книги / Совершенствование разработки соляных месторождений
..pdfСовершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990
УДК 622.414.2
В.А.ДОЛИНСКИЙ, Р.С.КИРИН (Днепропетровский горный институт)
АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Приведены значения коэффициента аэроди намического сопротивления вертикальных стволов рудников Верхнекамского, Старобинского и Прикарпатского калийных мес торождений. Рассмотрены схемы армировки стволов и предложены мероприятия по сни жению их аэродинамического сопротивления.
При работе на больших глубинах возрастает аэродинамическое сопротивление шахтных вертикальных стволов, увеличивается удельный вес напора, развиваемого вентиляторами, на преодоление сопротивле ния стволов.
Однако до настоящего времени аэродинамическое качество схем армировки вертикальных стволов калийных рудников не оценивалось, а аэродинамический расчет, дающий возможность проанализировать геометрические параметры и определить значение коэффициента аэро динамического сопротивления стволов, не проводился. Особый инте рес представляет также сопоставление величин аэродинамического сопротивления шахтных стволов калийной и угольной промышленности, черной и цветной металлургии.
Оценка аэродинамического качества вертикальных стволов рудни
ков калийных месторождений на |
основе данных |
ШМИ Г (рис. 1,2) |
и |
ШИГШсера (рис.З), а также ПО |
"Белорускалий" показала следующее: |
||
I. Стволы характеризуются многообразием |
схем армировок, |
и |
предпочтение отдается многорасстрельным жестким армировкам из уси ленного двутаврового или коробчатого профиля с оборудованием их лестничными отделениями. Это привело к резкому увеличению геомет рических размеров конструктивных элементов металлической жесткой армировки и повышению степени загруженности сечения ствола, увели чению их аэродинамического сопротивления (таОл.1-3).
I I
Верхнекамского месторождения
Рис.2. Схемы армировки вертикальных стволов калийных рудников Старобинского месторождения
Рис.З. Схемы армировки вертикальных стволов калий ных рудников Прикарпатского месторождения32
2. Многие стволы с жесткой армировкой из-за плохообтекаемых расстрелов, загромождающих центральную область поперечного сечения имеют сложные аэродинамические схемы, являются аэродинамически не совершенными и обладают весьма высокими значениями коэффициента аэродинам:гческого сопротивления.
3. Стволы одинакового назначения имеют разные схемы располо жения элементов конструкций армировки и оборудования, при этом к аэродинамически выгодным схемам расположения армировки в попереч ном сечении ствола относятся схемы, у которых отсутствует централь ный ряд расстрелов, а боковые расстрелы расположены ближе к стен кам ствола. Однако имеют место случаи, когда при аэродинамически выгодной схеме принята аэродинамически несовершенная конструкция армировки с высокой степенью загруженности поперечного сечения ствола.
145
Таблица I
Значения коэффициента аэродинамического сопротивления шахтных вертикальных стволов (проект ШИИТ)
Схема ар- |
Предприятие |
Рудник |
