Способ регулирования расхода воздуха в горных выработках Советский патент 1985 года по МПК E21F1/00 

. Изобретение относится к горной проьшшленности, а именно способам регулирования расхода воздухав проветриваемых за счет общешахтно депрессии выработках угольных шахт... Из вестен способ регулирования расхода воздуха в выработках с помощью подземных вспомогательных вентиляторов, работающих через перемычки. Вспомогательные вентиляторы устанавливают в ветвях, в которых необходимо увеличить расход воздуха и повысить депрессию. При этом выработку перекрывают перемычкой, через которую проходит диффузор вентилятора. Транспорт направляют по обходной выработке, в которой сооружают шлюз из двух вент1 ляционных дверей l . Однако появление дополнительного источника тяги в ветви с вспо могательным вентилятором приводит к увеличению депрессии ветви, а следовательно, и расхода воздуха в ней. Применение подземных вспомогг1тельных вентиляторов является эффективным и экономичным способом регулирования расхода воздуха, Однако при их использовании свежий в дух может загрязняться утечками с исходящих струй. Остановка подземного вентилятора вызывает резкое ухудшение проветривания забоев, реверсирование вентиляционных стру на выемочных участках при авариях затруднено. Из-за этого установка подземных вспомогательных вентиля торов допускается только в отдельных случаях. Вследствие ограничений подземные вспомогательные ве тиляторы для регулирования воздушн струй на шахтах применяются редко. Известен также способ регулирования расхода воздуха в горных выработках, основанный на определени количества последовательно установ ленных вспомогательных вентиляторо размещении их ввыработке и подбор соотношений сечений выходных отвер стий вентиляторов и горной выработ ..ки 2. ; Преимуществом регулирования рас хода воздуха с помощью подземного вспомогательного вентилятора без перег-илчки является то, что не требуется возведение в выработке пере мычки и шлюза в обходной выработке ,для пропуска транспорта. Однако эти вентиляторы могут работать на сеть с небольшим аэродинамическим сопротивлением (примерно до 30-40 мюрг) , поэ.тому в реальных условиях угольных шахт- эффективность их работы невелика, расход воздуха в выработке увеличивается менее чем на 10%, Кроме того, подземные вспомогательные вентиляторы без перемыч ки работают неэкономично, с низким КПД (0,1-0,2) , В угольных шахтах они применения пе нашли, а применяются в основном в калийных рудниках. Цель изобретения - повышение выемочных участков за счет уменьшения потерь энергии воздушной струи. Цель достигается тем. что согласно способу регулирования расхода воздуха в горных выработках, основанному на определение количества последовательно установленнЕлх вспомогательных вентиляторов, разме щении их в выработке и подборе соотношений сечений выходных отверстий вентиляторов и горной выработки, вентиляторы устанавливают на расстоянии друг от другане меньшем,чем три гидравлических диаметра горной выработки, а соотношение сечений выходного отверстия вентилятора и выработки определяют из условия , где D гидравлический ди°1аметр выработки, м о - диаметр вьходного отверстия вентилятора, м. На фиг.1 приведена упрощенная схема проветривания -шахты; на фиг.2-выработка с установленными в ней подземными вспомо га т ельнЕЛМи вентиляторами без перемычки; на фиг.З - зависимость статического давления, создаваемого вентилятором от расстояния от выходного отверстия вентилятора. Проветривания шахты осуществляется главной вентиляторной установкой 1. В выработках 2, в которых требуется увеличение расхода воздуха, например в откаточных штреках выемочных участков, устанавливают подземные вспомогательные вентиляторы 3 без перемычки, в качестве которых используют вентиляторы местного проветривания (например ВМ-б,ВМ-8 и др.) с коротким (7-8 диаметра выходного отверстия вентилятора) трубопроводом для выравнивания потока и создания необходимого размера выходного отверстия вентилятора. Пример 1. Исходные данные, используемые в примере. На выемочный участок необходимо подавать 15 MVc свежего воздуха. Аэродинамическое сопротивление участка ,05 км. Сеч-ение выработки 12,5 м, гидравлический диаметр D 3,7 м. Фактически на участок (за счет работы вентилятора главного проветривания) подается 10 м/с воздуха.В связи с тем, что фактический расход воздуха меньше необходимого, требуется применять.регулирование. Для регулирования расхода возду- ха используют вентиляторы ВМ-8 с номинальной производительностью Озя 10 м VCM. 1.1.Количество вентиляторов, которое необходимо установить в вы работке, определяют по формуле Ч йкИ-г) -аэродинамическое сопротивление участка,км; -требуемый расход воздуха на участке, Qq) - фактический расход воздух на участке, hj, - скоростной напор, создаваемый вентилятором, аПа Qji - производительность вентил тора, м Vc; 1 - потери энергии струи вентилятора. Потери энергии струи вентилятор зависят от скорости истече - ия стру из выходного отверстия вентилятора Для исследования этой зависимости выполнены эксперименты в опытном штреке, результаты которых при ведены ниже. Потери энерги Скорость истечения струи, м/с струи, % Как видно из приведенных данны при увеличении скорости истечения струи резко увеЛи1иваются потери энергии на смешение потоков и реци куляцию. Причем оптимальным значением с рости истечения струи 15 м/с. При меньшем значении скорости скорост ной напор, создаваемый вентилятор уменьшается до величины 6 даПа и выработке потребляется.