Способ контроля проветривания призабойного пространства тупиковой выработки

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПРИЗАБОЙНОГО ПРОСТРАНСТВА ТУПИКОВОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий контроль скорости истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода и контроль расстояния между вькодным отверстием нагнетательного вентиляционного трубопровода и плоскостью забоя, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности проветривания эа счет осуществления дистанционного контроля проветривания , формируют переходной аэродинамический процесс путем изменения скорости вЪздушного потока в призабойном пространстве посредством выключения и включения вен . тилятора местного проветривания, измеряют скорость истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода после окончания в нем переходного аэродинамического процесса и отрезок времени между момент.ом начала нарастания скорости воздушной струи на выходе из вентиляционного трубопровода и моментом начала турбулизации воздушного потока с наружной стороны трубопровода и определяют расстояние между выходным отверстием нагнетательного вентиляционного трубопровода и плоскостью забоя из математического выражения idL , ai;v-b, - кр , при 0,22 0,058-/Э f I -оД (м/с) ; ko а -г где 1 - 14k ь. (м); 1 - 14 k 40V- /l-° C-°

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Е 21 F 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ при п

Кр

>т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3746959/22-03 (22) 09.04.84 (46) 30.07.85, Бюл. У 28 (72) Б.И. Басовский, В.А. Гринев, Е.Ф. Карпов, Ф.С. Клебанов, А.А. Фотиев и 3.М. Шейман (71) Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт горного дела им. А.А.Скочинского (53) 622.457(088.8) (56) Оборудование, приборы и аппаратура для проветривания угольных и .сланцевых шахт, контроля рудничной атмосферы и газовой защиты.

Каталог. M-ЦНИИЭИуголь, 1978, с. 54, 94-96.

Маркшейдерское дело. M. Недра, 1981, с. 42. (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПРИЗАБОЙНОГО ПРОСТРАНСТВА ТУПИКОВОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий контроль скорости истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода и контроль расстояния между выходным отверстием нагнетательного вентиляционного трубопровода и плоскостью забоя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности проветривания эа счет осуществления дистанционного контроля проветривания, формируют переходной аэродинамический процесс путем изменения скорости воздушного потока в приэабойном пространстве посредством выключения и включения вен.тилятора местного проветривания, измеряют скорость истечения воздушной струи из вентиляционного трубо% провода после окончания в нем пере„„SU„„1170157 А ходного аэродинамического процесса и о тр е з ок вр еме ни между моментом начала нарастания скорости воздушной струи на выходе из вентиляционного трубопровода и моментом начала турбулизации воздушного потока с наружной стороны трубопровода и определяют расстояние между выходным отверстием нагнетательного вентиляционного трубопровода и плоскостью забоя из математического выражения

L, = ач"-ь

7 и

" "«I 7 (/)

0 3 К-о 5

1 — 14 К

40Ч /3 К (1-12М) (с); расстояние между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя, м; безразмерный коэффициент трения, зависящий от степени и типа шероховатости выработки; отрезок времени между моментом начала нарастания скорости воздушной струи на выходе из вентиляционного трубопровода и моментом начала турбулизации воздушного потока с наружной стороны трубопровода, скорость истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода после окончания в нем переходного аэродинамического процесса, м/с;

1170157 тг S„,ð

Вт и 8врвир

"кр

? гг Г стесненность воздушной струи; площади сечения соответственно выходного отверстия вентиляционного трубопрово-. да и выработки в свету, м ; величина г (для заданных параметров выработки и условий ее проветривания (при

K0TopoH L L рр ) дальнобойность воздушной струи в тупиковой выработке (при заданных параметрах выработки в условиях ее проветривания), м

0.,058 — коэффициент, полученный эмпирически, (м/с)

0 3 — коэффициент полученный эмпирически, м;

40 — коэффициент пропорциональности, полученный эмпири1,Ф / со,4. °

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной про- . мышленности, и может быть использовано для повышения безопасности работ при, проходке тупиковыхвыработок,опасных .г по газу. Повышение безопасности работы достигается в результате получения возможности автоматизации и централизации процесса контроля за надежным проветриванием тупиковых выработок.

