Аэрология

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:
S_K = (0,3-0,5) S_B>0; /к = 0,5 ctg — (rf_B— d_K),
где 5_К — площадь выходного отверстия конфузора, м²; S_B. ₀ ~ площадь выходного отверстия вентилятора, м²; /_к — длина конфу-
18G
зора, м; 6= 10-М 3— угол конусности конфузора, градусы; d_B — диаметр выходного отверстия вентилятора, м; d_K — 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