- •Лекция №1
- •I. Рудничная атмосфера
- •1. Рудничный воздух
- •1.1 Изменение химического состава и свойств атмосферного воздуха при его движении по горным выработкам
- •1.2 Постоянные составные части рудничного воздуха и их свойства
- •1.3 Ядовитые примеси рудничного воздуха
- •Лекция №2
- •2. Метан
- •2.1 Физико-химические свойства метана
- •2.2. Происхождение и виды связи метана с горными породами.
- •2.3 Метаноносность и метаноемкость угольных пластов и пород
- •2.4 Виды выделений метана в горные выработки
- •1. Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.
- •2.5 Борьба с метаном средствами вентиляции
- •2.6 Борьба с метаном средствами дегазации
- •2.6.1 Общие положения по дегазации угольных шахт
- •2.6.2 Способы дегазации неразгруженных от горного давления пластов и вмещающих пород
- •2.6.2.1 Дегазация при проведении капитальных и подготовительных выработок
- •2.6.2.2 Дегазация при проведении горизонтальных и наклонных выработок по угольным пластам.
- •2.6.2.3 Дегазация разрабатываемых угольных пластов скважинами, пробуренными из выработок
- •Лекция №3
- •2.6.3 Дегазация сближенных угольных пластов (спутников) и вмещающих пород при их подработке, надработке
- •2.6.3.1 Основы теории дегазации спутников
- •2.6.3.2 Схемы дегазации сближенных угольных пластов и вмещающих пород
- •Формулы для расчета
- •2.7 Внезапные выбросы угля и газа и меры борьбы с ними
- •2.7.1 Основы теории внезапных выбросов угля и газа
- •2.7.2 Мероприятия по борьбе с внезапными выбросами угля и газа.
- •2.7.2.1 Способы борьбы с внезапными выбросами их назначение и область применения.
- •2.7.2.2 Региональные мероприятия по борьбе с внезапными выбросами угля и газа
- •2.7.2.3 Локальные мероприятия по борьбе с внезапными выбросами
- •2.7.3 Прогноз выбросоопасности угольных пластов
- •Лекция №4
- •II. Рудничная аэромеханника
- •3. Основные законы рудничной аэродинамики
- •3.1 Виды давления в движущемся воздухе. Понятие о депрессии
- •3.2 Измерение давления и депрессии в движущемся потоке
- •3.3 Основные законы аэродинамики
- •3.3.1 Закон сохранения массы
- •3.3.2 Закон сохранения энергии
- •3.3.3 Режимы движения воздуха в шахтах
- •3.3.4Типы воздушных потоков
- •Лекция №5
- •4. Аэроданамическое сопротивление горных выработок
- •4.1 Природа и виды аэродинамического сопротивления
- •4.1.1 Сопротивление трения
- •4.1.2 Лобовые сопротивления в горных выработках
- •4.1.3 Местные сопротивления в горных выработках
- •4.1.4 Единицы аэродинамического сопротивления
- •5. Шахтные вентиляционные сети и методы их расчета
- •5.1 Элементы шахтной вентиляционной сети
- •5.2 Основные законы движения воздуха в шахтных вентиляционных сетях
- •5.3 Аналитические методы расчета простейших вентиляционных сетей
- •5.3.1 Последовательно-параллельные соединения и их свойства
- •Лекция №6
- •5.3.2. Диагональное соединение горных выработок и его свойства
- •5.3.3. Методика расчета распределения воздуха в сложных вентиляционных сетях
- •Лекция №7
- •6. Работа вентиляторов на шахтную
- •6.1 Аэродинамическая характеристика вентилятора и сети. Режим работы одного вентилятора на сеть
- •6.2 Анализ совместной работы вентиляторов на сеть
- •1. Анализ последовательной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик
- •2. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик
- •3. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом активизированнх характеристик сети
- •4. Анализ параллельной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик
- •5. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик
- •6. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети
- •7. Анализ параллельной работы вентиляторов установленных на разных стволах (связанных между собою горными выработками)
- •Лекция №8
- •7. Естественная тяга воздуха в шахтах
- •7.1 Общие сведения о естественной тяге
- •7.2 Измерение депрессии естественной тяги
- •7.2.1 Измерение естественной тяги V-образным жидкостным депрессиометром или микроманометром
- •7.2.2 Расчет величины депрессии естественной тяги гидростатическим методом
- •7.3 Влияние естественной тяги на работу вентилятора
- •Лекция №9
- •8. Регулирование распределения воздуха в вентиляционной сети шахты
- •8.1 Задачи и способы регулирования
- •8.2. Регулирование подачи воздуха в шахту изменением режима работы главного вентилятора
- •8.3 Регулирование распределения воздуха в вентиляционной сети шахты
- •8.3.1 Регулирование увеличением сопротивления выработок
- •8.3.2 Решение задачи о целесообразности отрицательного регулирования
- •8.3.3 Отрицательное регулирование вентиляционными окнами
- •8.3.4 Регулирование распределения воздуха положительными способами
- •Лекция №10
- •III. Вентиляция шахт
- •9. Проветривание тупиковых выработок и стволов
- •9.1 Общие положения и некоторые особенности проветривания тупиковых выработок и стволов
- •9.2 Способы подачи воздуха в забои тупиковых выработок и стволов
- •9.3 Вентиляторы и воздухопроводы установок местного проветривания
- •9.4 Методы расчета расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок и стволов
- •Лекция №11
- •9.5 Выбор вентиляторов для проветривания тупиковых выработок и стволов
- •9.6 Примеры расчетов проветривания тупиковой выработки и ствола
- •9.7 Проветривание длинных тупиковых выработок и стволов несколькими вентиляторами
- •Лекция №12
- •10 Проветривание выемочных участков
- •10.1 Схемы проветривания выемочных участков
- •10.2 Прогноз метанообильности очистных забоев и выемочных участков
- •10.3 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочных участков и очистных выработок
- •10.3.1 Расчет расхода воздуха для проветривания очистных выработок
- •Лекция №13
- •10.3.2 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочных участков
- •11 Утечки воздуха в шахтах
- •11.1 Общие сведения об утечках и их классификация
- •11.2 Расчет утечек воздуха в шахтах
- •11.3 Мероприятия по снижению утечек воздуха
- •Лекция №14
- •12. Проектирование вентиляции шахт
- •12.1 Исходные данные для разработки проекта вентиляции шахты
- •12.2 Содержание проекта проветривания шахт
- •12.3 Способы проветривания шахт
- •12.4 Схемы проветривания шахт
- •12.4.1 Центральные схемы проветривания шахт их преимущества и недостатки
- •12.4.2 Диагональные схемы проветривания
- •12.5 Выбор схемы проветривания шахты
- •12.6 Расчет расхода воздуха для проветривания шахты
- •12.7 Расчет депресси шахты
- •12.8 Расчет производительности, депрессии вентилятора и его выбор
- •Лекция №15
- •13 Управление вентиляционными режимами шахт при пожарах
- •13.1 Особенности проветривания шахт при пожарах
- •13.2 Выбор вентиляционного режима при пожаре
- •13.3 Устойчивость и стабилизация вентиляции при пожаре
- •Лекция №16
- •14. Контроль вентиляции шахт
- •14.1 Требования правил безопасности к контролю вентиляции шахт
- •14.2 Контроль расхода и скорости движения воздуха
- •14.3 Контроль концентрации метана в горных выработках
- •14.4 Контроль вентиляции шахт методом депрессионных съемок
- •14.5 Контроль вентиляции шахт методом газовых съемок
7.2.2 Расчет величины депрессии естественной тяги гидростатическим методом
Выделим в столбе воздуха вертикальной высоты Н элементdz, ограниченный сечениями 1-1 и 2-2, так чтобы в пределах выделенного элемента объемный вес воздуха=const(рис.6.4). Тогда прирост гидростатического давления на высотеdzвыразится в виде
dp=(7.5)
Задача состоит в определении давления р1 или приращения давленияна глубинеН при граничных условиях:
z=0;P=P0;z=H; р=р1.
Рис.7.4. - Схема к расчету приращения давления
Для решения уравнения (7.5) необходимо знать зависимость (z) или(Р). Обычно находят зависимость объемного веса от давления, используя уравнение газового состояния
pV=RгТ (7.6)
где V=удельный объем воздуха, м3/кг;
Rг- газовая постоянная, равная для сухого воздуха 29.27 м/град;
Т - абсолютная температура 0K.
