НДР «Теоретичне обґрунтування та експериментальне дослідження аеродинамічних характеристик гірничих виробок та вентиляційних мереж у нормальних та аварійних умовах вугільних шахт України для підвищення безпеки праці»

(2006−2008) доповідач: к.т.н., доцент Трофимов Віталій Олександрович

Мета роботи:

теоретичне і експериментальне обґрунтування показників аеродинамічних характеристик гірничих виробок і вентиляційних мереж, які впливають на розподіл повітря в нормальних та аварійних умовах (врахування впливу факелу розпорошеної води при пожежі, природної тяги, взаємовпливу вентиляторів, зміни аеродинамічного опору гілок-виробок і сполук виробок) та розробку методичних засад формування бази даних комп’ютерних моделей шахтних вентиляційних мереж.

Завдання роботи:

• виконання теоретичних досліджень впливу різних чинників на аеродинамічні показники гірничих виробок та вентиляційних мереж; • проведення експериментальних досліджень впливу різних (штучних і природних) чинників на аеродинамічні показники гірничих виробок та вентиляційних мереж; • розробка методичних засад розрахунків показників гірничих виробок і вентиляційних мереж вугільних шахт у нормальних та аварійних умовах; • розробка посібника з вентиляції вугільних шахт України.

ВПЛИВ ПРИРОДНИХ І ШТУЧНИХ ЧИННИКІВ НА АЕРОДИНАМІЧНІ ПАРАМЕТРИ ГІРНИЧИХ ВИРОБОК ВИЗНАЧЕННЯ ДЕПРЕСІЇ ФАКЕЛУ РОЗПОРОШЕНОЇ ВОДИ

h ф = q ф υ ф / (S + α Пd к ),

де q

q ф ф , υ ф

– відповідно, витрати води і її швидкість на виході із форсунки (υ

ф

= 0,3 кг/с); S – площа перерізу виробки; α – емпіричний коефіцієнт (α = 500); П – периметр виробки;

d к

– діаметр краплин води у факелі (3·10 -3 м).

= 10 м/с при

EКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА

1 2 3 4 5 9 8 7 6

1 8 вентилятор; 2 5 мікроманометр; 3 водомір; 4 манометр; аеродинамічна труба (модель гірничої виробки); 6 дифузор вентилятора; 7 разпорошувальна форсунка; 9 трубка Піто; гнучкий шланг; 10 кран.

СХЕМА ГІРНИЧИХ ВИРОБОК ШАХТИ ДВГРС

ВПЛИВ ПРИРОДНОЇ ТЯГИ НА РЕЖИМ РОБОТИ ВЕНТИЛЯТОРА І РЕЖИМ ПРОВІТРЮВАННЯ ШАХТИ

Спрощена схема шахтної мережі з природною тягою Визначення впливу природної тяги в стволах на режим вентиляції шахтної мережі

ВЗАЄМОВПЛИВ ВЕНТИЛЯТОРІВ ГОЛОВНОГО ПРОВІТРЮВАННЯ НА ШАХТАХ УКРАЇНИ

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Шахта Ім. Космонавтів Ім. А.В. Фрунзе Ім. В.В. Вахрушева Ровеньківська №81 Київська Ворошиловська Ім. О.М. Горького Щегловська-Глибока Ім. О.Ф. Засядько Южнодонбаська №3 Тип ВГП ВЦ-25 (ск) ВЦ-25 (сб.1) ВЦД-32М ВОД-18 ВЦД-31,5 ВОД-18А ВОКД-1,8 ВОКД-2,4(сб.1) ВОКД-2,4(сб.29) ВОД-18(сб.35) ВОКД-1,5(сб.30) ВОД-21МБ (сев.с) ВОД-21МБ(всп.с) ВОКД-1,8(сб.2) ВОКД-1,8(сб.3) ВЦД-31,5 ВОД-30 ВЦД-3,3 ВЦ-5 ВЦД-31,5М ВЦД-31,5М-2 ВЦД-47,5УМ ВЦД-32М Максимальна депресія протидії, Па ВГП (h в мах ) 100 Шахта (h ш мах 120 ) 110 150 Депресія ВГП, Па 3000 2920 h ш мах / h вгп, % ВЦД-31,5 12 80 61 450 310 150 256 300 385 20 70 90 710 817 270 320 39 19 20 67 430 169 13 142 110 840 473 220 410 410 470 35 87 98 995 1041 320 400 52 36 40 76 460 174 4470 2160 4340 2670 2960 2160 2366 3710 1720 5490 6330 3004 2390 3430 2860 4170 4520 6390 7050 4960 4180 3900 4,0 5,0 1,2 2,0 2,0 15,7 14,8 5,8 6,3 1,7 1,5 1,1 0,3 6,5 2,5 31,4 15,9 10,1 17,3 11,0 27,3 1,5 11,3 4,4 11 Ім. В.І. Леніна ВЦД-31,5 ВОД-30М 603 166 1113 402 2883 2502 38,6 16,1

ВЛАСТИВОСТІ ВЕНТИЛЯЦІЙНОЇ МЕРЕЖІ (1)

Властивість вузла вентиляційної мережі: сума змін витрат повітря у вузлі вентиляційної мережі, при зміні витрат повітря в гілці, яка пов’язана з цим вузлом, дорівнює нулю Схема з’єднання гілок мережі Властивість вентиляційного контуру: сума змін депресії в гілках вентиляційного контуру, внаслідок зміни депресії однієї з гілок цього контуру, буде дорівнювати нулю.