Цель изобретения — повышение эффективности проветривания за счет осуществления дистанционного контроля проветривания.

На фиг. 1 изображена. схема, поясняющая реализацию предлагаемого способа контроля проветривания призабойного производства тупиковой выработ/о ки, а также схема течения установившейся воздушной струи, бьющей в тупик (показана стрелками); на фиг.2 графики зависимости изменения во вре" мени t скорости V воздушного потока на выходе из вентиляционного трубопровода {а) и в призабойном пространстве {б) при выключении и включении

ВИП; на фиг. 3 — графики зависимости длительности г. переходного аэродинамического процесса от расстояния L между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя, построенные на основании расчета по формуле (1) (неперывная линия) и по данным шахтных наблюдении (реперные точки) при величинах установившейся скорос-. ти воздушного потока на выходе из вентиляционного трубопровода, равных

2 . 1-14 м/с; 2-11 м/с; 3-8 м/с, безразмерном коэффициенте трения /3 =0,025.

Пример. В натурных условиях серия экспериментов go дистанционному контролю проветривания призабойного пространства тупиковой выработки проводилась на шахте "Васильевская" объединения Тулауголь, на 35-ом северо-западном главном вентиляционном штреке. Проветривание выработки длиной 150 м и сечением S „= 10 м2 вь р осуществлялось нагнетательвым способом через вентиляционный трубопровод диаметром 0,6 м, сечением

S = 0 28 м . Установившаяся скотр рость истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода составила V ;- 8; 11; 14 м/с. Выработка была закреплена арками из спецпрофиля СВП-17 и имела безразмерный коэффициент трения J3 = 0,025. В рассматриваемой выработке стесненность воздушной струи составляла величину k = S /S = 0;028. тр

Для осуществления дистанционного контроля проветривания, на последней секции вентиляционного трубопровода на расстоянии 0,5 м от выходного сечения были установлены два датчика скорости воздушного потока аппаратуры комплекса "Воздух". Один датчик устанавливался внутри трубопровода, второй — снаружи. Выходной сигнал датчика, расположенного внутри трубопровода, передавался на установленный в диспетчерской измерительный блок аппаратуры ком плекса "Воздух".

L = al, ° Ч вЂ” b>

Т 30 при ь(Г„г где а = (м/с)

0,3k

Ь=1 141,м

35 ь г- 40 Ч .f3 ° k (1 — 12k), с

L — расстояние между вентиляТ ционным трубопроводом и плоскостью забоя, м;

1 безразмерный коэффициен r трения, зависящий от степени и типа шероховатости выработки; л — отрезок времени между момен-45 том начала нарастания скорости воздушной струи на выходе из вентиляционного трубопровода и моментом начала турбулизациивоздушного 50 потока. с наружной стороны трубопровода, с;

V — скорость истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода после окон- Б5 чания в нем переходного аэродинамического процесса, м/с;

4р з 1170 т ыходные сигналы обоих датчиков передавались на самопишущий потен- .

Фюметр.

В процессе каждого эксперимента дистанционного контроля проветривания призабойного пространства тупиковой выработки осуществлялись следующие пять операций.

Отключение вентилятора меСтного проветривания (ВМП) на время, в тече- lð ние которого прекращается движение воздуха в призабойном пространстве.

Включение ВМП. Измерение отрезка времени от начала поступления воздуха из BMII в призабойное пространство до момента окончания переходного аэродинамического процесса изменения скорости воздушного потока в призабойном пространстве (до момента наступления квазистационарного режима проветривания призабойного пространства). Измерение скорости истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода при квазистационарном режиме проветривания.

Расчет расстояния от вентиляционного трубопровода до плоскости забоя по формуле

157

k=S /S — стесненность воздушной струи;

S $ — площади сечения соответстт Вмр венно выходного отверстия вентиляционного трубопровода и выработки в свету, .м ;

L - дальнобойность воздушной

ll6 струи в тупиковой выработке (при заданных параметрах выработки и условиях ее проветривания), м; л л ь„„- величина ь (для заданных параметров выработки и условий ее проветривания (при которой L = L ),с;

llР

0,058 — коэффициент, полученный эмпирически, (м/с)

0,3 — коэффициент, полученный эмпирически, м;

40 — коэффициент, полученный эмпирически, (м с р).

При 7 = ь< имеем L ) Ь„и расчет не производится. Значенйя и

Ь могут быть рассчитаны для каждой

ПР конкретной выработки соответственно по формуле (4) и (3).

Формула (1) для расчета Ьт по величинам ь и V для заданных значений k и Я получена эмпирически на

l основании обработки результатов нагурньтх экспериментов и лабораторных исследований на физической модели тупиковой выработки, проветриваемой ВМП. Экспериментальные исследования производились при изменениях L в пределах 3 — 24 м при изменениях V 4 — 14 м/с, стесненность воздушной струи изменялась от 0,02 до 0,06, что соответствует изменениям сечения выработки от 5 до 16 м и диаметра трубопровода от 0,6 до l,2 м.

Результаты дистанционного контроля состояния проветривания призабойного пространства тупиковой выработки на шахте "Васильевская" сравнивались с результатами непосредственных замеров величин L и V в выработке с помощью рулетки и ручного чашечного анемометра МС-13 °

В таблице приведено сравнение результатов дистанционного контроля расстояния между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя у ист

L и скорости истечения воздушной т

*lln струи из трубопровода Ч* с результатами непосредственных замеров L „М.

1170157

Сравнение результатов дистанционного контроля проветривания призабойного пространства тупиковой выработки и результатов непосредственных замеров показало, что при контроле проветривания призабойного про— странства предлагаемым способом погрешности измерения не превышают 10X..

Для раскрытия физической сущности 10 прецлагаемого способа дистанционного контроля L и V, рассмотрим харак.тер распространения воздушной струи в призабойном пространстве после выключения и включения ВМП. Для этого 15 воспользуемся графическими зависимостями изменения во времени скоростей воздушных потоков на выходе из вентиляционного трубопровода и в призабойном пространстве (фиг. 2), пост- 20 роенными на основании записи выходных сигналов датчиков 4 и 7 скорости воздуха (фиг. 1) на диаграмму самопишущего потенциометра.

При работающем BMII процесс установившегося квазистационарного движения воздушного потока на выходе из трубопровода и в призабойном прост- ранстве изображен на фиг, 2 соответственно отрезками АБ и А Б . Из гра30 фиков, изображенных на фиг. 2 следует, что в указанных областях при работающем ВМП воздушные потоки сильно турбулизованы. При этом средняя величина скорости истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода составляет 14 м/с, а средняя . скорость воздушного потока в приза-: бойном пространстве — 0,4 м/с. Ис40 ходным требованием для формирования переходного аэродинамического процесса является отсутствие турбулентного движения воздуха в призабойном пространстве, поэтому конт45 роль проветривания начинали с дистанционного выключения ВМП 1, обеспечивающего подачу воздуха к забою

2 тупиковой выработки 3 (фиг. 1).

Процесс уменьшения скорости воздушно50 го потока на выходе из вентиляционного трубопровода и в призабойном пространстве сопровождался затуханием турбулентных пульсаций воздуха (фиг. 2, отрезки БС и Б С ) после прекращения движения воздуха в приза-55 бойном пространстве (фиг. 2, отре- зок С Д ) включали BNII для формирования пе1 еходного аэродинамического процесса. Момент начала переходного аэродинамического процесса (фиг.2, точка Д) фиксировался с помощью датчика 4, как момент начала .выхода воздушной струи из последней секции

5 вентиляционного трубопровода 6 (фиг. 1) .