Из равенства (7.6) получим
(7.7)
Уравнение (7.5) с учетом (7.7) принимает вид
(7.8)
Заменяя с некоторым приближением в уравнении (7.8) Т на Т-среднюю температуру воздуха в стволе №1в пределах отz=0доz=Н и интегрируя от родо р1и от 0 до Н, получим
ln(7.9)
Из равенства (7.9) определяем давление р1 на голубине Н.
р1=р0 (7.10)
Приращение давления в стволе №1 будет
=р1-р0=р0(-1) (7.11)
Аналогичным образом, рассматривая ствол №2, определим давление в точке 2 на глубине Н и приращение давления
р2=р0 (7.12)
=р2-р0=р0(-1) (7.13)
где Т- средняя температуру воздуха в стволе №2в пределах отz=0доz=Н 0K.
Для расчета депрессии естественной тяги необходимо по формулам (7.11) (7.13) определить давление р1ир2 в нижних частях сообщающихся столбов воздуха равной высотыН, отсчитываемой от уровня равного атмосферного давления. Для схемы изображенной на рис.7.4
hе=р1-р2 (7.14)
или с учетом равенств (7.11), (7.13)
hе=-(7.15).
Из уравнения (7.15) следует, что депрессия естественной тяги равна разности приращений давлений в двух сообщающихся столбах воздуха.
Подставляя значения ,из равенств (7.11), (7.13) в равенство (7.15) получим
hе=р0(-) (7.16)
Формула (7.16) может быть упрощена, если разложить в ряд по формуле
=1+(7.17)
Ограничиваясь двумя первыми членами разложения, в виду малости последующих членов, полу чим
hе=р0(7.18)
Преобразуем равенство (7.18) умножив его на 13.6 для перевода его из размерности мм.рт.ст. в кг/м2,а также умножив и разделив на 100, тогда получим
hе=(7.19)
Выражения в скобках являются функциями средней температуры воздуха в сообщающихся стволах. Обозначим и, тогда получим
hе=(7.20)
Значения а в зависимости от температуры представлены в табл. 7.1
Таблица 7.1
tср |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-5 |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
а |
0.187 |
0.184 |
0.180 |
0.177 |
0.174 |
0.170 |
0.167 |
0.164 |
0.161 |
0.159 |
Полученные по выражению (7.20) значения hепри Н >100 м следует умножить на поправочный множитель.
Для расчета естественной тяги необходимо знание средних температур поступающего и исходящего воздуха, которые можно приближенно определить как среднеарифметические значения 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, которая должна быть не ниже 20С. При проектировании вентиляции шахт определяется максимальное отрицательное значение естественной тяги, которое наблюдается в летнее время (июль) и максимальное положительное значение, которое наблюдается в зимнее время (январь). Поэтому, температуру воздуха в верхней части воздухоподающего стволаt1можно принять в зимнее время 20С, а в летнее 25-270С.
Среднемесячная температура в околоствольном дворе воздухоподающего ствола может быть определена по приближенной формуле А.Н.Щербаня
t2=-19.6+, град (7.21)
где А - коэффициент, зависящий от времени года;
Н - глубина ствола, м.
Для условий Донбасса А=432 (январь) и А=1470 (июль).
В околоствольном дворе вентиляционного ствола температура может приниматься:
-при незначительных подсосах холодного воздуха из околоствольного двора воздухоподающего ствола – на 1-20С меньше первоначальной температуры горных пород на горизонте околоствольного двора;
-при значительных подсосах холодного воздуха из околоствольного двора воздухоподающего ствола – в летнее время на 2-50С, а в зимнее на 5-100С меньше первоначальной температуры горных пород на горизонте околоствольного двора;
Температура пород на глубине Н приближенно может быть определена по формуле
tп=t1+,0С (7.22)
где t1-температура пород на глубине зоны постоянных температур Но,;для Донбассаt1=8-10 ,а Но=26-33 м;
Нг- геотермический градиент, м/град; для Донбасса Нг=25-30 м/град.
Температура воздуха в верхней части вентиляционного ствола может быть определена, если учесть, что при поднятии воздуха его температура понижается за счет расширения в среднем на 0.4-0.50на каждые 100 м.