выработок и устройство для его осуществления

 

1. Способ моделирования процессов проветривания горных выработок, включающий подао в модели горной выработки рабочей среды, имитацию взрыва и определение концентрации вредных газов,, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и обеснечеьшя непрерывности измерення концентрации примесей с одновременным уменьшением влияния возмущений на процесс проветривания за счет использования в качестве рабочей среды воздуха , воздух в модель горной выработки подают с заданной начальной относительной влажностью, а имитацию взрьша осуществляют путем выпуска в модель горной выработки смеси предварительно сжатого воздуха и дозированного количества дистиллированной воды температурой, соответствующей температуре взрывных газов в зоне отброса, при этом измеряют относительную влажность воздуха и определяют концентрацию вредных газов из математического выражения С КАЧ, РГ. где С-с- - концентрация вредных газов,%; К - коэффициент пропорциональности; дЧл-- изменение относительной влажности возд:,ха,%. 2.Устройство для моделирования процессов проветривания горных выработок, включающее модель онистной горной выработки, соединенную при помоиш соединнтельньи трубок (Л с ротометрами и регуляторами расхода, прео )азователи т пературы и средство для имитации взрьгаа, отличающееся тем, что устройство снабжено емкостью с насыщенными растворами солей, установленной перед ротаметрами, термостатом, установленным после ротаметров, и преобразователями lit влажности, установленными внутри модели со горной выработки. 00 СП 3.Устройство по п. 2, отличающее с л тем, что средство для имитации О5 взрыва вьшолнено в виде керамических трубок с помещенными внутри электронагревательными элементами, подключенными к автомату электропитания, и снабжено баллоном для сжатого воздуха, который при помощи соединительной трубки С клапаном подсоединен к керамическим трубкам.

«»SU<»>134

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСЩЬЛИН

4(5!) E 21 F I/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

АО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . и ABTOPCH0IUIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сб@3 1

ЕИТнС.

М -1ЕСУя

ЛИВТ ."А где С-„—

К дав е. (21) 3524712/22-03 (22) 28.06.83 (46) 07;03.85. Бюл. и 9 (72) А. П. Казаков, И. И. Медведев, А. С.Барышев, С. Н. Самуляк и О. Л. Васильев (71) Уральский филиал Всесоюзного научноисследовательского и проектного института галургни (53) 622.457(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .У 637535, кл. Е 21 Г 1/02, 1977.

2. Олишевскнй А. Г. Исследование и совершенствование проветривания очистных забоев после взрывных работ в условиях.

Стебниковского месторождения калийных солей. Авторефднс.на соиск. учен. степени канд. технич. наук, Л., ЛГИ, 1979, с. 7. (54) СНОСОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ.

ПРОВЕТРИВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ моделирования процессов проветривания горных выработок, включающий подачу в модели горной выработки рабочей среды, имитацию взрыва и определение концентрации вредных газов,. î r л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности моделирования и обеспечения непрерывности измерения концентрации примесей с одновременным уменьшением влияния возмущений на процесс проветривания эа счет использования в качестве рабочей среды воз- духа, воздух в модель горной выработки подают с заданной начальной относительной

:влажностью, а имитацию взрыва осуществля, ют путем выпуска в модель горной выработки смеси предварительно сжатого воздуха и дозированного количества дистиллированной воды температурой, соответствующей температуре взрывных газов в зоне отброса, при этом измеряют относительную влажность воздуха и определяют концентрацию вредных газов из матемап ческого выражения

С-„КаЧ, концентрация вредных газов,%; коэффициент пропорциональности; изменение относительной влажности возд„"ха,%.

2. Устройство для моделирования процессов проветривания горньи выработок, включаю. щее модель онистной горной выработки, соединенную при помощи соединительньи трубок с ротометрами и регуляторами расхода, греобразователи те>мпературы и средство для имитации взрыва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжено емкостью с насыщенными растворами солей, установленной перед ротаметрами, термостатом, установленным после ротаметров, и преобразователями влажности, установленными внутри модели горной выработки.

3. Устройство поп.2, о тл и ч ающ е е с я тем, что средство для имитации взрыва выполнено в виде керамических трубок с помещенными внутри электронагревательными элементаьш, подключенными к автомату электрошпания, и снабжено баллоном дл сжатого воздуха, который при помощи соединительной трубки с. клапаном подсоединен к керамическим трубкам.