большое кол чество вентиляторов. При принятой (15 м/с) скорости ;истечения струи из выходного отвер стия .вентилятора скоростной напор .he 14 даПа, потери энергии стури Ч 0,6. I Используя принятые исходные да ные, по формуле (1) определяют , O jLilsIriob - р 1 R - - , 1 Таким образом, для регулирова расхода воздуха в выработке нужно установить последовательно 3 вент тора . 2.Определение повышения эффективности проветривания выемочного участка за счет уменьшения потерь энергии струи при установке вентиляторов на расстоянии один от другого меньшем чем ЗЛ , например, на расстоянии D один от другого и на расстоянии 2 3D. 2,1.. Повышение эффективности проветривания выемочного участка при установке вентиляторов на расстоянии один от другого I) 3,7 м. бсаовному потоку воздуха в выработке, создаваемому вентилятором главного проветривания, дополнительная энергия струи вспомогательного вентилятора передается при смещении потоков. Дополнительная энергия, переданная основному потоку, определяется по увеличению статического давления в выработке (статическое давление представляет собой удельную энергию струи). В опытном штреке проведены исследования по определению эпюры статического давления, создаваемого вспомогательным вентилятором (фиг.З). Из графика видно,что-статическое давление в вьгработке достигает максимум а и стабилизируется на расстоянии ЗЗЭ от выходного отверстия вентилятора. На расстоянии Б от выходного отверстия вентилятора статическое давление в выработке равно нулю, т.е. энергия вспомогательного вентилятора основному потоку не передается. Таким образом, при последовательной установке в вырабЬтке трех вентиляторов на расстоянии 3,7 м один от другого два первых вентилятора не передадут энергию струи основному потоку. Энергию основному потоку передаст только третий (последний) вентилятор. 2.1.1.Определение увеличения расхода воздуха (эффективности проветривания) в выработке при работе трёх вспомогательных вентиляторов, установленных на расстоянии 3,7 м один от другого. Находят мощность струи воздуха в выработке от вентилятора главного проветривания. N (2) 102 / где QQ, - расход воздуха на участке за счет работы вентилятора главного проветривания. Использовав величины, принятые в исходных данных, получим .0,49 КВТ. 102 Мощность, передаваемая основной струе, вспомогательными вентиляторами. J if-fiL.--Использовав величины, прин в исходных данных, получают Расход воздуха в выработке работе вспомогательных вентил определяют по формуле f. . I 102( Nee Ц - R Подставив значение входящи формулу величин, получают (0,) , 8 м Vc 0,05 Таким образом,при устагювке трех вспомогательных вентиляторов на .расстоянии 3,7 м один от другого (меньше чем 3D); расход воздуха в выработ ке у}зеличится на 2,8 м, т.е. расход воздуха будет меньше необходимого (меньше 15 MVc). Следовательно, про ветривание не становится эффективнее 2.2.Повышение эффективности проветривания выемочного участка при устсшовке вентиляторов на расстоянии один от другого 3D, . т.е. 11,1 м и боль::;е. Как видно из графика (фиг.З), основному потоку воздуха в выработке будет передана энергия струй каждого из трех вспомогательных вентилято ров. Мощность, передаваемая струями вспомогательных вентиляторов основному потоку, по формуле (3) составит 3.14.10(1-0,6) , утТт 1,65 кВт. Расход воздуха в выработке определяется по формуле (4) (j,4i02io 2±i:65i: ic,3MVc Следовательно, при работе трех вспомогательных вентиляторов, установленных на расстоянии 3D один от другого, расход воздуха в выработке увеличится на 6,3 MVC и выемочный участок будет обеспечен необходимым расходом воздуха ;(15 м/c) . Такое увеличение расхода воздуха достигнуто за счет того, что при установке трех вспомогательных вентиляторов на расстоянии Зо один от другого по сравнению с установкой вентиляторов на MeEibmeM расстоянии мощность струй, передаваемая основному потоку увеличилась в 3 раза (Q сг 3) за I счет соответствующего уменьшения потерь-энергии струй. 3.Определение повышения эффективности проветривания выемочного участка за счет уменьшения потерь энергии струи при отно11ениях гидравлического диаметра выработки D к диаметру выходного отверстия вентилятора d меньшим 7, равным 7 и большим 7. 3.1.Диаметр выходного отверстия вспомогательных вентиляторов принимают равным 0,92 м, отношение -г- - 4 (меньше 7) . d Потери энергии струи вспомогательного в.ентилятора зависят от D В опытном штреке выотношенияполнены эксперименты, результаты которых приведены ниже (скорость истечения струи 15 м/с). При отношении - потери энергии струи ,59. Мощность, передаваемая основной струе при работе вспомогательных вентиляторов, определяется по формуле (3) I N ,591 Ng 102 - 1,ьу КВТ. . Расход воздуха в выработке по формуле (4) составит Г) 102(0,49+1,69) ,,. . 3/ Q, 16,4 м /с. Увеличение расхода воздуха при работе вспомогательных вентиляторов составит 6,4 . Выемочный участок будет обеспечен необходимым расходом воздуха. 3.2,Диаметр выходного отверстия вспомогательных вентиляторов приниаем равным 0,53 м, отношение - 7, 2 .0,63. По формуле (3) мощность, передавамая основной струе при работе вспоогательных вентиляторов.

