Устройство для измерения расхода воздуха, проходящего через шахту

 

Использование: в горной промышленности для измерения расхода воздуха, проходящего через шахту. Сущность изобретения: устройство включает прибор для измерения перепада давления и сопротивление, на котором измеряется перепад давления. Сопротивление выполнено в виде участка воздуховыдающего шахтного ствола со стабильным по сечению и длине участка потоком воздуха. Шкала прибора для измерения перепада давления отградуирована в единицах расхода воздуха. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для измерения расхода воздуха, проходящего через шахту.

Известен аппарат ИСВ-1 для измерения скорости движения воздуха, предназначенный для непрерывного технологического контроля скорости движения воздуха в выработках. Его действие основано на технологическом принципе, суть которого состоит в бесконтактном преобразовании скорости вращения армированной пермаллоем шестилопастной пластмассовой крыльчатки в электрический сигнал. Детектированный сигнал формируется в калиброванные импульсы постоянной амплитуды и длительности, частота следования которых несет информацию о скорости вращения крыльчатки. Счет импульсов производится интегрирующей цепочкой, постоянное напряжение на выходе которой пропорционально скорости движения воздуха. Аппарат ИСВ-1 состоит из первичного преобразователя с соединительным кабелем, измерительного преобразователя и блока питания. Скорость движения воздуха измеряется в диапазоне 0,5.8 м/с. Устройства устанавливаются в подводящих выработках [1] Недостатком указанных средств является большая погрешность измерения, вследствие, возникающих ошибок при определении сечения выработки и большой погрешности измерения расхода воздуха самих приборов, к тому же прибор ИСВ-1 измеряет скорость воздуха, проходящего через крыльчатку, но распределение скоростей потока по сечению выработки, как правило, неравномерное, следовательно, для определения расхода воздуха необходимо измерение средней скорости воздуха для всего сечения во многих точках. Если ведутся измерения расходов воздуха в выработках нескольких горизонтов, то необходимо приведение полученных значений к единой плотности воздуха (одному весу) для того чтобы реально определить полное количество воздуха проходящего через шахту.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство в виде сопла Вентури. Сопло Вентури состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части и выходного конуса. Цилиндрическое отверстие непосредственно без радиального сопряжения переходит в конус. Угол выходного конуса сопла Вентури должен быть не менее 5^о и не более 30. Перепад давления следует измерять через кольцевые камеры. Заднюю камеру соединяют с цилиндрической частью сопла Вентури с помощью группы радиальных отверстий, диаметр которых должен быть не более 0,13 диаметра цилиндрической части, но не менее 3 мм (рекомендуемое значение 4-12 мм) [2] Недостатком известного технического решения является экономическая нецелесообразность установки сопла Вентури в выдающем вентиляционном стволе ввиду расходования материалов на его изготовление и технические сложности, связанные с движением подъемных сосудов в стволе, где установлено сопло Вентури.

Целью изобретения является экономия материалов. Поставленная цель в предложенном устройстве для измерения расхода воздуха, проходящего через шахту достигается путем использования части выдающего вентиляционного ствола в качестве участка, где измеряется перепад статического давления.

В предлагаемом техническом решении используется гидростатический метод измерения давления между двумя сечениями участка выдающего вентиляционного ствола шахты. При этом выбирается участок ствола, где сформировались потоки воздуха. Расстояние от этого участка ствола до ближайшей воздухоподводящей выработки должно быть не менее 10 м. Ниже этой части ствола находится входной отрезок ствола к которому примыкают воздухоподводящие выработки и где происходит слияние потоков и их стабилизация по сечению. Выше выбранной части ствола находится выходной участок, где имеется сопряжение с каналом главной вентиляторной установки и где происходит слияние воздуха идущего из шахты с поверхностными подсосами, величина этого участка до начала слияния потоков воздуха также должна быть не менее 10 м.