1143856

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для исследования процессов распространения и выноса вредных газов, образующихся при проведении взрывных работ в горных выработкахх.

Известен способ моделирования проветривания карьеров, заключающийся в создании вертикальной вентиляционной струи, взаимодействующей с рабочей средой модели, в ка- 10 честве которой использована вода, а для создания подобия распределения. плотности в атмосфере используются растворы тяжелых солей с одновременным нагревом верхних слоев рабочей среды и охлаждением нижних.

Устройство для осуществления этого способа состоит из модели карьера и прилегающего воздушного бассейна, нагревателя, холодильника, системы подготовки и подачи воды в насадок для создания вертикальной струи, датчи- э0 ков, для измерения температуры, концентрации солей и скорости движения воды в струе 1 j

Недостатками этого способа и устройства являются невозможность моделирования процессов проветривания подземных. горных выра боток после взрывных работ, невозможность соблюдения" полей скорости движения, температуры и концентрации примеси при ламинарных и переходных режимах движения среды

30 из-за различия физических свойств воздуха и воды.

Наиболее близким техническим решением, к изобретению является способ моделирования процессов проветривания горных выработок, включающий подачу в модель горной вы-З5 работки рабочей среды (воды) подогретой до комнатной температуры, имитацию взрыва путем свободного истечения в призабойное пространство модели подогретой до заданной температуры и покрашенной анилиновым красителем воды и определение концентрации вредных газов. Устройство для моделирования процессов проветривания горных выработок состоит из модели очистной горной выработки, соединенной при помощи соединительных трубок с ротметрами и регуляторами расхода, преобразователей температуры и средства для имитации взрыва $2).

1-1едостатком известного способа и устройства для его осуществления является то, что использование воды в качестве рабочей среды в модели, а раствора анилинового красителя для имитации взрывных газов не позволяет получить подобия полей скорости движения, температуры и концентрации примеси иэ-за несоблюдения основных критериев подобия Прандтля, Шмидта и Льюиса. Для измерения концентрации примесей необходимо брать пробы раствора, что приводит к возмущению потоков, не обеспечивает непрерывности измерений. Средство для имитации взрыва обеспечивает не импульсное, а свободное истечение имитатора взрывных газов, .что исключает возможность получения подобия первоначального распределения и дальнейшего движениЯ вРедных примесей в выработанном . пространстве.

Целью изобретения является повышение точности моделирования и обеспечение непрерывности измерения концентрации, примесей с одновременным уменьшением влияния возмущений на процесс проветривания за счет использования в качестве рабочей среды воздуха.

Эта цель достигается тем, что согласно способу моделирования процессов проветривания горных выработок, включающему подачу в модель горной выработки рабочей среды, имитацию взрыва и определение концентрации вредных газов, воздух в модель горной выработки подают с заданной начальной относительной влажностью, а имитацию взрыва осуществляют путем выпуска в модель горной выработки смеси предварительно сжатого воздуха и дозированного количества дистиллированной воды температурой, соответствующей температуре взрывных газов в зоне отброса, при этом измеряют относительную влажность воздуха и определяют концентра-цию вредных газов по формуле

С,„= КдУ где С вЂ” концентрация вредных газов, %; — коэффициент пропорциональности; ,1 — изменение относительной влажносТ ти воздуха,%.

Устройство для осуществления способа, включающее модель очистной горной выработки, соединенную при помощи соединительных трубок с ротометрами и регуляторами расхода, преобразователи температуры и средство для имитации взрыва, снабжено емкостью с насыщенными растворами солей, установленной перед ротаметрами, термостатом установ- ленным после ротаметров, и преобразователями влажности, установленными внутри модели горной выработки.

При этом средство для имитации взрыва выполнено в виде керамических трубок с помещенными внутри электронагревательными элементами подключенному к автомату электрояитания, и снабжено баллоном для сжатого воздуха, который при помощи соединительной трубки с клапаном подсоединен к керамическим трубкам.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для моделирования процессов проветривания

1143856

3 горных выработок; на фиг. 2 — средством дпя имитации взрыва в модели, в разрезе; на фнг. 3 — кривые зависимости ко щентрации вредных газов от времени (кривая 1 построена по резуяьтатам лабораторного

S экспертимента, а кривая 2 — по результатам производтственного эксперимента) .

