Способ определения коэффициента эффективной диффузии в горной выработке
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования вентиляции угольных шахт. Цель - повышение точности определения коэффициента эффективной диффузии при нестационарном переносе путем учета переменных значений плотности, режима движения, вязкости и концентрации газа в газовоздушном потоке. В горной выработке изолируют внутренний участок поверхности газонепроницаемым покрытием, не влияющим на аэродинамическое сопротивление выработки. На входе и выходе изолированного участка размещают измерительные датчики скорости потока, концентрации газа, давления. По длине изолированного участка выделяют удельный объем газовоздушной смеси и в выделенном объеме смеси измеряют скорость, концентрацию газа и давление при движении его через начальное и конечное сечения изолированного участка. Определяют время, за которое выделенный объем газа проходит расстояние между началом и концом изолированного участка. Из математических выражений, включающих параметры скорости движения смеси и ее давление, определяют показатель режима движения газа и величину коэффициента сопротивления выработки. Затем выработку проветривают и подают на вход изолированного участка выработки порцию газа. Измеряют скорость ее движения, температуру, давление, концентрацию газа в начальном, среднем и конечном сечениях изолированного участка выработки. Коэффициент эффективной диффузии при нестационарном газопереносе определяют по математическому выражению. Математическое выражение включает наряду с измеренными параметрами газовой смеси площадь сечения выработки, показатель режима движения сопротивления выработки, объем выделенного объема, молярную массу, коэффициенты кинематической и динамической вязкости газа. Рассмотренный способ позволяет получать результаты при нестационарном газопереносе. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 Е 2) F 7/QQ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ
r)Q ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 43032) 1/23-03 (22) 08.09.87 (46) 23, 12.,89. Бюл „N 47 (71) Кузбасский политехнический институт (72) В.А.Колмаков, A,В,Колмаков и В.В.Колмаков (53) 622.8.831(088,8) (56) Лайгна К.Ю., Поттер Э.А. Элементы аэрогазодинамики шахт. ч ° 1. Таллин, Валгус, 1986, с. 34, 134, Ярембаш H.Ô. Определение коэффициента перемешивания в турбулентных потоках в горных выработках. — Известия ВУЗов. Горный журнал, )9781 1"- 6, с. 74-76. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИПИЕНТА ЭФФЕКТИВНОЙ ДИФФУЗИИ В ГОРНОЙ ВЬ)РА
50TKF (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования вентиляции угольных шахт. 1)ель — повышение точности определения коэффициента эффективной диффузии при нестационарном переносе путем учета переменных значений плотности, режима движения, вязкости и концентрации газа в газовоздушном потоке. В горной выработке изолируют внутренний участок поверхности гаэонепроницаемым покрытием, не влияющим на аэродинамическое сопротивление выработки. На входе и выходе изолированного участка размещают измерительные датчики скорости потока, концент„„SU„„1530795 А1 рации газа, давления. По длине изолированного участка выделяют удельный объем газово здук ной смеси и в выделенном объеме смеси измеряют скорость, концентрацию газа и давление при движении его через начальное и конечное сечения изолированного участка. Определяют время, за которое выделенный объем газа проходит расстояние между началом и концом изолированного участка. Из математических выражений, включающих параметры скорости движения смеси и ее давление, определяют показатель,режима движения газа и величину коэффициента сопротивления выработки. Затем выработку проветривают и подают на вход изолированного участка выработки порцию газа. Измеряют скорость ее движения, температуру, давление, концентрацию газа в начальном, С среднем и конечном сечениях изолированного участка выработки. Коэффициент эффективной диффузии при нестационарном газопереносе определяют по ма- 0 тематическому выражению. Математичес- ф кое выражение включает наряду с изме- фф ренными параметрами газовой смеси площадь сечения выработки, показатель режима движения сопротивления выработ- ки, объем выделенного объема, молярную массу, коэффициенты кинематической и динамической вязкости газа. Рассмотренный способ позволяет получать результаты при нестационарном газо- а переносе. 2 ип. з l 530795 4 щемся потоке и скорость его движения, изменяют подачу в выработку расход Гаэовоэдушного потока относительно исходного уровня до величин, обеспечивающих достоверность результатов замера скорости движения газовоздушного потока — повышая ее выше исходного уровня при последующем снижении относительно него или уменьшая скорость движения потока ниже исходного уровня при последующем увеличении относительно него, замеряют при верхнем и нижнем достоверных значениях скорость движения потока и давление, определяют показатель режима движения в объеме потока и сопротивление его движению, устанавливают исходную скорость движения гаэовоздушного потока, прекращают подачу гаэа в поток, проветривают выработку, затем подают в участок замера рассчитанный расход газа, отмечают время и от начала поступления газа во входное сечение до выхода газа через выходное сечение замеряют в фиксированные моменты времени в точках, ограничивающих выбранный объем, и в контроль. ном пункте замера разность давлений на участке замера в движущемся газовоздушном потоке, давление, удельный объем замера, концентрацию газа, температуру потока, площадь его сечения, отмечают время, отбирают в точках, ограничивающих удельный объем замера, и в контрольном пункте пробы газовоздушной смеси, определяют физико-химический состав газовой смеси, ее молярную массу, плотность, кинематическую и динамическую вязкость газов, учитывают по контрольному пунктч изменение во время замеров давления1 скорости движения потока, темпе ратуры, физико-химического состава смеси определяют коэффициент диффузии газа в удельном объеме любой части участка замера цо математическому выражению
Р1> l Ph+< Р»-1, nil V n-l, h+l С h-1
>1!
