Файл: Вассерман, А. Д. Методы оценки вентиляционных систем рудников.pdf

как о достоверном событии, а с другой стороны, даже при появ­ лении в системе отказов отдельных элементов или значительном изменении параметров их работы, отказ в системе может не про­ изойти, а лишь изменится качество функционирования системы

в целом.

Для количественной оценки качества сложных систем ис­ пользуют (в частности, в радиоэлектронике) показатели эффек­ тивности функционирования [31, 36]. Критерием эффективности в этом случае может служить некоторая мера, количественно оценивающая качество функционирования. В нашем случае также необходимо выбрать такую меру.

Во многих случаях достаточной количественной мерой эффек­ тивности сложной системы является вероятность выполнения поставленной задачи. Однако для рудничных вентиляционных систем такую вероятность определить затруднительно.

Основная идея метода оценки эффективности, предложенного авторами работы [31], заключается в том, что оценка производится не только по внутренним свойствам самой системы, а с учетом качества ее функционирования — по выходному эффекту. Это позволяет сравнивать различные по структуре и принципу дей­ ствия системы, выполняющие одну и ту же задачу, рассматри­ вать варианты системы и производить их выбор.

Вентиляционные системы рудников являются сложной вет­ вящейся системой. Для ветвящихся симметричных систем раз­ работан математический аппарат расчета [36, 37], однако для несимметричных систем аналогичного метода расчета не создано. Поэтому воспользуемся методом расчета эффективности систем кратковременного действия (системы, которые в заданный про­ межуток времени сохраняют начальное состояние с вероятностью, близкой к единице) с суммированными показателями эффектив­ ности отдельных элементов, т. е. аддитивным показателем эф­ фективности.

Если каждый i-й элемент системы вносит в общий выходной

где Ф( — показатель эффективности при г-м состоянии системы.

23

ходящего в ветвях, или отношение этого количества к суммарному количеству воздуха в ветвях, т. е. своеобразный входной эффект.

При сопоставлении вариантов систем воздухораспределения можно исходить из заданного воздухораспределения, принимая его за начальное состояние системы.

Таким образом, расчет эффективности функционирования рудничной вентиляционной системы с учетом надежности воз­ духораспределения производится в следующем порядке.

1. Рассчитываются параметры средств для осуществления заданного воздухораспределения, по которым выбираются кон­ кретные средства с соответствующей им надежностью Р ..

2. Подсчитывается сумма количеств воздуха, проходящего по всем ветвям (при этом, естественно, эта величина получится большей, чем подаваемое количество воздуха, так как часть воздуха в сумме будет учитываться многократно). Для того чтобы перейти к относительным показателям (в принципе не обязательно переходить к относительным единицам показателя Ф), разделим количество воздуха Qn проходящего в каждой ветви, на подсчи-

И

тайную сумму 2 (?,-• i=i

В частном случае показатель эффективности заданного воз­ духораспределения или нормированного состояния системы ра­ вен единице:

Каждое слагаемое в правой части уравнения (17) является условной долей входного эффекта системы.

3.Определяется эффективность функционирования венти

ционной системы с учетом надежности воздухораспределения:

П

( 18>

11=1

В отдельных случаях за начальное состояние системы Ф0 можно принимать не заданное, а естественное воздухораспределение (в зависимости от вида решаемой задачи).

Таким образом, появляется методическая возможность объек­ тивной оценки технических решений вентиляционных систем рудников. Вместе с тем, чтобы рассчитать предложенные ранее показатели системы, необходимо знать параметры надежности отдельных элементов ее и уметь рассчитывать показатель эффек­ тивности Ф системы. Рассмотрим последовательно указанные

24

задачи. Отметим только, что в известной мере показатель эффек­ тивности Ф может быть логически отождествлен одновременно и с показателем качества К, и с КПД т) (формула (4)), а эффектив­ ность Е — с критерием Э по той же формуле, но, естественно, Е имеет более общее значение.