Устройство для осуществления способа состоит из компрессора 1 для создания требуе-. мого расхода воздуха в системе, выход кото- 10 рого подсоедижен с помощью соединительных трубок 2 к емкости 3 с насыщенным раствором соли (например, NaCl) для обеспечения начальной влажности в системе, иэ которой воздух через зажим 4 для регулировки расхода воздуха в системе и ротаметра 5 дпя контроля за расходом воздуха поступает по соединительным трубкам в термостат б, предназначенный для нагревания нли охлажде;ния подаваемого в камеру воздуха. Выходы термостата подсоединены к нижней 7 и верхней 8 горловинам камеры 9, в которой с помощью преобразователей 10 температуры воздуха, нреобразоватепей ll влажности воздуха и преобразователей 12 скорости движения воз- 5 духа с соответствующими приборами 13—

15 соответственно дпя измерения скорости, температуры н относительной влажности в задж ных точках пространства осуществляется измерение соответствующих параметров рабо30 чей среды. Из камеры воздуха верхнюю 1б и нижнюю 17 подсечные выработки по соеди йнтельным трубкам поступают через ротамет ры 18 для контроля за расходом воздуха в верхней и нижней подсечных выработках и через зажимы — в емкость 19 с насыщенным раствором сОли (например М (1Ч 0 д 2 6Н20) для поглащения избыточной влаги в исходящей струе. Для имитации взрыва в модели служит специальное устройство 20, которое состоит из баллона 21 со сжатым воздухом, подсоединенного с помощью соединительной трубки 22 с клапаном (зажимом) 23 к системе керамических трубочек 24, в которых расположены электронагревательные элементь1

25, соединенные с помощью электрических;

45 проводов 26 с автоматом электропитания 27. Сис. тема коротких керамических трубок 28 служит для герметичного соединения с забоем камеры. Для введения определенного количества

50 влаги в устройство служит медицинский шприц, а для строгой дозировки воды— стеклянная капиллярная трубка (не показаны).

Способ моделирования с использованием предлагаемого устройства осуществляют следу- ээ ющим образом.

В модель горной выработки (очистной .. камеры) с помощью компрессора 1 подают воздух, часть которого проходит через емкость с насыщенным раствором соли 3, после чего 1 воздух приобретает заданную начальную относительную влажность. Далее он проходит через ротометры 5, где задают определенное разде-. ление воздуха на две струи, которые после подогрева нлн охлаждения в термостате б (в зависимости от конкретного исследуемого процесса) поступают в модель камеры 9 соответственно через нижнюю 7 и верхнюю 8 горловины. На исходящей струе, также рыделяющейся с помощью ротаметров 17 на две, проходящие соответственно через верхнюю 17 подсечные выработки, воздух осушают, пропуская его через емкость 19 с насыщенным раствором соли (например Mg(80 ) 6Н 0

В 2 2 и вновь используют для проветривания.

После того, как термовлажностный, режим в модели установится, с помо цью имитатора

20 взрыва имитируют взрыв путем "мгновенного" выпуска в модель горной выработки установленного количества сжатого воздуха со строго дозированным с помощью стеклянной капиллярной трубки и медицинского шприца количествэм дистиллированной воды через систему керамических трубок 24 с электронагревательными элементами 25, в которых происходит нагрев образовавшейся водовоэдушной смеси до температуры, соответствующей температуре взрывных газов в зоне отброса, В течение всего времени проветривания с помощью преобразователей 10 температуры и преобразователей 11 влажности (фиг. 1) и соответствующих измерительных приборов 14 и 15 измеряют температуру воздуха и его относительную влажность. Ца лее по формуле

С„= КЬУ, > где С вЂ” концентрация вредных газов,%;

К вЂ” коэффициент пропорциональности; д г — изменение относительной влажности воздуха пЬсле имитации взрыва,% определяют концентрацию вредных газов.

Измерение температуры воздуха, параллельно изменению относительной влажности, необходимо дпя введения поправки на зависимость относительной влажности воздуха от температуры и на приведение относительной влажности к единой; базовой температуре среды в модели.