Воздушная струя распространялась в призабойном пространстве с постоянным углом раскрытия с6 и строго определенным полем скоростей (фиг. 1). Под ее воздействием приходил в движение воздух в призабойном пространстве. Поскольку площадь сечения выработки не менее, чем на порядок больше площади сечения вентиляционного трубопровода, то возникшее в призабойном пространстве движение воздуха не имело строго выраженного направления и было безвихревым, что подтвердилось показаниями датчика 7 (фиг. 2, отрезок Д Е ). В мвмент достижения воз1 душной струей забоя пространство между ним и выходным сечением трубопровода преобразовалось в канал, о имеющий разворот на 180 у поверхности забоя. По первой части 8 канала осуществлялась подача воздуха к забою, по второй части 9 канала происходил отвод воздуха, омывающего забой, к вентиляционному трубопроводу и далее к выходу из тупикового канала.

При движении воздуха по каналу, имеющему разворот на 180, в обласо ти разворота имеют место интенсивное вихреобразование.

Часть образующихся вихрей 10 подхватывалась и уносилась воздушным потоком к последней секции 5 вен тиляционного трубопровода. Момент прихода к ней вихрей и формирования квазистационарного процесса проветривания отмечался тепловым датчиком 7 (фиг. 2, точка E, ) . Этот момент вреI мени характеризовал завершение переходного аэродинамического процесса, протекающего после включения вентилятора местного проветривания и имеющего место в пространстве между выходным отверстием вентиляционного трубопровода и забоем. Дальнейшее движение воздуха в призабойном пространстве было установившимся (фиг.2, отрезки EM и Е М ) и качественно

/ совпадало с характером движения воз11701 духа в призабойном пространстве до включения ВМП (фиг. 2, отрезки АБ и

А Б ). Средняя скорость истечения воздушной струи вентиляционного трубопровода составляла 14 м/с, сред- 5 няя скорость движения воздуха в призабойном пространстве составляла

0,4 м/с. Длительность переходного аэродинамического процесса рассчитывалась на основании записи изменения 1ц во времени выходных сигналов датчиков 4 и 7 скорости воздуха на диаграмме самопишущего потенциометра. Велил чина ь определялась как промежуток времени между моментом начала выхода 15 воздушной струи из вентиляционного трубопровода (фиг. 2, точка Д) и моментом формирования в призабойном пространстве установившегося квазистационарного воздушного потока (фиг. 2,20 точка Е ).

После завершения переходного процесса нарастания скорости воздушного потока на выходе из вентиляционного трубопровода (фиг. 2, точка Е) опре- 25 делили с помощью датчика 4 скорость истечения воздушной струи из трубо- . провода (V = 14 м/с) по показаниям измерительного блока аппаратуры комплекса "Воздух". 30

Для расчета расстояния между трубопроводом и плоскостью забоя пользовались формулой (1), которая для рассматриваемой выработки, имеющей

/3= 0,025 и k = 0,028.преобретала 35 вид

57 8 тйляционным трубопроводом и плоскостью забоя.

Таким образом был осуществлен дистанционный контроль проветривания призабойного пространства посредством дистанционного измерения значений 9 и Ь-г.

Экспериментальные исследования показали, что дистанционный контроль проветривания призабойного простран« ства тупиковой выработки возможен, если дальнобойность воздушной струи (Ь ), истекающей из вентиляционного

П (7 трубопровода, больше расстояния между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя, так как при

Ь д„< Ь > воздушная струя разворачивается в выработке, не достигая плоскости забоя, величина с перестает изменяться. с изменением L, и расчет

L, по . становится невозможным.

Согласно данным экспериментальных исследований величина L „ зависит от стесненности воздушнои струи и может быть рассчитана по формуле (3).

