Способ определения коэффициента эффективной диффузии в горной выработке Советский патент 1989 года по МПК E21F7/00 

(21)A303211/23-03

(22)08.09.87

(А6) 23.I2„89. Вюл. № А7

(71)Кузбасский политехнический институт

(72)В.А.Колмаков, Л.В.Колмаков и В.В.Колмаков

(53)622,8.831(088,8)

(56)Лайгна К.Ю., Поттер Э.А. Элементы аэрогазодинамики 1иахт„ ч, 1, Таллин, Валгус, 1986, с„ 34, 134,

Ярембаш Н.Ф, Определение коэффициента перемешивания в турбулентных потоках в горных выработках. - Известия ВУЗов. Горный журнал, 1978, № 6, с. 74-76.

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИ1ШЕНТА ЭФФЕКТИВНОЙ ДИФФУЗИИ В ГОРНОЙ ВЫРАБОТКЕ

(57)Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования вентиляции угольных шахт. Цель - повышение точности определения коэффициента эффективной диффузии при нестационарном переносе пу тем учета переменных значений плотности, режима движения, вязкости и концентрации газа в гaзoвoздyDJHoм потоке. В горной выработке изолируют внутренний участок поверхности газ.оне- проницаемым 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 вьщеляют удельный объем газовоздушной смеси и в вьщелен- ном объеме смеси измеряют скорость, концентрацию газа и давление при движении его через начальное и конечное сечения изолированного участка. Определяют время, за которое вьщеленный 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 вьщеленного объема, молярную массу, коэффициенты кинематической и динамической вязкости газа. Рассмотренный способ позволяет получать результаты при нестационарном газо- переносе. 2 ил.

(Л

ел

со о со ел

Изобретение относится к способам борьбы с газом в горной промьшленнос- ти 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- тивной диффузии при нестационарном переносе путем учета переменных значений плотности, режима движения, вязкости и концентрации газа в газовоздушном потоке.

На фиг.1 показана выработка, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиГо1.

В массиве 1 проходят выработку ., подают в нее через входное сечение 3 рассчитанный по регламентированной методике расход воздул1ного потока А, устраивают в выработке, где наблюдает ся загазирование атмосферы участок 5 замера с длиной 6, шириной 7, высото 8, устраивают в выходном сечении 9 выработки контрольный пункт 10 замера, изолируют участок замера от массива газонепроницаемым покрытием 1 1 не изменяющим аэродинамическое сопро 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, высотой 18 и площадкой 19 сечения (на фиг.1, 2 границы удельных объемов обозначены точками), подают в воздушный поток участка замера расход газа 20 из 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 газовоздушном потоке в точках ограничивающих выбранный объем замера, и в контрольном пункте давление в движу

Q 5

0

5 g

5

0

5

щемся потоке и скорость его движения, изменяют подачу в выработку расход газовоздушного потока относительно исходного уровня до величин, обеспечивающих достоверность результатов замера скорости движения газовоздушного потока - повышая ее вьппе 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 газовоздушного потока, прекращают подачу газа в поток, проветривают выработку, затем подают в участок замера рассчитанный расход газа, отмечают время и от начала поступления газа во .чход- ное сечение до выхода газа через выходное сечение замеряют в фиксированные моменты времени в точках, ограничивающих выбранный объем, и в контрольном пункте замера разность давлений на участке замера и движущемся газовоздушном потоке, давление, удель- ньй 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, учитьшают по контрольному пунк- TV изменение во время замеров давления, скорости движения потока, темпе ратуры, физико-химического состава смеси определяют коэффициент диффузии газа в удельном объеме любой части участка замера по математическому выражению

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.

jLbL JZbi.j L-i:JiJ:i..

h+1

RrTb-,,n., и

де D., „.,

П

,n+l

коэффициент эффектив- иой диффузии, м /c; номера точек замера (,2,3...); интервал осреднения по длине между номерами точек замера п-1 и n-t-1

I, n+1 С n-vntlM h-1, nt-t n-Vn+l

fl- S n. C., C rj+ , j

в фиксированный момент времени;

К - показатель режима движения т апопоздушного потока ь соответствую- ineM интернале з. иера

..,, ,,,

1530795

при К«2 - режим движения турбулентный, при К«1 - ламинарный, при 1 -i К : 2 - промежуточный определяется по формуле

К In (EuZEjul,) ..EiJLLZPbll.

