О Рп
I
Рис. 9.14. Схема к расчету приращения давления.
Рис. 9.15. Схема к расчету депрессии естественной тяги гидростатическим
методом
Уравнение (9.17) с учетом выражения (9.18) примет вид
dp/p = gdz/RrT. (9.19)
Заменяя с некоторым приближением в выражении (9.19) величину
Т на Г
ср (средняя температура воздуха в пределах от
г = О до
z =Я) и интегрируя от
р0 до
рн и от 0 до Я,
получим
ln(PHfpo) = gHIRrTcp. Откуда
Рн = Ро exp
(gH/RrTcp). (9.20)
Тогда приращение
давления выразится в виде
&P-Pn--pQ = Polexp(gH/RrTcp)— 1]. (9.21)
Для расчета необходимо по формуле (9.20) определить давление в нижних частях сообщающихся столбов воздуха высотой Я, отсчитываемой от уровня равного атмосферного давления (рис. 9.15, уровень 1—7). Для схем, показанных на рис. 9.13, имеем
где
рн2 и
Рнз — соответственно давление в точках
2 и
3. С учетом выражения (9.21) имеем
ft
e-A/v-Ap
2, (9.22)
где
Ари Ар
2 —прирост давления соответственно в стволах
1—2 и
3—4 (см. рис. 9.13).
Из выражения (9.22) следует, что депрессия естественной тяги равна разности приращений давлений в двух сообщающихся столбах воздуха. Так,
для схемы, показанной на рис. 9.15, имеем
Ар6).
he = (A Pi + Ар
2 + Ар
3 + А/?
4) — (Ар
5
Расчет приращений ведется отдельно для каждого столба воздуха. Отдельно рассчитываются приращения для столбов
1—2—
3—4—5 и
7—6—5. При расчете Api по формуле (9.21) значение ро принимается на уровне
1—7; при расчете Арг вместо
р0 в формулу (9.21) подставляется po + Api; при расчете Ар
3 вместо р
0 в формулу (9.21) подставляется po + Api+Арг и т. д. При расчете Ар
5 вместо ро подставляется
p0±hB (знак плюс ставится при работе вентилятора на нагнетание, знак минус — при работе на всасывание).
Приведенные формулы упрощаются при использовании следующего разложения:
ехр(гЯ/Я
гТ
Ср) = 1+^да < • +
+ J-(gHlRrTQpy.
Ограничиваясь двумя первыми членами разложения, получим
Ap = gp0HIRrTcp. (9.23)
С учетом выражения (9.22) найдем, что
hG = g(PoH/RrTcP1-PoH/RrTcp2) = gp0H (VRrTcn—\RrTcpi) =
^gPoHfa-a*). (9.24)
Значение
а зависит от температуры воздуха /
Ср и характеризуется следующими данными.
*
ср> °С —30 —25 —20 —15 —10 —5 О
а-10
4 1,40 1,37 1,34 1,32 1,29 1,27 1,24
Продолжение
*
ср, °С 5 10 15 20 25 30
а-10
4 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12
Рассчитанные по формуле (9.24) значения
hG при Я>100 м необходимо умножить на поправочный множитель (1+Я/10 000).
Для расчета депрессии естественной тяги необходимо определить среднюю температуру поступающего и исходящего воздуха (приближенно она равна среднему арифметическому значению температур в верхней и нижней частях этих столбов воздуха). Температура воздуха в верхней части воздухоподающего ствола равна либо температуре воздуха на поверхности, либо температуре, создаваемой работой калорифера (в последнем случае она не должна быть ниже 2 °С). Среднемесячная температура (°С) в околоствольном дворе воздухоподающего ствола определяется по приближеной формуле А. Н. Щербаня
t = — 19,6 + У&в.г + Я/3,42\
где /г
в.
г — коэффициент,
зависящий от времени года; Я — глубина ствола, м.
Для условий Донбасса коэффициент
kB. г имеет следующие значения:
Январь 432 Май, сентябрь ...... 1187
Февраль, декабрь 486 Июнь, август ....... 1392
Март, ноябрь 648 Июль . 1470
Апрель, октябрь 907
В условиях Донбасса можно принимать, что при опускании воздуха по стволам его температура увеличивается через каждые 100 м летом на 0,4—0,5 °С, а зимой на 1 °С.