n+1 RrT >, l n+1 8 п 1 h-1, ni1 (h-l
11-, n-2 где Dn, времени;
К вЂ” показатель режима движения а. олоэдушнот о и п-l,п+1
>пем и11тсрвапе э 11ера
К К»,n,1
Изобретение относится к способам борьбы с газом в горной промьппленности и может быть использовано при определении параметров проветривания горных выработок строящихся и действующих шахт путем определения коэффициента эффективной диффузии.
Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента эффек- о тивной диффузии при нестационарном переносе путем учета переменных значений плотности, режима движения, вязкости и концентрации газа в гаэовоздушном потоке. 15
На фиг ° 1 показана выработка, разрез, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.l.
В массиве 1 проходят выработку ?, подают в нее через входное сечение 3 рассчитанный по регламентированной методике расход воздушного потока 4, устраивают в выработке, где наблюдает ся загаэирование атмосферы участок 5 замера с длиной 6, шириной 7, высотой 25
8, устраивают в выходном сечении 9 выработки контрольный пункт 10 замера, изолируют участок замера от массива газонепроницаемым покрытием 11 не изменяющим аэродинамическое сопро- >О тивление кровли 12, почвы 13, правого 14 и левого 15 бортов выработки, ограничивают по длине любой части объема участка замера удельный объем 16 замера с шириной 17, высо35 той 18 и площадкой 19 сечения (на фиг.l, 2 границы удельных объемов обозначены точками), подают в воздушный поток участка замера расход газа 20 иэ источников газовыделения через входное сечение с кровли, почвы.и бортов выработки, отмечают время подачи газа и после прохождения участка замера потоком газа замеряют при рассчитанном исходном газо- 45 воздушном потоке в точках„ограничивающих выбранный объем замера, и в контрольном пункте давление в движукоэффициент эффективной диффузии, м /c;
0 номера точек замера (n=1,2,3...); интервал осреднения по длине между номерами точек замера и-1 и п+1 в фиксированный момент пс>тока в соответствую5 !530795 при Ка2 - режим движения турбулентный, при Ка! — ламинарный, при 1 < К (2 промежуточный определяется по формуле
1n (-1 —. 1= -)
P -P
Phs1 Р е
К а Ь. — кинематическая вязкость гаэа в соответствующей точке замера м /с, определяется
2 по формуле! n-! (ч2 )
V hei,h 10 где Р1„,,Р„,Р „„ — давление в движущемся гаэовоэдушном по токе в соответствуюI щих точках замера, Па, определяется по
15 формуле
P (Р,,+Р,).+p, а с ° статическое давление в дви- 20 жущемся газовоздушном потоке от веса столба потока
Р c и от внешнего давления
На пОток P g-с Па; динамическое давление в пото-25 ке, Па; где P
1Р-1 -Р „,
+i ч"
11l
h-1, h где Р„, > — давление в движущемся газовоздушном потоке в соответствующем интервале замера, Па;
hw-I >+! h ,v — скорость движения газовоэдушного потока в со о тв е тс твующих 40 интервалах замера, м/с, определяется по формуле
И+! !! > !
v,ч
tl 1 п41!
11-1, 45 где 1 длина соответствующего интервала замера, м; время прохождения газовоэдушным потоком соответствующего интервала 3aMepa,с, объем газовоздушного потока, м концентрация газа в гаэовоэдушном потоке в соответствующем интервале замера, отн. един,; молярная масса газа в.соответствующем интервале, замера, кг/моль;
h+i
h t> ha!
11-1, 11 !