In () , h

е P, ,РП,РП+,- давление в движущемся газовоздушном jiof токе в соответствующих точках замера, Па, определяется по формуле

()

Р. статическое давление в движущемся газовоздушном потоке от веса столба потока Ру-с и от внешнего давления

на поток Р

Р« В-с

Па;

,

динамическое давление в пото-25 ке. Па;

сопротивление движению газовоздушного потока. Па cVM, определяется по формуле

30

д5

IPo-1

h- 1, n + 1 де Р„., „,,

tt, h,-n- 1

n-1,

n-1, 1

давление в движущемся газовоздушном потоке в соответствующем интервале замера. Па;

v п+, скорость движения газовоздутного потока в соответствующих интервалах замера, м/с, определяется по формуле

1

п

1 - длина соответствующего интервала замера, м;

t -время прохождения газовоздушным потоком соответствующего интервала замера,с; объем газовоздушного пото )

ка, м

, ti (

h-Ai hft

концентрация газа в газовоздушном потоке в соответствующем интервале замера, отн. един.;

молярная масса газа в.соответствующем интервале, замера, кг/моль;

V , - кинематическая вязкость газа в соответствующей точке замера м/с, определяется по формуле

5

0

5

0

0

0

Г)-1

h-I

5

0 S

fn-, Rr

h -1, h-1|

К г,-,

7

динамическая влзкость газа в соответствующей точке замера. Па-с;

плотность газа в соответствующей точке замера, кг/м ; газовая постоянная, Дж/(моль.К);

температура газа в соответствующем интервале замера, К; площадь сечения газовоздуш 2

ного потока, м

г г

(

I I

концентрация газа в газовоздушном потоке в соответствующих точках n-l и п+1 замера, отн„ед.

Затем ограничивают в объеме участка замера последующие удельные объемы поперечные 21 - поперек ширины выработки на одной или разных высотах, высотные 22 - вдоль высоты выработки на одной или на разной ширине, продольные 23 - вдоль длины 24 вьфаботки 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 вьфаботки, повторяют последующие операции для каждсгго удельного объема в очередном участке замера по его ширине, высоте и длине, рассчитьшают зависимость 5 коэффициента диффузиии от ширины,

длины, высоты, площади сечения и объема в участках замера, вьфаботке и определяют средний коэффициент эффективной диффузии продольный, поперечный, высотный, по сечению и объему в любом участке замера и вьфаботке в целом по математическому вьфажению

« а

D(a) da.

где DO, -средний коэффициент эффективной диффузии, м/с, по длине потока 1 при , по ширине потока b при , по высоте

потока h при по площади сечения потока S при , по объему потока v при D(a) - текущий коэффициент эффективной диффузии, м /с,

Формула изобретения

Способ определения коэффициента эф фективной диффузии в горной выработке, включающий подачу через выработку газовоздушной смеси, размещение в выработке измерительных датчиков скорости потока, давления и концент- рации газа, подачу в газовоздуи1ный поток газа из источников газовыделения с фиксацией времени начала подачи газа, измерение параметров и расчет коэффициента эффективной диф- фузии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента эффективной диффузии при нестационарном переносе путем учета переменных значений плотнос ти, режима движения,.вязкости и концентрации газа в газовозд-ушном потоке, перед измерением параметров изоли

руют участок внутренней поверхности

выработки газонепроницаемым покрытием,30 ка порции газа, измеряют скорость,давзатем проветг ИБЯют горную выработку и подают на вход изолированного участие влияющим на его аэродинамическое сопротивление, измерительные датчики скорости потока концентрации газа и давления размещают в начальном и конечном сечениях изолированного участ- з фициент D эффективной диффузии при не- ка вьфаботки, выделяют по длине участ- стационарном газопереносе по математика удельньй объем газовоздушной сме- ческому выражению

ление, концентрацию порции газа и температуру в начальном, среднем и конечном сечениях, оцределяют площадь сечения выработки и рассчитывают коэфYP -P..I Р

LilDлiZ t,.УLt: лJ: uJi -«J ШJ -iJй- i.2- л дU J:i.

С ti- , 1 tl-1, ntt

п-1|

Ч

(1-1,

.

V - объем газовоздутного потока,

С - концентрация газа, отнсвд ; М - молярная масса, кг/моль; J - кинематическая вязкость,

MVc; R - 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 и показатель режима движения газа К по формулам

1 /Ph Р П-1 S

1п (--)

Eiixu u

In (

V n, n-i

)

где

P - давление, Па;

V - скорость потока, м/с; ,п,п+1 -иьщексы, относящиеся к начальному, среднему и конечному сечениям изолированного участка выработки соответственно

,,-,-Р

к

V

h- 1 I ч 1

затем проветг ИБЯют горную выработку и подают на вход изолированного участфициент D эффективной диффузии при не- стационарном газопереносе по математическому выражению

ление, концентрацию порции газа и температуру в начальном, среднем и конечном сечениях, оцределяют площадь сечения выработки и рассчитывают коэф«J ШJ -iJй- i.2- л дU J:i.

С ti- , 1 tl-1, ntt

,., H

ti-i

n- ,, i 1 V.Ct,, 1 /

Т - температура газа. К;

р - динамическая вязкость, Па-с;

S - площадь сечения потока, l; п+1; n-l.n+l - индексы, относящиеся к начальному, конечному и среднему сечениям по объему интервала соответственное

i{j ;uV-i- U-- №Wi I

bia/--f-i4

I IllllllllII

I

n

Фиг.1

/«

II

I

,

Фиг. 2