Способ контроля проветривания призабойного пространства тупиковой выработки Советский патент 1985 года по МПК E21F1/00 

/S, - стесненность воздушной

«(р

Тр Wp

струи; ,площади сечения соответственно выходного отверстия вентиляционного трубопровода и вьфаботки в свету, величина Г (для заданных парамет1Ьов выработки и условий ее проветривания (при которой L LHP) ; дальнобойность воздушной:

1170157

струи в тупиковой выработке (при заданных параметрах выработки в условиях ее проветривания), м ; .,058 - коэффициент, полученный эмпирически, (м/с) 0,3 - коэффициент, полученный

эмпирически, м;

40 - коэффициент пропорциональности, полученный эмпирически, М /С°,

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-°

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной про мышленности, и может быть использова для повьошения безопасности работ при проходке тупиковыхвыработок,опасных по газу. Повышение безопасности рабо ты достигается в результате получени возможности автоматизации и централизации процесса контроля за надежным проветриванием тупиковых вьфаботок, Цель изобретения - повьш1ение эффе тивности проветривания за счет осуществления дистанционного контроля проветривания. На фиг. 1 изображена.схема, поясняющая реализацию предлагаемого способа контроля проветривания призабой ного производства тупиковой выработки, 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 простран стве (б) при выключении и включении ВМП; на фиг. 3 - графики зависимости длительности переходного аэродинамического процесса от расстоякия L.J. между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя, построенные на основании расчета по формул (1) (неперывная линия) и по данным шахтных наблюдений (реперные точки) при величинах установившейся скорости воздушного потока на выходе из вентиляционного трубопровода, равных 1-14 м/с; 2-11 м/с; 3-8 м/с, безразмерном коэффициенте трения Я 0,025, П р и м е р. В натурных условиях серия экспериментов по дистанционному контролю проветривания призабой- ного 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 м осуществлялось нагнетательным способом через вентиляционный трубопровод диаметром 0,6 м, сечением 0,28 м, Установившаяся скорость 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 Я 0,025, В рассматриваемой выработке стесненность воздушной струи составляла величину k S/Sg,p 0,4)28, Для осуществления дистанционного контроля проветривания, на последней секции вентиляционного трубопровода на расстоянии 0,5 м от выходного сечения бьши 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 комплекса Воздух. .ыходные сигналы обоих датчиков передавались на самопишущий потен1(иометр. В процессе каждого эксперимента дистанционного контроля проветривания призабойного пространства тупиковой выработки осуществлялись следующие пять операций. Отключение вентилятора местного проветривания (ВМП) на время, в теч ние которого прекращается движение воздуха в призабойном пространстве Включение ВМП. Измерение отрезка времени от начала поступления воздуха из ВМП в призабойное пространство до момента окончания переходного аэродинамического процесса изменения скорости воздушного потока в призабойном лространстве (до момента наступления квазистационарно режима проветривания призабойного пространства). Измерение скорости истечения воздушной струи из венти ляционного трубопровода при квазистационарном режиме проветривания. Расчет расстояния от вентиляционного трубопровода до плоскости забоя по формуле LT- - b. при о : с ко 0, , -оЛ где а у-j (м/с) ; 0,3k-o.5 4f- 40 .k(1-12k), с L- - расстояние между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя, м; - безразмерный коэффициент трения, зависящий от степени и типа шероховатости вьфаботки; с - отрезок времени между моме том начала нарастания скорости воздушной струи на выходе из вентиляционного трубопровода и моментом на чала турбулизациивоздушног потока- с наружной стороны трубопровода, с; V - скорость истечения воздушной струи из вентиляционно го трубопровода после окон чания в нем переходного аэродинамического процесса м/с; /Sj- стесненность воздушной струи; S jS. - площади сечения соответст венно выходного отверстия вентиляционного трубопровода и выработки в свету, . L.- дальнобойность воздушной I струн в тупиковой выработке (при заданных параметрах выработки и -условиях ее проветривания), MJ величина о (для заданных параметров выработки и условий ее проветривания (при которой L L 3,с; 0,058 - коэффициент, полученный эмпирически, (м/с) , 0,3 - коэффициент, полученньй эмпирически, м; 40 - коэффициент, полученньш эмпирически, (). При 7 tj-p имеем L ЬррИ расчет L не производится. Значения (p и L могут быть рассчитаны для каждой конкретной выработки соответственно по формуле (4) и (3). Формула ( 1) для расчета L-j по величинам с. и V для заданных значений k и /3 получена эмпирически на основании обработки результатов нагурных экспериментов и лабораторных исследований на физической модели тупиковой выр.аботки, проветриваемой ВМП. Экспериментальные исследования производились при изменениях L-r 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 вьфаботки от 5 до 16 м и диаметра трубопровода от 0,6 до 1,2м. 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 и скорости истечения воздушной струи из трубопровода результатами непосредственных замеров I.,.и УСравнение результатов дистанцион ного контроля проветривания призабонного пространства тупиковой выработки и результатов непосредствен ных замеров показало, что при контроле проветривания призабойного про странства предлагаемым способом погрешности измерения не превышают 10 Для раскрытия физической сущност предлагаемого способа дистанционног контроля L и V, рассмотрим харак.тер распространения воздушной струи в призабойном пространстве после выключения и включения ВМП. Для это воспользуемся графическими зависимостями изменения во времени скорос тей воздушных потоков на выходе из вентиляционного трубопро ода и в пр забойном пространстве (фиг, 2), пос роенными на основании записи выходных сигналов датчиков 4 и 7 скорости воздуха (фиг. 1) на диаграмму самопишущего потенциометра. При работающем ВМП процесс устан вившегося квазистационарного движеНИН воздушного потока на выходе из трубопровода и в призабойном пространстве изображен на фиг. 2 соответ ственно отрезками АБ и А В . Из гра фиков, изображенных на фиг. 2 следу ет, что в указанных областях при работающем ВМП воздушные потоки сил но турбулизованы. При этом средняя величина скорости истечения воздушной струи из вентиляционного трубопровода составляет 14 м/с, а средняя скорость воздушного потока в призабойном пространстве - 0,4 м/с. Исходным требованием для формирования переходного аэродинамического процесса является отсутствие турбулентного движения воздуха в призабойном пространстве, поэтому конт роль проветривания начинали с дистанционного выключения ВМП 1, обеспечивающего подачу воздуха к забою 2 тупиковой выработки 3 (фиг. 1). Процесс уменьшения скорости воздушн го потока на выходе из вентиляционного трубспрспода и в призабойном пространстве сопровождался затуханием турбулентных пульсаций воздуха (фиг. 2, отрезки БС и Б С ) после прекращения движения воздуха в приза бойном пространстве (фиг. 2, отрезок с д ) включали ВМП для формирования переходного аэродинамического процесса, MoMeifT 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 Л 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 ). Б мемент достижения воздушной струей забоя пространство между ним и выходным сечением трубопровода преобразовалось в канал, 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. I При движении воздуха по каналу, имеющему разворот на 180 , в области развор.ота имеют место интенсивное вихреобразование. Часть образующихся вихрей 10 подхватывалась и уносилась воздушным потокам к последней секции 5 вен тиляционного трубопровода. Момент прихода к ней вихрей и формирования квазистационарного процесса проветривания отмечался тепловым датчиком 7 (фиг. 2, точка Е). Этот момент времени 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 про- . странстве было установившимся (фиг.2, отрезки ЕМ и Е М ) и качественно совпадало с характером движения воз711

