Аэрология

а
У /// V/.
Перемычка

Рис. 9.11. Схема к оп­
ределению депрессии
естественной тяги при
одновременном соедине­
нии выработок между
собой на нескольких
горизонтах:
^heu ^he2, ^ЛеЗ -соответ­ственно депрессия естест­венной тяги на первом, втором и третьем горизон­тах

Рис. 9.10. Схема к определению депрессии ес­тественной тяги в двух сообщающихся стволах при одинаковых (а) и различных (б) высотных отметках их устьев

а,
Щ

в

б

~щ ц
ч

1 Ра 5

л р₁

77/7/77/

V/////////X

Рг
Ж-

WW?//////л

р>р

Шабер

^

^

Pi

П
i Рг
JLJ'
Рис. 9.12. Схемы к измерению депрессии естественной тяги с использованием перемычки, разделяющей сообщающиеся между собой выработки
для схемы, показанной на рис. 9.10,6, депрессия естестеннои тяги выразится в виде
he = g (pi#t + р2# ₂—Рз# з) -
Отсюда следует, что естественная тяга имеет место в том слу­чае, если средние плотности воздуха в двух сообщающихся вер­тикальных столбах различны. При этом движение воздуха проис­ходит от столба с большей плотностью воздуха к столбу с мень­шей плотностью воздуха. Такое же направление имеет и депрес­сия естественной тяги.
145

7р Рис. 9.13. Схемы к измерению депрес­сии естественной тя­ги без использова­ния перемычки

На шахтах часто встречаются случаи, когда вертикальные или наклонные выработки соединены между собой одновременно на нескольких горизонтах (рис. 9.11). В таких случаях на каждом горизонте действует своя естественная тяга, определяемая плот­ностью воздуха на участках, расположенных выше данного гори­зонта.
Особенностью появления естественной тяги является то, что энергия разности гидростатических давлений передается потоку воздуха не в какой-либо одной точке, а по всей его длине. В ре­зультате депрессию естественной тяги нельзя измерить в каком-либо одном месте потока. В этом отношении ее действие подобно действию многих маленьких вентиляторов с депрессиями h=h_e/n (где п — число вентиляторов). При неограниченном увеличении числа воображаемых вентиляторов (т. е. при неограниченном уменьшении расстояния между ними) и h_e= const депрессия каж­дого вентилятора будет стремиться к нулю и давление в выработ­ках при работе вентиляторов не будет отличаться от атмосфер­ного давления в них вследствие того, что получаемая воздухом энергия не аккумулируется в потоке, а сразу же расходуется на преодоление сопротивлений движению воздуха. Аналогичное яв­ление имеет место и при действии естественной тяги.
Измерение депрессии естественной тяги. На шахтах депрессия естественной тяги может быть измерена. Существует несколько способов ее измерения.
Если к обеим сторонам перемычки, разделяющей сообщаю­щиеся между собой выработки, подключить депрессиометр, то по­следний измерит депрессию естественной тяги h_e (рис. 9.12, а). При этом местоположение перемычки в системе выработок без­различно. Так, при расположении перемычки в положении / (см. рис. 9.12,6) депрессия естественной тяги выразится в виде
Uel-g(pl— p₂)#.
При расположении перемычки в положении // давление на ее верхнюю поверхность равно Po + g"pi#i-2, давление на нижнюю по­верхность равно р₀ + ^р₂Я — g"p^₂_-3. Тогда разность давлений
Аналогично можно показать, что при любом другом положении перемычки измеряемая через нее разность давлений также будет равна g(p\—р2)Я. Отсюда следует, что место расположения пе­ремычки не влияет на величину депрессии. Поэтому для измере­ния депрессии может быть использована задвижка вентилятора (см. рис. 9.12, в). Для этого останавливается вентилятор, задвиж­кой полностью перекрывается канал вентилятора, герметически закрывается устье вентиляционного ствола, одно колено депрес-сиометра соединяется с каналом вентилятора со стороны ствола, а второе открывается в атмосферу. В этом случае депрессиометр измеряет депрессию естественной тяги. Измерение необходимо производить быстро, чтобы плотность воздуха в стволах не успела
146
измениться. Если направление естественной тяги совпадает с на­правлением действия вентилятора, то ее депрессия измеряется следующим способом. Открывается устье вентиляционного ствола и реверсируется вентилятор, после чего устье ствола закрыва­ется. При промежуточном положении ляд, перекрывающих устье ствола, движение воздуха в стволе прекратится и депрессия вен­тилятора на участке от устья вентиляционного ствола до устья воздухоподающего ствола будет равна депрессии естественной тяги. Следовательно, депрессию естественной тяги можно опреде­лить путем измерения разности давлений воздуха в устьях ство­лов (т. е. путем соединения одного колена депрессиометра с про­странством в устье вентиляционного ствола под полуприкрытыми лядами при втором колене, открытом в атмосферу).
Депрессию естественной тяги можно измерить без использо­вания перемычки. При этом депрессиометр располагается в про­извольном месте вентиляционной сети (например, в выработке 2—3) (рис. 9.13) и его колена соединяются шлангами с устьями стволов. Если плотность воздуха в стволе и в расположенном в нем шланге одинакова, то депрессиометр измерит депрессию ес­тественной тяги, т. е.
Депрессиометр можно располагать в любом месте выработки. При этом необходимо, чтобы его соединительные шланги были проложены от устья одного ствола до устья другого по всей длине выработки. Так, одна и та же величина депрессии естественной тяги будет измерена депрессиометром в положениях, показанных
147

на рис. 9.13, а, б, в. При измерении по схеме, показанной на рис. 9.13, г, показания депрессиометра равны нулю, так как вы­сота обоих шлангов, атмосферное давление на их открытых кон­цах и плотность воздуха в них одинаковы. Если шланги депрес­сиометра будут проложены лишь по части вентиляционных выра­боток, депрессиометр при движении воздуха по выработкам измерит депрессию естественной тяги с некоторой погрешностью. Так, при измерении по схеме (рис. 9.13, д) давление на левое ко­лено депрессиометра по уравнению Бернулли po+gp\H— RiQ², а давление на правое колено равно po+gpiH— R2Q² (давление на жидкость в колене депрессиометра равно давлению столба воз­духа в трубке, соединенной с коленом, и столба воздуха над от­крытым концом трубки). Показание депрессиометра равно разно­сти давлений, т. е.
Лд=г(Р1-Ра)Я-(/?₁+/?₂)0^а,
где R\, R₂ — сопротивления участков стволов 1—5 и 4—6 соответ­ственно; Q — расход воздуха.
В этом случае /г_д будет равно h_e только при Q = 0. Этого можно достичь установкой перемычки, полностью перекрывающей струю. Погрешность измеряемой депрессии естественной тяги бу­дет тем меньше, чем меньше Q и чем меньше длина участков вен­тиляционной сети, где нет шлангов.
При измерении депрессии естественной тяги барометром изме­ряется атмосферное давление в точках, имеющих высотные от­метки. Депрессия определяется как разность давлений в нижних частях столбов поступающего и исходящего воздуха. Однако при измерении депрессии барометром могут возникнуть существенные погрешности. Так, если измерения производятся в точках 2 я 3 (см. рис. 9.13, а) при движении воздуха от точки 1 к точке 4, то измеряемые давления согласно уравнению Бернулли выразятся в виде: