РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ РУДНИКОВ КРИВБАССА
2.1. Методика экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования в натурных условиях и на моделях выполнялись с учетом основных положений методики, разработанной научными школами Московского, Ленинградского и Днепропетровского горных институтов в области рудничной аэродинамики [26-29]. Однако выполненные ниже экспериментальные исследования отличались существенными особенностями:
- впервые исследовались сложные местные сопротивления, в частности, в комплексе негерметичных "коротких" выработок выемочных панелей структура воздушного потока представляет взаимосвязанные области повышенной турбулентности, что потребовало отдельных исследований входных и выходных участков;
- при определении средних скоростей и исследовании их полей в характерных сечениях в случае незначительных расходов воздуха возникла необходимость применения более точной измерительной аппаратуры (микроманометра Fuess и термоанемометра ТА - 4 ЛИОТ). Более подробно отличительные особенности методики экспериментальных исследований изложены ниже.
2.1.1. Протяженные горные выработки
Исследования в таких выработках проводились с целью определения удельного (на протяжении 100 м) аэродинамического сопротивления выработок r(H.c2/м8) и коэффициента аэродинамического сопротивления ? (H.c2/м4).
Для этого выбирались незагроможденные участки выработки без крепления или с однотипной крепью по возможности выдержанного сечения и вне объектов местных сопротивлений. На этих участках измерялась их длина, депрессия (потеря давления), средняя скорость движения воздуха, площадь поперечного сечения горной выработки, снимались показания по психрометру и барометру.
В качестве приемников статического давления в горизонтальных выработках применялись протарированные воздухомерные трубки, а в вертикальных - авиационные пневмометрические приемники давления. Для измерения давления применялись микроманометры типа ММН с ценой деления 2 Па при наименьшем угле наклона трубки, а на участках с небольшими перепадами давлений - микроманометр Фюсса с ценой деления 0,5 Па. Для соединения приемников и измерителей давления использовались резиновые трубки с внутренним диаметром 4-5 мм.
Метеорологические условия контролировались при помощи психрометра МВ-4М и барометра-анероида типа БАММ.
Для определения площади поперечного сечения горной выработки с помощью рулетки или мерных реек измерялись ее характерные размеры, затем строился в масштабе профиль сечения выработки с последующим планиметрированием ее площади. Обычно на рабочем участке площадь сечения выработки определялась не менее двух раз и в обязательном порядке на станции замера расхода воздуха.
Скорость движения воздуха в горных выработках измерялась с помощью анемометров АСО-3 и МС-13 по общепринятой методике для способа "в сечении". На искривленных участках, где возможно искажение профиля скоростей практиковались измерения при последовательном положении замерщика с одной и другой стороны горной выработки.
Резиновые трубки в процессе исследований, как правило приобретали температуру воздуха, соответствующую шахтной атмосфере, что исключало погрешности за счет этого фактора при производстве измерений в вертикальных выработках.
При наличии по маршруту вентиляционной сети каких-либо местных сопротивлений рабочий участок выработки выбирался с таким расчетом, чтобы его начало находилось на расстоянии 12-15 калибров после объекта местного сопротивления (считая по ходу вентиляционной струи), а конец участка отстоял на 4-5 калибров от последующего местного сопротивления [30]. В качестве калибра была принята ширина горной выработки.
Схема размещения аппаратуры при исследованиях аэродинамического сопротивления трения в горизонтальных и вертикальных горных выработках представлена на рис. 2.1. В вертикальных горных выработках для предотвращения растяжения и пережатий резиновых трубок за счет собственного веса и веса приемников давления последние удерживались с помощью тросса.
2.1.2. Объекты местных сопротивлений
С точки зрения методики исследований все объекты местных сопротивлений можно свести к двум типам:
- объекты с постоянным массовым (объемным) расходом воздуха, внезапные расширения, сужения, повороты, перемычки в горных выработках (рис. 2.2 а, б);
- местные сопротивления в узлах с числом ветвей три и более (разного рода тройники, крестовины и более сложные сооружения), где происходит разделение или слияние струй (рис. 2.2 в, г, д).
При исследовании объектов первого типа достаточно измерить расход воздуха в одной выработке, а для объектов второго типа необходимо измерить расход воздуха в нескольких примыкающих к узлу выработках для получения баланса воздуха в узле.
Рис. 2.1. Схема натурных аэродинамических исследований в горных выработках:
а - в горизонтальной выработке;
б - в вертикальной;
1 - приемник давления;
2 - микроманометр;
3 - барометр;
4 - психрометр;
5 - анемометр;
6 - резиновая трубка
В проведенных экспериментах длина входного участка принималась не менее 4, а выходного не менее 12 калибров горной выработки [30]. В реальных условиях это не всегда удавалось соблюсти из-за близости расположения объектов местных сопротивлений.
В таких случаях зачастую определялось общее аэродинамическое сопротивление последовательно примыкающих объектов (рис. 2.2 д).
При исследовании местных сопротивлений определялись:
- ширина горной выработки "в" для установления длины входного и выходного участков;
- статический перепад между началом входного (место установки приёмника давления 1) и концом выходного (приёмника давления 2) участков (рис 2.1.).
- площадь поперечного сечения в местах установки приёмников статического давления;- сечение горной выработки и