Схема вентиляційного контуру мережі Властивість затухання вентиляційного збурення у вентиляційній мережі: зміни витрат повітря і депресії у внутрішнім контурі передаються до зовнішніх вентиляційних контурів зі зменшенням величини змін.

Загальна властивість вентиляційної мережі: при зміні режиму провітрювання будь якої гілки вентиляційної мережі, внаслідок дії внутрішніх чинників, дія першого і другого законів мережі відновлюється автоматично.

загальної витрати повітря (

Q з

ВЛАСТИВОСТІ ВЕНТИЛЯЦІЙНОЇ МЕРЕЖІ (2) Властивість пропорційності змін витоку повітря і депресії у вентиляційних з’єднаннях: при зміні ) чи загальної депресії (

h з

) вентиляційного з’єднання, внаслідок дії якихось чинників за межами цього з’єднання, витрати повітря (

Q і

) і депресія (

h і

) усіх гілок з’єднання змінюються пропорційно загальним змінам де

Q' з

і

Q' і Q з / Q' з = Q і / Q' і

, – відповідно, змінена загальна витрата повітря вентиляційного з’єднання і змінена витрата повітря у окремій гілці вентиляційного з’єднання.

де

h' з

і

h' і

вентиляційного з’єднання.

h з

/

h' з = h і / h' і

, – відповідно, змінена загальна депресія з’єднання і змінена депресія окремої гілки ЕКСЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СПОЛУКИ НА РОЗПОДІЛ ДЕПРЕСІЇ 300 264 264 264 250 Низ Середина Верх 200 192 156 150 100 0-1' 120 110 0-6' 172 162 194 184 150 184 146 132 0-4 0-8'

Точки вимірювань

0-13 195 192 172 206 212 206 0-18' 0-17'

ДОСЛІДЖЕННЯ ПИТОМОЇ ДЕПРЕСІЇ В ШАХТНИХ УМОВАХ

Шахта ім. А.Г. Стаханова Дільниця на схемі Депресія (h, Па) 1′-1 2′′ -1′ 2-2′ 4-4′ 4′-3′ 3′-3 4 10 4 10 10 4 Витрата повітря, (Q, м 3 /с) 21,5 35,8 Опір (R, кμ) 0,0022 0,00078 Довжина (L, м) Переріз (S, м 2 ) Швидкість (V, м/с) 2 100 2 2 100 2 14,3 15,2 1,5 2,35 Шахта «Алмазна» Дільниця на схемі Депресія (h, Па) Витрата повітря, (Q, м 3 /с) Опір (R, кμ) Довжина (L, м) Переріз (S, м 2 ) 1′-1 2′′ -1′ 2-2′ 4-4′ 4′-3′ 3′-3 4 10 2 2 16 2 21,5 18,3 0,003 0,0009 2 100 2 2 100 2 13,0 12,2 Швидкість (V, м/с) 1,65 1,5

АЕРОДИНАМІЧНА СТРУКТУРА ГІРНИЧОЇ ВИРОБКИ І ВЕНТИЛЯЦІЙНОГО КОНТУРУ

Схема гірничої виробки

R = R вх + R р + R вих

Схема елементарного вентиляційного контуру

УМОВА ВИКОНАННЯ ДРУГОГО ЗАКОНУ МЕРЕЖІ

При визначенні суми депресії гілок-виробок у вентиляційному контурі втрати тиску повітря у сполуках необхідно додавати до депресії відповідних виробок.

Схема визначення депресії гілок вентиляційного контуру

ВИСНОВКИ − розроблено теоретичні засади взаємодії факелу диспергованої води і потоку повітря в гірничих виробках; − розроблено теоретичні положення методики визначення впливу природної тяги на провітрювання вентиляційної мережі і окремих її елементів; − розроблено теоретичні положенні про аеродинамічну структуру гірничої виробки; − визначено властивості вентиляційної мережі; − розроблено понятійний апарат аеродинамічних кордонів гірничої виробки і визначено умови виконання другого закону вентиляційної мережі; − встановлено наявність взаємовпливу вентиляторів головного провітрювання на вугільних шахтах України; − вивчено особливості розподілу депресії і формування режиму провітрювання елементів шахтної вентиляційної мережі; − встановлено можливість формування дільниць з негативною депресію на початку виробок у місцях розподілу вентиляційних потоків; − встановлено підвищення питомої депресії в сполуках гірничих виробок; − розроблено методичні засади розрахунків, вимірювань і комп’ютерного моделювання шахтних вентиляційних мереж; − розроблено навчальний посібник «Аерологія і моделювання шахтних вентиляційних мереж».

ЗАГАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Захищено кандидатських дисертацій − 1.

Підготовлено кандидатських дисертацій − 1.

Готується одна докторська дисертація.

Опубліковано наукових статей − 8.

Доклади на конференціях − 5.

Курсових робіт − 3.

Навчальний посібник − 1.

Впровадження у навчальний процес: модернізовано курс лекцій з аерології і лабораторний практикум.

Готується новий курс лекцій «Аерологія і комп’ютерне моделювання вентиляційних мереж».

Посібник передано для апробації на дві шахти.

Розроблено концепцію викладання аерології і охорони праці за допомогою віртуальної моделі шахти.