Закон сопротивления в рудничной вентиляции

Шахтные вентиляционные сети;

Аэродинамическое сопротивление горных выработок

Закон сопротивления в рудничной вентиляции описывает связь между потерей давления и расходом воздуха (скоростью) в горной выработке. Эта зависимость определена экспериментально и, в общем случае, имеет вид

Величина показателя степени определяет тип движения – ламинарное или турбулентное. При ламинарном, показатель степени равен 1, а при турбулентном – 2. В некоторых случаях возможны промежуточные значения. При фильтрационном просачивании воздуха через целики, трещины в массиве, обрушенные породы величина показателя меняется от 1 до 2.

При движении по горным выработкам воздух может преодолевать три вида сопротивлений:

— сопротивление трения о стенки выработок;

— местные сопротивления (повороты, тройники, сужения-расширения).

Совокупность всех путей движения воздуха в шахте называется шахтной вентиляционной сетью. Кроме этого вентиляционная сеть включает в себя вентиляторы главного проветривания, вентиляционные сооружения, машины и механизмы, вспомогательное оборудование, системы местной вентиляции. Влияние местной вентиляции (вентиляция подготовительных выработок) на распределение воздуха в шахтной сети – локальное.

На шахтах, для изображения путей движения воздуха, построения маршрутов движения людей, трубопроводов, транспортных цепочек и т.д., используются схемы вентиляции шахт, схемы вентиляционных соединений и планы горных работ.

Схемы вентиляции отражают взаимное внемасштабное расположение горных выработок. Единственный критерий расположения – удобство восприятия. Схемы вентиляционных соединений показывают внемасштабное соединение элементов вентиляционной сети. Их задачей является графическое представление связанности всех элементов шахтной вентиляционной сети. На планах горных работ взаимное расположение горных выработок представляется по отдельным пластам в масштабе, с учетом их положения во времени.

На схемах вентиляционных соединений в виде узла показывают соединение трех и более выработок. Выработки, соединяющие два узла, называются ветвями. В тоже время, отдельные ветви могут включать несколько выработок соединенных последовательно.

Часть схемы ограниченная ветвями и не содержащая внутри себя других ветвей называется ячейкой или элементарным вентиляционным контуром (рис.3). Ветви, (1-2, 2-3, 3-4, 1-4) ограничивающие ячейку, являются элементами этого вентиляционного контура. Внутри ячейки другие ветви отсутствуют.

studopedia.su

Рудничная аэрология

Рудничная аэрология — научная дисциплина, изучающая свойства рудничной атмосферы, законы движения рудничного воздуха, перенос газообразных примесей, пыли и тепла в горных выработках и в прилегающем к выработкам массиве горных пород. Рудничная аэрология разрабатывает научные основы проветривания шахт.

Систематизированные сведения о рудничной аэрологии впервые изложены в работе М. В. Ломоносова «О вольном движении воздуха в рудниках примеч¸нном» (1745). Развитие рудничной аэрологии началось в конце 19 — начале 20 вв. в странах Европы, в том числе в России. Основатель отечественной школы по рудничной аэрологии — А. А. Скочинский. Научной работа в области шахтной вентиляции занимались: Анна Ивановна Ксенофонтова, Ким Захарович Ушаков, А. А. Комаров и др. Проветриванием калийных рудников: И. И. Медведев, А. Е. Красноштейн, Н. Н. Мохирев

Главные проблемы рудничной аэрологии — повышение эффективности дегазации шахт, снижение аэродинамического сопротивления выработок, совершенствование методов расчёта шахтных вентиляционных сетей, разработка эффективных методов и средств теплового кондиционирования рудничного воздуха, разработка научно обоснованных методов расчёта количества воздуха для вентиляции шахт, создание научных основ автоматизированного управления вентиляцией шахт, повышение надёжности шахтных вентиляционных систем.

