Файл: Клебанов, Ф. С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.10.2024

Просмотров: 77

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

максимум этой функции всегда имеет место при х>0. Однако следует иметь в виду, что при этом сравниваются неодинаковые ситуации. Дейст­ вительно, при отсутствии утечек вентилятор местного проветривания имеет производительность, равную тому количеству воздуха, который поступает в забой, т.е.

0 в = Q0.

При неплотном воздухопроводе, для того чтобы в забой поступал воздух в том же количестве Q0, вентилятор должен развивать боль­ шую производительность

0 В= 0 о + qx.

Если же исходить из одинаковой производительности вентиляторов для случаев абсолютно плотного и неплотного воздухопроводов, то сравниваемые ситуации будут характеризоваться графиками, изображен­ ными на рис. 11,6. Из этих графиков видно, что при одинаковой про­ изводительности вентиляторов утечки становятся 'выгодными' только начиная с некоторого расстояния х* от забоя.

Всасывающее проветривание остановленной тупиковой выработки по углю с помощью плотного воздухопровода. В данном случае движение вентиляционной струи по выраЬотке происходит в направлении, обрат­ ном направлению возрастания продольной координаты х, и в направ­ лении уменьшения удельной объемной скорости выделения газа (рис.12).

Рис.12. Эпюра концентрации газа в тупиковой вы­ работке при всасыва­ ющем проветривании

а —Оц= Q0;° ~ Qet*Qo

43

По этой причине количество газа,которое несет вентиляционная струя, следует определять как разность двух интегралов:

о

о

 

 

 

 

 

Тогда, имея в виду формулу

(11,20),

получим

'с(х) =

—п( т—Т) —nx/v

—nx/v

(И,27)

е

е

= cQe

;

со

g0bv

—п( т— Т)

 

 

 

 

——

е

 

 

 

(И,28)

 

Qon

 

 

 

 

 

Как видно из формулы

(11,27)

и рис.

12, а,

всасывающий способ

проветривания без утечек создает более благоприятную газовую об­ становку в выработке, чем нагнетательный без утечек, и качествен­ но аналогичен нагнетательному способу проветривания с помощью не­ плотного воздухопровода.

Всасывающее проветривание остановленной тупиковой выработки по углю с помощью неплотного воздухопровода. Количество газа, кото­ рый поступает в выработку с обнаженных плоскостей угля на интер­ вале 0—х (см. рис. 12)

G(x)= C0Qe~nx/v.

(11,29)

Количество газа, уносимого вентиляционной струей через началь­ ное сечение отсасывающего воздухопровода, равно cqQ.

Количество газа, уносимого из выработки через равномерно рас­ пределенные неплотности в отсасывающем воздухопроводе на интер­ вале 0—х

х dQ(x)

х

f -------

c(x)dx= /q(x)c(x)dx.

оdX

Фракция с(х) может быть выражена следующим образом:

_

ое

—nx/v

, . ,

_

 

со0

 

- q /c (x )d x -c 0Q0

 

с(х) =----- :---------------------------------—

(П,30)

 

 

0 о + 4х

 

 

44

Из формулы

(11,30)

получим

 

 

с(0о+ qx) =

—nx/v

q /cdx -

coQo.

(11,31)

c0Q3e

 

Дифференцируя по x

правую и левую части уравнения

(11,31), по­

лучим линейное

дифференциальное уравнение

 

I +

2qc

_ ncpQ0

e-nx/v

^

(11,32)

 

Qc + qx

v(Q0 +qx)

 

 

 

 

dc

+ ^qc

nc0Qo

 

_nx/v

 

 

 

+0эЯх

v(0o +'qx)e

»

 

 

которое имеет общий интеграл

 

 

С(Х) "~(Q~ t q x)2 [ ‘CoQ° е~ ПХ/У ^ о + Ях + ~ ) + D ]•

(И.ЗЗ)

Используя начальное условие с(0) = cQ, окончательно получаем

с(х) = Qqco

е —nx/v

Qoco 4 v -

—nx/v

(11,34)

Q0 - 4 x

 

n(Q0 + qx)2

1

 

При q=0 (плотный воздухопровод)

формула (11,34)

переходит в

формулу (11,27).

График зависимости (11,34) изображен на рис. 12, а сплошной ли­ нией, там же пунктиром изображен график зависимости (11,27).

Это сопостарление графиков показывает, что при одинаковом рас­ ходе воздуха в начальном сечении(х= 0) неплотный воздухопровод создает более благоприятную газовую обстановку на всем протяже­ нии выработки.

Нетрудно видеть, что при условии одинаковых расходов воздуха у отсасывающих вентиляторов неплотный воздухопровод вначале на не­ которой длине х* создает большую загазованность, чем плотный воз­ духопровод, а затем при х>х* , наоборот, меньшую загазованность

(см. рис. 12,6).

45

3. Газовая статика параллельного соединения двух вентиляционных струй

Выше были рассмотрены особенности газовой статики единичных сквозных выработок, а также газовая статика тупиковых выработок. Задача состояла в том, чтобы установить эпюру стационарной загазо­ ванности выработок при действии в них различного вида источников газа при тех или иных условиях проветривания.

В данном пункте делается переход ко второму типу соединения гор­ ных выработок - параллельному соединению двух вентиляционных струй. Задача заключается в определении наиболее общих соотношений между стационарными концентрациями газа в трех ветвях данного соединения - двух параллельных ветвях и общей ветви, в которой сливаются парал­ лельные струи. Из дальнейшего изложения будет видно, что эти соот­ ношения характеризуют возможные начальные газовые ситуации в па­ раллельном соединении и служат первой исходной точкой в анализе не­ стационарных (переходных) газовых режимов, возникающих в ветвях соединения при изменении аэродинамических параметров.