духа в призабойном пространстве до включения ВМП (фиг. 2, отрезки АБ и А Б ). Средняя скорость истечения воздушной струи вентиляционного трубопровода доставляла 14 м/с, средняя скорость движения воздуха в призабойном пространстве составляла 0,4 м/с. Длительность переходного аэродинамического процесса рассчитывалась на основании записи изменения во времени выходных сигналов датчиков 4 и 7 скорости воздуха на диаграме самопишущего потенциометра. Величина .€ определялась как промежуток времени между моментом начала выхода воздушной струи из вентиляционного трубопровода (фиг. 2, точка Д) и моментом формирования в призабойном пространстве установившегося квазистционарного воздушного потока (фиг. 2 точка Е ).

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

комплекса Воздух.

I

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

/ 0,025 и k 0,028.преобретала вид

Л 0/7

Ц 0,043

V - 3,47

На основании дистанционно изме ренных значений и .V по формуле (2) рассчитывалась величина L. Например, .дистанционно измереннымзначениям V 14 м/с и 5,7- с соответствовало расстояние L 7,3 м (таблица). Формула (2) также позволяет построить графическую зависимость L(C) для различных конкретных значений V const (фиг. 3). Используя графики можно определять L-J- по значению .С без математических выкладок.

Дистанционно полученные значения V и L-p были сравнены с минимально допустимым значением скорости истечения воздуха из вентиляционного трубопровода и максимально допустимым значением расстояния между вен78

тйляционным трубопроводом и плоскостью забоя.

Таким образом был осуществлен дистанционный контрольпроветривания призабойного пространства посредством дистанционного измерения значений V и I:J.

Экспериментальные исследования показали, что дистанционный контроль проветривания призабойного пространства тупиковой выработки возможен, если дальнобойность воздушной струи (L ), истекающей из вентиляционного трубопровода, больше расстояния между вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя, так как при L пр L T- воздушная струя разворачивается в выработке, не достигая плоскости забоя, величина о перестает изменяться- с изменением L, и расчет по С становится невозможным. Согласно данным экспериментальных исследований величина Lрр зависит от стесненности воздушной струи и ожет быть рассчитана .по формуле

-0,5

(3).

2 k

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

40V-./ - k-(1-12k). (4)

Величина Г р определяет диапазон значений с) ,при которых расстояниемежду вентиляционным трубопроводом и плоскостью забоя может быть рассчитано по формуле (1). При дистандионно полученных значениях С t

Р величина Ly находится в пределах Lpp 4 L SCO, воздушная струя разворачивается в тупиковый выработке, не достигая плоскости забоя, и в призабойном пространстве имеет место застойная зона.

Однако выполнение условия L L. при осуществлении дистанционного контроля L не накладывает ограничений на применимость предлагаемого способа дистанционного контроля проветривания призабойного пространства, так как контроль L и V имеет смысл только в том случае, если плоскость забоя омывается воздуш911ной струей и вьзделяющиеся в призабойном пространстве газы вымываются из всего его объема. При L L р у плоскости забоя возникает застойная зона, проветривание всего объема призабойного пространства не осуществляется, и контроль L.J. и V теряет смысл. Таким образом, предлагаемьм способ контроля проветривания призабойноге пространства тупиковый выработ57 , осуществляемый посредством формикирования переходного аэродинамического процесса путем вьжлючения и включения ВМП, измерения V, а также i и определения L методами и средствами оргтехники и вьиислительной техники по зависимости ; V ;k; ), не требует присутствия человека в тупиковой выработке и позволяет дистанционно определить на сколько надежно ее проветривание. ipui.j

10 го 30 40 50 6-0 70 t,c

о 10 20 т,п (риг.З 9

м

дзиг. 2 10