М
h-1> 6Ф!
r — сопротивление движении газо1l-1, !>> 1 воздушного потока, Па с "/м определяется по формуле
30 р „, т динамическая в;.зкость газа в соответствующей точке saмера, Па-с; — плотность газа в соответстh-1 вующей точке замера, кг/м ;
R, — газовая постоянная, Дж/(моль.К);
Т ., — температура газа в соответI ствующем интервале замера, К;
S — площадь сечения газовоздушh-1, h+ i Я, ного потока, м
С „, С „, — концентрация газа в газовоэ- душном потоке в соответствующих точках n и и+1 saмера, отн.ед, Затем ограничивают в объеме участка замера последующие удельные объемы поперечные 2! — поперек ширины выработки на одной или раэннх высотах, высотные 22 — вдоль высоты выработки на одной или на разной ширине, продольные 23 — вдоль длины 24 выработки на одной или различной ширине и высоте, замеряют расстояния перемещения удельного объема в участке замера и повторяют последующие операции для каждого удельного объема замера. Затем устраивают вдоль выработки очередной участок замера, замеряют расстояние перемещения вдоль выработки, повторяют последующие операции для каждого удельного объема в очередном участке замера по его ширине, высоте и длине, рассчитывают зависимость коэффициента диффуэиии от ширины, длины, высоты, площади сечения и объема в участках замера, выработке и определяют средний коэффициент эффективной диффузии продольный, поперечный, высотный, по сечению и объему в любом участке замера и выработке в целом по математичесхому выражении
D = (D(a) da, где 5 -средний коэффициент эффектив-!!
НОЙ ДиффУЭИИ, M /C ПО ДЛИНЕ потока 1 при a=1, по ширине потока Ь при a=b, no высоте
1530795
ln где Р ч п-1 п n+1
П-! h>.> где V
С
М потока h при à-h по площади сечения потока S при a=S по объему потока v при a=v;
0(а) — текущий коэффициент эффективной диффузии> м /с, 2 5
Формула изобретения
Способ определения коэффициента зф.(g фективной диффузии в горной выработке, включающий подачу через выработку газовоздушной смеси, размещение в выработке измерительных датчиков скорости потока, давления и концентрации газа, подачу в газовоздуцшый поток газа из источников газовыделения с фиксацией времени начала подачи газа, измерение параметров и расчет коэффициента эффективной диффузии> отличающийся тем, что, с целью повыщения точности определения коэффициента эффективной диффузии при нестационарном переносе путем учета переменных значений плотнос-25 ти, режима движения,.вязкости и концентрации газа в газовоздушном потоке, перед измерением параметров изоли: руют участок внутренней поверхности выработки газонепроницаемым покрытием,3р не влияющим на его аэродинамическое сопротивление, измерительные датчики скорости потока концентрации газа и давления размещают в начальном и конечном сечениях изолированного участ-3 ка выработки, выделяют по длине участка удельный объем газовоэдушной смеобъем газовоэду>!!ного потока, м
3 ° концентрация газа, отн.ед.; 4 молярная масса, кг/моль; кинематическая вязкость
> м1/с; газовая постоянная, Дж/(моль К); си, измеряют скорость, концентрацию газа и давление в выделенном объеме смеси при его движении через начальное и конечное сечения изолированного участка> определяют отрезок времени, в течение которого удельный объем газа проходит расстояние от начального к конечному сечениям и определяют коэффициент сопротивления горной выработки г н показатель режима движения газа К по формулам
Рь -P -!
1n (- — — — )
Р -! -Ph
Y (Ч и, n-i
h+ q, n давление, Па; скорость потока, м/с; — индексы> относящиеся к начальному> среднему и конечному сечениям изолированного участка выработки соответственно
1 P -1-Р >,> (Г
h-! n»
V к
h-1 В+! затем проветр:.вают горную выработку и подают на вход изолированного участка порции газа, измеряют скорость, давление, концентрацию порции газа и температуру в начальном, среднем и конечном сечениях, определяют площадь сечения выработки и рассчитывают коэффициент D эффективной диффузии при нестапионарном газопереносе по математическому выражепню
Т вЂ” температура газа, К; — динамическая вязкость, Па ° с;
$ — площадь сечения потока м
» п-1; n+1; п-1, и+1 — индексы, относящиеся к начальному, конечному и среднему сечениям по объему интервала соответственно.
1530795 ! го
19
1$
17
Составитель И.Федяева
Редактор С,Патрушева Темред М.Ходанич Корректор С,Шекмар
Заказ 7918/35 Тирал 410 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1
