8.3.4 Регулирование распределения воздуха положительными способами

Регулирование уменьшением сопротивления выработок

Одним из основных способов положительного регулирования распределения воздуха является уменьшение аэродинамического сопротивления отдельных ветвей и шахты в целом. Это достигается либо снижением коэффициента аэродинамического сопротивления , либо уменьшением длины выработкиL, либо увеличением площади поперечного сечения выработкиS.

Рассмотрим движение воздуха в параллельном соединении ветвей по схеме представленной на рис.8.5. Предположим, что по условиям производства требуется увеличить подачу воздуха в ветвь R₂и одновременно снизить подачу воздуха в ветвьR₁.

Распределение воздуха в соединении до регулирования определяется соотношением

R₁Q=R₂Q(8.34)

где R₁,R₂- аэродинамическое сопротивление ветвей до регулирования;

Q₁,Q₂– количество воздуха в ветвяхR₁,R₂до регулирования.

Из равенства (8.34) определяем аэродинамическое сопротивление ветви R₂до регулирования

R₂=R₁(Q₁/Q₂)² (8.35)

Обозначим Q₁/Q₂=m₁, тогда поучим

R₂=R₁m(8.36)

Увеличению количества воздуха в ветви R₂должно соответствовать такое уменьшение аэродинамического сопротивления, при котором будет выдерживаться соотношение

R₁(Q)²=R(Q)² (8.37)

где R₁,Q- соответственно аэродинамическое сопротивление и количество воздуха в ветвиR₁после регулирования;

Q.-.количество воздуха в ветвиR₂после регулирования.

Из выражения (8.37) получаем требуемое значение аэродинамического сопротивления ветви R₂для заданного распределения расходов воздуха.

R=R₁ (8.38)

Обозначим Q/Q=m₂, тогда получим

R=R₁m(8.39)

С учетом выражения (8.36) получаем зависимость для определения необходимой величины уменьшения аэродинамического сопротивления ветви R₂

ΔR₂=R₂-R=R₁(m-m) (8.40)

Если уменьшение сопротивления ветви R₂достигается за счет увеличения поперечного сечения выработки посредством перекрепления, то величина поперечного сечения выработки после перекрепления определится следующим образом.

Аэродинамическое сопротивление ветви R₂до и после перекрепления определяется равенствами

R₂=(8.41)

R=(8.42)

где - соответственно, коэффициент аэродинамического сопротивления выработки до и после перекрепления. Как правило, изменение этого коэффициента при перекрепления выработок незначительно и при расчетах можно принимать;

P₂,P- соответственно, периметр выработки до и после перекрепления;

L-. длина выработки;

S₂,S- соответственно, поперечное сечение выработки до и после перекрепления.

В равенствах (8.41), (8.42) выразим периметр выработки через поперечное сечение по формуле

P=(8.43)

где С – коэффициент равный 3.86 при арочной и 4.16 при трапециидальной форме поперечного сечения крепи.

С учетом выражения (8.43), равенства (8.41), (8.42) будут иметь вид

R₂=(8.44)

R=(8.45)

Разделив равенство (8.44) на равенство (8.45) получим

(8.46)

Из равенства (8.46) определим поперечное сечение выработки после перекрепления

S=S₂ (8.47)

Так как R₂=R₁m, аR=R₁m, получим

S=S₂ (8.48)

Регулирование с помощью вспомогательных вентиляторов

Согласно ПБ регулирование при помощи вспомогательных вентиляторов, устанавливаемых в шахте, разрешается только в не газовых шахтах.

Рассмотрим пример регулирования расхода воздуха по крыльям шахтного поля при помощи вспомогательного вентилятора для схемы проветривания представленной на (рис.8.6).

