Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек
Охарактеризовано метод розрахунку втрат тиску повітря у гірничих виробках за наявності витоків (притоків), який може бути використано під час проектування системи провітрювання шахти з метою вибору засобів місцевого керування повітряних потоків, розрахунку конфігурації ліній витоку у виробленому про...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54413 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом авномерных и неравномерных утечек / Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Н.В. Безкровный, С.А. Головко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 245-250. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-54413 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-544132014-02-02T03:13:07Z Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Безкровный, Н.В. Головко, С.А. Охарактеризовано метод розрахунку втрат тиску повітря у гірничих виробках за наявності витоків (притоків), який може бути використано під час проектування системи провітрювання шахти з метою вибору засобів місцевого керування повітряних потоків, розрахунку конфігурації ліній витоку у виробленому просторі та при оцінці зміни витоків у аварійній ситуації і розробці методів керування ними. The method of calculation losses of pressure of air in the mining workings at presence of leakages (inflows), which can be used for planning of the ventilation system of mine with the purpose of choice facilities of the local control of air blast, calculation of configuration lines of leakages in the worked out goaf and at estimation change of leakages in an emergency situation and development methods of control by them. 2012 Article Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом авномерных и неравномерных утечек / Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Н.В. Безкровный, С.А. Головко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 245-250. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54413 622.454.2:622.831.325.3 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Охарактеризовано метод розрахунку втрат тиску повітря у гірничих виробках за наявності витоків (притоків), який може бути використано під час проектування системи провітрювання шахти з метою вибору засобів місцевого керування повітряних потоків, розрахунку конфігурації ліній витоку у виробленому просторі та при оцінці зміни витоків у аварійній ситуації і розробці методів керування ними. |
| format |
Article |
| author |
Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Безкровный, Н.В. Головко, С.А. |
| spellingShingle |
Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Безкровный, Н.В. Головко, С.А. Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек Геотехническая механика |
| author_facet |
Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Безкровный, Н.В. Головко, С.А. |
| author_sort |
Бунько, Т.В. |
| title |
Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек |
| title_short |
Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек |
| title_full |
Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек |
| title_fullStr |
Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек |
| title_full_unstemmed |
Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек |
| title_sort |
расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом равномерных и неравномерных утечек |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54413 |
| citation_txt |
Расчет потерь давления воздуха в горных выработках с учетом авномерных и неравномерных утечек / Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Н.В. Безкровный, С.А. Головко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 245-250. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT bunʹkotv rasčetpoterʹdavleniâvozduhavgornyhvyrabotkahsučetomravnomernyhineravnomernyhuteček AT kokoulinie rasčetpoterʹdavleniâvozduhavgornyhvyrabotkahsučetomravnomernyhineravnomernyhuteček AT bezkrovnyjnv rasčetpoterʹdavleniâvozduhavgornyhvyrabotkahsučetomravnomernyhineravnomernyhuteček AT golovkosa rasčetpoterʹdavleniâvozduhavgornyhvyrabotkahsučetomravnomernyhineravnomernyhuteček |
| first_indexed |
2025-07-05T05:43:21Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:43:21Z |
| _version_ |
1836784499615072256 |
| fulltext |
245
УДК 622.454.2:622.831.325.3
Кандидаты техн. наук Т.В. Бунько,
И.Е. Кокоулин,
инженеры Н.В. Безкровный, С.А. Головко
(ИГТМ НАН Украины)
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
С УЧЕТОМ РАВНОМЕРНЫХ И НЕРАВНОМЕРНЫХ УТЕЧЕК
Охарактеризовано метод розрахунку втрат тиску повітря у гірничих виробках за наявно-
сті витоків (притоків), який може бути використано під час проектування системи провітрю-
вання шахти з метою вибору засобів місцевого керування повітряних потоків, розрахунку
конфігурації ліній витоку у виробленому просторі та при оцінці зміни витоків у аварійній
ситуації і розробці методів керування ними.