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Эффективность работы вентиляционных сооружений оцени­ вается различными показателями: процентом утечек относительно проходящего мимо сооружения воздушного потока, коэффици­ ентами воздухонепроницаемости по периметру или площади

сообразности применения при расчетах и оценке того или иного показателя. При исследованиях и расчетах вентиляционных сетей, для которых одной из основных задач является определение воздухораспределеиия, наиболее целесообразной формой, по на­ шему мнению, является представление сооружений величиной их аэродинамического сопротивления.

В настоящее время опубликовано большое количество данных по расчетам и аэродинамическим параметрам вентиляционных сооружений [38—40]. Однако они представлены различными показателями и не всегда достаточным числом величин, позволя­ ющих привести их в какому-либо одному показателю с целью сопоставления. Вместе с тем из имеющихся в литературе данных вытекает, что тенденция снижения величины аэродинамического сопротивления сооружений с ростом перепада давлений противо­ положна предъявляемым к ним требованиям. При этом обращают на себя внимание следующие обстоятельства. Во-первых, все без исключения вентиляционные сооружения в силу объективных и субъективных причин обладают проницаемостью. Даже такие материалы перемычек, как бетон, глина и др., обладают возду­ хопроницаемостью [41—45]. Величина последней зависит как от вида применяемого для сооружения материала, так и от ка­ чества выполнения сооружения. При этом утечки в бетонных сооружениях распределяются следующим образом [44]: на кон­ такте с боковыми породами 50%, через боковые породы до 43%, через тело перемычки около 7 %. Для сооружений из менее плот­ ных материалов до 90% потерь происходит по их периметру и через неплотности в теле перемычки [39]. Естественно поэтому, что к сооружениям не предъявляются требования полной (сто­ процентной) герметизации, за исключением особых случаев (руд­ ничные пожары и др.).

Проницаемость перемычек является отрицательным фактором в случае изоляции выработок, зон обрушения, отдельных вен­

25

тиляционных потоков друг от друга. При высокой проницаемости перемычек резко падает эффективность воздухораспределения, снижается надежность его, увеличиваются потери воздуха, ухуд­ шаются экономические показатели системы проветривания и ра­ боты предприятия в целом. Поэтому становится необходимым установить фактические параметры работы вентиляционных со­ оружений с тем, чтобы определить уровень требований к ним, с одной стороны, и сферу применимости — с другой. Во-вторых, имеющиеся в литературе данные об аэродинамических парамет­ рах вентиляционных сооружений справедливы в условиях кон­ кретных горных предприятий, но не имеют повсеместно одина­ ковых значений. Исходя из логических соображений, можно предположить, что дело здесь не только в качестве исследуемых сооружений, но и в специфичности условий их применения.

Авторы данной работы, несмотря на указанную трудность, предприняли попытку сопоставления вентиляционных соору­ жений, исследованных на различных горных предприятиях страны, по показателям удельного аэродинамического сопротив­ ления. Под удельным сопротивлением нами понималась величина его, отнесенная к 1 м2 площади сечения и 0.1 м толщины (для бетонных, каменных, насыпных перемычек). Удельные сопротив­ ления вентиляционных сооружений опубликованных и соб­ ственных исследований представлены в табл. 1 и 2.

Т а б л и ц а 1

Удельное сопротивление (кГ-сен2/м7) вентиляционных сооружений по исследованиям различных авторов

Следует указать, что для глухих перемычек, расположенных на горизонтах вторичного дробления блоков и откаточном го­ ризонте, количество воздуха, протекающего через отдельную перемычку, трудно было бы практически установить из-за близ-

26

Т а б л и ц а 2

Аэродинамическое сопротивление вентиляционных сооружений на апатитовых рудниках

кого и зачастую парного (параллельного) их расположения на выработках. По этой причине замеры количества воздуха про­ водились для групп однотипных перемычек, а затем определялось' среднее количество воздуха, протекающего через каждую из них (при этом перепады давления через перемычки имели весьма близкие, практически одинаковые значения).

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, величины удель­ ных аэродинамических сопротивлений вентиляционных соору­ жений, исследованных в различных условиях их применения, отличаются столь существенно, что определить какие-либо сред­ ние значения не представляется возможным. Полученные на

27