Номер Диаметр |
Шаг ар- |
Степень |
|
об |
-I03, |
||||
мировки |
ствола ствола, |
мировки |
загружен |
Н'С^.м-4 |
||||||||
Рис.1: |
|
|
|
|
|
м |
|
ности |
|
|||
ПО |
"Сильвинит" |
СКПРУ-1 |
2 |
5,0 |
3000 |
0,1348 |
|
63,1 |
||||
I |
|
|||||||||||
П |
ПО |
"Уралкалий’; |
БКПРУ-1 |
4 |
7,0 |
2000 |
4000 |
0,1408 |
|
85,1 |
||
Ш |
ПО |
"Уралкалий" |
БКЗ-4 |
3 |
7,0 |
|
|
0,0510 |
16,4 |
|||
1У |
ПО |
"Уралкалий" |
БКЗ-4 |
4 |
8,0 |
3000 |
4000 |
0,0830 |
0,080426,0 |
|||
У |
ПО |
"Сильвинит" |
СКПРУ-1 |
2-бис |
7,0 |
|
|
38,0 |
||||
У1 |
ПО |
"Сильвинит" |
СКПРУ-2 |
3 |
7,0 |
3000 |
|
0,1007 |
|
|
69,7 |
|
УП |
|
ПО |
"Сильвинит"РУ-3 |
3 |
7,0 |
3000 |
|
0,1154 |
|
35,6 |
||
УШ |
|
ПО |
"Сильвинит"СКПРУ-2 |
I |
5,0 |
3000 |
|
0,1655 |
|
111,7 |
||
IX |
|
ПО |
"Сильвинит"РУ-3 |
2 |
7,0 |
3000 |
|
0,1227 |
|
39,7 |
||
X |
ПО |
ПО |
"Уралкалий"БКПРУ-1 |
I |
5,0 |
3000 |
|
0,2448 |
|
|
185,3 |
|
П |
"Уралкалий" |
БКПРУ-1 |
3 |
5,0 |
3000 |
|
0,1402 72,7 |
|||||
ХП |
ПО |
"Уралкалий" |
БКПРУ-2 |
3 |
7,0 |
3000 |
|
0,1703 142,5 |
||||
ХШ |
ПО |
ПО |
"Уралкалий"БКЗ-4 |
I |
7,0 |
3000 |
|
0,1189 |
46,0 |
|||
т |
"Сильвинит" |
РУ-3 |
I |
7,0 |
4000 |
0,083834,6 |
||||||
ХУ |
ПО |
"Сильвинит" |
СКПРУ-2 |
4 |
7,0 |
3000 |
|
0,1713 |
116,1 |
|||
XI |
|
ПО |
"Уралкалий"БКПРУ-2 |
I |
7,0 |
3000 |
|
0,1108 |
78,3 |
|||
П У |
ПО |
ПО |
"Сильвинит"РУ-3 |
4 |
7,0 |
4000 |
|
0,0838 |
|
34,6 |
||
У |
"Уралкалий" |
БКПРУ-1 |
2 |
5,0 |
3000 |
|
0,1333 |
63,3 |
||||
XI |
ПО |
"Уралкалий" |
БКПРУ-2 |
2 |
7,0 |
3000 |
|
0,1108 |
|
78,3 |
||
Х1У |
ПО |
"Уралкалий" |
БКЗ-4 |
2 |
7,0 |
4000 |
|
0,0807 |
|
32,5 |
146
Таблица 2 Значения коэффициента аэродинамического сопротивления шахтных вертикальных стволов
(проект ШИИТ)
Схема ар- Предприятие мировки
Рис.2:
1У ПО "Белорускалий"
Пп
1У |
_ п _ |
|
У_ !1 _
УП 1?
_ 1 » _
п
шII
_ П __
п
шII
У•I
II
ш
II '•
ш
УII
УХ |
II |
|
|
УП |
_ М _ |
__1Т _ |
|
I |
|
I |
II |
|
|
УШ |
_1Т _ |
|
|
УШ |
II |
|
РУДНИК |
помер |
диаметр |
Шаг армиСтепень |
d - ю 3, |
||
ствола |
ствола, |
ровки, |
загружен |
|||
|
|
м |
мм |
ности |
Н-С2-!*-4 |
|
РУ-1 |
I |
7,0 |
3000 |
0,1199 |
|
28,2 |
РУ-1 |
2 |
7,0 |
3000 |
0,0834 |
42,0 |
|
РУ-1 |
2 |
7,0 |
3000 |
0,1199 |
|
28,2 |
РУТ1 |
3 |
7,0 |
3000 |
0,1685 |
|
82,5 |
РУ-1 |
4 |
7,0 |
4000 |
0,0858 |
35,4 |
|
РУ-2 |
I |
7,0 |
3000 |
0,0771 |
35,4 |
|
РУ-2 |
I |
7,0 |
3000 |
0,1145 |
|
84,1 |
РУ-2 |
2 |
7,0 |
3000 |
0,0771 |
35,4 |
|
РУ-2 |
2 |
7,0 |
3000 |
0,1*145 |
|
84,1 |
РУ-2 |
3 |
7,0 |
3000 |
0,1588 |
|
65,4 |
РУ-3 |
I |
7,1 |
3000 |
0,1064 |
|
73,4 |
РУ-3 |
2 |
7,1 |
3000 |
0,1064 |
|
73,4 |
РУ-3 |
3 |
7,0 |
3000 |
0,1588 |
|
65,4 |
РУ-3 |
3 |
7,1 |
3000 |
0,2037 |
|
168,6 |
РУ-3 |
4 |
7,0 |
4000 |
0,085835,4 |
||
РУ-4 |
I |
7,0 |
3000 |
0,0599 |
|
27,1 |
РУ-4 |
2 |
7,0 |
3000 |
0,0599 |
|
27,1 |
РУ-4 |
3 |
7,0 |
6000 |
0,0961 |
|
32,0 |
РУ-4 |
4 |
7,0 |
6000 |
0,0961 |
|
32,0 |
147
Таблица 3 Значения коэффициента аэродинамического сопротивления шахтных вертикальных стволов
предприятий Минудобрений СССР (проект ВНИПИсера, 1985-1987 гг.)