Основные разделы рудничной аэрологии:

  • Рудничная атмосфера изучает состав рудничного воздуха заполняющего подземные выработки
  • рудничная аэродинамика изучает аэродинамическое сопротивление горных выработок, их систем и распределение воздушных потоков в сети выработок; разрабатывает аэродинамические основы управления вентиляцией шахт, методы снижения аэродинамического сопротивления выработок и расчёта энергии, необходимой для перемещения воздуха по шахте.
  • рудничная газовая динамика изучает законы перемещения газообразных примесей воздушными потоками в выработках шахт и перемещения газов в прилегающем к выработкам массиве горных пород, в том числе фильтрацию газов в массиве пород; диффузию лёгких (тяжёлых) газов в воздушном потоке в выработках; переходные газодинамические процессы в выработках, вызываемые резким регулированием расхода воздуха. Разрабатывает научные основы расчёта количества воздуха для вентиляции шахт, дегазации шахт, газодинамические основы управления вентиляцией шахт.
  • динамика рудничных аэрозолей изучает законы перемещения твёрдых и жидких механических примесей воздушными потоками в выработках. Основное развитие получила применительно к случаю переноса рудничной пыли. Разрабатывает научные основы обеспыливающей вентиляции выработок.
  • рудничная термодинамика изучает процессы теплообмена между воздушными потоками в горных выработках, окружающим массивом горных пород и источниками тепла в выработках. Разрабатывает методы прогнозирования тепловых условий в выработках, методы и средства теплового кондиционирования рудничного воздуха.

Основной метод исследования рудничной аэрологии — теоретический анализ в сочетании с экспериментальным изучением и натуральными наблюдениями.

miningwiki.ru

Закон сопротивления в рудничной вентиляции

Теоретически и экспериментально доказано, что для турбулентного режима движенияn=2, для ламинарногоn=1 и для промежуточного режима движения 1n 2.

Все разнообразие встречаемых в шахтах сопротивлений сводится к следующим видам: сопротивление трения о стенки горных выработок; лобовые сопротивления; местные сопротивления.

При турбулентном режиме движения должны быть рассмотрены две задачи:

обтекание тел (внешняя задача);

трение воздуха о стенки выработки, трубопровода (внутренняя задача).

Сопротивление движению воздуха, оказываемое телами при их обтекании, называется лобовым.

Депрессия (h), затрачиваемая на движение воздуха по выработке, зависит от шероховатости стенок, прямо пропорциональна длинеLи ее периметру Р, зависит отплощади сечения выработки (S), массовой плотности воздуха () и скорости движения воздуха ().

Запишем функциональную зависимость h от перечисленных параметровв виде:

Раскроем эту зависимость, воспользовавшись теорией размерностей:

.

После группировки по индексам имеем:

.

Отсюда получим систему уравнений:

-1=2+2x+3y+z (показатели при L)

-1= z (показатели при T).

Следовательно, z= 2;y= 1;x= -1 и зависимость дляh записывается в виде:

·· 2 .

Обозначивk=/2, и учитывая, что=получим:

, (11.6)

. (11.7)

Можно принять , тогда получим приведенную выше формулу для внешней задачи:

.

В рудничной вентиляции для внутренней задачи наиболее широко применяется зависимость вида:

или, учитывая зависимость :

.

Как следует из полученных для закона сопротивления зависимостей, перепад давления, необходимый для перемещения количества воздуха Q, зависит от параметров сети горных выработок:

. (11.8)

, (11.9)

гдеR –аэродинамическое сопротивление выработок.

Тогда формула (11.8) приобретает вид:

.

Для снижения потерь давления на продвижение воздуха по горным выработкам необходимо уменьшать R. Это может быть достигнуто за счет:

сокращения длины пути воздушного потока L;

увеличения площади сечения S.

11.3 Виды сопротивлений

Местными сопротивлениями являются различного рода препятствия на пути движения воздуха. К ним относятся: повороты и сопряжения выработок, кроссинги, двери с окнами, внезапные сужения и расширения струи, движущиеся поезда и другие загромождения выработок.

