Способ создания вентиляционной сети Советский патент 1991 года по МПК E21F1/02 

1

(21)4363754/03

(22)26.11.37

(46) 30.04.91. Бюл. Р 16

(71)Институт горного дела АН КазССР

(72)В.Ф.Слепых и Е.В.Вязниковцев

(53)622.45 (083.8)

(56)Авторское свидетельство СССР If 253217, кл. Е 21 F 1/00, 1965.

Справочник по рудничной вентиляции. Под ред. А.И.Ксенофонтовой.М.: Недра, с. 240-241.

(54)СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ

(57)Изобретение относится к области вентиляции. Цель - повышение -эффективности управления процессами вентиляции и их стабилизации за счет одновременного учета технологических и аэродинамических параметров вентиляционных сетей при увеличении числа технологических уровней очистных блоков и путем обеспечения топологической и аэродинамической симметрии.Для этого при наличии в вентиляционной сети диагональных соединений преобра- ют их в параллельные подтипы соединений. Определяют фактические значения пределов отношений сопротивлений выработок внутренней части к оконту У

ривающим ее выработкам, сравнивают их с граничными значениями, равными для соединений звездного типа от единицы до двух, для соединений сложного параллельного типа - от двух до четырех, и при несоответствии им фактических значений изменяют геометрические и аэродинамические характеристики выработок. При этом выработки всех технологических уровней проходят с представленными соотношениями сопротивлений. Выработки очистного блока размещают и соединяют с воз- духоподающей и сборочной вентиляционной выработками симметрично относительно центральных узлов. К последним присоединяют воздухоподводящие и воздухоотводящие выработки в соответствии с выбранным подтипом соединения. Системы выработок каждого технологического уровня выполняют аэродинамически обособленными и соединяют с вентиляционной сетью высшего уровня одной выработкой со стороны подачи свежего воздуха и одной - со стороны выдачи отработанного воздуха. Присоединяют эти выработки к воз- духораздающим сборочным вентиляционным выработкам высшего уровня. 7 ил.

ё

(Л

с

Э Јъ

:л :л

Јь J

Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано при проветривании рудников, шахт и производственных1 помещений.

Цель изобретения - повышение эффективности управления процессами вентиляции и их стабилизации за счет

одновременного учета топологических и аэродинамических параметров вентиляционных сетей, увеличение числа очистных блоков технологических уровней путем обеспечения топологической и аэродинамической симметрии.

Способ создания вентиляционных сетей включает последовательное и

параллельное соединение выработок внутренней части вентиляционной сети и оконтуривающих ее выработок,соединенных в узлах с воздухоотводящей и воздухоподающей выработками,соединение выработок с воздухораздающей и сборочной вентиляционной выработками в центральных узлах, при этом при наличии в вентиляционной сети диагональных соединений преобразу- зуют их в параллельные подтипы соеди- динений, определяют фактические эна- чения пределов отношений сопротивлений выработок внутренней части к оконтуривающим ее выработкам,сравнивают их с граничными значениями, разными для соединений звездного типа от единицы до двух и для соединений сложного параллельного типа - от двух до четырех, и при несоответствии им фактических значений изменяют геометрические и аэродинамические характеристики выработок, при этом выработки всех технологичес ких уровней проходят с указанными выше соотношениями сопротивлений, а выработки очистного блока размещают, и соединяют с воздухораздающей и сборочной вентиляционной выработ- канн симметрично относительно центральных узлов, к которым присоединяют подводящие и отводящие воздух выработки в соответствии с выбранным типом соединения, при этом сие- темы выработок каждого технологического уровня выполняют аэродинамически обособленными, и соединяют с сетью высшего уровня одной выработкой со стороны подачи свежего воздуха и одной - со стороны выдачи отработанного воздуха, присоединяют эти выработки к воздухораздающим и сборочным вентиляционным выработкам высшего уровня с соблюдением одинаково- го типа соединения выработок и их количества.