3,14.10(1-0,63)

- 1,52 кВт.

с

102 Расход воздуха в выработке ,-p47i5 . /Таким образом, при отношении увеличение расхода воздуха в вырабо ке составит 6 MVc. Выемочный участ будет обеспечен необходимым расходо воздуха. 3.3.Диаметр выходного отверстия вспомогательных вентиляторов принимаем равным 0,37 м, -отношение т.е. больше 7, при этом отношении 2- потери энергии струи i 0,77. а По формуле (3) мощность, передаваемая основной струе при работе вспомогательных вентиляторов м - 3 Л4.10(1-0,77) о 95 кВт Nee102 °

Расход воздуха в выработке определяется по формуле (4) .. l4,3MVc.. Таким образом, при отношении увеличение расхода воздуха в выработке составит 4,3 м/с. Выемочный участок не будет обеспечен необходимый расходом воздуха ; (14,3 MVc 15 м УС) . Таким образом, уменьшение отношения от 10 (больше допустимого, принимаемого в заявке $7) до 4 (меньше допустимого) приводит к увеличению мощности, передаваемой основной струе воздуха в выработке вспомогательньами вентиляторами в --д раза за счет соответствующего уменьшения потерь энергии струи. Расход воздуха на выемочном участке увеличивается с . 14,3 м Vс до 16,4 MVc, выемочный участок будет обеспечен необходимым расходом воздуха.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, основанный на определении количества. последовательно установленных вспо- . могательных вентиляторов, размещении их в выработке и подборе соотношений сечений выходных отверстий вентиляторов и горной выработки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности проветривания выемочных участков за счет уменьшения потерь энергии воздушной струи, вентиляторы устанавливают на расстоянии друг от друга не меньшем, чем три гидравлических диаметра горной выработки, а соотношение сечений выходного отверстия вентилятора и выработки определяют из условие: i -;- i 7, где D - гидравлический а (Л диаметр выработки, м; d - диаметр выходного отверстия вентилятора, м.

i a.

b ,

1

I 42|

0T 3ff D

расстояние от выходного отверстия Вентилятора

Ф.иг.3