Устройство для проветривания тупиковых выработок Советский патент 1991 года по МПК E21F1/08 

О

ел ел

00 Ч)

Изобретение относится к горной промышленности, разведке месторождений полезных ископаемых, строительству подземных сооружений и может быть использовано для проветривания при проведении длинных тупиковых горных выработок.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет снижения потерь свежего воздуха.

На фиг. 1 изображено устройство для проветривания тупиковых выработок; на фиг. 2 - зависимость диаметра свободной струи и депрессионной воронки от конца воздуховода до всасывающего отверстия; на фиг. 3 - график относительных потерь (кривые 1), относительных подсосов воздуха (кривые 2) и относительные подсосы присоединенных масс (кривые 3).

Устройство включает воздуховоды 1-4, соединенные с нагнетательными вентиляторами 5-8, установленные в тупиковой выработке 9 последовательно и с зазором 10 друг относительно друга, величина которых равна 0,75-1 диаметра воздуховода. Воздуховоды выполнены с длиной, увеличивающейся от первого к последнему, при этом длина каждого последующего воздуховода определяется из следующего математического выражения:

. пм (у h-t , , i /„ч

,TA- РИКН, О)

n

п-м n

ПН LA

nn-tu

где Ln-1 - длина предыдущего воздуховода, м;

hn - депрессия последующего вентилятора, Па;

hn-i - депрессия предыдущего вентилятора, Па;

Qn-i - производительность предыдуще- го вентилятора, м /с;

Qn-t-1 - производительность следующего вентилятора, м /с;

гп-1 - удельное аэродинамическое сопротивление предыдущего воздуховода, Па с2/м7;

Гп - то же последующего воздуховода. Па с2/м7,

и концы воздуховодов соединены со всасывающими отверстиями вентиляторов с зазо- рами в виде воздушных промежутков в 0,75-1,0 их диаметров.

Данное устройство обеспечивает одиночную работу на воздуховод каждого вентилятора системы и равенство расхода воздуха в конце предыдущего воздуховода Производительности последующего вентилятора.

0

5

0

5

0

5

0

5

Длина любого воздуховода при одиночной работе вентилятора определяется по уравнению

Ln hn/rn rjn Qn,(2)

где hn и Qn - пара значений депрессии и производительности вентилятора на напорной характеристике;

т)п - доставочный коэффициент воздуховода;

гп - удельное аэродинамическое сопротивление воздуховода.

Заменив rjn Qic.n/Un с учетом, что при равенстве расхода воздуха в конце предыдущего воздуховода производительности последующего вентилятора Qk.n - Qn+i, получают

U hn/rn Qn Qn+i.(3)

Длина предыдущего воздуховода системы согласно (3) равна

Ln-i hn-i/rn-i Qn-i Qn.(4)

Поделив (3) и (4) и сократив подобные, получают соотношение (1), по которому должна увеличиваться длина воздуховодов от первого к последующему.

При применении предлагаемого устройства желательно, чтобы все вентиляторы системы были одного типа, а воздуховоды по диаметру соответствовали диаметру рабочего колеса вентилятора.

При равенстве расхода воздуха в конце воздуховода, производительности вентилятора и диаметров выходного и входного отверстий расстояния I от конца воздуховода до всасывающего отверстия вентилятора совмещаются в сечении А1 В1 диаметра свободной струи и депрессионной воронки и их внешние границы.

Совмещение указанных границ исключает потери воздуха и его подсосы из выработки при переходе через воздушный промежуток.

Из подобных треугольников OA1Oi, ОАО1, AA1Ai. AFK

ег

ib

|

JL

X

(5)

где г0 - радиус отверстия воздуховода;

10 - расстояние полюса круглой струи О от конца воздуховода;

hi - расстояние от границы свободной струи в сечении А В до линии стенки воздуховода по нормали;

xi - расстояние от сечения А1 В1 до конца воздуховода.

Расстояние полюса круглой струи от конца воздуховода равно:

Ј ..(ч

1с

е а - коэффициент структуры струи, равый 0,06-0,08.

Из соотношений (5) получают

hi 3,4 a xi и h 3,4 ах(7)

Согласно фиг. 15

hi |h и xi |x. Записав из (5)

Го + К ЕО + Х ГЛ еп

х X,

Jh ,

(8)

(9)

10

и приравняв крайние отношения с учетом выражения (8). получают

h 0,4r0.(Ю)

Тогда искомое расстояние от конца воз- духовода до всасывающего отверстия вентилятора составляет

I 0.4 г0 (1 /tg a + tg a).(11)

Заменив в (11) tg а 3,4 а, при а 0,06-0,08, получают

1 0.75-1,0 Do,)

где Do - диаметр воздуховода.

При расстоянии от конца воздуховода до всаса вентилятора больше I радиус гх свободной струи будет больше радиуса гх депрессионной воронки, что приведет к потерям присоединенных масс свободной струи.

Относительные потери присоединенных масс свободной струи определяются уравнением

frEK - l-W- flV,

Q

где ДО - потери присоединенных масс свободной струи;

Q - дебит присоединенных масс воздуха на расстоянии от отверстия трубы;

Vx - средняя скорость воздуха в поперечном сечении присоединенных масс на расстоянии х от отверстия.