Местные сопротивления вызывают потерю живой силы потока. Величина потери потока напора, вызванная местными сопротивлениями, определяется по формуле:

кг/м 2 , (11.10)

где -коэффициент местного сопротивления, определяется опытным

путем и приводится в справочниках для наиболее распростра-

ненных видов местных сопротивлений;

— средняя скорость движения воздуха до или после местного со-

Общая потеря давления воздуха в выработке равна сумме потерь, затрачиваемых, соответственно, на преодоление трения (hтр) и местных сопротивлений (hм):

кг/м 2 . (11.11)

Лобовое сопротивление имеет место при обтекании воздухом неподвижного тела или при движении тела в неподвижной среде. Потеря напора, вызванная лобовым сопротивлением, определяется по формуле:

кг/м 2 , (11.12)

где с — сечение выработки в свету, м 2 ;

S — миделево сечение (проекция тела на плоскость, нормальную к

Миделево сечение крепи штрекообразных выработок равно проекции крепи на плоскость, нормальную к оси выработки. Обычно у стенки выработки скорость воздуха минимальна, поэтому данный вид сопротивления не играет существенной роли в общем сопротивлении выработки и учитывается общим аэродинамическим коэффициентом (см. уравнение 11.9). Наибольшее значение коэффициента лобового сопротивления в шахтных условиях имеют расстрелы в вертикальных стволах. При большой глубине стволов потеря депрессии в них, вызванная большим лобовым сопротивлением их армировки, может в несколько раз превышать депрессию остальной части горных выработок шахты. Применение расстрелов и обтекателей аэродинамически совершенной формы (гексагональной, овальной, каплевидной) позволяет уменьшить величину депрессии стволов в 2÷2,5 раза.

studfiles.net

5.2 Основные законы движения воздуха в шахтных вентиляционных сетях

Движение воздуха по шахтным вентиляционным сетям подчиняется законам сохранения массы и энергии.

Согласно закону сохранения массы, сумма масс воздуха, подходящих к узлу в единицу времени, должна быть равна сумме масс, уходящих от узла в единицу времени. Поскольку удельный вес воздуха в пределах узла практически не меняется, вместо масс можно оперировать расходами воздухаQ. Для приведенной на рис.4.3 схемы имеем

Рис.5.3 Узел вентиляционной сети

(5.5)

где n-число ветвей соединяющихся в узле;

i- номер подходящей к узлу ветви.

Соотношение (5.5) является математическим выражением первого законасетей.

Рассмотрим изменение энергии, в каком либо элементарном контуре, например 1-2-3-4-5-1 на (рис.5.4а). Совершим полный его обход по часовой стрелке от узла 1. Вследствие однозначности давления в любой точке сети общее падение давления на пути 1-2-3-4-5-1 будет равно нулю

Рис.5.4 Элементарный контур вентиляционной сети

Учитывая, что на пути 1-2-3-4 давление падает, так как направление обхода совпадает с направлением движения воздуха, а на пути 4-5-1 взрастает, так как направление обхода противоположно направлению движения, будем иметь

где h-депрессия соответствующей ветви.

Следовательно, согласно соотношению (5.7) можно записать

Поскольку h>0, если направление воздуха в ветви совпадает с направлением обхода, иh 3 /с;

Депрессией ветви, которая представляет собой разность полных давлений на концах ветви, hiкг/м 2 ;

Аэродинамическим сопротивлением ветви, Riкг*с 2 /м 8 ;

Эти параметры связаны между собой отношением

Р12=hi=Ri*q(5.10)

где Р1, Р2–полное давление в начале и конце ветви.

Из этого отношения каждый параметр может быть определен при условии, что два других известны

Ri=(5.11)

qi=(5.12)

Пользуясь первым и вторым законами расчета сетей, выведем соотношения, которыми описываются последовательно-параллельные соединения и сформулируем правила их расчетов.

qi,hi,Ri-cсоответственно, поток воздуха, депрессию и аэродинамическое сопротивление вентиляционной ветви;

Q,H,R0-cсоответственно, поток воздуха, депрессию и аэродинамическое сопротивление всего соединения.

