Файл: Клебанов, Ф. С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
Из приведенных данных следует, что начальная газовая ситуация в эксперименте № 4 характеризуется неравенством
с 111 > ^11 > с211 ^ 2 ij > ^Н]
Результаты измерения концентрации газа в исходящей струе участка показывают качественное совпадение с теоретическим выводом (см,
рис. 23; табл. 7; режим 2): |
вслед за увеличением количества воздуха |
происходит кратковременный |
всплеск концентрации газа, далее спад до |
второй пиковой концентрации и затем уменьшение до установившейся величины.
После того как концентрация газа в исходящей струе участка уста новилась на новом постоянном уровне, было произведено уменьшение по дачи воздуха до Q3 = 8,66 м3/ сек. На графике (см. рис. 23) видно, что это вызвало возникновение режима, симметричного тому, что перво начально наблюдался в этом эксперименте: концентрация газа сначала уменьшалась за короткий период, а затем увеличилась до промежуточ
ной величины (до второй пиковой концентрации). |
3 |
||
Эксперимент N° 5, Р асходы воздуха в |
эксперименте, м /сек; |
||
Qj = 6,00 |
Q2 = 8,60 |
|
03= 5,70 |
4211 = 5,55 |
4221 = 7.80 |
|
4231 = 8.20 |
41П = 0,45 |
4-121 = 0,80 |
|
4i3i = 0,50 |
Установившиеся начальные концентрации газа |
в исходящей струе ___ |
||
участка и в струе на выходе из лавы: |
= 1,10%; С2Ц = 0,92%. |
||
Следовательно, |
|
|
|
G = 0,011*6,0 = 6,6*10-2 |
м3,/сек; |
|
|
'G2 = 0,0092-5,55 = 5,1*10—2 мЗ/сек;
101
Начальная газовая ситуация в данном случае характеризуется нера венством
с111> dll > С211 (T2ij < Tlij^
Результаты измерения концентрации газа в исходящей струе участ ка представлены на рис. 24.
Рис,24.График переходного газового режима в эксперименте № 5
Эксперимент № 6, Измеренные средние расходы воздуха в ветвях вентиляционного соединения выемочного участка, м3/сек:
О! = |
6,03 |
|
02 = |
9,85 |
0 3 = 5,81 |
9211 |
= ^>46 |
' |
Я221 |
- ^ДО |
~ |
ЧП1 = 0,57 |
|
Я121 = 0Д5 |
~ |
||
Измеренные величины концентрации газа: |
dj j = 1,11%; c2ji = 0,65%. |
||||
Следовательно, |
|
|
|
|
|
G - 0,0111*6,03 = 6,70 -10-2 к?./сек;
G2 = 0,0065-5,46 = 3,55'10-2 м3/сек;
Gj = 3,15-10-2 м3,/сек;
-2
с=3,15*10 - = 5,5-10-2 (5>5%). 0,57
102
Начальная газовая ситуация характеризуется неравенством
c m > dll> С211 (T2ij < Tlij^'
Измерение концентрации газа в переходном газовом режиме позво лило получить результат с четким различием характерных величин кон-, центраций метана (рис. 25).
Ри сJZ5. График переходного газового режима в эксперименте № 6
Эксперимент N° 7. |
Измеренные расходы |
воздуха, м /сек: |
|
Qi = 6,72 |
02 = 9,44 |
Q3 =6, 36 |
|
Я211 = 6,33 |
Ч221 = 9,00 |
4231 = |
6,18 |
ЧШ = 0,39 |
q j2i = 0,44 |
Я13 1 = |
0,18 |
Измерение концентрации газа в исходящей вентиляционной струе участка и на выходе из лавы: d[i = 1,0%; c 2n = 0,91%.
Следовательно,
G = 0,01-6,72 = 6,72-Ю -2 м3/сек;
G2= 0,0091-6,33 = 5,76-Ю-2 м3/сек;
Gj = 0,96-Ю~2 м3./сек.