Схема Предприятие арми-
ровки
Рис.З:
ШСтёбниковскиЙ калийный завод
I Калушское ПО "Хлорвинил"
Ш Калужское ПО "Хлорвинил"
П Калушское ПО "Хлорвинил"
рудник
Рудник № I
"Пийло"
"Пийло"
"Пийло"
Ствол |
Диа- |
“Шаг |
Степень |
оС - Ю 3, |
метр |
арми- |
загру |
||
|
ство |
ровки, |
женности |
Н-с2.м-4 |
|
л а ^ |
мм |
|
|
"Главный" |
5,0 |
4000 |
0,634 |
13,8 |
"Вспомога |
7,5 |
4000 |
0,0435 |
12,0 |
тельный" |
||||
"Главный"5,0 |
4000 |
0,0634 |
13,8 |
|
"Вентиля |
7,0 |
4000 |
0.1023 |
14.2 |
ционный" |
0,1005 |
24.3 |
4.Многие стволы имеют лестничные отделения, площадь которых оказывает большое влияние на степень загруженности поперечного сечения ствола, а значит, и на его аэродинамическое сопротивление.
5.К ошибкам проектирования относится большая загруженность площади ствола лестничными полками, необоснованное расположение лестничного отделения в стволе, неудовлетворительное конструктив ное решение. Имеются стволы с небольшой площадью поперечного се чения, оборудованные лестничными отделениями с площадью полков
до 3,3 м2 и наоборот.
Абсолютно неприемлемы для вентиляционного и вентиляционно технологического назначения стволы, схемы армировки которых пред ставлены на рисунках: рис.1 (УШ, X, ХП и ХУ) и рис.2 (У1). Для указанных схем коэффициент оС *103 (Н*с2*м~4) более 100. Приме нение этих схем влечет за собой перерасход электроэнергии на про ветривание, поэтов их следзует исключить из вентиляционной сети рудников.
Наилучшими аэродинамическими свойствами обладают схемы: Ш и 1У (рис.1), I и 1У (рис.2) и все схемы проектируемых стволов ка лийных рудников Прикарпатья (рис.З). Коэффициент аэродинамическо го сопротивления стволов в данном случае находится в диапазоне 12,0-28,2 (Н*с2.м“4) при степени загруженности сечения ствола элементами армировки не более 12 %.
Стволы со схемами У, УП, IX, Ш и Х1У (рис.1), П, УП и УШ (рис.2) могут эксплуатироваться как вентиляционно-технологичес кие, диапазон сС -I03 = 32,0-46,0 (Н-с^-м"4), остальные же схемы характеризуются относительно высокими значениями коэффициента аэродинамического сопротивления (более 50 Н-с^-м”4) и степенью загруженности (более 16 %). Для них должны быть разработаны меро приятия по снижению их аэродинамического сопротивления.
Вопросу расположения элементов армировки и оборудования в поперечном сечении ствола должно уделяться особое внимание. На стволах с жесткой армировкой при аэродинамически несовершенных схемах и профилях расстрелов, в случае необходимости использова ния их в качестве основных элементов шахтных вентиляционных сис тем, рекомендуется установка на расстрелы обтекателей, позволяю щих на 25-50 % снизить их лобовое сопротивление /I/.