П р и и е р. Разберем наиболее простой случай изотермической системы, т. е. когда температура воздуха в камере остается постоянной, В очистной камере Артемовского месторождения каменной соли произведен взрыв 840 кг аммонита 6ЖВ. Воздух s каме ру поступает только через нижнюю горловину в количестве 549 м /мин.с температурой 15С.

1143856

В соответствии с методикой моделирования создают в модели процесс проветривания подобный реальному. Температуру воздуха в модели поддерживают постоянной. и равной комнатной, например 20 С. Начальную относительную влажность воздуха задают исходя нэ реальных, градуировочных характеристик гигристорав (Ч,. „— 65%) .

Непосредственно к исследованию процесса проветривания очистной камеры после прове- ip дения взрывных работ можно прступать лишь после не менее чем десятикратного обмена воздуха в камере, т. е. когда воздух во всех точках будет иметь заданную температуру и влажность. 15

Определяем количество и температуру имитатора взрывных газов, а также количество воды, требуемой для имитации ядовитой примеси.

Количество имитатора взрывных газов легко о, определить исходя из геометрического масштаба моделирования и иэ количества образующихся взрывных газов в реальных условиях воряет использованным преобразователям влажности — гигристором. По принятым Ч„„„ и,„„легко определить количество влаги, которое необходимо ввести в систему при имитации взрыва. Для средней температуры в помещении 20 С по известным зависмостям относительной влажности воздуха. и его влагосодержания (g ) от темнератупы находят при»,„= 65% „,»„= 11,23 /м при Ч„мк = 95% „= 16,43 /м

Следовательно для объема камеры, соответствующего объему зоны отброса газов (для модели Ч. „„„= 0,0318 м3) для повышения влажности на 30% необходимо ввести влагу в количестве /а е р еАч где ф— предельная концентрация вредных газов в продуктах взрыва, определяемая по формуле

С flp — — 100,%;

Ъ ч

Ь вЂ” газовость ВВ, для калийных и каменносоляных рудников

Ь= 0 04 мэ/кг

Ч вЂ” зона отброса взрывных газов в реальных условиях. да "ри эо.к 31800 мэ и А — 840 кг, получаем

7Оо1 Мр <ОО-О,О».geo О,Щ ч(»/>1 0,89 (Ç âîo-ело o,азы)

О,Ю78, % где / — количество имитатора взрывных газU газов, м3;

»»» — геометрический масштаб, а = 0,01;

ЗО

V — количество взрывных газов, реальР

3. но образующихся при взрыве, м

Л вЂ” количество одновременно взрываемого ВВ, кг;

v — количество газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ мэ/кг— для анионита 6ЖВ v — 0,895 м /кг1

Следовательно V„- 10 840 - 0,895 =

0752 10 эмэ или Ч,„0,752 л.

Температуру имитатора взрывных газов

4О определяем исходя из принятого масштаба температуры (m = 2) и исходя из темпера1 туры реальных взрывных газов после торможения их в очистном пространстве, т. е. о, 45 в зоне отброса, которая составляет 60 — 70 С.

Следовательно, температура имитатора должна составлять в среднем 130 С.

Далее определяем количество влаги, необходимое для имитации вредных газов. Для этого по тем же градуировочным кривым

N преобразователей влажности выбираем максимальную относительную влажность, которая будет соответствовать средней начальной

I концентрации вредных газов в зоне отброса.

В нашем случае М, «х — 95%.

Тем самым устанавливают диапазон максимального изменения относительной влажности воздуха, который наилучшим образом удовлетгде и G — количество влаги, необходимое дня повышения относительной влажности воздуха в системе на

30%, г;

6g — разность между максимальным и минимальным влагосодержанием г/м 1.е. и =(16,43 — 11,23) 0,0318 Ф0,165 г.

Исходя из средней концентрации вредных газов в зоне отброса и их соответствующего ей повышения плажности, легко получить коэффициент пропорциональности (К) для пересчета изменения относительной влажности воздуха в произвольной точке камеры (d»») в соответствующее изменение концентрации вредных газов в этой точке (С). Для .этого определяем среднюю начальную концентрацию вредных газов в зоне отброса для реальных условий по формуле

C„P UP

С ср. H э.ь.н р

1143856

Отсюда коэффициент пропорциональности равен

К Ф 0,0036 ср. и 0,1078 зо мак т. е. С вЂ” 0,0036 4 г,%.