103
Средняя концентрация газа в выработанном пространстве
О 96*10-2 |
9 |
С111 = ' ’ g~g---- = 2,46*10 |
(2,46%), |
Таким образом имеем в данном эксперименте
С111 > dl 1 > С211’ (T2ij < Т1ip*
График изменения концентрации газа в исходящей струе участка по казан на рис. 26.
Ри с.26. График переходного газового режима в эксперименте № 7
2. Количественный анализ результатов эекпернментов
Выше было показано, что эксперименты в натурных условиях поз волили получить результаты, хорошо согласующиеся С выводами тео рии в качественном отношении. Это согласие выражается, во-первых, в том, что на экспериментальных графиках изменения концентрации га за в переходных режимах почти во всех случаях четко обнаруживается
наличие двух пиковых концентраций - первой А и второй В; во-вторых, в том, что экспериментально наблюдаемые переходные газовые режи мы имеют один из видов, который предсказывает' теория; в-третьих, в том, что наблюдаемые в эксперименте виды переходных газовых ре жимов сопряжены с таким комплексом условий, который является оп ределяющим в соответствии с теорией.
104
Качественное согласие теории и наблюдаемых фактов само по себе является достаточно убедительным доводом в пользу истинности тео рии. Это совпадение тем более примечательно, что в эксперименте мы имеем дело с вентиляционной сетью выемочного участка - объектом, который более сложен, чем та схема, которая принята за основу в тео ретическом анализе. Главное отличие натуры от теоретической схемы состоит в том, что утечки воздуха через выработанное пространство представляют собой распределенный, а не сосредоточенный поток, как это принято в теоретическом анализе. Если (несмотря на это сущест венное различие) эксперимент и теория выявляют однозначно харак терные черты явления, то это несомненно свидетельствует о том, что
теория построена на правильной основе. Абсолютное |
совпадение экспе |
|||
риментальных результатов с теорией имело бы |
место в том случае,ес |
|||
ли измеренные значения пиковых концентраций |
А |
и |
В будут равны ве |
|
личинам, вычисленным по соответствующим формулам. |
||||
Почти во |
всех случаях расчеты показывают |
совпадение вычислен |
||
ных и измеренных величин вторых пиковых концентраций В и несовпа |
||||
дение величин |
первых пиковых концентраций А.Последнее объясняется |
|||
рядом причин: во-первых, кратковременностью и вследствие этого боль шей трудностью фиксирования величин А в эксперименте; во-вторых, тем, что отмеченное выше главное отличие натуры от теоретической схемы в гораздо большей степени'сказывается на величине А, чем на величине В, наблюдаемой в течение длительного времени.
Третьей причиной является сложность (комплексность ) физической природы первой пиковой концентрации. На ее величину может оказывать влияние в той или иной степени неравномерность распределения концент рации газа в выработанном пространстве, 'захватывание" потоком уте чек более глубоких зон в выработанном пространстве и т.п.
Из изложенного следует, что в вопросе о первой пиковой концентра ции большую ценность имеет качественный анализ на основе общей тео рии переходных газовых режимов, чем вычисление значений этой величи ны по формуле.
Ниже приводятся значения вычисленных величин второй пиковой кон
центрации по сравнению с измеренными в экспериментах: |
|
|
|||||||
Экспери- |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
мент, № |
0,60 |
0,62 0,60 |
0,69 |
1,00 |
0,74 |
0,90 |
1,06 |
0,78 |
0,93 |
Вычислено |
|||||||||
Измерено |
0,51 |
0,50 0,64 |
0,40 |
0,67 0,82 0,88 |
0,91 |
0,95 |
0,77 |
0,83 |
|
Г ла ва VI.
НЕКОТОРЫЕ ЧАСТНЫЕ ЗАДАЧИ
Результаты исследования аэрогазодинамических процессов в шахтной вентиляционной сети составляют основу для изыскания способов актив ного управления газовым режимом в выработках с помощью вентиля ционных средств.
Кроме того, с аэрогазодинамикой связаны некоторые общие вопро сы конструирования рациональных вентиляционных сетей, анализ газо вых условий в шахте в аварийных ситуациях, разработка нового спо соба экспериментального определения сопротивления выработок. Ниже рассматриваются некоторые вопросы прикладного использования аэро газодинамических исследований.