Последовательное соединение и его свойства

Последовательным называется такое соединение вентиляционных ветвей когда начало одной из них совпадает с концом предыдущей ветви, а конец с началом последующей. (рис.5.8)

Рис.5.8. Последовательное соединение горных выработок

В соответствии с первым законом расчета вентиляционных сетей поток воздуха, приходящий в точку соединения двух любых соседних ветвей должен быть равен потоку, уходящему из этой точки, т.е.

Депрессия любой выработки ,входящей в последовательное соединение есть разность давлений между ее началом и концом, т. е.

Тогда логично разность давлений в начальной и конечной точках всего соединения определить, как общую депрессию соединения т. е.

Сложим депрессии всех ветвей последовательного соединения

(P0-P1)+(P1-P2)+ +(Pi-1-Pi)+ (Pn-1-Pn) (5.16)

И равенстве (4.16) каждому слагаемому кроме Р0и Рnнайдется равное с противоположным знаком, поэтому

P0-Pn (5.17)

и с учетом равенства (5.15)

Н (5.18)

Общая депрессия последовательного соединения равна сумме депрессий всех ветвей, входящих в соединение

Разделим обе части равенства (5.18) на квадрат расхода воздухаq=Q 2

(5.19)

В соответствии с равенством (5.11) =Ri, следовательно, можно записать

(5.20)

То есть общее сопротивление последовательного соединения равно сумме сопротивлений ветвей, входящих в соединение

Депрессия любой ветви последовательного соединения, как и депрессию всего соединения можно выразить через аэродинамическое сопротивление и расход воздуха т. е.

hi=Ri*q (5.21)

Из равенств (5.21), (5.22)q=hi/Ri,иQ 2 =H/R0, а так как в последовательном соединенииqi=Qто можно записать

(5.23)

Из равенства (5.23) следует

Hi= (5.24)

В последовательном соединении депрессии отдельных ветвей пропорциональны их сопротивлениям.

Параллельное соединение и его свойства

Параллельное соединение горных выработок может быть простым (рис.5.9) и сложным (рис.5.10).

Простым параллельным называется такое соединение вентиляционных ветвей, в котором все начала ветвей расходятся в одном узле, а сходятся в другом (рис.5.9).

Сложным параллельным соединением называется такое соединение, когда кроме параллельных ветвей расходящихся в одном узле и сходящимся в другом в этих ветвях имеются дополнительные параллельные ветви (рис.5.10).

Рассмотрим свойства простого параллельного соединения. Согласно определению депрессии разность давления в узлах 1, 2 определяет как депрессию любой ветви входящей в соединение так и депрессию всего соединения, тогда можно записать

То есть в параллельном соединении депресии всех ветвей одинаковы и равны депрессии всего соединения.

Так как к узлу 1 притекает поток Q, равный общему потоку соединения, а вытекают из него потокиq1,q2qiqn, а в узле 2 все наоборот, то в соответствии с первым законом сетей можно записать

Q=(5.26)

Общий поток параллельного соединения равен сумме потоков в отдельных ветвях.

Поток воздуха в любой ветви параллельного соединения, а также общий расход воздуха можно вы разить через депрессию и аэродинамическое сопротивление т. е.

Q=(5.27)

qi=(5.28)

С учетом равенств (5.27), (5.28) равенство (5.26) можно записать в виде

=(5.29)

Так как в параллельном соединении Н=hi, то сократив обе части последнего равенства наполучим

(5.30)

Величина обратная корню квадратному из сопротивления называется пропускной способностью, следовательно

K=(5.31)

То есть общая пропускная способность параллельного соединения равна сумме пропускных способностей ветвей соединения.

Так как К=1/, то равенства (5.27), (5.28) можно переписать в виде

Q=K(5.32)

qi=ki(5.33)

Так как в параллельном соединении H=hiто из равенств (5.32), (5.33) получим,

Qi=(5.34)

Потоки воздуха в отдельных ветвях параллельного соединения пропорциональны пропускной способности этих ветвей.

