Виды движения воздуха в горных выработках
Наблюдение над движением жидкости в трубках и каналах малого поперечного сечения показывает, что при небольшой скорости текучее перемещается параллельными струйками, слоями, которые не перемешиваются между собой. Такое движение называется ламинарным. В шахтах такое движение наблюдается только при просачивании воздуха через узкие щели и мелкие отверстия, имеющиеся в вентиляционных сооружениях, через уплотнившееся выработанное обрушенное пространство. В чистом виде ламинарное движение в горных выработках редко удается наблюдать даже при очень малой скорости движения воздуха, т.к. конвекционные воздушные токи, а также токи, возникающие за счет стремления легких газов (метан) подниматься вверх, нарушают спокойное слоевое движение воздуха.
С увеличением скорости ламинарное движение переходит втурбулентное, которое характеризуется беспорядочным, вихревым перемещением воздушных масс, пересекающих живое сечение потока в самых различных направлениях.
Сопротивление шахтообразных выработок
Сопротивление шахтообразных выработок, не имеющих армировки, зависит от материала крепи и определяется теми же факторами, что и сопротивление штрекообразных выработок. Армированные шахтные стволы отличаются тем, что устанавливаемые в них расстрелы расположены непосредственно в живом сечении потока. Это приводит к тому, что основная часть их аэродинамического сопротивления связана с лобовыми сопротивлениями расстрела.
Кроме лобового сопротивления в шахтообразных выработках имеет место трение воздуха о стенки ствола, обшивку лестничного отделения, водоотливные трубы и т.п., а также периодическое расширение струи при выходе в пространство между смежными комплектами армировки.
Местные сопротивления
Основная часть общешахтной депрессии затрачивается на преодоление сопротивления гонных выработок и подсчитывается по формуле (26), а другая, значительно меньшая часть – на преодоление так называемых местных сопротивлений, к которым относятся повороты струи, внезапные сужения, расширения, сопряжения выработок и комбинации этих видов сопротивлений.
Современные шахты представляют собой сложную сеть горных выработок, имеющих площади поперечного сечения, разную протяженность, различную шероховатость. Выработки могут соединяться между собой последовательно, параллельно и диагонально.
Последовательное соединение
При последовательном соединении выработок одна и та же воздушная струя, не разветвляясь, омывает одну выработку за другой. Случай, когда вся вентиляционная сеть представляет собой ряд последовательно соединенных выработок, встречается лишь как исключение, но в сложной сети всегда найдется ряд выработок, соединенных между собой последовательно.
Параллельное сопротивление
|
Рис. 2Параллельное соединение выработок
Диагональное соединение
При одной диагонали диагональное соединение называется простым, а при нескольких – сложным.
Характерная особенность простых диагональных соединений заключается в том, что дебит воздушных струй в диагоналях и даже направление движения при изменении соотношения сопротивления других ветвей могут измениться. Это приводит в некоторых случаях к неустойчивому дебиту. Если диагональю служит выработка, в которую должно непрерывно поступать определенное количество свежего воздуха, непостоянство дебита недопустимо. На рис. 3 приведены примеры простых диагональных соединений – проветривание мощного пласта при трехслойной отработке, когда диагональю служит лава AB среднего слоя (рис. 3а), и проветривание при разработке трех пластов при вскрытии их вертикальными стволами и квершлагами, когда диагональю служит средний пласт АВ (рис 3б).
Рис. 3. Диагональное соединение выработок
ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЯГА
С самого возникновения угольного промысла и до второй половины прошлого века проветривание шахт осуществлялось исключительно естественной тягой, возникающей в шахтах за счет разницы удельных весов воздуха в сообщающихся между собой вертикальных и наклонных выработках.
Для усиления естественной тяги применялся искусственный подогрев воздуха в одном из шахтных стволов при помощи жаровень, заполненных горящим углем, печей и даже костров. С изобретением вентиляторов они начали постепенно заменять естественную вентиляцию, однако процесс внедрения вентиляторов был длительным и сложным, т.к. естественная тяга имела своих сторонников.
В настоящее время естественное проветривание шахт не применяется, однако, поскольку естественная тяга проявляется и при работе вентилятора, ее влияние необходимо учитывать, а для этого нужно уметь ее замерить на действующей шахте и предусмотреть в проекте.