Важным является также вопрос о целесообразности оборудования стволов лестничными отделениями и о возможности замены их как за пасного выхода для людей инспекторским подъемом, предназначенным для той же цели.
Как показали результаты исследований, отсутствие лестничного отделения в схемах стволов с жесткой армировкой снижает аэродина мическое сопротивление в среднем на 40 %.
Аэродинамическое сопротивление ствола с лестничным отделением, обшитым решетками, соответствует сопротивлению ствола, оборудован ному лестничным отделением без обшивки. Аэродинамическое сопротив ление стволов, имеющих лестничное отделение, обшитое всплошную, в среднем на 25 % меньше, чем сопротивление лестничного отделения, обшитого металлическими решетками.
Существенные резервы снижения аэродинамического сопротивления вертикальных стволов заключены в совершенствовании конструкций элементов армировки, оборудования и применении более прогрессивных технологических схем армировки /1,2,3/. Результаты исследований показали, что широкое внедрение в црактику строительства стволов консольных, блочных и других перспективных безрасстрельных армиро-
вок, |
в том числе и с канатными проводниками, |
дает |
возможность сни |
зить |
аэродинамическое сопротивление стволов |
в 3-6 |
раз, в.результа |
те чего снизится и потребление электроэнергии для |
проветривания |
||
рудников. |
|
|
Библиографический список
!•Долинский В.А. и др. Применение обтекателей расстрелов шахтных стволов// Шахтное строительство. 1971. № 6. С. 8-1I.
2.Доржинкевич И.Б. Новые научно-технические разработки по оборудованию глубоких стволов шахт. Кривой Рог, 1985. 40 с.
3.Методика определения аэродинамического сопротивления ство лов с новыми конструкциями армировки/ Сост.: В.А.Долинский, Р.С. Кирин, Г.П.Кривцун, Н.П.Рыбалко; ДГИ. Днепропетровск, 1988. 74 с.
4.Рудничная вентиляция: Справочник/ Под ред. К.3.Ушакова.
2-е изд., перераб., доп. М.: Недра, 1988. 440 с.
Получено 20.10.89
Совершенствование разработки соляных месторождений, Пермь, 1990
УДК 622.451.001.25:681.3
Н.П.АЛЫМЕНКО, В.В.МИНИН (Горный институт УрО АН СССР)
МЕТОД И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ЗА УТЕЧКАМИ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ НАДШАХТНОЕ ЗДАНИЕ
Разработан метод контроля за утечками воз духа через надшахтное здание. Контроль осуществлялся жидкостными у -образными манометрами с трубками и датчиками стати ческого давления.
Количество утечек воздуха в поверхностном комплексе вентиля ционного ствола определяют как разность производительности глав ной вентиляторной установки (ГБУ) и расхода воздуха, проходящего через шахту. Поверхностный комплекс вентиляционного ствола - со оружение, в которое входят надшахтное здание с копром и подводящие каналы вентиляторов, работающих попеременно. Утечки воздуха через резервный вентилятор и диффузорные ляды работающих вентиляторов определяются на основании измерения расхода воздуха в определен ных сечениях. Сложнее обстоит дело с подводящими каналами венти ляторов, доступ к которым практически невозможен, так как ГНУ ра ботает непрерывно. Б этом случае проводится только внешний осмотр. Особенно трудно измерить утечки через стены, кровлю, пол, огром ные по своим размерам (10000-20000 м3) надшахтные здания и копры. Попытки измерять расход подсосов воздуха, проходящих в надшахтное здание в месте их сосредоточения в устье (горловине) ствола, поз волили установить, лишь наличие потоков, пробивающихся из ствола в надшахтное здание. Поверхностные утечки на калийных рудниках Верхнекамского и Старобинского месторождении в среднем сост?Шляют 20-25 а на некоторых достигают 50-67% от производительности ГВУ /I/. При этом основная часть утечек приходится на надшахтные здания - от 1/6 до 1/8 части.
Депрессия надшахтного здания, как. выработки, составляющей параллельную вентиляционную ветвь рудника, является определяющей в депрессии рудника, вследствие этого её величина значительно сказывается на эффективности проветривания горных выработок.