Решая уравнение (13) при заданном условии, из которого следует, что г0 + х tg a г0 + h, получают

ДОh(2r0+h)

lTel xtgCG(xtgo6 + 2r0) (14

Заменив tg аи х их значениями (tg a 3,4 и х I - h tg a), выразив I в долях диаметра воздуховода, при h 0,2 D0, получают

0.24

Q l(3,4ak-2.3la2)(3,4ak-2.31q2H)

(

Если расстояние от конца воздуховода до всаса вентилятора меньше I, радиус гх свободной струи будет меньше радиуса гх депрессионной воронки, что приведет к

5

подсосам воздуха из-за границы свободной струи, т.е. из выработки. При уменьшении I до размера щели подсосы достигнут максимума, а вентилятор перейдет в совместный режим работы с предыдущим вентилятором.

Относительные подсосы воздуха из-за границы свободной струи выразятся уравнением

10

дОп irOV- Hr -r nv,

о.

K.-fDv,

(16)

м

- 15

70

а гх гх 25 й

я 30

13)

35

уеа

с

4)

х у40

45

50

(15) 55

а гх гх к

где Д Qn - подсосы воздуха из выработки, равные разности общих подсосов воздуха и подсосов присоединенных масс свободной струи;

Qn - общие подсосы воздуха.

Решая аналогично уравнение (16) при условии, что r0 + x tg a r0 + h, получают

AQn (3,4ak-2,3la2)(3,.3la2()

Qh0,24(17)

По выражениям (15) и (17) рассчитаны при различных значениях k (k I/D0) и нанесены на график фиг. 2 относительно потери (кривые 1) и относительные подсосы воздуха (кривые 2), а также относительные подсосы присоединенных масс (кривые 3).

Из фиг. 2 видно, что при выполнении зазора в виде воздушного промежутка в 0,75-1,0 Do исключаются потери свежего воздуха и рециркуляция загрязненного через зазор.

Повышение безопасности и охраны труда достигается надежностью работы устройства и повышением качества атмосферы. Применение устройства исключает возможность сплющивания гибких воздуховодов на всасывающей стороне вентиляторов, переход их работы в режим короткого замыкания при остановке предыдущего вентилятора или рассоединении воздуховода. Качество атмосферы в забое улучшается за счет исключения рециркуляции и потерь свежего воздуха на пути к забою.

Для осуществления проветривания тупиковой выработки с помощью описываемого устройства обычным приемом выби- раюттип вентилятора, соответствующий диаметр воздуховода. С характеристики вентилятора снимают пары значений дебита и депрессии при максимальной производительности вентилятора в зоне высокого КПД, при максимальной депрессии в зоне устойчивой работы вентилятора и при промежуточных режимах работы. По h, Q и г определяют длину первого воздуховода 1 и по мере проходки выработки наращивают

его до достижения проектной длины. Далее устанавливают на расстоянии 0,75-1,0 Do от конца первого воздуховода второй вентилятор 6, определяют длину второго воздуховода 3 относительно длины первого и далее аналогично каждого последующего.

Пример. Проветривание тупиковой выработки нагнетанием свежего воздуха к забою с помощью предлагаемого устройства.

Для проветривания выработки используют вентилятор СВМ-бм, воздуховод типа М диаметром 600 мм. При этом удельное аэродинамическое сопротивление труб 0,415 Па с2/м7, а необходимый расход свежего воздуха в забое 2,6 м3/с.

Результаты сведены в таблице.

По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет получить безрециркуляционное проветривание с высокой эффективностью использования вентиляторов.

Формула изобретения

Устройство для проветривания тупиковых выработок, включающее воздуховоды одного диаметра, соединенные с нагнетательными вентилятора, установленные последовательно и с зазором друг отно

сительно друга, отличающееся тем, что. с целью повышения эффективности работы устройства за счет снижения потерь свежего воздуха, воздуховоды выполнены с длиной, увеличивающейся от первого к последующему, при этом длина каждого последующего воздуховода определяется из следующего математического выражения:

kQ«-t п-

при п ± ,

k-L

h-«

V.Q

тн. rh

где Ln-i - длина предыдущего воздуховода, м;

hn - депрессия последующего вентиля- тора, Па;

hn 1 -депрессия предыдущего вентилятора, Па;

Qn-1 - производительность предыдущего вентилятора, м3/с;

Qn-t-i - производительность следующего вентилятора, м3/с;

Гп-i - удельное аэродинамическое сопротивление предыдущего воздуховода, Па с2/м7;

Гп - то же последующего воздуховода, Па -с2/м7.

причем величина зазоров равна 0,75-1 диаметра воздуховода.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разведки полезных ископаемых. Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет снижения потерь свежего воздуха. Устройство содержит воздуховоды 1-4 одного диаметра, соединенные с нагнетательными вентиляторами 5-8, установленные последовательно и с зазором друг относительно друга. Воздуховоды 1-4 выполнены с длиной, увеличивающейся от первого к последующему. При этом длину каждого последующего воздуховода определяют по математической формуле. Для осуществления проветривания тупиковой выработки выбирают тип вентилятора, соответствующий диаметру воздуховода. С характеристики вентилятора снимают пары значений дебита и депрессии при максимальной производительности вентилятора в зоне высокого КПД, при максимальной депрессии в зоне устойчивой работы вентилятора и при промежуточных режимах работы. Определяют длину первого воздуховода 1 и по мере проходки выработки наращивают его до достижения проектной длины. Далее устанавливают второй вентилятор 6, определяют длину второго воздуховода 3 относительно длины первого и далее аналогично каждого последующего. 3 ил., 1 табл. Ё

10

(Put 2

Фиг J