12.7. Технические средства регулирования распределения расхода воздуха
Средства регулирования распределения расхода воздуха в шахтах включают аппаратуру непрерывного контроля состава атмосферы, регуляторы и систему передачи информации, ее обработки и выдачи команды регуляторам. Распределение расхода воздуха возможно с помощью преграждающих и регулирующих устройств. Преграждающие устройства имеют целью прекратить движение воздуха в том направлении, где потребность в нем отпала. К ним относятся глухие перемычки с дверьми, ляды. Регулирующие устройства используются для выравнивания депрессий в ветвях с целью обеспечения заданного распределения расхода воздуха в них. Отрицательными регуляторами являются вентиляционные окна, пластинчатые регуляторы, дверные проемы, регуляторы жа-люзийного типа, воздушные завесы.
Вентиляционные окна устанавливаются в глухих перемычках или в перемычках с дверьми. Наиболее целесообразно устанавливать вентиляционные окна при необходимости выравнивания перепадов давления для обеспечения постоянного соотношения расходов воздуха по ветвям. Площадь поперечных сечений вентиляционных окон колеблется от десятых долей до нескольких квадратных метров. Глубина регулирования с использованием вентиляционных окон сравнительно небольшая, что объясняется нелинейным законом изменения аэродинамического сопротивления. Для автоматического регулирования распределения расхода воздуха устанавливаются специальные окна, обеспечивающие линейное регулирование расхода воздуха. Изменение аэродинамического сопротивления такого окна достигается заслонкой жалю-зийного типа.
Пластинчатые регуляторы и дверные проемы устанавливаются на некотором расстоянии друг от друга в выработках, предназна-
185
ценных для движения транспортных средств. Дверные проемы, как правило, устанавливаются под углом 90° к воздушному потоку. В отличие от дверных проемов пластинчатые регуляторы устроены так, что позволяют изменять угол встречи пластины с воздушным потоком от 0 до 90°. Принцип работы пластинчатых регуляторов состоит в следующем. Датчик скорости или давления, установленный в ослабляемой выработке, передает непрерывный сигнал в аппаратуру. При изменении давления или скорости исполнительный механизм приводит в движение двигатель и пластины поворачиваются на такой угол, который обеспечивает восстановление требуемых значений давления или скорости.
Суть регулирования расхода воздуха воздушной завесой состоит в следующем. Ветвь, в которой необходимо уменьшить расход воздуха, перекрывается воздушной завесой, создаваемой специальной установкой. Регулирование распределения расхода воздуха осуществляется изменением угла встречи двух потоков и скорости движения воздуха в завесе. Установка воздушной завесы состоит из вентилятора, который засасывает воздух из выработки и подает его к раздающему приспособлению, представляющему собой канал клиновидной формы. Последний изготавливается из листового железа со щелью и направляющими лопатками для выпуска плоской струи. Клиновидная форма обеспечивает равномерный выпуск воздуха с примерно одинаковой скоростью по всей длине раздающего устройства, что позволяет перекрыть частично или полностью ослабляемый поток. Завесы могут быть односторонними и двусторонними. Последние устанавливаются обычно в широких выработках. В случае необходимости завесы могут устанавливаться последовательно одна за другой по длине выработки.
При положительном регулировании распределения расхода воздуха с помощью вентилятора, работающего без перемычки, в качестве побудителей тяги чаще используются осевые вентиляторы, которые устанавливаются на почву в середине выработки (если выработка не используется для транспортных целей) или укрепляются под кровлей. Для повышения эжекционного эффекта вентилятор снабжается конфузором (короткой конической трубой), который укрепляется на выходном отверстии вентилятора. Струя воздуха, выходящая из конфузора, имеет большую скорость, за счет чего и повышается эффективность работы вентилятора-эжектора. Оптимальные размеры конфузора определяются по формулам:
SK = (0,3-0,5) SB>0; /к = 0,5 ctg — (rfB— dK),
где 5К — площадь выходного отверстия конфузора, м2; SB. 0 ~ площадь выходного отверстия вентилятора, м2; /к — длина конфу-
18G
зора, м; 6= 10-М 3— угол конусности конфузора, градусы; dB — диаметр выходного отверстия вентилятора, м; dK — диаметр выходного отверстия конфузора, м.
13. НАДЕЖНОСТЬ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ 13.1. Общие сведения
Основная цель теории надежности шахтных вентиляционных систем состоит в разработке методов количественной оценки и оптимизации надежности вентиляции шахты в целом, позволяющих осуществлять выбор оптимальных по фактору надежности вариантов систем вентиляции проектируемых шахт, а также мероприятий, оптимизирующих по этому фактору системы вентиляции действующих шахт. Надежность — свойство системы сохранять в процессе эксплуатации значения параметров в пределах, позволяющих выполнять требуемые функции. Надежность определяется свойствами безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости системы. Относительная важность этих свойств зависит от назначения системы. Назначение шахтной вентиляционной системы состоит в непрерывном обеспечении требуемого (по условиям безопасности и санитарно-гигиеническим нормам) состояния шахтной атмосферы. Невыполнение (полное или частичное) этой функции шахтной вентиляционной системой означает ее отказ. Следовательно, для шахтной вентиляционной системы наиболее существенным является свойство безотказности, т. е. свойство непрерывно выполнять требуемую функцию в течение некоторого времени. По характеру различают следующие отказы:
приработочные, вызываемые ошибками при конструировании, изготовлении и монтаже объекта и происходящие в начальный период его эксплуатации;
износовые, вызываемые старением элементов объекта;
внезапные (непредвиденные, мгновенные, катастрофические, стрессовые), вызываемые внезапной концентрацией нагрузок;
самоустраняющиеся, или сбои.
Приработочные отказы можно в значительной степени устранить выполнением приработочных испытаний и отбраковкой отказавших при этом объектов. Число этих отказов можно также уменьшить путем проведения более тщательного надзора за работой объектов в начальный период эксплуатации. В шахтной вентиляции приработочные отказы могут иметь место при установке новых вентиляторов, регулирующих устройств и др. Число износовых отказов можно уменьшить своевременной заменой старого объекта новым (своевременной заменой вентилятора, ремонтом крепи и др.). Из износовых отказов, влияющих на вентиляцию шахты, можно отметить старение крепи и связанные с этим обрушения в выработках, разрушения вентиляционных сооружений и др. Сбоями, например, являются нарушения вентиляции
187
из-за открывания вентиляционной двери (которая впоследствии закрывается под действием разности давлений), движения транспорта. Внезапные отказы предвидеть невозможно. Они наиболее опасны и часто вызывают полное разрушение объектов. Такие отказы, как разрушения крепи, вентиляционных сооружений, вентиляторов могут вызываться их незамеченными дефектами, непрогнозируемыми изменениями геологических условий, нарушениями технологических процессов. Внезапные отказы могут иметь характер аварий (таких как вскрытие мощного суфляра, взрыв газа и др.).
В вентиляционной системе шахты различают отказы, наступающие внезапно, и отказы, наступающие постепенно. К первым относятся приработочные и внезапные отказы, а также сбои. Ко вторым относятся отказы, вызываемые старением шахтной вентиляционной системы. Например, старение крепи приводит к уменьшению поперечного сечения выработки и к уменьшению расхода воздуха в ней. Старение элементов вентиляционных сооружений приводит к нарушению их герметичности, вызывающей увеличение утечек воздуха. Факторы, приводящие к постепенным отказам, существуют постоянно. Предупредить их проявление, в виде отказов можно регулярным контролем состояния всей вентиляционной системы и своевременным ремонтом ее элементов.
Особым видом являются отказы, связанные с дефектами проектирования вентиляции. Например, если при проектировании приняты заниженные величины выделяющихся в шахте вредностей или аэродинамических сопротивлений выработок, то это вызовет нарушение вентиляции шахты в процессе ее эксплуатации. К аналогичным последствиям приведет применение неправильных методов расчета или неверных исходных данных.
Отказом вентиляционной системы шахты является такое ее состояние, при котором содержание ядовитых и взрывчатых газов, а также пыли превышает максимально допустимое их содержание, расход воздуха в шахте меньше установленного по нормам, скорости движения воздуха в выработках не соответствуют требованиям Правил безопасности. В большинстве случаев основной причиной отказа вентиляции является уменьшение расхода воздуха в шахте по сравнению с требуемым расходом. Изменение расхода воздуха в шахте поддается расчету, что обеспечивает принципиальную возможность разработки количественных методов расчета надежности вентиляции. В то же время другие факторы, влияющие на надежность вентиляции (изменение геологических условий, параметров технологического процесса), достаточно точно не могут быть рассчитаны. Поэтому отказом шахтной вентиляционной системы является такое ее состояние, при котором в шахту или на отдельные ее объекты поступает воздуха меньше, чем требуется для их нормальной работы.
Масштабы и значения отказов в шахтной вентиляционной системе могут быть различными. Так, отказ на одном из добычных участков обычно не затрагивает соседние участки, отказ в подго-188
товительной выработке не всегда отражается на работе добычных участков, отказ на одном пласте (залежи) обычно не влияет на вентиляцию других пластов (залежей). В связи с этим для оценки надежности вентиляционных систем целесообразно все отказы разделить по их значению в производственной деятельности шахты на ранги: отказы I ранга охватывают всю шахту, отказы II ранга охватывают пласты, крылья, залежи, отказы III ранга охватывают отдельные добычные или подготовительные участки. Сравнение шахт по надежности вентиляции следует производить по отказам одного и того же ранга. В качестве показателей надежности приняты вероятность безотказной работы, средняя продолжительность безотказной работы, средняя продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта, коэффициент готовности.
Вероятность безотказной работы —это вероятность того, что в течение заданного времени (заданной наработки) отказ объекта не возникнет. Вероятность безотказной работы любого объекта в течение времени i определяется по формуле
г СО — ехр Г — J Х(т) dTj , (13.1)
где К(т) —интенсивность отказов, т. е. условная плотность вероятности возникновения отказа объекта в момент т при условии, что до момента т отказ не возник.
При анализе шахтных вентиляционных систем предполагают, что в первом приближении интенсивность отказов можно считать постоянной, т. е. %(%) =Х — const. Тогда выражение (13.1) примет вид
г(0 = ехр( —W). (13.2)
Средняя продолжительность безотказной работы (средняя наработка на отказ) определяется по формуле
Do'stlaringiz bilan baham: |