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 в турбулентное, 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

Примером параллельного соединения может служить схема вентиляции при двукрылой разработке шахтного поля (рис.2). воздушный поток разветвляется в точке А и вновь соединяется в точке В, образуя две параллельные ветви. Характерная особенность параллельных соединений заключается в том, что, поскольку для определения депрессии выработок АСВ и ADB необходимо определить разность давления между одними и теми же точками Аи В, депрессии параллельных выработок, если в них не установлены дополнительные вентиляторы, всегда равны между собой независимо от сопротивления.

Рис. 2 Параллельное 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.