Возможны два вида параллельного соединения двух струй: с пассив­ ными ветвями (рис. 13, а) и с одной активной ветвью (рис. 13,6), в которую включен вентилятор.

Первый из указанных видов имеет самое широкое распространение в вентиляционных сетях угольных шахт, второй тип практически встре­ чается намного реже - только в случае применения подземных венти­

ляторов. Для общности анализа соединение с одной активной параллель­ ной ветвью ниже также рассматривается.

Пусть в ветви

1

действует сосредоточенный источник газа с пос­

тоянным дебитом

Gji.a

в ветви 2

с

дебитом

Количество .воздуха

в общей ветви Qj>

_

в первой

 

ветви Я щ

, во второй ветви Я211

(рис. 13, а).

 

 

 

 

 

 

Рис.13.Схемы параллельного соединения двух вентиляционных струй

Индексы в обозначениях величин Ящ И Ч211 отражают принадлеж­ ность, величины к той или иной ветви (первая цифра индекса) и соот­ ветствие определяющим параметрам, которыми характеризуется данный установившийся режим проветривания параллельного соединения (вторая цифра индекса соответствует параметру Q, а третья - параметру, ха­ рактеризующему соотношение между аэродинамическими сопротивления­

46

ми ветвей). Величины О р Ч ц } ИЧ2Ц связаны между

собой равенством

QI = ql l l +q211

(Н,35)

И соответствуют начальному установившемуся режиму при

проветрива­

нии данного параллельного соединения.

 

Начальный установившийся газовый режим в параллельном соеди­ нении двух вентиляционных струй может характеризоваться тремя ве­

личинами концентраций

метана:

в первой Cjjj , во второй ветви Cjj j

и в общей струе после

слияния

двух .параллельных струй djj. При пос­

тоянных объемных скоростях движения воздуха и выделения метана в каждой из параллельных струй указанные три концентрации связаны

между собой линейной зависимостью

 

 

^ l dl l = Ч111СШ

+ q211с211 *

 

 

(Н,3б)

 

 

 

Объемные скорости воздуха

ФмЯпрЧоп свяэаны» кР°ме Toroi ра­

венством (11,35).

Из формулы (IГ, 36)

и^11(11,35) следует,

что между

концентрациями c j^j , C2j j и djj

возможно лишь ограниченное число

соотношений типа неравенств и равенств; определим их.

 

Если c2ji>^ U l '

то

в соответстБИИ с формулой (И,36)

имеем

^ l dll ~ q211с211 > d11

 

 

 

ч 111

 

 

 

 

 

« 1

q2ii c2i 1

 

 

 

или, заменяя разность

Oj —Ч щ

на Ч2п

по Ф°рмуле СИ»35)

 

q211dIl >q211 с211 ’

т ‘ е' d11 ^ с211 *

 

 

Таким образом, первое возможное соотношение между концентра­ циями метана в параллельном соединении двух вентиляционных струй имеет вид неравенства

С1Т1 > dll > С21Г

(Н.37)

Очевидно, возможно также обратное неравенство

 

^211 ^ dl 1 ^^111*

(П,38)

В частном случае возможно равенство всех концентраций, т.е.

'111 - а 11 " С2 1 1"

( Н, 39)

47

Если во второй ветви выделение газа отсутствует (G^ - 0),то

С111 > dll

> с211

О,

(II,40)-

 

 

а если выделение газа не происходит в первой ветви (G. - 0), то

с211 >dll

> С111 ~ °*

(Н,41)

Можно перенумеровать ветви данного параллельного

соединения

произвольным образом: обозначение ветвей номерами 1 и 2 условно. Поэтому казалось бы, на первый взгляд, что из всех возможных на­ чальных газовых ситуаций достаточно рассмотреть, не нарушая общ­ ности анализа, только три ситуации, которым соответствуют соотно­

шения (11,37).

(11,29)

и (11,40) или (11,37), (11,3.9) и (11,41)

или (11,38), (11,39)

и (И,40):

Однако это не так.

Следует иметь в виду также, что существен­

ным обстоятельством в переходных газовых режимах в параллельном соединении является различие скоростей обмена воздуха в ветвях или, что то же самое, различие длительности периода, необходимого для установления концентрации метана в ветвях на новом установившемся уровне (период стабилизации).

Под периодом стабилизации газового режима в вентиляционной ветви подразумевается время от момента установления новых значе­ ний аэродинамических параметров в данной ветви до момента установ­ ления на новом уровне концентрации метана в крайнем (по ходу венти-- ляционной струи) сечении ветви.

Этот период с достаточной для практики точностью может быть определен как время движения воздуха -со средней скоростью при но­ вом режиме проветривания от начального пункта истечения газа в дан ной ветви до выходного сечения ветви, т.е.

А

*1S1

(H,42>

'lij

ulij S1

 

uHj

 

где Xj—расстояние от начального пункта истечения газа в выработке до выходного сечения выработки; ujjj и qjjj—соответственно сред­ няя скорость движения и расход воздуха при новых значениях аэроди­ намических параметров в данной ветви; Sj - сечение выработки; ftj - объем выработки на длине Xj.

Аналогичное выражение имеет место .и для второй ветви параллель­ ного соединения

(11,43)

q2ij

48

Смотрите также файлы