Параметры об эквивалентном отверстии рудника. Расчет эквивалентного отверстия и его размерность

Эквивалентным отверстием называется такое воображаемое отверстие в тонкой стенке, через которое при депрессии, равной депрессии шахты, проходит такое же количество воздуха, как и через шахту.

Если рассмотреть сечение I-I на значительном расстоянии от стенки (рис. 11.2), то скорость движения воздуха в нём будет равна нулю (u ₁ = 0). В сеченииII—II, расположенном в окне, где струя наиболее сжата и имеет скорость u ₂, согласно уравнению Бернулли, можно записать равенство:

Так как u ₁ = 0, а величина потери напора (h) в окне равна живой силе потока , получим:

кг/м²,

о м/сек.

Рисунок 11.2 –Схема к выводу формулы эквивалентного отверстия

Площадь окна . Если подставить значение u₂ из уравне-ния

,

где к- коэффициент сжатия струи. (см. рис. 11.2).

Подставив значение g = 1,2 кг/м³ и g = 9,81 м/сек², получим выражение:

и заменив h через R·Q ², получим:

Из формулы видно, что эквивалентное отверстие не зависит от депрессии и количества воздуха, а зависит от аэродинамического сопротивления выработок шахтной сети.

По величине эквивалентного отверстия и сложности проветривания все шахты разделяются на три группы: труднопроветриваемые - до 1м², среднепроветриваемые–от 1 до 2 м² и легкопроветриваемые - свыше 2 м². Эти величины правильно отражают состояние проветривания шахт в том случае, если внешние и внутренние утечки воздуха незначительны и не превышают принятых норм. В противном случае эквивалентное отверстие шахты не характеризует фактического состояния ее проветривания и во многих случаях в 1,5÷2 раза больше полученного по расчету

Последовательное соединение выработок. Их общая депрессия и сопротивление. Привести рис. и дать пояснение.

Последовательное соединение выработок. Общее сопротивление R_общ, депрессия Н_общ и эквивалентное отверстие А_общ соединённых последовательно n выработок:

R_общ = R₁ + R₂ + L R_n; (13.1)

H_общ = h₁ + h₂ + L h_n; (13.2)

учитывая, что , из уравнения 13.1 следует равенство:

(13.3)

гдеR _i,h _i,А _i – соответственно сопротивления, депрессии, и эквива-

лентные отверстия выработок, входящих в данное со-

единение.

Для последовательного соединения из n одинаковых выработок:

R_общ = n·R;H_общ = n·h;А_общ= , (13.4)

гдеR, h, А– соответствующие параметры одной ветви.

3. Понятие об естественной тяге и её расчет. Привести рис. и дать пояснение.

Естественной тягой называется движение воздуха под действием естественных причин: различной плотности воздуха, скоростного давления ветра, движения воды. Разность давлений, обусловленная этими причинами, называется депрессией естественной тяги h_e. Естественная тяга в шахтах возникает при наличии нескольких выходов на поверхность; она может проявляться и в отдельных выработках.

Различная плотность воздуха в двух стволах может быть обусловлена различием в температуре, влажности, давлении, химическом составе воздуха. Основным фактором, влияющим на изменение плотности воздуха в шахтах, является температура. По этой причине депрессия естественной тяги в значительной степени зависит от годовых колебаний температуры (рис. 16.1). Влияние давления воздуха на величину естественной тяги незначительно, а влияние изменения химического состава воздуха в нормальных условиях – практически не ощутимо. Зависимость h_e от химического состава воздуха может проявляться при суфлярных выделениях и внезапных выбросах газа, а также (в тупиковых выработках) при остановке ВМП. За счет депрессии естественной тяги по выработке может циркулировать до 100÷150 м³/мин воздуха.

h_е·кгс/м²

~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~3

0

I IIIVIIIXXI Месяцы

-h_е

Рисунок 16.1 – Сезонное изменение депрессии естественной тяги

в шахтах

1– в глубоких шахтах;

2, 3 – в шахтах небольшой глубины соответственно

при отсутствии и при наличии калорифера

Ветер может вызывать движение воздуха в шахте при вскрытии месторождений штольнями. Величина h_е в этом случае равна скоростному давлению ветра.

Капеж воды в воздухоподающем стволе может способствовать увеличению поступающего в шахту количества воздуха за счет эжектирующего и охлаждающего действия падающей воды. Капеж в воздухоподающих стволах затрудняет проветривание и может даже кратковременно опрокидывать вентиляционную струю в стволе.