Теперь целесообразно выписать основные расчетные формулы последовательного и параллельного соединения и сравнить их.

Q=

K=

Hi=

Qi=

В последовательном соединении потоки воздуха во всех ветвях одинаковы, депрессия и сопротивления складываются, а депрессия каждой ветви пропорциональна ее сопротивлению.

В параллельном соединении депресии всех ветвей одинаковы, потоки воздуха и пропускные способности суммируются, а расходы воздуха в ветвях пропорциональны их пропускной способности.

Полученные зависимости позволяют выполнять расчет сложных последовательно-параллельных соединений.

Рассмотрим пример расчета сложного последовательно-параллельного соединения.

Заданы аэродинамические сопротивления ветвей сложного последовательно-параллельного соединения горных выработок и общая депрессия соединения (рис.5.11). Рассчитать режим проветривания всех ветвей соединения (q, м 3 /c,h, даПа). Сопротивления ветвей на схеме заданы в киломюргах (кг*с 2 /м 8 ) , а депрессия в даПа.

Решение задачи производится в следующей последовательности:

1.Обозначим узлы и ветви схемы представленной на рис.5.11. Если из одного узла в другой идет одна ветвь она обозначается числами-парами соединяемых узлов. Например, 0-1, 1-2, 6-4 и т. д. Отдельные ветви параллельных разветвлений обозначим номерами узлов и буквами. Например, 3-а-4, 3-б-4 и т. д. Разветвленный участок сети между двумя узлами номерами узлов в скобках. Например, (3-4) (5-6) и т. д.

2.Для определения общего расхода воздуха в сети Qи расхода воздуха в ветвяхqi, необходимо определить общее сопротивление сетиR0. Расчет величиныR0производим в следующей последовательности:

2.1 Определяем общее сопротивление простого параллельного соединения между узлами 3-4

R(3-4)=K(3-4)=+

2.2 Определяем общее сопротивление ветвей последовательного соединения 2-3, (3-4)

2.3 Определяем общее сопротивление параллельного соединения между узлами 2-4.

R(2-4)= К(2-4)=+

2.4 Определяем общее сопротивление последовательного соединения ветвей 1-2 и (2-4)

2.5 Определяем общее сопротивление параллельного соединения между узлами 5-6

R(5-6)=K(5-6)=

2.6 Определяем общее сопротивление последовательного соединения ветвей 1-5, (5-6) и 6-4

2.7 Определяем общее сопротивление параллельного соединения между узлами 1-4

R(1-4)= K(1-4)=

Определяем общее сопротивление вентиляционной сети

3. Определяем общий расход воздуха в сети

Q=

3.1 Определяем расходы воздуха в ветвях параллельного соединения 1-(2-4) и 1-(5-6)-4

q1-(2-4)=q1-(5-6)-4=

3.2 Определяем расходы воздуха в ветвях параллельного соединения 2-(3-4) и 2-4

q (2-3)-4= q 2-4=

Определяем расходы воздуха в ветвях (3-а-4, и 3-б-4), по формулам

q3-а-4= q 3-б-4=

3.3 Определяем расходы воздуха в ветвях 5-а-6, (5-б-6) и (5-в-6), по формулам

q5-а-6= q (5-б-6)=

Результаты расчетов сложного последовательно-параллельного соединения, представленного на рис.5.11 по формулам сводим в таблицу.