Температура воздуха в нижней части лавы меньше первоначальной температуры пород на данной глубине летом на 2—3, зимой на 4—5 °С. В околоствольном дворе вентиляционного ствола температуру воздуха можно принимать на 1—2 °С меньше первоначальной температуры пород на горизонте околоствольного двора (при больших подсосах холодного воздуха из околоствольного двора воздухоподающего ствола — летом на 2—5 и зимой на 5— 10 °С). Температуру воздуха в верхней части вентиляционного ствола можно определить из условия, что при поднятии воздуха его температура понижается за счет расширения через каждые 100 м в среднем на 0,4—0,5 °С.
Факторы, оказывающие влияние на естественную тягу. Температура воздуха в горных выработках является одним из основных
факторов, определяющих его плотность. При этом основную роль играют процессы теплообмена воздуха с горными породами. Меньшее влияние оказывает тепловыделение при окислительных процессах, изменение температуры за счет сжатия воздуха (при опускании в шахту). Существенное влияние на естественную тягу оказывает температура воздуха на поверхности. От нее в значительной степени зависит температура в воздухоподающем стволе и прилегающих выработках (при отсутствии калорифера). В исходящих струях температура воздуха в течение года сравнительно постоянна. Летом с повышением температуры воздуха на поверхности в воздухоподающем стволе его плотность уменьшается. Это при меньшей плотности воздуха в исходящих струях, чем в поступающих, вызывает уменьшение депрессии естественной тяги (рис. 9.16). В холодное время года наблюдается обратное явление. Аналогичные изменения могут происходить и в течение суток в районах с континентальным климатом, а также при гористом рельефе поверхности. В районах с гористым рельефом (или при связи подземных выработок с карьерами) естественная тяга изменяется вследствие изменения температуры столбов воздуха, находящихся
над различными входами в шахту, или сообщающихся столбов воздуха в подземных выработках и на поверхности над входом в шахту. При пожарах в подземных выработках, когда температура воздуха может достигать сотен градусов, появляется весьма мощная депрессия, которая в случае действия ее против направления работы вентилятора может значительно уменьшить количество проходящего по выработке воздуха или даже опрокинуть вентиляционную струю.
152
Рис. 9.16. График изменения депрессии
Рис- 9Л7- Аэродинамическая
естественной тяги
he во
времени (III, VI, характеристика естественной
IX, XII — порядковые номера месяцев): тяги:
/-изменение депрессии по величине; 2-то же, ' ~
в зимний период; 2-в лет-
по величине и направлению
пии период
Давление воздуха оказывает существенное влияние на депрессию естественной тяги, так как от него зависит плотность воздуха. Атмосферное давление в шахте и депрессия естественной тяги зависят от давления воздуха на поверхности и глубины выработок. Вследствие небольших относительных колебаний давления воздуха на дневной поверхности (в среднем около 3%) оно не приводит к существенным изменениям депрессии естественной тяги.
Депрессия естественной тяги с изменением глубины шахты изменяется экспоненциально. В глубоких шахтах вследствие высокой температуры воздуха в исходящих струях депрессия естественной тяги обычно совпадает с направлением работы вентилятора (положительна).
Состав шахтного воздуха оказывает влияние на его плотность. Так, увеличение содержания метана и других легких газов и паров воды вызывает уменьшение плотности воздуха. Однако количественное влияние этих факторов в шахтных условиях невелико.
Работа вентилятора оказывает незначительное влияние на депрессию естественной тяги (в пределах нескольких процентов).
Характеристика естественной тяги —график зависимости ее депрессии от расхода воздуха. Так как зимой с увеличением расхода воздуха температура в воздухоподающем стволе понижается, а плотность воздуха увеличивается, депрессия естественной тяги также несколько увеличивается. Летом происходит обратное явление. Поэтому характеристика естественной тяги изменяется в зависимости от времени года (рис. 9.17). Однако в большинстве случаев это изменение незначительно и противоположно по характеру в зимний и летний периоды. Поэтому с незначительной погрешностью характеристика естественной тяги принимается постоянной, т. е. не зависящей от расхода воздуха (см. рис.
9.17).
Do'stlaringiz bilan baham: