Аэрология

0,6 0,2.

Подставив в формулу (20.20) величины, характеризующие гидро- и термодинамические параметры потока, а также физиче­ские свойства витающих частиц, можно определить характер из­менения крупности частиц в процессе их оседания на почву вы­работки. Зная закон изменения радиуса частиц, по формуле (20.16) можно определить весовую концентрацию пыли данной крупности на любом расстоянии от источника пылевыделения (рис. 20.2). Как видно из рис. 20.2, уменьшение начальной кон­центрации пыли в 2 раза достигается на расстоянии около 120 м от источника пылевыделения. Расчеты показывают, что при на­личии конденсационного и коагуляционного роста крупности ча­стиц уменьшение концентрации пыли в 2 раза может быть достиг­нуто на расстоянии 30—50 м.

	^\		■*-.^	7	^	^::^
	^
				■1	^Д_
			4^		^	III

/00 хл

о го to 60
%ш

20.4. Сдувание осевшей пыли
потока, при которой осевшие частицы пыли находятся в состоя­нии неустойчивого равновесия,

Обширные исследования, проведенные на угольных, рудных и со­ляных шахтах, показали, что при скорости движения воздуха, пре­вышающей некоторое критическое ее значение, начинается актив­ное вовлечение в поток пыли, осевшей на поверхности и почве вы­работок, и запыленность воздуха начинает возрастать.
Аэродинамическое воздействие воздушного потока на частицу пыли слагается из силы лобового давления Р_л и подъемной силы F_Uj которые стремятся сдвинуть и поднять частицу в воздушный поток. В покое частицу удерживают сила тяжести F_T и сила при­липания ее к поверхности F_nv. Для отрыва и уноса осевших ча­стиц необходимо, чтобы аэродинамические силы воздушного по­тока были больше силы тяжести и силы прилипания (молекуляр­ные силы взаимодействия между частицами или частицей и по­верхностью, на которой лежит пылинка), т. е.
/⁷_л + /⁷п>^т + /^гпр. (20.21)
Сила лобового давления (Н) определяется по формуле
F^k;—^-, (20.22)
4 2 '
где &_л — коэффициент лобового сопротивления; d — диаметр ча­стицы, м.
Подъемная сила воздушного потока (Н) определяется по фор­муле
F_n--=k_n^^~, (20.23)
4 2
где k_u — коэффициент подъемной силы.
Сила тяжести (Н) определяется по формуле
Р'-~{9-?.)^~9- (20-24)
6 О
Сила прилипания (Н) между отдельными частицами опреде­ляется по формуле
f_np = J^.где о — свободная энергия единицы поверхности сопротивления. Частица будет находиться в состоянии неустойчивого равно­весия при условии равенства нулю суммы моментов всех дейст­вующих на нее сил, т. е.
krdFnp + kidFi—kidFa—kdlFn = 0> (20.26)
где ku k₂, &з, ki_k — коэффициенты, учитывающие эксцентричность точек приложения действующих сил.
Из выражения (20.26) с учетом формул (20.22) —(20.25) полу­чим формулу для определения критической скорости воздушного
260


^J—, (20.27)
)
где W — обобщенный коэффициент пропорциональности.
Скорость движения воздуха вблизи поверхности выработки оп­ределяется по формуле
и* = и*1^ф. (²⁰-²⁸)
где и_с — средняя скорость движения воздуха по сечению выра­ботки, м/с; а — аэродинамический коэффициент сопротивления трению, Н • с²/м⁴.
Тогда выражение (20.27) примет вид
^-. (20.29)
V da(k_n-{-kn
Использование формулы (20.29) для расчета критической ско­рости движения воздуха связано с трудностью аналитического определения величины а, которая зависит от физико-химических свойств частицы и поверхности выработки, влажности и условий контакта. Она может быть задана только приближенно. Поэтому в большинстве случаев для определения критической скорости движения воздуха используются экспериментальные методы.
При моделировании пылевых потоков необходимо соблюдать условия геометрического и кинетического подобия и сохранять ра­венство критериев Стокса Stk и Фруда Fr, определяемых соот­ветственно по формулам:
Stk-pa_0Td²/(^n); (20.30)
Fr = «4_T/fe/_n), (20.31)
где и_от — относительная скорость движения частицы, м/с; /_п — ха­рактерный размер потока, м.
Из теории подобия известно, что отношение двух критериев дает новый критерий, заменяющий исходные критерии. Поэтому критерии Стокса и Фруда можно заменить их отношением
8 = Stk/Fr = const. (20.32)
Отношение 6 характеризует степень влияния скорости потока на скорость движения витающей в нем частицы.
Кроме того, при моделировании необходимо соблюдать равен­ство исходных значений запыленности и относительной влажности воздуха в натуре и модели.
Ж

h,Mr/M^J
ШО


Рас. 20.3. График зави­
симости концентрации
пыли в воздухе п от
скорости воздушного
потока и


3 и, м/с


4,м^ъ/с

Исследованиями установлено, что критическая скорость движе­ния воздуха, при которой начинается сдувание пыли, зависит от ее крупности, свойств и шероховатости поверхности, влажности пыли и поверхности. Установлено, что с уменьшением крупности пыли до 0,175 мм скорость сдувания пыли уменьшается пропор­ционально. Для частиц крупностью 0,05—0,175 мм она остается постоянной, а для частиц крупностью 0,05 мм увеличивается. Вы­сокодисперсная пыль благодаря превалирующему значению сил прилипания уносится потоком воздуха значительно труднее, чем более крупная пыль. Критическая скорость сдувания пыли возра­стает с увеличением ее влажности в 1,5—2 раза по сравнению с сухой пылью. Установлено, что скорость сдувания для угольной и породной пыли изменяется в пределах 2—4,5 и 1,5—3,5 м/с со­ответственно. Для сильвинитовой и карналлитовой пыли она со­ставляет 1,8 и 3,6 м/с соответственно. Увеличение критической скорости сдувания пыли путем искусственного увлажнения по­верхности выработок и самой пыли во многих случаях является эффективным средством предупреждения повышенной запыленно­сти горных выработок.