С увеличением глубины шахты величина естественной тяги возрастает.

16.2 Расчет величины депрессии естественной тяги. Для расчета депрессии естественной тяги могут применяться гидростатические или термодинамические методы. В первом случае определяется разность аэростатических давлений воздуха h_е, кгс/м² в двух стволах (выработках). Согласно формуле М.М. Протодьяконова,

h_е=H·(g_i-g_j), (16.1)

где Н – вертикальная глубина шахты, м;

g_i и g_j – средний удельный вес воздуха соответственно в посту-

пающей и исходящей струе, кгс/м³.

Среднее значение g, кгс/м³ определяется из выражения

(16.2)

гдеp₁иp₂– давление в начале и в конце выработки, кгс/м²;

t₁иt₂ – температура воздуха в начале и в конце выработки, ⁰С.

Величину t₁следует определять в стволе на глубине 20÷30 м.

По формуле В.Б. Комарова h_е равно:

(16.3)

гдеp₀ – барометрическое давление на уровне нулевой площадки,

кгс/м²;

Н - глубина шахты, м;

R – газовая постоянная;

t₃иt₄ – средняя температура воздуха соответственно в воздухо-

подающем и воздуховыдающем стволах, ⁰С;

а₁, а₂ – коэффициенты, значение которых для различных средних

значений температуры определяется по графику (рис.16.2).

При глубине стволов более 100 м значение h_е, полученное по формуле (16.3), следует умножать на коэффициент:

Рисунок 16.2 – Зависимость коэффициентов а₁ и а₂ от темпе-

ратуры

Рисунок 16.3 – Определение естественной тяги термодинамичес-

ким способом

Формулы (16.1) и (16.3) дают близкие значения h_е, однако, при расчете по первой из них требуется больше замеров p и t для определения удельного веса воздуха.

Термодинамические методы основаны на представлении депрессии естественной тяги как работы единицы объема воздуха, совершаемой при движении его от входа в шахту до выхода из нее. Согласно формуле А.Ф. Воропаева,

(16.4)

где g _{ср –} средний удельный вес воздуха в шахте, принимаемый равным

1,2 кгс/м³;

S _к–площадь многоугольникаabcde в координатах Н – Т

(рис. 16.3);

T=273+t_ц;

t_ц – температура центра тяжести площади S_к, ⁰С;

t₁иt₂ – минимальная и максимальная температура на контуре

многоугольника, ⁰С.

Диаграмму изменения состояния воздуха в шахте можно построить также в координатах: давление – абсолютная температура, абсолютная температура – энтропия, давление – плотность воздуха. В последнем случае

h_е =g _ср·S₁, (16.5)

гдеS₁– площадь многоугольника в координатах p – V (V – удельный

объем).

Для нагорных рудников хорошие результаты дает формула:

(16.6)

где g _ср – среднеконтурный удельный вес воздуха, кгс/м³;

Н - разность отметок воздухоподающей и воздухоотводящей вы-

работок, м;

t_н– температура наружного воздуха на отметке устья воздухопо-

дающей выработки, ⁰C;

t_ср– средняя температура рудничного воздуха, ⁰С.

Параллельное соединение выработок. Их депрессия и сопротивление. Привести рис. и дать пояснение. Достоинства параллельных соединений.

Параллельное соединение выработок. При параллельном соединении n выработок (рис.13.1):

Рисунок 13.1 – Схема параллельного соединения

H_общ = h₁ = h₂ = L h_n; (13.5)

; (13.6)

A_общ = A₁ + A₂ + L A_n. (13.7)

Распределение воздуха в параллельном соединении из двух ветвей определяется по формулам:

; ; (13.8)

Расход воздуха в некоторой ветви (обозначаемой как 1-я) параллельного соединения из n ветвей:

. (13.9)

Для параллельного соединения из nодинаковых струй (с равными сопротивлениями):

R_общ= ; H_общ = h; A_общ = nA, (13.10)

гдеR, h, А– соответствующие параметры одной ветви

Сформулировать закон паскаля. Привести рисунок и дать пояснение.

Французский ученый Б. Паскаль в середине XVII века эмпирически установил закон, названный законом Паскаля:

Date: 2015-05-22; view: 4356; Нарушение авторских прав