На фиг.1 представлена однолинейная схема расположения выработок и направление движения воздуха при существующем порядке отработки и проветривания системой горизонтальных слоев с закладкой; на фиг.2 - полная вентиляционная сеть данного участка; на фиг. 3 - упрощенная вен- тиляционная сеть при условии изоляции путей утечек; на фиг. 4 - одно-, линейная схема расположения выработок после преобразования с параллельным их соединением между собой; на фиг.5- аэродинамическая схема проветривания данной сети при параллельном соединении выработок с учетом изоляции путем утечек воздуха; на фиг. 6 - возможная схема расположения выработок участка при параллельном соединении приведенных выше схем проветривания блоков; на фиг. 7 - аэродинамическая схема проветривания при параллельном соединении вентиляционных систем группы блоков (фиг.5).

В схеме (фиг.1) откаточный штрек представлен выработками 1-2, 2-3,..., 10-11 и 11-12, а сборочный - вентиляционными выработками 25-26, 26 - 27,.... 35-36. Между ними расположены восстанавливающие очистных блоков 1-13-25, 2-14-26, 3-15-27 и т.д., между которыми в свою очередь проходят очистные камерообраэные выработки 13-14, 15-16, 17-18,...23-24. При существующих конструктивных параметрах длина блока по простиранию составляет 30-50 м, ширина блока (вкрест простирания) - до 40 м, высота этажа - 60 м, расстояние между очистными блоками - 100 м. Сечение откаточного и вентиляционного штреков равно 6,7 м , восстающих 4,0 м и очистных камер 16м.

При среднем значении коэффициента аэродинамического сопротивления для горизонтальных выработок 0Ј ., 0,002 кг-с /м4 ( ft 0,1307934) и вертикальных оЈ 0,005 кг. 0,327) аэродинамические сопротивления выработок составят (фиг.1,3):

-для выработок внутренней сети (внутренних ветвей), включающих рабочий участок воздухоподающего восстающего (1-13, 3-15, 5-17 и т.д.),очистные камеры {13-14, 15-16, 17-18 и т.д.) и рабочий участок воздухоподающего восстающего (14-26, 16-23, 18-30 и т.д.), в зависимости от длины блока (камеры) от 30 до 50 м

RftH 0,0377437-0,0379062 кцв

-для выработок оконтуривающих сеть (оконтуривающих ветвей) выработок откаточного и вентиляционного горизонтов, заключенных между воздухо подающими (например, фиг.1, выработки 1-3, 3-5 и т.д.), при длине участков 130-150 м.

ROK 0,0093033 - 0,0107404 кju

Отношение сопротивлений внутренни

ветвей к оконтуривающнм для крайних значений длин равно

Z - Rftn/Rok - 4,055-3,529 О)

При обычной подготовке (фиг.) сеть представлена весьма сложным диагональным соединением (фиг.2),а при изоляции участков выработок,по которым воздух не должен идти (фиг.1, 2, участки восстающих 13-25 2-14, 15-29, 4-16 и т.д.). т.е. при изоляции путей утечек, - простым диагональным соединением (фиг.З), эквивалентное сопротивление которого изменяется по зависимости

(0,0009353 m + + 0,0060061)RQK,

(2)

где ш - общее число ветвей в схеме проветривания (фиг.3).

Согласно предложенному способу выработки сети рассматриваемого участка (фиг.1) проходят с параметрами, обеспечивающими отношение их аэродинамических сопротивлений равными (в данном случае) г 3,529, т.е. при сохранении всех существующих параметров, но при увеличении длины блока до 50 м. При этом подачу воздуха производят по центру участка - в узел 37 (фиг.4), а отработанный выдают из симметрично расположенного- ему узла 38. В этом случае вентиляционная система при изоляции всех путей утечек будет представлена весьма сложным параллельным соединением (фиг.5). Эквивалентное сопротивление этой системы (фиг.5) изменяется по зависимости

R - (0,36174 + 0,3 е-МЗ)Р

(3)

где Rej. КЭ.Р аэродинамическое

сопротивление окон- туривающнх ветвей и эквивалентное системы, кЛЈ ш - общее число ветвей

системы (фиг.5.

Согласно зависимости (3) эквивалентное аэродинамическое сопротивление (фиг.5) практически становится стабильным при 38 ветвях и составляет

R

9р 0,0038852 кг

В этом случае сеть будет содержать 14 очистных блоков, или по семь на каждом фланге. В дальнейшем с ростом числа очистных блоков в данной сети эквивалентное сопротивление ее остается неизменным.

При этом же числе ветвей эквивалентное сопротивление сети с диаго- нальным типом соединения (фиг.1, 3) согласно (2) будет равно

Ru 0,0415475 K|U,

т.е. почти в 11 раз больше, чем при

параллельном соединении (фиг.5).