1. Комбинированная вентиляция лавы
Затруднения в проветривании призабойных пространств лав большой газообильности сводятся к тому, что поперечное сечение лавы имеет ограниченные размеры, а скорость движения воздуха ограничивается "Правилами безопасности" максимальной величиной, равной 4 м/сек. Этим предопределяется максимальная пропускная способность павы по воздуху, которая часто оказывается недостаточной для прохода всего количества воздуха, необходимого для разбавления выделяющегося в пределах лавы метана до концентрации 1%. Недостаточная пропускная способность лавы на шахтах высокой газообильности ведет к ограниче нию допустимой нагрузки на очистной забой и к неполному использо ванию выемочных машин.
Ниже излагаются основания возможного способа увеличения пропуск ной способности призабойного пространства лавы [30].
Не касаясь вопросов, связанных с практическим осуществлением опи сываемого способа проветривания лавы, многие из которых требуют особого изучения, здесь дается оценка возможностей комбинированного проветривания газообильных лав.
Известно, что через различные сечения лавы проходит неодинаковое количество газа. Количество газа, который несет вентиляционная струя, проветривающая лаву, непрерывно увеличивается от сечения к сечению вследствие суммирования в каждом последующем сечении (по ходу струи) объемов газа, выделяющегося из обнаженной поверхности забоя и из выработанного пространства в нижней части лавы.Вследствие это го при постоянном количестве воздуха, омывающего лаву, верхняя часть
106
лавы находится в болеенапряженных газовых условиях, а нижняя, на оборот, не ''догружена*' по газу. Другими словами, в нижнюю часть ла вы подается избыточное количество воздуха, в то время как верхняя ее часть может находиться на пределе по концентрации газа.
Для приведения в более рациональное соответствие аэрогазодинамических параметров в лаве целесообразно использовать для проветри вания призабойного пространства две установки местного проветрива ния: всасывающую с вентилятором, установленным на вентиляционном штреке, и нагнетательную с вентилятором на откаточном штреке.
Всасывающий и нагнетательный воздухопроводы должны быть про ложены по всей длине лавы и иметь в боковых стенках распределитель, ные отверстия для прохода воздуха. Всасывающий воздухопровод рас полагается ближе к забою, в зоне с относительно более высокой кон центрацией газа. Основная часть воздуха подается в лаву за счет об щешахтной депрессии.
Применение такого способа проветривания позволяет увеличить про пускную способность лавы по воздуху на 30-40%.
Дополнительным результатом применения данного способа будет уси ленное перемешивание воздуха в сечении призабойного пространства в результате поперечного движения воздуха, которое будет способство вать уничтожению слоевых и местных скоплений метана.
Эффект, достигаемый в результате организации проветривания лавы с помощью двух установок местного проветривания, оценивается следую щим образом.
При наличии в лаве нагнетательного и всасывающего воздухопрово дов, действующих совместно с вентиляционной струей от общешахтной депрессии, продольное изменение средней по сечению концентрации га
за |
определяется по формуле |
|
|
|
gx - с q2 х |
|
с(х) |
(VI,1) |
|
|
Qo + 6х + 41х ~Ч2Х |
где |
0 - |
количество воздуха, поступающего в лаву за счет общешахт- |
|
° |
■3, |
ной депрессии, м / мин; qj - количество чистого воздуха, поступающего |
||
в лаву по нагнетательному трубопроводу на 1 м его длины, м^/мин; q2~
количество газовоздушной смеси, отбираемой отсасывающим воздухо
проводом на 1 |
м его длины, |
м^/мин; q - удельный дебит газа в лаве, |
м^/мин/м; х |
- продольная координата, отсчитываемая от начала лавы |
|
у откаточного |
штрека, м; с |
- средняя в интервале О—X концентрация |
газа в лаве, %.
Средняя концентрация газа определяется по формуле |
|
|
с = — |
Jc(x)dx. |
(VI,2) |
х |
|
|
107