9.7 Проветривание длинных тупиковых выработок и стволов несколькими вентиляторами

В практике строительства и реконструкции шахт часто встречаются такие случаи, когда энергии одного вентилятора оказывается недостаточно для подачи в забой длинной тупиковой выработки необходимого количества воздуха. В этом случае приходится прибегать к последовательной установке нескольких вентиляторов на одном трубопроводе. При этом, на газовых шахтах все вентиляторы, согласно ПБ, должны быть установлены на свежей струе, т. е. в одном месте в виде каскада, а на не газовых – разрешается рассредоточенная установка вентиляторов по длине трубопровода. При каскадной установке вентиляторов, как правило, применяется гибкий трубопровод, а при рассредоточенной - жесткий.

При каскадной установке вентиляторов расчет проветривания выработки выполняется в следующей последовательности:

Определяется расход воздуха, который необходимо подавать в забой выработки;

Выбирается тип, диаметр трубопровода и определяется коэффициент утечек воздуха трубопровода;

Определяется необходимая производительность вентилятора Q_ви депрессия трубопроводаh_т ;

На основе анализа аэродинамических характеристик вентиляторов местного проветривания выбирается тип вентилятора и определяется их количество n_в

n_в=h_т/h₁ (9.39)

где h₁– напор создаваемый одним вентилятором.

На суммарной характеристике последовательно установленных вентиляторов, строится характеристика трубопровода и уточняется режим последовательно работающих вентиляторов.

Применение схемы каскадной установки вентиляторов связано с созданием весьма высокого давления в воздухопроводе, что, с одной стороны, способствует увеличению утечек воздуха из него, а с другой – связано с возможностью разрыва матерчатого трубопровода, прочность которого ограничена. Схема рассредоточенной установки вентиляторов свободна от этих недостатков, но имеет свои минусы. При неправильном определении расстояний между вентиляторами или выборе самих вентиляторов могут создаваться условия, когда в воздухопроводе перед всасом второго или последующих вентиляторов будет наблюдаться не избыточное давление, а разряжение по сравнению с давлением воздуха в выработке. В этом случае при использовании металлического воздухопровода возможен подсос загрязненного воздуха из выработки в воздухопровод, т.е. рециркуляция, ухудшающая проветривание забоя. При использовании гибкого трубопровода он в местах разряжения будет пережиматься атмосферным давлением, что будет также нарушать режим проветривания выработки.

При рассредоточенной установке вентиляторов расчет проветривания выработки производится в той же последовательности, что и при каскадной. Однако в данном случае необходимо не только выбрать тип вентилятора, определить их количество, но и рассчитать расстояние между ними. В нормативном документе [5] нет методики по расчету рассредоточенной установке вентиляторов.

Рассмотрим распределение избыточного давления в нагнетательном трубопроводе, имеющем утечки.

Выделим в трубопроводе на расстоянии «х» от вентилятора элемент dxи выразим потерю давленияdhна этом элементе. Пустьr– удельное сопротивление воздухопровода, т.е. сопротивление единицы его длины. В связи с наличием утечек поток воздуха через каждое сечение воздухопровода будет величиной переменной. Обозначим его –Q(х). Пренебрегая утечками воздуха на длинеdxввиду ее малости можно записать

dh=r*Q (9.40)

Пусть q– величина утечки, приходящаяся на единицу длины трубопровода, тогда

Q=Q_в–q*х (9.41)

где Q_в– производительность вентилятора.

