содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

14. ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА ПО ГОРНЫМ ВЫРАБОТКАМ

14.1. СОСТОЯНИЕ ШАХТНОГО ВОЗДУХА В ВЫРАБОТКАХ

Система горных выработок любой шахты является сложной, разветвленной и сквозной Состояние воздуха в выработках подчиняется общим законам аэростатики (науки о равновесии газов) и аэродинамики (науки о движении воздуха).

Атмосферное давление непосредственно влияет на барометрическое давление в горных выработках. В частности, при снижении атмосферного давления уменьшается давление воздуха в шахте, приводящее к росту выделения метана, особенно из источников, отличающихся малым аэродинамическим сопротивлением (выработанные пространства, старые выработки и др.). Изменение атмосферного давления влияет также на утечки воздуха и интенсивность окислительных процессов в угле. При движении воздуха по выработкам изменяются его характеристики: давление, плотность, влажность, температура.
 

14 2. АЭРОДИНАМИКА ШАХТНОГО ВОЗДУХА

Движение воздуха по горным выработкам обеспечивается вентиляционными установками, устанавливаемыми на поверхности (вентиляторы главного проветривания) и в выработках (вентиляторы местного проветривания). Вентиляторы могут подавать воздух в шахту или выработок за счет разрежения, создаваемого на входе в вентилятор, или за счет напора, получаемого на выходе из вентилятора. В первом случае способ вентиляции горных выработок называют всасывающим, во втором — нагнетательным Поступление воздуха в какую-либо выработку при всасывающем способе называют вентиляцией за счет общешахтной депрессии, при нагнетательном — за счет компрессии.

Движение воздуха характеризуется двумя основными режимами, Первый предполагает высокие скорости движения воздуха по каналам с большой площадью поперечного сечения (выработки, трубопроводы, широкие отверстия и др.), второй —малые скорости движения воздуха по каналам с незначительной площадью поперечного сечения (поры и трещины в нетронутом массиве пород, обрушенные породы, материал перемычек и др.). Второй режим называют также фильтрационным движением воздуха.

По типу потоки воздуха подразделяют на потоки с твердыми границами (в выработках, трубопроводах) и свободные воздушные струи, не имеющие твердых границ (струи, выходящие из нагнетательного трубопровода или диффузора вентилятора, выработки с малой площадью поперечного сечения в выработку с большой площадью сечения).

В вентиляционных потоках различают статическое и динамическое (скоростное) давление воздуха. Статическое давление Рст (Па) создается внешними силами, оно численно равно потенциальной энергии единицы объема воздуха и действует во всех направлениях. Динамическое давление рдин (Па) определяет кинетическую энергию единицы объема воздуха и действует в направлении скорости воздушного потока.

Разницу давлений между двумя точками воздушного потока в направлении его движения при нагнетательном способе называют компрессией, при всасывающем — депрессией.

В шахтах различают ламинарный и турбулентный режимы движения шахтного воздуха. Ламинарный режим характеризуется упорядоченным движением частиц воздуха в выработке примерно по параллельным траекториям. При турбулентном режиме движение частиц воздуха в вентиляционной струе происходит хаотично. При стационарном ламинарном движении скорость воздушного потока в точке постоянна по значению и направлению. При турбулентном движении ее значение и направление меняются во времени. Турбулентность шахтных вентиляционных потоков вызывается, как правило, вихреобразованием при обтекании воздухом неровностей поверхности выработок, размещенного в них оборудования, крепи.

К основным характеристикам воздушных потоков в выработках относят касательные напряжения, возникающие при взаимодействии потока с поверхностью выработки, динамическую скорость воздушного потока, профили скоростей в поперечном сечении выработки, которые зависят от шероховатости ее поверхности, плотности воздушного потока, его средней скорости, формы поперечного сечения выработки и числа поворотов струи воздуха.

При турбулентном движении воздуха в выработке весьма малые (элементарные) объемы воздуха совершают в струе хаотические движения, которые характеризуют пульсационными скоростями. Они возрастают от поверхности выработки к ее центру и достигают максимума на расстоянии, равном половине гидравлического радиуса выработки. Пульсационные скорости бывают продольные и поперечные. Первые достигают абсолютных значений 0,5 м/с, вторые — 0,25 м/с.