В данной сети при принятом соотношении аэродинамических сопротивлений (1) и равенстве сопротивлений флангового и смежного с ним внутреннего

® блоков распределение воздуха в узлах происходит равномерно, т.е. в каждом сопряжении выработок подаваемое к нему общее количество свежего воздуха делится поровну по двум от5 ходящим выработкам и аналогичным образом собирается на стороне с исходящей струей.

Например, при подаче в рассматриваемую систему выработок (фиг.4,5)

0 80 воздуха на фланги по выработкам 37-6 и 37-7 поступает по 40 м/с, далее на левом фланге из узла 6 в блок 6-18-17-9 пойдет 19,8 м3/с, а по штриху 6-5-4 - 20,2 м/с и далее

5 по блокам 4-16-15-27 и 2-14-13-25 - поровну по 10,1 .

Аналогичным образом воздух распределяется и на первом фланге.

Для обеспечения равномерного расп0 ределения воздуха по очистным блокам в блоках, относящихся к внутренней сети вентиляционной системы (фиг.4,5), блоки 4-16-15-27, 9-21-22-34 и т.д., устанавливают регулирующие вентиля5 ционные сооружения с аэродинамическими сопротивлениями,равными:

для первых, считая от фланга,внутренних блоков (4-16-15-27 и 9-21-22- 3Ч Rcen 0,0214808 кЦ|;

0 для вторых внутренних блоков (6- 18-17-29 и 7-19-20-32) ИрГЛ- / 0,107404 K|U

При развитии сети до 14 очистных блоков необходимые аэродинамические

5 сопротивления регулирующих устройств составят, кШ:

для третьих внутренних блоков Rper-5 0,3007312

для четвертых Rper.4- 0,644424 для пятых Rper. e 1,181444 для шестых Rper.6 1,9547528 для седьмых Rper.7 3,007313 Практически два последних значения уже требуют установки простых (дощатых) глухих перемычек.

Эквивалентное сопротивление системы при указанных выше параметрах pery-jQ способе подготовки и отработки очист- ляторов изменяется следующим образом:

- при наличии в сети только двух очистных блоков (по одному на каждом фланге), т.е. для простого параллельного соединения из двух блоков,Кд,р.1 15 0,0148467 кщ;

-при четырех блоках (по два на каждом фланге), т.е. при одном блоке во внутренней сети на каждом фланге, &э.р.г 0,0055017 к(Ы;20

-при шести блоках, т.е. сети, представленной на фиг.4 и 5, Р

0,0058264 кГц;

- в дальнейшем

э.р-3 при восьми блоках

ных блоков системой горизонтальных слоев с закладкой для очистного участка оптимальной по эквивалентным аэродинамическим параметрам при условии равномерного распределения воздуха по очистным блокам будет сеть,включающая в себя четыре блока, при геометрических и аэродинамических параметрах, обеспечивающих отношение сопротивлений г 3,529.

Вентиляционную систему последующего уровня конструируют из создан- ных выше обособленных вентиляционных сетей (фиг.4, 5) при параллельном их соединении между собой. Например,как показано на фиг. 6, 7 (однолинейная схема здесь дана для одного фланга, а аэродинамическая - для полной симметричной сети). При этом оконтури- вающие выработки (фиг.6, 7, выработки 39-40, 40-37, 38-43 и т.д.) проходят и соединяют ими сети очистных блоков так, чтобы отношение их эквивалентных аэродинамических сопротивлений к аэродинамическим сопротивлениям этих выработок лежало в пределах от двух до четырех, а основные воздухоподающую и вентиляционные выработки присоединяют к системе в центре участка (узлы 37,38,41,42 и т.д.). В данной сети необходимое равномерное распределение воздуха получают без установки дополнительных регулирующих вентиляционных сооружений.

кЭ.р,4 0,0070812 к(Ц, при 10 блоках кэр% 0,0086133, при 12 блоках R},p.6 0,0102577 к/ и при 14 блоках К9,р 7 0,0119566 к(Ц.

. Приведенные данные показывают,что начиная с сети, включающей восемь блоков, эквивалентное сопротивление растет практически по линейной зависимости:

Ч«4-7 (0,0002708т +

+ 0,0016657)РОК K(U,

которая подобна зависимости (1) для диагонального соединения.

