Тепловой режим шахт,контроль вентиляции шахт,естественная тяга воздуха в шахтах и работа вентиляторов на шахтную сеть

ЛЕКЦИЯ 8 ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ШАХТ, КОНТРОЛЬ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ, ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЯГА ВОЗДУХА В ШАХТАХ И РАБОТА ВЕНТЛЯТОРОВ НА ШАХТУЮ СЕТЬ Среднее физическое состояние воздушной среды в горных выработках определяется их микроклимат. Он зависит от температуры, влажности, скорости движения воздуха и его давления. Эти параметры в шахте различны. В главных входящих выработках они находятся под сильным влиянием климата на поверхности, а по мере удаления потока от поверхности на них все более влияние оказывают горно-геологические факторы. В глубоких шахтах физическое состояние воздуха практически не зависит от климата на поверхности. В них формируется собственный микроклимат, который существенно зависит от тепло-влагообменных процессов, происходящих по пути движения шахтного воздуха. Изменение шахтного микроклимата могут вызвать обмерзание шахтных стволов, штолен и каналов вентиляторных установок, разрушение вентиляционных сооружения и предохранительных целиков в соляных шахтах, обвалы и пучение стенок выработок в зоне многолетней мерзлоты, обильную конденсацию пара и обводненность вентиляционных стволов глубоких шахт. Плотность – отношение массы воздуха М к его объему V называется массовой плотностью воздуха: где М – количество массы. Удельный вес – это вес воздуха в единице объема: где G – вес. Удельный вес может меняться в пределах ( 10 % ). Вязкость – свойство воздуха оказывать сопротивление касательным усилиям: где – коэффициент вязкости; S–площадь трения; – кинематическая вязкость. Между воздушными массами существует сила трения, на ее преодоление тратится энергия: Влажность: шахтный воздух характеризуется большой влажностью. Влажный воздух – смесь сухого воздуха и водяных паров. Основными параметрами влажного воздуха являются температура, давление, плотность, абсолютная и относительная влажности, влагосодержание, теплосодержание ( энтальпия ). Уравнение состояния ( Клайперона-Менделеева ) влажного воздуха имеет вид: где R– газовая постоянна ( R = 29, 27, … ), T – абсолютная температура; P – давление воздуха. Давление влажного воздуха по закону Дальтона можно выразить в виде: где – соответственно давление сухого воздуха и водяных паров, Па. Давление воздуха равно сумме давлений создаваемых всеми составляющими воздуха ( ). Нормальное атмосферное давление равно 101325 Па; Абсолютная влажность – количество водяного пара, содержащееся в единице объема воздуха, Г/. В нашем воздухе содержится 8 – 10 г/ водяного пара; При 20 - 172 г/( это предел насыщения ) При 0 - 4 г/. Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности воздуха к максимальной абсолютной влажности, насыщающей воздух при данной температуре, или отношение парциального давления водяного пара в воздухе к парциальному давлению пара, насыщающего воздух при данной температуре. В шахтах достигает 90 -100 %. Влагосодержание – это отношение плотности водяных паров к плотности сухого воздуха, кг/кг. Теплосодержание – это количество тепловой энергии, заключенной в 1 кг массы газа. Теплосодержание измеряется Дж/кг. Вентиляция угольных и рудных шахт характеризуется значительной динамикой параметров в пространстве и времени. Поэтому состояние вентиляции шахты должно систематически контролироваться. По правила безопасности систематическому контролю подлежат следующие параметры вентиляции: • расход и скорость движения воздуха, проходящего по выработкам и через каналы вентиляторов; • концентрация кислорода и углекислого газа в шахтном воздухе; • концентрация метана; • концентрация окиси углерода; • концентрация окислов азота; • концентрация водорода в зарядных камерах; • температура воздуха; • относительная влажность воздуха при его температуре > 20 . Кроме того, в рудных и угольных шахтах предусматривается контроль давления воздуха и депрессии в горных выработках, параметров работы вентиляторов главного и местного проветривания и вентиляционных сооружений. Параметры вентиляции регистрируются в соответствующих журналах, а основные параметры наносятся на вентиляционные планы. Измерение температуры воздуха: Контроль температуры воздуха осуществляется ртутными термометрами, обеспечивающими быстроты и точность измерений ( до 0,5 ). Измерение влажности воздуха: Измеряется психометром, состоящим из двух термометров в защитных оправах и аспиратора. Резервуары термометров помещены в защитные трубки. В верхней части термометры закреплены в колпочках. Аспиратор состоит из вентиляторной шахты, которая приводится во вращение пружиной, заводимой ключом. Перед измерением левый термометр, резервуар которого обернут батистовой тряпочкой, увлажняется с помощью пипетки. Затем заводится механизм аспиратора, протягивающего воздух через термометры. Воздух удаляется из аспиратора через щели. Щели аспиратора защищены щитком от внешнего воздействия струи