Рис. 10.2. Сводный график рабочих областей вентиляторов, регулируемых по частоте вращения
КПД ηs2 = 0,74. В первый период ηs1 < 0,6. В этом случае применяют один из вариантов работы вентилятора с неполным комплектом лопаток колес. Вентилятор ВОД-18 с числом лопаток первой ступени zк1 = 6 с и второй zк2= 6 в режиме 1 работает с ηs1 = 0,61 на углах Θк1 = 21о (см. рис. П.3.1 РТМ
07.03.003-87). Для обеспечения режима третьего периода (точка 4) устанавливают противосрывные устройства. Вентилятор ВОД-18 с противосрывным устройством работает в этом режиме при Θк3= 35° с ηs3= 0,75 (см. РТМ 07.03.003-87).
Пример. Выбрать вентилятор, обеспечивающий последовательно режимы Qв1 = 50 м3/с, hв1 =200 даПа (точка 2);
Qв2 - 70 м3/с, hв2 - 270 даПа (точка 3); Qв3 - 70 м3/с, hв2 = 500 даПа (точка 5). Ни одна из рабочих областей не включает в себя все три режима проветривания. Более того, режим третьего периода (точна 5) вообще не обеспечивается в пределах приведенных рабочих областей. Выбираем вентилятор ВЦ-25 м, который в первый период эксплуатации будет работать с частотой вращения п = 600 об/мин (Θна = 41°), затем во второй период после смены двигателя — с частотой п = 750 об/мин. Для обеспечения расчетного режима третьего периода рассматривают техническую возможность проведения мероприятий по расширению рабочей области или уменьшают аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети.
Если расчетные параметры проветривания обеспечивают несколько различных вентиляторов, выбирают наиболее экономичный вариант установки.
Расчет экономических параметров осуществляют для вентиляционной установки, состоящей из рабочего и резервного вентиляторов, комплекта средств для реверсирования воздушной струи и перехода с работающего вентилятора на резервный (КСРП), электропривода с пускорегулирующей аппаратурой, аппаратурой контроля, дистанционного и автоматизированного управления, зашиты и сигнализации, а такие зданий, фундаментов, каналов и сооружений, грузоподъемного и вентиляционного оборудования, высоковольтных ячеек, кабельной продукции и др. в соответствии с РТМ 07.03.003-87.
По результатам расчетов определяют вентиляторы, обеспечивающие последовательно все заданные режимы, вычисляют для отобранных вариантов экономические показатели на каждый период эксплуатации установки и выбирают вентиляторы, обеспечивающие минимальные затраты на весь срок службы. Окончательный выбор типа вентилятора осуществляют с учетом технических и социальных факторов.
К техническим и социальным факторам, определяющим окончательный выбор типа установки, относятся размеры установки, условия привязки к стройплощадке, наличие комплектующего оборудования, возможность поставки оборудования к началу монтажа, выполнение санитарных норм по шуму, а также типы вентиляторов других установок на шахте, технический уровень и традиции эксплуатации на данном предприятии.
Требуемое снижение уровней звуковой мощности определяют по ОСТ 12.44.293-86 «Установки шахтные главного проветривания. Общие технические требования к монтажу и приемке».
10.2. Вентиляторы для совместной работы
Предварительный выбор вентиляторов для совместной работы производится по той же методике, что и для одиночной работы. Однако после выбора вентиляторов, если их напорные характеристики имеют седлообразную форму (осевые вентиляторы), необходима проверка устойчивости их совместной работы.
Работа параллельно включенных в сеть вентиляторов будет устойчивой в том случае, если напорная характеристика каждого вентилятора и аэродинамическая характеристика сети в месте его включения пересекаются только в одной точке. Эта точка должна находиться на нисходящей ветви характеристики вентилятора.
Методика проверки устойчивости совместной работы вентиляторов сводится к расчету воздухораспределения в вентиляционной сети при заданных расходах воздуха на объектах проветривания и построению аэродинамических характеристик сети в местах включения вентиляторов. Если напорные характеристики вентиляторов пересекаются характеристиками сети в одной точке, лежащей в рабочей области, то режимы будут устойчивыми (однозначными). При пересечении характеристик в нескольких точках режимы работы вентиляторов будут неустойчивыми (многозначными).
Если выбор вентиляторов производится с помощью ЭВМ, определение режимов их совместной работы осуществляется с учетом устойчивости.
11. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ
11.1. Основные понятия и определения
Под устойчивостью проветривания шахт понимается способность вентиляционной сети сохранять заданные расход и направления движения воздуха в горных выработках при изменении аэродинамических сопротивлений элементов сети.
Неустойчивость по расходу воздуха характерна для всех ветвей сети, но опасность представляют только выработки, в которых имеются источники газовыделения (очистные и тупиковые выработки, выработки, примыкающие к выработанному пространству). Неустойчивость по направлению характерна для диагональных ветвей.
Под диагональю понимается такая ветвь, направление движения воздуха в которой может изменяться на противоположное при изменении аэродинамического сопротивления других ветвей. На рис. 11.1 в качестве примера приведены простые диагональные соединения (рис. 11.1 а), сложные — (рис. 11.16) и весьма сложные — (рис. 11.1 в).
Выявление диагоналей производится по следующему правилу: если при движении из начала сети в ее конец можно пройти по какой-то ветви в направлении, противоположном движению воздуха, не заходя дважды в один и тот же узел, то такая ветвь будет диагональю.
Для ускорения отыскания диагоналей можно пользоваться еще маршрутным методом, заключающимся в том, что на схеме вентиляционных соединений выбираются два маршрута по внешним (крайним) ветвям сети. Все группы ветвей, соединяющие эти маршруты, будут диагоналями. По приведенному выше правилу останется проверить только ветви, принадлежащие этим маршрутам.
В зависимости от того, какие струи соединяют диагонали, их разделяют на диагонали между свежей и исходящей струями, между двумя свежими, а также между двумя исходящими струями. Наиболее важными и опасными следует считать диагонали между свежими и исходящими струями. Они подразделяются на диагонали на основных струях (очистные выработки, камеры, проветриваемые обособленно) и диагонали на второстепенных струях (пути утечек воздуха).
Рис. 11.1. Схема диагональных соединений выработок: а — простая с одной диагональю; б, в, г — сложные, две параллельные выработки, соединенные несколькими диагоналями
Все ветви вентиляционных сетей по их влиянию на расход и направление движения воздуха в конкретной выработке (диагонали) разделяются на опасные при увеличении их сопротивления и опасные при уменьшении сопротивления.
К первой группе относятся ветви, по которым воздух подводится к началу выработки (диагонали), и ветви, по которым он отводится от конца этой выработки (диагонали). Например, 1-2, 6-7, 7-8, 8-5 для выработки (диагонали) 2-6, рис. 11.16. Все остальные ветви, по которым воздух подводится к концу выработки (диагонали) или отводится от начала, являются опасными при уменьшении их сопротивления (например, 1-6, 2-3, 3-4, 4-5 для выработки (диагонали) 2-6, рис. 11.16).
Ветви, изменение сопротивления которых в пределах, имеющих место на практике, может привести к резкому уменьшению расхода воздуха или опрокидыванию струи в выработке (диагонали), называются определяющими. Определить точно, какая ветвь является определяющей, можно только расчетом, поэтому на практике в качестве определяющих выбирают ветви, имеющие наибольшее влияние на расход воздуха в данной выработке (диагонали).
Определяющими, как правило, являются последовательно примыкающие к концам выработки (диагонали) две-три ветви, опасные при увеличении сопротивления (например, 1-6, 6-7, 3-4, 4-5 для диагонали 3-7, рис. 11.16), и ветви с вентиляционными сооружениями, опасные при уменьшении сопротивления. Чем дальше от выработки (диагонали) расположена ветвь, тем меньше ее влияние на устойчивость струи в диагонали при прочих равных условиях.
Определяющей не может быть ветвь, опасная при увеличении сопротивления, если расход воздуха в ней меньше, чем в выработке (диагонали), или опасная при уменьшении сопротивления, если ее депрессия меньше депрессии выработки (диагонали).
Количественной оценкой устойчивости является величина снижения расхода воздуха и показатель устойчивости направления движения воздуха в диагонали, который определяется по формулам:
для ветвей, опасных при увеличении сопротивления
КR= Rи.ув / Rн (1.11)
для ветвей, опасных при уменьшении сопротивления
КR= Rн / Rи.ум (1.11)
где Rи.ув — измененное аэродинамическое сопротивление определяющей ветви, опасной при увеличении сопротивления, при котором прекращается движение воздуха в диагонали, кμ;
RH — первоначальное значение аэродинамического сопротивления определяющей ветви, кμ;
Rи.ум — измененное аэродинамическое сопротивление определяющей ветви, опасной при уменьшении сопротивления, при котором прекращается движение воздуха в диагонали, кμ.