Таблица 5.1 – Результаты расчетов воздухораспределения в сложном последовательно параллельном соединении

studfiles.net

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Рудничная вентиляция

Рудничная вентиляция — отрасль горного дела, в которую входят научные основы и технические средства по обеспечению обмена воздушной среды в подземных горных выработках с атмосферным воздухом. При этом из шахты удаляют загрязненный различными примесями воздух и подают чистый. Атмосферный воздух состоит из смеси следующих газов — кислорода О2, азота N2, углекислого газа СО2, аргона Аг, криптона Кг, ксенона Хе, гелия Не и паров воды. Наличие того или иного газа в воздухе выражается объемной и массовой концентрацией. [1]

Рудничной вентиляции принадлежит одно из важных мест в горной науке. [2]

В рудничной вентиляции используют следующие физические параметры рудничного воздуха: плотность, вязкость, давление, теплоемкость, температура, влажность. [3]

В лаборатории рудничной вентиляции Института горного дела АН СССР была создана модель горной выработки, свободная от указанных выше недостатков. Она состоит из соединенных последовательно сопротивлений Ri, Rz, Нз; входного выпрямителя ВВ, служащего для устранения влияния полярности напряжения на входе устройства; диодов Д и Дъ, включающих отдельные ступени схемы, и двухполупериодного выпрямителя питания на германиевых диодах Bi и Вг. Емкость С служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. [5]

Скочинский создал ряд классических работ по вопросам рудничной вентиляции , в которых разработаны научные методы создания безвредных условий труда при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Им создано важное направление в горной науке, связанное с разработкой мер борьбы и предупреждения рудничных пожаров. Скочинского и его учеников посвящены определению величин аэродинамического сопротивления различного вида горных выработок, установлению структуры воздушных потоков и другим вопросам рудничной аэрологии и аэродинамики. Большое значение имеют работы А. А. Скочинского по прогнозу газообильности глубоких шахт, а также разработке методов управления газовыделением при эксплуатации угольных месторождений. [6]

Кафедра охраны труда организована в 1962 г. на базе кафедры рудничной вентиляции . [7]

Этот труд дает возможность с полным основанием считать Ломоносова основоположником теории рудничной вентиляции или рудничного проветривания. [8]

www.ngpedia.ru

Смотрите еще:

  • Как получить ходатайство Как написать ходатайство для получения квоты на РВП? Необходимо написать ходатайство от главы факультета в УФМС с целью выделения квоты на РВП иностранной студентке. Как оформить и есть ли шаблон для данного вида ходатайства? 18 […]
  • Фамилии после заключения брака Какие документы и в какой срок необходимо менять после смены фамилии в связи с вступлением в брак? При заключении брака супруги по своему желанию выбирают фамилию одного из них в качестве общей фамилии, либо каждый из супругов […]
  • Заявление от анны седых Обращения граждан Вы имеете право обратиться в судебный участок с запросом (предложение, заявление, жалоба), который будет зарегистрирован и рассмотрен в соответствии с порядком, установленным законодательством Российской […]
  • Федеральный закон об оружии ст 2 Федеральный закон от 19 июля 2018 г. N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об оружии" Комментарии Российской Газеты Принят Государственной Думой 10 июля 2018 года Одобрен Советом Федерации 13 июля 2018 года Внести в […]
  • Пенсия в крыму в 2014 году ЧТО ВАЖНО ЗНАТЬ О НОВОМ ЗАКОНОПРОЕКТЕ О ПЕНСИЯХ Подписка на новости Письмо для подтверждения подписки отправлено на указанный вами e-mail. 24 мая 2016 В связи с обращениями граждан по поводу получения пенсии в прежнем размере […]
  • Приказ увольнение по сокращению штатов образец Приказ об увольнении по сокращению штата (образец) Обновление: 9 октября 2017 г. Образец приказа об увольнении по сокращению штата Трудовым законодательством установлена строгая процедура увольнения работников в связи с сокращением […]
  • Законы регламентирующие военную службу Какие документы регламентируют службу по призыву и как солдат может отстоять свои права? Военнослужащие находятся под защитой государства, которое осуществляет их правовую и социальную защиту, охрану жизни и здоровья, а также […]
  • Закон о транспортный налог 2014 Закон о транспортный налог 2014 от 22 ноября 2007 года N 689 О транспортном налоге в Камчатском крае Принят ПостановлениемСовета народных депутатовКамчатской области08 ноября 2007 года N 2493 Принят ДумойКорякского автономного […]