воздуха. Вследствие испарения влаги левый термометр показывает меньшую температуру, чем правый. Относительная влажность воздуха определяется разностью показаний этих термометров ( с помощью психометрических таблиц ) и сухого термометра. Также использовали раньше простейший прибор – гигрометр. Изменение давления воздуха: Контроль давления воздуха осуществляется с помощью барометров-анероидов и барографов. Действие барометра-анероида основано на изменении объема воздуха, находящегося в герметичном сосуде, при изменении давления. Для измерения разности давлений используются депримометры. Он представляет собой систему сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью ( керосин ). Для непосредственного измерения депрессии используется многопредельный-микроманометр ММН – бочкового типа. Виды давления: В потоке воздуха наблюдается давление двоякого вида: 1) Статистическое; 2) Скоростное ( динамическое ) Измерение скорости движения воздуха: ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЯГА ВОЗДУХА В ШАХТАХ И РАБОТА ВЕНТЛЯТОРОВ НА ШАХТУЮ СЕТЬ Естественной тягой – называется движение воздуха под действием естественных причин: различной плотности воздуха, скоростного давления ветра, движения воды. Естественная тяга в шахтах возникает при наличии нескольких выходив на поверхность; она может проявляться и в отдельных выработках; Депрессия естественной тяги ( hе ) – это разность давлений, обусловленная причинами образования естественной тяги. Для расчета депрессии естественной тяги могут применяться гидростатические или термодинамические методы. В первом случае определяется разность аэростатических давлений воздуха he, кгс/ в двух стволах ( выработках): где – вертикальная глубина шахты, м; – средний удельный вес воздуха соответственно в поступающей и исходящей струе, кгс/. Измерение депрессии естественной тяги: Измерения производятся с помощью микроманометра, депрессиометра и барометра-анероида. Наиболее точные результаты получаются при измерении через перемычку. Для этого в выработке, по которой проходит все количество воздуха, подаваемого в шахту, сооружается перемычка и с обеих ее сторон измеряется давление и определяется разность этих давлений, равная депрессии естественной тяги. Замер должен производиться быстро, чтобы температура воздуха не менялась. Положение перемычки в системе выработок не имеет значения. Для измерения депрессии естественной тяги микроманометром или депрессиометром без перемычки соединенные трубки прокладывают по всей длине выработок от устья воздуховыдающего до устья воздухоотводящего ствола. Прибор может быть установлен в шахте или на поверхности. Для измерения hенеобходимо остановить вентилятор, после чего может быть применен любой из способов, описаных выше. В качестве перемычки может быть использован шибер, которым перекрывается канал вентилятора. Депрессиометр депрессию естественной тяги не показывает; Чтобы замерить депрессию естественной тяги ставим перемычку Замер с длинным резиновым шлангом: Воздух в резиновом шланге нагревается до tвоздуха в выработке, поэтому можно определять естественную тягу резиновый шланг Косвенный метод определения величины естественной тяги: – столько воздуха пойдет от естественной тяги. Главный вентилятор шахты развивает депрессию = 200 мм вод.ст. или = 2000 Па. Изменение величины естественной тяги в зависимости от времени года: полоса соответствующая конкретной шахте. Самая большая естественная тяга возникает в самое холодное время. Положительную тягу мы не учитываем, пускает в запас. Летнюю тягу мы учитываем и должны выбрать вентилятор так, чтобы он эту летнюю отрицательную тягу ликвидировал своим запасом. Последовательная работа вентилятора: Последовательной называют такую работу вентиляторов, при которой воздушная струя поочередно и полностью проходит через все вентиляторы. При этом производительности вентиляторов равны , а общая депрессия складывается из депрессий всех вентиляторов: Схемы последовательной работы вентиляторов, расположенных: г) д) а) – на одном стволе на поверхности; б) – один вентилятор на поверхности, второй под землей; в) – на разных стволах; г) – рассредоточенное в трубопроводе; д) – сосредоточенное в трубопроводе. Параллельная работа: Параллельной называют такую работу вентиляторов, при которой потоки воздуха от отдельных вентиляторов сливаются вместе и образуют один общий поток. В этом случае общий дебит на участке АВ равен сумме дебитов вентиляторов. Вентиляторы расположены на одном стволе Вентиляторы расположены на разных стволах в) где а – вентиляторы расположены на одном стволе; б – на разных стволах; в – двух вентиляторов, подающих воздух в общий трубопровод при проветривании тупиковой выработки. Совместная работа вентиляторов: Совместная работа главного и вспомогательного вентиляторов часто применяется в практике проветривания рудных шахт. Вспомогательный вентилятор II установлен в ветви BCD. Количество воздуха, проходящего через вентилятор II и ветвь BCD, одинаково при любых режимах работы главного вентилятора I