CALCULATION LOSSES OF PRESSURE OF AIR IN MINING
WORKINGS TAKING INTO ACCOUNT EVEN AND UNEVEN
LEAKAGES
The method of calculation losses of pressure of air in the mining workings at presence of leak-
ages (inflows), which can be used for planning of the ventilation system of mine with the purpose of
choice facilities of the local control of air blast, calculation of configuration lines of leakages in the
worked out goaf and at estimation change of leakages in an emergency situation and development
methods of control by them.
Решение задач расчета воздухораспределения в горных выработках является
основой для выбора как проектных, так и оперативных мероприятий по выбору
нормальных и аварийных режимов проветривания горного предприятия. Вме-
сте с тем шахтная вентиляционная система (ШВС) представляет собой не про-
сто соединение горных выработок, как проводников воздуха; в ней имеются зо-
ны, трудно описываемые аналитически, хотя и обладающие определенными аэ-
родинамическими характеристиками. Речь идет о неявных аэродинамических
связях между точками ШВС, основными из которых являются утечки воздуха, в
том числе через выработанное пространство лав. Без их точного учета при про-
ведении вентиляционных расчетов невозможно создать имитационную модель
ШВС, адекватную реальному аналогу, а значит – эффективно решать задачи
управления проветриванием. Поэтому решение вопроса о движении воздуха с
изменением расхода вдоль горных выработок представляет не только теорети-
ческий, но и практический интерес.
Ввиду отсутствия достаточно точных и проверенных теоретических и экс-
периментальных данных по этому вопросу, при решении практических задач
обычно пользуются зависимостями, выведенными в гидравлике для движения
жидкости с постоянной массой. Следует, правда, отметить, что в гидравличе-
ских сетях изменение количества движущейся по проводнику жидкости свиде-
тельствует об аварийной ситуации, тогда как в воздухопроводящих сетях явля-
ется явлением обычным вследствие невозможности обеспечения достаточной
степени воздухонепроницаемости стенок горных выработок.
Исследования движения воздуха по горным выработкам с утечками (при-
течками) в литературе освещены недостаточно глубоко и являются весьма не-
246
точными. Основная часть работ касается анализа распределения дебита в пре-
делах выемочного участка и сводится к подсчету количества воздуха, который
нужно подавать в лаву при наличии утечек [1,2]. Нормы утечек воздуха через
выработанное пространство и различные вентиляционные сооружения приве-
дены в [1].
В практических расчетах депрессии горных выработок при наличии распре-
деленных утечек воздуха используется формула В.Н. Воронина [3].
Если количество утечек соответствует регламентируемой норме - справед-
лива формула
H(i,j) = R1(i,j) L(i,j) Qн(i,j) Qк(i,j); (1)
если утечки воздуха превышают указанные нормы, расчет производится по
формуле
H (i,j)= R1(i,j) L(i,j) Q2
н(i,j) Кут(i,j), (2)
где R1(i,j) – удельное аэродинамические сопротивление ( сопротивление1 пог.м)
горной выработки (i,j); i – ее начальный, j – конечный узел); H (i,j)- депрессия
выработки; L(i,j) - длина выработки; Qн(i,j),Qк (i,j)- количество воздуха в начале
и конце выработки; Кут (i,j)– коэффициент утечек воздуха
Кут(I,j) =
( , )
( , )
н
к
Q i j
Q i j
. (3)
Общая депрессия выработок для выемочного участка определяется по фор-
муле:
2( , ) ( , )уч ист л уд ист к н л кh h h R LQ i j Q i j R Q= + = + (4)
где hист, уд истR - суммарные депрессия и удельное аэродинамическое сопротив-
ление откаточного и вентиляционного штреков; L - суммарная длина откаточ-
ного и вентиляционного штреков; hл,Rл – депрессия и удельное аэродинамиче-
ское сопротивление лавы.