Заданы сопротивления ветвей схемы представленной на рис.8.6. Шахта проветривается главным вентилятором депрессия которого Н₁. Для увеличения подачи воздуха в крылоR₁в этом крыле установлен вспомогательный вентилятор, депрессия которого Н₂. Необходимо определить общее количество воздуха, поступающего в шахтуQ₀и количество воздуха по крыльям шахтного поляQ₁,Q₂. Схема, представленная на (рис.8.6) может быть преобразована к виду представленному на (рис.8.7)

Схема, представленная на рис.8.7 описывается следующей системой уравнений

R₁Q+ (R₀+R₃)Q=H₁+H₂ (8.49)

R₂Q+ (R₀+R₃)Q=H₁ (8.50)

Q₀=Q₁+Q₂ (8.51)

Обозначим

(R₀+R₃)Q=h(8.52)

тогда из равенств (8.49), (8.50) и (8.52) получим

Q₁=(8.53)

Q₂=(8.54)

Q₀=(8.55)

Подставляя значения Q₁,Q₂,Q₀в равенство (8.51) получим

=+(8.56)

Из равенства (8.56) определяем значение h, а по уравнениям (8.53) – (8.55)Q₁,Q₂,Q₀.

Регулирование распределения воздуха по крыльям шахтного поля при фланговой схеме проветривания шахты методом настройки вентиляторов.

Рассмотрим фланговую схему проветривания шахты двумя вентиляторами (рис.8.8), широко распространенную в практике. Изменения производственной обстановки могут потребовать различных вентиляционных маневров, связанных с теми или иными перераспределениями воздуха по крыльям шахты. Это в свою очередь потребует в каждом конкретном случае определенной настройки вентиляторов (θ,n).

Рис.8.8 - Фланговая схема проветривания шахты

При управлении вентиляцией шахты по такой схеме, практический интерес могут иметьследующие задачи:

Определить требуемую настройку вентиляторов для обеспечения заданной подачи воздуха Q₁,Q₂на оба крыла шахты;

При заданной подачи в одно крыло, найти максимально возможную подачу в другое крыло и определить необходимый режим работы вентиляторов;

Определить настройку обеспечивающую максимальную и равную подачу воздуха в оба крыла шахты, то есть Q₁=Q₂=Q_max;

При известной подаче воздуха в шахту Q₀обеспечить одинаковую подачу воздуха в оба крылаQ₁Q₂.

Перечисленные задачи не решаются рассмотренными выше графическими методами анализа. Рассмотрим, как можно решить поставленные задачи. Для этого составим расчетный граф вентиляционной сети (рис.8.9).

На (рис.8.9) приняты следующие обозначения:

Q_в.1, Н₁,Q_в.2, Н₂– соответственно, производительность и депрессия вентиляторов 1,2;

q₁,q_2,,R_у.1,R_у.2– соответственно, внешние утечки воздуха и сопротивление путей утечек;

R₀,Q₀– соответственно, сопротивление общего участка сети и количество воздуха поступающее в шахту;

R₁,R_2,Q₁,Q₂– соответственно, сопротивление крыльев шахтного поля и расход воздуха по крыльям.

Схема представленная на (рис.8.9) описывается следующей системой уравнений:

Q₀=Q₁+Q₂ (8.57)

Q_в.1=Q₁+q₁ (8.58)

Q_в.2=Q₂+q₂ (8.59)

Н₁=R₀ *Q+R₁*Q(8.60)

Н₂=R₀ *Q+R₂*Q(8.61)

Н₁=R_у.1*q(8.62)

Н₂=R_у.2*q(8.63)

Представленные равенства позволяют решить поставленные выше задачи.

Решение задачи №1

Определим необходимую настройку вентиляторов для подачи воздуха по крыльям шахтного поля в количестве Q₁,Q₂.

Решение задачи осуществляется в следующей последовательности:

По уравнениям (8.60) (8.61) определяем необходимую депрессию вентиляторов Н₁, Н₂;

Используя равенства (8.62) (8.63) определяем внешние утечки воздуха вентиляторов 1, 2

q₁=(8.64)

q₂=(8.65)

Определяем необходимую производительность вентиляторов Q_в.1,Q_в.2 по уравнениям (8.58) (8.59)

По полученным значениям Н₁,Q_в.1и Н₂,Q_в.2производим настройку вентиляторов 1, 2.