С учетом равенства (9.41) потери напора на элементеdxвыразятся равенством

dh=r(Q_в–qx)²dx (9.42)

Интегрируя выражение (9.42) от 0 доh_ви от 0 доL, получим

h_в= (9.43)

Решая равенство (9.43) относительноLопределим расстояние, на которое вентилятор может доставить необходимое количество воздуха

l= (9.44)

Равенства (9.43) (9.44) позволяют выполнить расчет рассредоточенной установки вентиляторов. Расчет выполняется следующим образом:

Определяется необходимая производительность первого (считая от устья выработки) вентилятора

Q₁=Q_з.п*k_ут.тр (9.45)

Определяются утечки воздуха приходящиеся на единицу длины трубопровода

q= (9.46)

Определяется напор необходимый для доставки требуемого количества воздуха в забой по формуле (6.43) и выбирается тип вентилятора для проветривания выработки

Определяется расстояние l₁на которое первый вентилятор доставит необходимое количество воздуха

l₁= (9.47)

где h₁– максимальный напор первого вентилятора при его производительностиQ₁, определяется по аэродинамической характеристике вентилятора.

Рекомендуется устанавливать второй вентилятор в точке, в которой избыточное давление в воздухопроводе составляет не ниже 0.2 давления предыдущего вентилятора. Тогда, расстояние между первым и вторым вентиляторами составит

х₁=0.8*l₁ (9.48)

Определяется необходимая производительность второго вентилятора

Q₂=Q₁–q*x₁ (9.49)

Определяется максимальная депрессия второго вентилятора h₂, соответствующая полученному расходуQ₂по аэродинамической характеристике вентилятора.

Определяется расстояние l₂на которое второй вентилятор доставит требуемое количество воздуха

l₂= (9.50)

Определяется расстояние между вторым и третьим вентиляторами

х₂=0.8*l₂ и т.д. (9.51)

Пример расчета проветривания длинной тупиковой выработки рассредоточенной установкой вентиляторов

Исходные данные для расчета:

Длина тупиковой выработки L= 1150 м

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой Q_зп=240м³/мин.

Для проветривания выработки используются металлические трубы, длина звена 4.0 м, диаметр 0.6 м. Согласно [5] (табл.5.7), аэродинамическое сопротивление трубопровода R_тр.ж=33.35k. Уплотнение стыков осуществляется при помощи резиновых прокладок с обмазкой синтетической мастикой, тогда согласно [5] (табл.5.5), коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемостиK_уд.ст=0.0006.

Решение задачи

Определяем удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода

r=R_тр.ж/Lr=33.35/1150=0.029

Определяем коэффициент утечек воздуха

К_ут.тр=1.5

Определяем производительность первого вентилятора, считая от устья выработки

Q₁=1.5*240=360 м³/мин или 6.0 м³/с

Определяем удельные утечки воздуха по формуле

q=q=

Определяем депрессию трубопровода по формуле (9.43)

h_в==844 даПа

Для проветривания выработки принимаем вентилятор ВМ-8М. При его производительностиQ₁=6.6м³/с максимальный напорh₁=440 даПа (см.рис.9.15).

Определяем, на какое расстояние первый вентилятор доставит необходимое количество воздуха, по формуле (9.47)

l₁==488.5 м

Определяем расстояние между первым и вторым вентилятором по формуле (9.48).

х₁=0.8*488.5=391 м.

Определяем необходимую производительность второго вентилятора по формуле (9.49)

Q₂=6.0-0.00174*391=5.32 м³/с

По аэродинамической характеристике вентилятора ВМ-8М определяем его максимальный напор при производительности 5.32 м³/сh₂=445 даПа.

Определяем, на какое расстояние второй вентилятор доставит необходимое количество воздуха, по формуле (9.50)

l₂==873 м

В результата расчета получено, х₁+l₂=391+873=1264 м, что больше проектной длины выработки. Следовательно, необходимо уточнить депрессию второго вентилятора и произвести его настройку. Схема рассредоточенной установки вентиляторов представлена на (рис.9.16), откуда видно, что необходимая депрессия второго вентилятора определится по формуле

(9.52)

даПа

Из (рис.9.15) видно, что необходимая настройка второго вентилятора h_2.ф=386 даПа иQ₂=5.32 м³/с будет обеспечена если установить лопатки направляющего аппарата под углом –10⁰.