Значение длительности переходного л аэродинамического процесса „ соответствующей условию равенства L величине L, можно рассчитать по следующей формуле, полученной на основании формул (1) и (3)

< „ = 400 P k (1 — 12k), (4) L = 0,043 v — 3,47 (2) На основании дистанционно изме 4 1 ренных значений и V по формуле (2) рассчитывалась величина L>. Например,,дистанционно измереннымзначениям V = 14 м/с и С = 5,7. с соответствовало расстояние Ь = 7,3 м 4 (таблица). Формула (2) также позволяет построить графическую зависимость L (<) для различных конТ кретных значений V = const (фиг. 3).

Используя графики можно определять >0 л

Ьт по значению без математических выкладок.

Дистанционно полученные значения

У и LT были сравнены с минимально допустимым значением скорости исте- 55 чения воздуха из вентиляционного трубопровода и максимально допустимым значением расстояния между венВеличина „ определяет диапазон значений 3,при которых расстояние. между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя может быть рассчитано по формуле (1). При дистанционно полученных значениях = 7» величина Ь находится в пределах

L > c Ь cu, воздушная струя разворачивается в тупиковый выработке, не достигая плоскости забоя, и в призабойном пространстве имеет место застойная зона.

Однако выполнение условия LT < L„ при осуществлении дистанционного контроля LT не накладывает ограничений на применимость предлагаемого способа дистанционного контроля проветривания призабойного пространства, так как контроль L u V имеет„ смысл только в том случае, если плоскость забоя омывается воздуш157

Амст днст *ист нет м Ч, м/с Ч) . м/с с Е м Ь -Ьт

"т

1,4

4,2 4,5

4,1 14,2,10

14,0

1,4

8,8

14,0

7,3

14,2

14,2

6,7

5,7

1,4

9,2

6,7

14,0

9,0

1,4

7,1 10,0

7) 8 11,2

7,5 10,8

14,0

14,2

10,5

1,4

14,0

13,0

1,4

14,0

16,7

4,2

6,0

2,7

9,5

3,8

5,4

10 9

2,7

7,0 . 5,7

10,9

2,7

8,2

5,1

8,6

10,9

7,8

2,7

10) 1 10) 6

10,9 11 2,10,0

2,7

11,0

10,9

11,2

13 0

16,2

11,2 11,5

2,7

10,9

11,2

2,5

3,5

8,2

8,1

7,9

3,6

2,5

9,2

11:0

8,1

7,9

6,5

2,5

8,1

6,3

7,5

12,9

15,6

7,9

8,0

2,5

10,0

9,8

8,1

7,9

2,5

4,5

16,6

10,5

11) 2

8,1

7,9

11,0

14,0

17,0

2,5

17,3

8,1

7,9

2,5

17,8 11,6

8,1

7,9

9 1170 ной струей и выделяющиеся в призабойном пространстве газы вымываются из всего его объема. При L < > L „ у плоскости забоя возникает застойная зона, проветривание всего объема при" забойного пространства не осуществляется, и контроль L< и V теряет смысл, Таким образом, предлагаемый способ контроля проветривания призабой- .1О ного пространства тупиковый выработ14,2

14,2

11,2

11,2

11,2 ки, осуществляеиый посредством форми-. рования переходного аэродинамического процесса путем выключения и включения ВМП, измерения V, а также и определения L методами и средт, ствами оргтехники и.вычислительной техники по зависимости Ет(<., V ;k;

3) не требует присутствия человека в тупиковой выработке и позволяет дистанционно определить на сколько надежно ее проветривание.

1170157

Рие. 1

1О

0 10 20 т,ю Оиг. 3

Составитель Л. Серова

Редактор Т.Парфенова Техред М.Пароцай Корректор И. Эрдейи

Заказ 4685/31 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

,м

g 0,8

0Р

z с

m г0 З0 /О SO rО m фиг. 2