Решение задачи №2

Для схемы представленной на рис.8.9, методом настройки вентиляторов, определим какое максимальное количество воздуха можно подать в крыло R₂при условии, что в крылоR₁ должно поступать количество воздухаQ₁.

Решение задачи

Запишем уравнения (8.60), (8.61) в виде

Н₁=R₀*(Q₁+Q₂)²+R₁*Q(8.66)

Н₂=R₀*(Q₁+Q₂)²+R₂*Q(8.67)

Так как Q₁=сonstзадано то эти уравнения выражают зависимость депрессии обеих вентиляторов от одного переменногоQ₂. Задаваясь произвольными значениямиQ₂по формуле (8.67) определяем ряд значений Н₂. По полученным данным на области промышленного использования (ОПИ) вентилятора 2 строим график зависимости Н₂=f(Q₂) (рис.8.9).

Так как производительность вентилятора складывается из подачи воздуха в шахту и внешних подсосов, то для определения его настройки необходимо выполнить графическое суммирование характеристики сети с характеристикой внешних утечек H₂=R_у.2*q.Задаваясь произвольными значениямиq₂, строим характеристику внешних подсосов.

Выполняя графическое суммирование характеристики внешних подсосов с характеристикой шахты получим характеристику вентиляционной сетиH₂=f(Q_в.2). Абсцисса точки 1 пересечения этой характеристики с правой крайней характеристикой вентилятора 2 определяет максимальную в заданных условиях производительность последнего, а абсцисса точки 2 максимально возможную подачу в крылоR₂. Абсцисса тачки 3 определяет подсосы воздуха с поверхности.

Подставив полученное значение Q₂в формулу (8.66) определяем необходимую депрессию вентилятора 1. По полученным значениям Н₁,Q_в.1и Н₂,Q_в.2производим настройку вентиляторов 1, 2.

Решение задачи № 3

Для схемы представленной на рис.8.9, определим настройку вентиляторов, для обеспечения максимально возможной и равной подачи воздуха в оба крыла шахты.

Так как Q₁=Q₂=Qто равенства (8.60) (8.61) можно записать в виде

Н₁=R₀*(Q+Q)²+R₁*Q²=(4R₀+R₁)*Q² (8.68)

Н₂=R₀*(Q+Q)²+R₁*Q²=(4R₀+R₂)*Q² (8.69)

Выражая из этих уравнений Qи прибавляя к ним выражения утечек воздуха из уравнений (8.64) (8.65) получим в соответствии с уравнениями (8.58) (8.59) следующие выражения производительности обоих вентиляторов через их депрессии

Q_в.1=(8.70)

Q_в.2=(8.71)

По полученным уравнениям строим графики Q_в.1=f(H₁) иQ_в.2=f(H₂) на соответствующих ОПИ вентиляторов и определяем максимально возможную производительность каждого вентилятора, а затем один из них подстраиваем под другой по меньшей производительности.

Решение задачи №4

Для схемы представленной на (рис.8.9) при известной подаче воздуха в шахту Q₀определить требуемую настройку вентиляторов для равной подачи воздуха по крыльям шахтного поляQ₁=Q₂=Q₀/2. При заданных условиях равенства (8.60), (8.61) можно записать в виде

Н₁=R₀ *Q+R₁*(Q₀/2)² (8.72)

Н₂=R₀*Q+R₂*(Q₀/2)² (8.73)

По равенствам (8.72), (8.73) определяем необходимую депрессию вентиляторов Н₁, Н₂. Используя уравнения(8.64), (8.65) определяем подсосы воздуха с поверхности, а по уравнениям (8.58), (8.59) – необходимую производительность вентиляторов,Q_в.1,Q_в.2. По полученным значениям Н₁,Q_в.1и Н₂,Q_в.2производим настройку вентиляторов 1, 2.