- •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
3.3 Основные законы аэродинамики
3.3.1 Закон сохранения массы
Движение воздуха в шахте подчиняется законам сохранения массы и энергии
Закон сохранения массы применительно к движению воздуха формулируется следующим образом: масса любого объема воздуха остается постоянной в процессе его движения.
Если в потоке выделить элементарный объем ω, достаточно малый, чтобы плотность воздуха в нем можно было считать постоянной, то закон сохранения массы можно записать так:
(3.16)
где ρω – масса выделенного объема
Через проекции скорости потока в рассматриваемой точке на оси координат этот закон запишется так:
(3.17)
где u, v,w- соответственно, проекции скорости в рассматриваемой точке потока на оси x, y, z системы координат.
Для стационарного движения плотность, скорость, давление, температура в фиксированной точке потока не изменяются, тогда и равенство (3.17) запишется так:
(3.18)
а при постоянной плотности потока ρ=const
(3.19)
В выработке постоянного сечения v=w=0 тогда из уравнения (3.19) найдем, что u=const, т. е. скорости движения воздуха в сходственных точках постоянны. Из уравнения (3.19) также следует, что увеличение скорости в одном направлении должно вызывать уменьшение ее в другом направлении, так как сумма членов в его левой части будет равна нулю тогда, когда одни из них будут положительны (ускорение течения), другие отрицательными (замедление).
Для случая стационарного движения воздуха в выработке из уравнения (3.16) получим
М=const (3.20)
Выразим массовый расход воздуха в выработке в виде
М=ρ*Q (2.21)
где Q-объемный расход воздуха в выработке.
Тогда для изотермического процесса (т.е. при ρ=const) из выражения (2.21) получим
Q=const (2.22)
Из выражения (2.22), называемого уравнением расхода,следует, что для стационарного движения объемный расход воздуха в выработке постоянный.
При разветвлении потока уравнение (2.22) примет вид
Qi=0 (2.23)
где i– номер потока;n– число потоков в разветвлении.
3.3.2 Закон сохранения энергии
Закон сохранения энергии, является основным законом движения воздуха по горным выработкам. При выводе основного закона принимают, что его объемный вес остается постоянным, т. е. рассматривают воздух как несжимаемый. Это ведет к погрешности, которая не более 7-10 %.
Рис.3.5 Схема к выводу уравнения Бернулли для струйки воздуха в выработке
В элементарной струйке тока выделим объем, а b с d. Элементарная струйка тока это струйка настолько малого поперечного сечения, что скорость движения воздуха в любом ее сечении постоянна. Элементарная струйка тока ограничена линиями тока. Линия тока это геометрическое место точек, касательная в любой точке есть вектор скорости потока. Через некоторое время dt объем переместится и займет положение a1b1c1d1. Площадь поперечного сечения струйки в ab S1, в cd S2, давление соответственно Р1, Р2. В предположении не сжимаемости потока воздуха перемещение объема воздуха a b c d в положение a1b1c1d1можно рассматривать как перемещение объема воздуха abb1a1в положение cd d1c1при неизменном положении объема a1b1cd. Принимая во внимание закон сохранения энергии, запишем, что приращение кинетической энергии указанного объема равно работе внешних сил, т.е.
, (3.24)
где М и G – соответственно масса и вес элементарного объема воздуха. В равенстве (2.24) S1*mn=V1, а S2*m1n1=V2и V1=V2=V-объем воздуха.
V=(3.25)
С учетом равенства (2.25) будем иметь
, (3.26)
Сгруппировав члены с однородными индексами, получим уравнение Бернулли для идеальных жидкостей и газов
(3.27)
В действительности при движении воздуха по выработкам имеет место трение его о стенки выработок. Обозначим потерю давления на трение через h. Кроме этого необходимо учесть, что в процессе движения воздуха по выработкам изменяется его объемный вес, т. е. γ ≠ const. Тогда равенство (3.27) запишется в виде
(3.28)
Из равенства (3.28) следует, что разность давлений, расходуемая на преодоление сопротивления сети горных выработок, определяется по формуле
h=(P1-P2)+(Z1γ1-Z2γ2)+() (3.29)
Равенство (3.29) является общим выражением закона движения воздуха по горным выработкам.
В этом равенстве (P1-P2)-разность давлений, создаваемая вентилятором;
(Z1γ1-Z2γ2)-разность весов столбов воздуха, которая называется естественной тягой;
()-скоростной напор;
Тогда получим
h=hв±hе±hск (3.30)
Из равенства (3.30)следует, что разность давлений, расходуемая вентилятором на преодоление сопротивления сети горных выработок движущимся по ним воздухом, слагается из перепада давления, создаваемого вентилятором, естественной тягой и скоростным напором. Причем в общем случае естественная тяга может способствовать или противодействовать работе вентилятора, входное и выходное сечение потока могут отличаться по величине, что учитывается знаком перед hе и hск