Экспериментальные и теоретические исследования движения воздуха по
горным выработкам с утечками, проведенные Г.Д. Лидиным, А.Э. Петросяном,
Н.Г. Матвиенко, А.С. Цырульниковым, А.Т. Айруни, А.Ф. Милетичем,
А.Л. Пучковым и др. позволили усовершенствовать существующую методику
расчета количества воздуха, необходимого для проветривания участка; полу-
ченные результаты позволили определить роль утечек воздуха при проветрива-
нии шахт через различные вентиляционные устройства, зависимость утечек от
перепада давления и площади устройства, определить нормы утечек воздуха
для различных вентиляционных сооружений. Однако приведенные формулы
(1), (2), (4) позволяют рассчитать потери депрессии только при равномерно
247
распределенных утечках воздуха вдоль пути его движения.
В расчетах ШВС предполагается, что стенки горных выработок воздухоне-
проницаемы и воздух, движущийся по ним, несжимаем из-за малой скорости и
установившегося движения. Такие допущения позволяют, как уже отмечалось,
использовать законы гидравлики для аэродинамических расчетов. В реальных
условиях некоторая часть движущегося воздуха по горным выработкам теряет-
ся в виде утечек или присоединяется в виде притечек. Поэтому, целью настоя-
щих исследований является получение уравнений движения воздуха при рав-
номерно и неравномерно распределенных утечках (притечках).
В самом общем виде, когда происходит одновременное присоединение
(притечки) и отсоединение (утечки) воздушных масс к основному потоку в вы-
работке, процесс может быть описан дифференциальным уравнением [4]
1 2
1 2
( )d Mu dM dMF
dt dt dt
= + Θ − Θ , (5)
где М – масса потока; u - скорость на оси потока; F - проекция равнодейст-
вующей внешних сил на основное направление потока; Θ1, Θ2 - проекция на то
же направление скоростей присоединяющихся и отсоединяющихся масс возду-
ха; М1, М2 – присоединяющиеся и отсоединяющиеся массы.
Уравнение (5) справедливо при условии, что движение потока является
плавно меняющимся; поэтому центробежными силами, а также составляющими
скоростей в плоскостях живых сечений струй можно пренебречь, т.е. в потоке
отсутствуют вихревые течения.
Используя известные понятия прикладной аэродинамики и переходя от рас-
смотрения движения присоединяемых и отсоединяемых масс для отдельно взя-
той струи к целому потоку, можно получить выражение для потерь давления в
выработке, в которой имеют место равномерно распределенные утечки и при-
течки:
2
0 1 22 2 2
( , ) 1 1( , ) ( , ) ,
( , ) ( , ) ( , )
Q i jdH dx Q i j dQ Q i j dQ
K i j gS i j gS i j
= + − (6)
где Q(i,j)- общий расход воздуха в любом сечении выработки; S (i,j)– площадь
поперечного сечения выработки; К (i,j)– расходная характеристика горной вы-
работки,
2
1
( , ) ,
( , )
К i j
R i j
γ
= (7)
γ - объемный вес воздуха.
Пусть на каждом месте (единице длины) горной выработки присоединяется
и/или отсоединяется расход, равный соответственно q1 и q2. Тогда в любом
промежуточном сечении выработки, отстоящем на расстояние х от начала вы-
248
работки, притечки равны Q1 = q1x, утечки равны Q2 = q2x , а общий расход в
любом сечении равен:
Q(i,j) = Qн (i,j)+ q1x – q2x . (8)
Подставив Q(i,j), Q1, Q2 и их производные в выражение (6), после его интег-
рирования в пределах от 0 до l, где l – длина выработки, получим выражение
для определения потерь давления при движении воздуха в горных выработках с
равномерно распределенными утечками и притечками.