Определение устойчивости по расходу воздуха производится для очистных и тупиковых выработок и выработок с подсвежающими струями на выемочных участках. При определении устойчивости по направлению, кроме перечисленных выше выработок, анализу подлежат утечки воздуха через вентиляционные сооружения между выемочными участками.
Струя в очистной выработке или на выемочном участке считается неустойчивой по расходу воздуха, если при изменении сопротивления определяющих ветвей (открывание дверей шлюза) расход воздуха составляет менее 50% от расчетного.
Проветривание тупиковой выработки считается неустойчивым, если расход воздуха у всаса ВМП снижается по сравнению с расчетным на 30% и более.
Возможность опрокидывания струи в диагонали определяется сравнением величины KR с возможным на практике изменением сопротивления определяющей ветви.
Определение устойчивости проветривания шахт производится:
• на заключительной стадии проектирования проектными организациями после принятия конкретной схемы проветривания, расчета ее параметров, установки регуляторов и расчета воздухораспределения;
• на основании детального расчета воздухораспределения подразделениями ВГСЧ по производству депрессионных и газовых съемок совместно с участками ВТБ при разработке мероприятий по обеспечению, нормального проветривания шахт на все характерные периоды развития, включая ввод каждой новой лавы, до следующей съемки;
• опытным путем участками ВТБ при вводе новых лав в работу и после внесения существенных изменений в схемы вентиляции по сравнению с положением, принятым при расчетах ВГСЧ. При этом производится оценка устойчивости в основном только той части схемы, в которой произошло изменение, а также ветвей, устойчивость которых из-за указанных изменений снижается (соседние лавы).
По степени устойчивости схемы проветривания угольных шахт делятся на три категории.
Первая. Схемы с высокой степенью устойчивости. Сюда относятся сети, в которых изменения расхода воздуха в очистных забоях, на выемочных участках не превышают 20%, а у всаса ВМП — 10% от расчетного, вентиляционные сети без диагоналей, а также сети с диагоналями, опрокидывание вентиляционных струй в которых практически маловероятно даже в аварийных режимах.
Вторая. Схемы со средней степенью устойчивости. К данной категории относятся вентиляционные сети, изменения расхода воздуха в которых находятся в пределах: для лав и выемочных участков 20-50%, у всаса ВМП — 10-30% от расчетного, сети с диагоналями, изменение направления движения воздуха в которых возможно в аварийных режимах.
Третья. Схемы о низкой степенью устойчивости. Имеют место изменения расхода воздуха в лавах и выемочных участках более 50%, у всаса ВМП — более 30% от расчетного. Опрокидывание вентиляционных струй возможно при нормальной работе шахты.
Примечание. К аварийным режимам относятся режимы проветривания при взрывах газа, пожарах, внезапных выбросах, завалах выработок, разрушении вентиляционных сооружений и блокировки, исключающей одновременное открывание дверей в шлюзах.
Схемы проветривания шахт должны иметь степень устойчивости не ниже 2-й категории. В противном случае должны быть разработаны мероприятия по повышению степени устойчивости вентиляционных струй, обеспечивающие перевод схемы проветривания по крайней мере во 2-ю категорию.
Исходными данными для расчета устойчивости являются схема вентиляционных соединений, аэродинамические сопротивления, расходы воздуха и их направления в ветвях, параметры источников тяги.
Базой для получения исходных данных, как правило, должна служить депрессионная съемка. В тех случаях, когда отсутствуют данные по отдельным выработкам, они могут быть получены расчетным путем по известным зависимостям в соответствии с настоящим Руководством.
Анализ устойчивости производится в следующем порядке: для выработок, подлежащих проверке на устойчивость, находятся определяющие ветви, производится оценка изменения расхода воздуха и направления движения его при имеющем место на практике максимальном изменении сопротивления этих определяющих ветвей; устанавливаются категории устойчивости схем проветривания и при необходимости разрабатываются мероприятия по ее повышению.
11.2. Определение устойчивости проветривания
11.2.1. Детальный расчет устойчивости
Анализ устойчивости достаточно, как правило, производить для одной определяющей ветви, оказывающей наибольшее влияние на устойчивость струи в выработке-диагонали и
имеющей большой диапазон изменения аэродинамического сопротивления. Такими определяющими ветвями являются, как правило, утечки воздуха через шлюзы, а при отсутствии последних — ветвь, опасная при увеличении аэродинамического сопротивления и непосредственно примыкающая к выработке-диагонали на исходящей струе (за разветвлением).