В соответствии с этими результатами количество рабочих блоков в сети участка принимают равным четырем, что позволяет получить эквивалентное аэродинамическое сопротивление только в 1,4 раза выше, чем в сети без регуляторов (3).

В общем случае снижение эквивалентного аэродинамического сопротивления сети с регуляторами достигают при условии, если отношение сопротивления внутренней выработки к сопротивлению устанавливаемого в ней регулирующего устройства больше одной трети.

Если требуемое по технологии число рабочих блоков на участке должно быть выше, например шесть, то эквивалентное сопротивление системы сохраняют на минимальном уровне (0,0055017 к(Ц) путем снижения сопротивления выработок, смежных с возду- хоподающими и воздухевыдающими узлами (фиг.4, 5, узлы 37 и 38). Последнее достигают изменением геометрических (сечения, длины) или аэродинамических (коэффициента оЈ ) параметров .

Таким образом при существующем

способе подготовки и отработки очист-

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ных блоков системой горизонтальных слоев с закладкой для очистного участка оптимальной по эквивалентным аэродинамическим параметрам при условии равномерного распределения воздуха по очистным блокам будет сеть,включающая в себя четыре блока, при геометрических и аэродинамических параметрах, обеспечивающих отношение сопротивлений г 3,529.

Вентиляционную систему последующего уровня конструируют из создан- ных выше обособленных вентиляционных сетей (фиг.4, 5) при параллельном их соединении между собой. Например,как показано на фиг. 6, 7 (однолинейная схема здесь дана для одного фланга, а аэродинамическая - для полной симметричной сети). При этом оконтури- вающие выработки (фиг.6, 7, выработки 39-40, 40-37, 38-43 и т.д.) проходят и соединяют ими сети очистных блоков так, чтобы отношение их эквивалентных аэродинамических сопротивлений к аэродинамическим сопротивлениям этих выработок лежало в пределах от двух до четырех, а основные воздухоподающую и вентиляционные выработки присоединяют к системе в центре участка (узлы 37,38,41,42 и т.д.). В данной сети необходимое равномерное распределение воздуха получают без установки дополнительных регулирующих вентиляционных сооружений.

В соответствии с конструктивными параметрами блоков и участков (фиг.4) соединительные выработки (фиг.6,выработки 37-40, 38-43, 40-41 и т.д.) проходят принятым сечением S 6,7 м и длиной 30 .м, чему соответствует сопротивление 0,0021481 . Тогда эквивалентное сопротивление сети,заключенной между узлами 40 и 43 (фиг.6), составит 0,0024494 кед. Для сохранения его значения постоянным необходимо, чтобы основные выработки сети участка (фиг.6, выработки 38-40, 43-44 и т.д.) имели аэродинамическое сопротивление, равное

Ј

О, 005501 7 + 2. 010021 A8 IOiOg244 94 ----- 0,0036742 к

I

и параллельное соединение выработок внутренней части вентиляционной сети и оконтуривающих ее выработок, соединенных в узлах с воздухоотводя- щей и воэдухоподаюшей выработками, соединение их с воздухораэдающей и сборочной вентиляционной выработками в центральных узлах, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности управления процессами вентиляции и их стабилизации за счет одновременного учета топологических и аэродинамических параметров вентиляционных сетей при увеличении числа технопогических уровней очистных блоков и обеспечения топологической и аэродинамической симметрии, при наличии в вентиляционной сети диагональных соединений лреобразуюг их в параллельные подтипы соединений, определяют фактические значения пределов отношений сопротивпений выработок внут30

Для достижения этого значения при необходимой длине 410м данную выработку проходят сечением S-10,3 м2 при креплении ее торкретбетоном ( 06 0,001, 0,0654), т.е. двухпуте- Ю вую, чем обеспечивают необходимую интенсивность откатки руды. При этих параметрах эквивалентное сопротивление сети между узлами 39 и 44 (фиг.6, 7) составит также 0,0024494 к/Ц. 15

В дальнейшем общую систему конструируют, например, из двух систем, которые подобны рассмотренным на фиг.6 и 7. Если выработки, которые проходят для связи этих систем между 20 собой и с общей сетью, обеспечивают аэродинамические сопротивление,равное 0,0036742 к/Ц, то и эквивалентное сопротивление сохраняют постоянным при равномерном естественном расп- 5 Ренней части к оконтурнвающим ее вы- ределснии воздуха между этими системами .

Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение устойчивости проветривания за счет иерархического принципа построения ГРТИ с разделением общей системы на аэродинамически обособленные подсистемы технологических уровней с симметричным расположением ветвей в них, 35 связанным с общей сетью только по их входу и выходу. Снижение числа регулирующих вентиляционных сооружений и обеспечение практического постоянства эквивалентного сопротивле- 40 ния подсистем и сети в целом на длительный промежуток времени повышает надежность их функционирования. И все это вместе взятое снижает потери воздуха в сети, упрошает упрявле- 45 ние, обеспечивает заданное распределение воздуха в сети и тем самым повышает эффективность проветривания .рабочих месл-. А снижение и стабилизация величины эквивалентного 50 сопротивления обеспечивает постоянство параметров главных вентиляторных установок и снижение общих энергетических затрат на них. Формула изобретения 55

Способ создания вентиляционных сетей, включающий последовательное

работкам, сравнивают их с граничными значениями, равными для соединений звездного типа от единицы до двух, а для соединений сложного параллельного типа - от двух до четырех, и при несоответствии им Фактических значений изменяют геометрические и аэродинамические характеристики выработок, при этом выработки всех технологических уровней проходят с указанными выше соотношениями сопротивлений, а выработки очистного блока размещают и соединяют с возду- холодающей и сборочной вентиляционной выработками симметрично относительно центральных узлов, к которым присоединяют воздухоподводящие и воэ- духоотводящие выработки в соответствии с выбранным подтипом соединения, причем системы выработок каждого технологического уровня выполняют аэродинамически обособленными и соединяют с вентиляционной сетью высшего уровня одной выработкой со стороны подачи свежего воздуха и одной - со стороны выдачи отработанного воздуха и присоединяют эти выработки к воэдухораздакнцим и сборочным вентиляционным выработкам высшего уровня с соблюдением одинакового типа соединения выработок и их количества.

и параллельное соединение выработок внутренней части вентиляционной сети и оконтуривающих ее выработок, соединенных в узлах с воздухоотводя- щей и воэдухоподаюшей выработками, соединение их с воздухораэдающей и сборочной вентиляционной выработками в центральных узлах, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности управления процессами вентиляции и их стабилизации за счет одновременного учета топологических и аэродинамических параметров вентиляционных сетей при увеличении числа технопогических уровней очистных блоков и обеспечения топологической и аэродинамической симметрии, при наличии в вентиляционной сети диагональных соединений лреобразуюг их в параллельные подтипы соединений, определяют фактические значения пределов отношений сопротивпений выработок внутРенней части к оконтурнвающим ее вы-

Ренней части к оконтурнвающим ее вы-

работкам, сравнивают их с граничными значениями, равными для соединений звездного типа от единицы до двух, а для соединений сложного параллельного типа - от двух до четырех, и при несоответствии им Фактических значений изменяют геометрические и аэродинамические характеристики выработок, при этом выработки всех технологических уровней проходят с указанными выше соотношениями сопротивлений, а выработки очистного блока размещают и соединяют с возду- холодающей и сборочной вентиляционной выработками симметрично относительно центральных узлов, к которым присоединяют воздухоподводящие и воэ- духоотводящие выработки в соответствии с выбранным подтипом соединения, причем системы выработок каждого технологического уровня выполняют аэродинамически обособленными и соединяют с вентиляционной сетью высшего уровня одной выработкой со стороны подачи свежего воздуха и одной - со стороны выдачи отработанного воздуха и присоединяют эти выработки к воэдухораздакнцим и сборочным вентиляционным выработкам высшего уровня с соблюдением одинакового типа соединения выработок и их количества.

91

fГТ7 г

U 6

.g /J|o

П

и

и

01

К М К UflOЈ LI 91 SI

Ј гяф

U 6

К

К

1C

Of 91

U U

/ гщ 9 L 9 S Ј II

П

и

п

01

W ЈЈ Я tf 6Z -« ZZ fZ

+ глф

д д.- Ј г i

/;

и

«

91

и

ггпф

lf U 0Ј 61 91

91

U

9;

&

t/

Фиг. 7