Попов С.Н., кандидат технических наук, доцент Попова А. С. Попов В. С.
(Карагандинский государственный технический университет, Казахстан)
РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЯХ ШАХТ С УЧЕТОМ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В ВЫРАБОТКАХ
Возрастание глубины разработки, приводящее к росту теплообмена в выработках между породным массивом и воздухом, аварийные и плановые отключения вентиляторов или ограничение их мощности по экономическим причинам вызывают необходимость учета влияния процессов теплообмена выработок на распределение воздуха в вентиляционных сетях горных предприятий. В работе предлагается один из вариантов учета тепловой депрессии при расчетах воздухораспределения в шахтах.
Увеличение глубины разработки, рост газообильности шахт, применение высокопроизводительных выемочных комплексов на больших шахтах и ограничение мощности вентиляторов по экономическим соображениям на маломощных шахтах, периодические отключения электроэнергии - все это требует повышения внимания к созданию безопасных условий труда, которые в значительной степени достигаются надежным проветриванием. Для повышения точности расчетов распределения воздуха в вентиляционных сетях шахт возникла необходимость учета влияния теплообмена выработок на воздухораспределение в шахтах.
Теплообмен в выработках между породным массивом и воздухом наблюдается в глубоких шахтах уже при нормальных условиях эксплуатации. Теплообмен приводит к образованию дополнительных источников движения воздуха - тепловой депрессии - как результата проявления тепловой энергии, находящейся в толще горных пород. Тепловая депрессия (или естественная тяга) влияет на работу вентиляторов главного проветривания, увеличивая или уменьшая их дебит. Естественная тяга в определенных случаях может вызвать перераспределение воздуха между стволами или оказать дополнительное влияние на работу вентиляторов.
Таким образом, при решении вопросов проветривания шахт при нормальных и аварийных режимах возникает необходимость в разработке методов расчета вентиляционных сетей с учетом влияния процессов теплообмена в выработках.
Стандартная система уравнений для расчета воздухораспределения в вентиляционных сетях
IЧ = 0 (1)
+ ^ )= 0 (2)
не учитывает процессов теплообмена, влияющих на формирование воздушных потоков в горных выработках. Во-первых, при наличии теплообмена в вентиляционной сети возникает дополнительный источник движения воздуха - тепловая депрессия; во-вторых, изменяются параметры состояния воздуха, что сказывается на характере взаимодействия воздушных потоков с выработками.
Согласно [1,2] депрессия естественной тяги определяется по формуле (формула В.Б. Комарова):
И. = рН
Я
где р - атмосферное давление, Па;
1 1
Л
г1 г
(3)
2 У
Н - глубина выработки, м;
Я - газовая постоянная (для сухого воздуха Я=29.27 м/градус);
^Дг - температура входящей и исходящей струй воздуха ( в начале и конце выработки), 0К.
При расчетах нас интересует тепловая депрессия, вносимая каждой выработкой, а поскольку большинство выработок соединены с поверхностью не напрямую, а через цепь других выработок, то для расчета тепловой депрессии конкретной выработки в формуле (3) вместо глубины Н следует взять разность геологических отметок начала и конца выработки Тогда (3) примет следующий вид:
í Л 1 Л
К = &
Я
1 _ 1
Л1 Л2 J
(4)
Это слагаемое для каждой выработки необходимо добавить в уравнения (2), которые преобразуются в
^(ггдг2 + К + Не1 )= 0, (5)
и вести расчет воздухораспределения по уравнениям (1) и (5).
Для определения температур в узлах сети можно воспользоваться, например, формулой
[3]:
1
Л = Л + (Л _ Л )е чср
к м V н м' ■>
4- 0ту
где 1;к - температура воздуха в конце участка, К; 1;н - температура воздуха в начале участка, К; и - температура массива, в котором пройдена выработка, 0К; а - коэффициент теплопроводности массива, вт/(м-К); р - плотность воздуха, кг/м ;
с - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, дж/(кг-К); q - количество воздуха, проходящего по выработке, м3/с; 1 - длина участка, м.
Литература
1. Рудничная вентиляция: Справочник/ под ред. Ушакова К.З. - М.: Недра, 1988, - 440с.
2. Горное дело. Энциклопедический справочник, т.6. - М.: Углетехиздат, 1959, - 376с.
3. Сухан Л., Байер М. Термодинамика рудничной атмосферы. - М.: Недра, 1978, 255с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.