Определив все необходимые для моделирования параметры, с помощью стеклянной капнллярной трубки и медицинского шприца отмеряют 0165 г дистиллированной воды и вводят ее в соединительную трубку устройства для имитации взрыва (фиг. 2). При этом в баллоне емкостью 0,752 л (такой объем легко получить в баллоне большей емкости замещением части его любой жидкостью) цредварительно накапливают воздух до двух атмосфер, что в точности соответствует объему с избыточного воздуха 0,752 г. Допускается закачивать воздух и в баллон меньшего объе- 20 ма с соответствующим изменением избыточного давления.

С помощью подготовленного таким образом устройства производят имитацию взрыва путем "мгновенного" открывания клапана. При этом воздух из баллона с огромной скоростью проходит по соединительной трубке, увлекает введенную в нее влагу,, проходит через систему керамических трубок с электронагревательными элементами, в которых влага 30 переходит в парообразиое состояние, и будет

"выброшен" в модель камеры. Из-за строгого соблюдения количества введенной влаги паровоз душное облако в зоне отброса практически

MrHoBeBBo преобразоуется B обычный воздух с относительной влажностью 95%.

После имитации взрыва измеряют относительную влажность воздуха (Y ) и температуру (е,) в данной точке пространства, например на исходящей струе. По измеренной 4О величине .„и по величине Ч„,.„определяют повышение относительной влажности в данный момент времени п т;. При этом каждое полученное значение М-,; соответствует температуре в этой же точке и в этот же момент времени „,-.

Поэтому, прежде чем построить зависимость концентрации ядовитых газов на исходящей струе от времени, все полученные значения

> У ; приводят к начальной температуре

20 С. Это легко сделать по известным таблицам илн номограммам. В дальнейшем с помощью формулы C = к4 г находят искомые значения концентрации ядовитых газов.

В таблице приведены значения измеренных и полученных в результате обработки величин реального процесса, соответствующего рассмотренному примеру, по которым на фиг.З построена зависимость концентрации ядовитых газов на исходящей струе очистной камеры от времени в сопоставлении с реальной кривой процесса, полученной на основании производственного эксперимента (кривая 1 построена по результатам лабораторного эксперимента кривая 2 — по результатам производственного эксперимента) .

Эффективность предложенного способа и устройства для его осуществления заключается в значительном повышении точности моделирования как IIpol!eccB формирования полей скорости движения и температуры воздуха в горных выработках, так н процесса истечения газообразных продуктов взрыва, формирования первоначальной зоны отброса газов и дальнейшего его движения, т. е. формирования поля концентрации примеси, в значитель ном расширении возможностей установки, так как она позволяет в широком диапазоне изменять различные важные параметры моделирования(температуру и расход воздуха, схему проветривания камер, относительную влажность воздуха, количество и температуру имитатора взрывных газов и др.) в зависимости от конкретных изучаемых процессов и различных условий их протекания.

Предложенные способ и устройство позволяют также оперативно, беэ проведения многочисленных, трудоемких производственных исследований, т. е. при минимальных затратах решать различные задачи по проветриванию очистных камер и находить наиболее эффективные схемы и способы проветривания, определять оптимальные термодинамические параметры поступающего в камеру воздуха.

1143856 мин

65 о о

67,2

20,1

2,7

0,00372 го,з

67„9

О 01476

69,1

4,7

69,1

20,3

703

5,3

0 01908 20

5,2 О,О19О8

69,0

70,3

68,2

20,2

69,1

4,1

0 01476

68,0 го,г

:68 0

3,9

0,01404

3,9

68,0

68,9

20,2

О,01404 го,1

68,5

0,0126

3,5

680

20,1

68,4

3,4

0,01г24 го о

67,8

2,8

0,01008

20,0

150

67,8

О,01008

67,6

676

180

20,0

О 00936

0,00792

210

67,2

20Ä0

67,2

2,2

67,1

20,0

2,1

0 00756

67,1

Ме р%

Измеренно

Ф Ф,ОС

Изме ренно

4 риведенн

М;,, 1 — 20 % с, %

1143856

1143856

Составитель В. Баранов

Техред МНадь Корректор М. Максимишинец

Редактор П. Коссей

Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Закаэ 869/27

Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4

Р Ю Ю _#_ 180 750 ЩО Щ

<рцэр. g дрем аосяе б,рь ба Гмин