Файл: Патрушев М.А. Проветривание высокомеханизированных лав.pdf

тайном пространстве. О. последнем можно судить так­ же по показателю

Но при определении режима движения воздуха по данным шахтных наблюдений неизбежный разброс их значений может привести к тому, что показатель п при­ мет значения <1 или >2. Поэтому целесообразно пока­ затель п определять графически.

Экспериментальное определение аэрогазодинамических параметров участка и закона фильтрации утечек воздуха через выработанное пространство

Аэро,газодинамические параметры участков опреде­ лялись по данным шахтных экспериментов при измене­ нии горно-геологических и горнотехнических условий в широком диапазоне. Шахтные исследования включали в себя два этапа.

На первом этапе определяли состояние проветрива­ ния участка, удельный вес источников выделения мета­ на, аэродинамическое сопротивление выработок, харак­ тер поступления газа из выработанного пространства в прилегающие к нему выработки, необходимое распре­ деление воздуха по участку по результатам длительных (до 3 суток) и кратковременных (односуточных) про­ дольных и поперечных газовоздушных, а также депрессионных съемок по существующим методикам.

На втором этапе изучали изменение аэродинамиче­ ских параметров участка при различных режимах про­ ветривания и переменных значениях аэродинамических сопротивлений элементов участка. Режим проветрива­ ния участка изменяли в нерабочий для шахты день пу­ тем регулирования аэродинамического сопротивления вентиляционных дверей, установки временных перемы­ чек, «парусов» на вентиляционных струях участка или закорачиванием одной из них. Замерные станции устра­ ивали на входе и выходе из лавы, в выработке с допол­ нительной струей воздуха, в начале и в конце вентиля­ ционной выработки.

36

Необходимые замеры производили при установив­ шемся режиме проветривания участка. Одновременно на всех замерных станциях каждые 10 мин замеряли рас­ ход воздуха, концентрацию метана, депрессию лавы,

Кроме того, в каждом режиме замеряли расход воздуха и содержание метана по длине вентиляционной выработки и лавы через 10— 20 м; концентрацию газа на границах вентиляционной выработки и лавы с вырабо­ танным пространством для определения содержания ме­ тана в утечках (иритечках) воздуха; скорости’ воздуха и концентрацию метана по всему рабочему пространст­ ву лавы, на участке длиной 5— 6 м от вентиляционной выработки; проводили в лаве поперечные газовоздуш­ ные съемки на расстоянии 5—10 и 20 м от исходящей струй воздуха.

Для изучения влияния типа изолятора вентиляцион­ ной выработки на аэродинамические параметры участ­ ка, аэродинамическое сопротивление его изменяли пу­ тем оставления окон в бутовых полосах, изменения ши­ рины бутовых полос, замены их кострами, кустоили бутокострами. О стабилизации газовой и воздушной об­ становки на участке судили по постоянству исследуемых параметров в течение минимум 2 час.

Аэродинамические параметры считали оптимальны­ ми, если обеспечивалось необходимое по газовыделению распределение воздуха на участке при к.п.д. дополни­ тельной струи свежего воздуха равном 1 , отсутствии ме­ стных скоплений метана и выносе его в очистной за­ бой, соблюдении требований ПБ по скорости движения воздуха в выработках.

К свободным параметрам, входящим в основные рас­ четные формулы (12) — (14), относятся следующие ко­ эффициенты: г0— характеризует конфузорность облас­ ти фильтрации воздуха через обрушенные породы выра­ ботанного пространства: а и А — опытные коэффициен­ ты, характеризующие аэродинамическое качество вые­ мочного участка; kBX.K — определяет количество воздуха, входящего в выработанное пространство на сопряжении очистного забоя б вентиляционной выработкой; т — учи-

37

ты.вает характер изменения удельных утечек воздуха по длине вентиляционной выработки.

Введение трех свободных параметров (г0, а и Л) в формулу (1 2 ) вызвано необходимостью учета наличия двух взаимодействующих потоков свежего воздуха на участке (Q0 и Qa) и получением конечного результата при решении уравнения (11). Значения их зависят от со­ противления горных выработок и фильтрационных свойств выработанного пространства, но не зависят от режима проветривания. Поэтому их нужно находить для каждой конкретной лавы при определенных величи­ нах указанных сопротивлений. Для этого строится кри­ вая изменения расхода воздуха по длине вентиляцион­ ной выработки и составляются три уравнения (1 2 ) при х=40-г60; 100-1-120; 150-Ы80 м, решение которых дает искомые величины. Например, для восточной лавы па­ нели № 6 шахты им. Бажанова

А — 8-10 4 м~3, а — 0,014 м~‘; г0 = 0,00516 м~}.

Однако, полученные таким образом значения А, а и г0 но вышеуказанным причинам нельзя распространить на другие лавы, с отличными от данных аэродинамиче­ скими характеристиками. В связи с этим для определе­ ния расхода воздуха Q(x) на расстоянии х от лавы рекомендуется упрощенная формула (1 2 ) с двумя сво­ бодными параметрами г0 и 1гт.к.

Для определения коэффициентов г0,у ,&вх.к и kyi были проведены многочисленные продольные газовоздушные съемки на 7 участках (по 25—50 съемок на лаву). Об­ щие сведения об участках приведены в табл. 10. Вари­ анты схем проветривания показаны на рис. 13, 14. Зна­ чения свободных коэффициентов приведены в табл. 7.

Анализ показал, что в условиях, когда проницае­ мость обрушенных пород примерно одинакова, величина коэффициента г0 зависит главным образом от типа Изо­ лятора. Как видно из табл. 7, с ростом аэродинамиче­ ского сопротивления изоляторов значение Го снижается. На рис. 15 показано изменение дебитов воздуха и мета­ на по длине вентиляционных выработок (кривые постро­ ены по формуле (13) при значениях г0, указанных в табл. 7; номера кривых соответствуют номерам лав в табл.. 11). При неплотных изоляторах г0 составляет 0,17—0,40. С увеличением плотности изоляторов кривые

38

ж

Рис. 14. Схемы проветривания экспериментальных участков, отрабатываемых длинными столбами

П р и м е ч а н и е . Типы изоляторов расположены в порядке нарастания их плотности или аэродинамическо­ го сопротивления.

4».

а

Рис. 15. Изменение дебита воздуха (а) и метана (б) по длине выработки

/

5—8 вылолажи'Ваются, коэффициент г0 снижается до

0.015—0,019.

Таким образом полученные средние значения коэф­ фициента позволяют достаточно хорошо описать харак­ тер изменения дебита воздуха и метана по длине венти­ ляционной выработки. Максимальное отклонение опыт­ ных точек от расчетных, вычисленных по упрошенной формуле (13), составляет в среднем ±5% . Аналогично находим среднее значение коэффициента у (формула

(14).

Вид зависимости изменения удельных утечек воздуха по длине выработки определяется схемой проветривания участка, фильтрационными свойствами обрушенных по­ род в выработанном пространстве и изолятора. Поэто­ му у находили с учетом этих факторов. Значение коэффициентсГ у так же, как и г0 уменьшается с ростом плот­ ности изолятора. Коэффициент, учитывающий утечки воздуха на выходе его из очистного забоя, зависит от плотности изолятора и загромождения поперечного се­ чения вентиляционной выработки напротив очистного забоя

43