Для выработок с утечками (q1 = 0) потери давления H по длине выражаются
формулой:
2 2
2 32 2 2 1
1 2 12 2
( , ) ( , )( , ) ( , ) ( , ) ( , )
( , ) 2 ( , ) 3
н
н н
q Q i j q q R i jH Q i j R i j l Q i j q R i j l
gS i j gS i j
γ γ⎡ ⎤⎡ ⎤
= − + − +⎢ ⎥⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎣ ⎦
(9)
Для выработок с притечками (q2=0) потери давления выражаются форму-
лой:
2 2
2 31 1 1 1
1 1 12 2
( , ) ( , )( , ) ( , ) ( , ) ( , )
( , ) 2 ( , ) 3
н
н н
q Q i j q q R i jH Q i j R i j l Q i j q R i j l
gS i j gS i j
γ γ⎡ ⎤⎡ ⎤
= − + − +⎢ ⎥⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎣ ⎦
(10)
При рассмотрении случая неравномерно распределенных утечек (притечек)
наибольший интерес представляет распределение потерь давления по вентиля-
ционной штреку выемочного участка, где действуют притечки через вырабо-
танное пространство.
Для получения уравнения потерь давления необходимо знать выражение,
описывающее изменение притечек вдоль вентиляционного штрека.
На основании обработки большого объема экспериментальных данных про-
фессор А.Ф. Милетич получил эмпирическую формулу, описывающую притеч-
ки Qприт через выработанное пространство на вентиляционный штрек в виде:
1
(1 ) (1 ),
60 ln
bx
bx
прит
mhc aQ Q a
b a
ρ
−
−−
= = = − (11)
где m - мощность пласта; h - ширина выработанного пространства (длина лавы
L(i,j)); b =0,01 – константа; х – расчетная длина выработки; а, с – постоянные
величины, характерные для данного способа управления кровлей; значения их
приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Значения а и с в формуле (11) для различных способов управления кровлей
Коэффициент Частичная закладка Полное обрушение
а 1,8 2,38
с 0,048 0,0081
249
Возвращаясь к уравнению (6) и учитывая, что третий член правой части ра-
вен нулю (на вентиляционном штреке штреке имеют место только притечки),
подставим в него значения Q(i,j) и dQ1.
1( , ) ( , ) (1 ); ln .bx bx
нQ i j Q i j a dQ b a dxρ ρ α− −= + − =
При этом получим уравнение для потерь давления на вентиляционном
штреке dH0 при наличии притечек, описываемых формулой А.Ф. Милетича:
2 2
0 2
2 2
2
( , ) 2 ( , ) (1 ) (1 )
( , )
1 ( , ) ln ln (1 ) .
( , )
bx bx
н н
bx bx bx
н
Q i j dx Q i j a dx a dxdH
K i j
Q i j b a dx b a a dx
gS i j
ρ ρ
ρ α ρ α
− −
− − −
+ − + −
= +
⎡ ⎤+ + −⎣ ⎦
(12)
Интегрируя уравнение (12) в пределах от 0 до l и подставив значение К2(i,j)
получим выражение для потерь давления H (i,j) на штреке:
( )
2
1
2 2
1 1
2 2
2 2
2 1
2
( , ) ( ( , ) ) ( , ) ( 1)
2 ( , ) ( , ) ( , )2 ( , )
ln ln
( , )1 .