Выдающий вентиляционный ствол в процессе эксплуатации не меняет своего аэродинамического сопротивления, так как в нем не изменяется конфигурация элементов, входящих в армировку и крепление ствола. Плотность воздуха проходящего по стволу практически стабильна с течением времени, так как процессы тепло- и массообмена воздуха и горного массива происходят задолго до достижения воздухом района выдающего вентиляционного ствола. Поэтому независимо от времени года и времени суток плотность воздуха в стволе будет стабильной.

Следовательно, сопротивление участка выдающего вентиляционного ствола на котором измеряют разность статического давления будет постоянно.

Измеренное сопротивление участка ствола и измеряемая разность статических давлений на этой части ствола позволяет вычислить расход воздуха проходящего по стволу из шахты.

Р₁-Р₂ R_ств Q_ш², где Р₁-Р₂ разность статических давлений на участке выдающего вентиляционного ствола; R_ств сопротивление этого участка ствола.

Q_ш расход воздуха проходящего через шахту.

Постоянно регистрируя разность статических давлений и производя расчет по известной формуле (Аэрология горных предприятий. М. Недра, 1987, с.110), можно непрерывно вести контроль за количеством воздуха, проходящего через шахту.

Для упрощения вычислений следует оттарировать прибор по расходу воздуха, а именно: при разности давления равном 0 регистрируется нулевой расход воздуха в стволе; с помощью приборов проводится воздушная съемка и определяется расход воздуха, идущего из шахты, по этому расходу отмечается перепад статического давления; повторяется предыдущее действие на другом режиме работы главной вентиляционной установки.

Таким образом наносится шкала измерения расхода воздуха по разности статического давления.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, где позициями обозначены: 1 входной участок выдающего вентиляционного ствола шахты, на котором происходит выравнивание (стабилизация) потоков воздуха идущих из шахты, 2 воздухоподводящие выработки шахты, 3 выходной участок ствола, на котором происходит искажение потоков ввиду их поворота в подводящий канал 4 главной вентиляторной установки 5, а также ввиду слияния этих потоков с потоками подсосов воздуха с поверхности 6, 7 участок выдающего вентиляционного ствола, на котором измеряют перепад статического давления с помощью прибора 8 и трубок 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

По воздухоподводящим выработкам 2 воздух проходит во входной участок ствола 1. Здесь потоки воздуха стабилизируются по сечению ствола и статическое давление на конце этого участка 1 по всему сечению ствола становится одинаковым. Воздух движется по участку ствола 7 со стабильными потоками по сечению. В начале этого участка ствола 7 с помощью трубки 9, расположенной перпендикулярно потоку воздуха, снимается показание статического давления на прибор 6. Если отверстие трубки располагается перпендикулярно к потокам воздуха, то воздух будет проходить мимо и давление в трубке будет равно давлению в невозмущенном трубкой воздухе вдалеке от трубки. В конце этой части ствола 7 с помощью трубки 10 снимается показание статического давления (также как и трубкой 9) на прибор 8, на приборе 8 регистрируется разность давления подводимых по трубкам 9 и 10. При этом прибор 8 регистрирующий перепад статического давления тарируется по расходу воздуха.

Предлагаемое устройство для измерения расхода воздуха, проходящего через шахту будет испытано на Руднике второго калийного рудоуправления объединения "Белорускалий" им 50-летия СССР во втором квартале 1992 г.

По сравнению с известным техническим решением прототипом предложенное устройство для измерения расхода воздуха, проходящего через шахту имеет преимущества, оно позволяет избежать затрат материалов на строительство сужающего устройства (сопла Вентури) и не препятствует движению подъемных сосудов в выдающем вентиляционном стволе шахты.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА, ПРОХОДЯЩЕГО ЧЕРЕЗ ШАХТУ, включающее прибор для измерения перепада давления и сопротивление, на котором измеряется перепад давления, отличающееся тем, что сопротивление выполнено в виде участка воздуховыдающего шахтного ствола со стабильным по сечению и длине участка потоком воздуха.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шкала прибора для измерения перепада давления отградуирована в единицах расхода воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1