ln ( , )
bl
н
н н
bl
H i j Q i j R i j l a
Q i j R i j Q i j bR i j b
gS gS
R i j ba
gS i j
ρ
ρ ρ γρ ρ γ
α α
ρ ρ γ
α
−
−
= + − − ×
⎛ ⎞
+ − − +⎜ ⎟
⎝ ⎠
⎛ ⎞
+ − −⎜ ⎟
⎝ ⎠
(13)
Полученные зависимости для подсчета потерь давления в горных выработ-
ках при наличии как равномерных (9,10), так и неравномерных (13) утечек и
притечек, выведены на основе общих положений аэромеханики и представляют
интерес при решении вопросов:
- проектирования ШВС, когда требуется предварительный расчет депрессии
шахты или участка с утечками или притечками воздуха с целью выбора обще-
шахтного или участкового вентилятора;
- расчета конфигурации линий тока утечек метановоздушной смеси через
выработанное пространство. Собственно аналитический и графоаналитический
методы таких расчетов, разработанные в ИГТМ НАН Украины, изложены в
[5,6]; приведенные в настоящей публикации результаты позволят уточнить зна-
чения депрессии воздухоподающих и вентиляционных выработок выемочного
участка, изменение соотношения которых именно и определяет конфигурацию
поля линий тока утечек через выработанное пространство лавы;
- оценки изменения поля линий тока утечек при возникновении экзогенного
250
(в выработках выемочного участка) или эндогенного (непосредственно в преде-
лах выработанного пространства) пожара с целью исключения попадания го-
рящей метановоздушной смеси к средствам газоотсоса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Милетич А.Ф. Утечки воздуха при проветривании шахт / А.Ф. Милетич. – М.: Недра, 1968.- 128с.
2. Лидин Г.Д. Борьба со скоплениями метана в угольных шахтах / Г.Д. Лидин. – М.: Недра, 1961. – 264с.
3. Петров Г.А. Гидравлика переменной массы / Г.А. Петров. – Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1964. –
201с.
4. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика / Н.Я. Фабрикант. – М.: Наука, 1964. – 816с.
5. Торопчин О.С. Аналитический метод определения линий утечек воздуха через выработанное простран-
ство / О.С. Торопчин, С.А. Головко, Н.В. Безкровный // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / Ин-т
геотехн. механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2007. – Вып. 69. – С. 277-288.
6. Торопчин О.С. Графоаналитический метод определения линий тока утечек воздуха через выработанное
пространство / О.С. Торопчин // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотехн. механики им.
Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2007. – Вып. 68. – С. 245-258.
УДК 622.7:741.6:532.5:536.2
Канд. физ.-мат. наук В. И. Елисеев,
канд. техн. наук В. И.Луценко,
инженеры С. Г.Кравчина, А. В.Кривокорытов
(ИГТМ НАН Украины)
ВИБРАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ВО ВЛАЖНОМ СЫПУЧЕМ СЛОЕ
Описуються різні відомі і нові ефекти, які виникають в насиченою вологою моделі моно-
дисперсної сипучого середовища при впливі вібрацій.
VIBRATION EFFECTS IN A WET LOOSE LAYER
Describes various known and new effects that arise in the model monodisperse granular media
saturated with moisture when exposed to vibrations
Известно, что вибрационные воздействия способны оказывать различные,
иногда парадоксальные, эффекты на материальные среды. Такие эффекты,
возникающие при действии вибраций на системы твердых тел, на частицы и
газовые пузырьки в жидкости, на сыпучие среды, описаны в [1-7]. Это
устойчивость верхнего положения маятника с вибрирующей осью, изменение
эффективной изгибной жесткости стержня, перемещение частиц на
вибрирующей поверхности, в том числе подъем твердого тела в вибрирующей
трубе с вертикальной осью, расслоение частиц сыпучей среды по удельному
весу и плотности (сегрегация), аномальное поведение сыпучей среды в
сообщающихся сосудах, интенсивное перемешивание компонент вибрирующей
среды, вибротранспортирование сыпучих сред. Для систем многофазных сред
экспериментально обнаружено резкое снижение распространения скорости
звука в газожидкостной среде, всплытие в жидкости частиц с плотностью
большей плотности жидкости и погружение частиц с плотностью меньшей
плотности жидкости, в том числе газовых пузырьков, запирание отверстий в
баках с жидкостью и вибрационная инжекция газа в жидкость.
Вышеуказанные эффекты оказывают значительное, а иногда и решающее
значение на процессы переноса тепла и массы в пористых и сыпучих средах,
|