Исследование местных аэродинамических сопротивлений подземной части рудника в реверсивном режиме проветривания

© P.P. Газизуллин, Д.С. Кормщиков, 2013

УДК 622.4

Р.Р. Газизуллин, Д.С. Кормщиков

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕСТНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ РУДНИКА В РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Проведена классификация местных аэродинамических сопротивлений и факторов, влияющих на воздухораспределение в рудничных вентиляционных сетях при реверсировании воздушных потоков. Исследованы влияния местных сопротивлений подземной части рудника на воздухораспределение в вентиляционной сети: сопряжение ствола с выработками, типовые сопряжения горных выработок при разном направлении движения воздушной струи.

Ключевые слова: рудник, местные сопротивления, моделирование, разделение и слияние потоков.

Сопротивление рудничной вентиляционной сети состоит из местных сопротивлений и сопротивлений трения. Местные сопротивления вызывают быстрое изменение структуры и конфигурации потока. Эти явления сопровождаются значительными потерями напора потока. По сравнению с потерями этого рода потери напора от трения на участке объекта местного сопротивления могут быть незначительны, поэтому ими, в отдельных случаях, можно пренебречь [1]. На практике при подсчете величины местных сопротивлений пользуются эмпирическими коэффициентами, определяемыми индивидуально.

Многочисленные исследования доказывают, что одними из самых существенных по величине падения давления, являются местные аэродинамические сопротивления, создаваемые в комплексе главной вентиляторной установки (ГВУ) [2]. В подземной части рудника большое влияние оказывают сопротивления участков сопряжения выработок горизонтов со стволами, разветвления горных выработок. Эти данные подтверждаются депрессио-

граммами рудников, полученных в ходе воздушно-депрессионных съемок.

Согласно пункту № 137 Единых Правил Безопасности [3] главные вентиляторные установки должны обеспечивать реверсирование вентиляционной струи, поступающей в выработки. Расход воздуха, проходящего по главным выработкам в реверсивном режиме проветривания, должен составлять не менее 60 % от расхода воздуха, проходящего по ним в нормальном режиме. Поскольку линейные сопротивления в реверсивном режиме работают так же, как и в нормальном, то падение расхода воздуха в реверсивном режиме проветривания обуславливается, как правило, изменением аэродинамики местных сопротивлений и вентиляционных сооружений. Местные сопротивления при реверсивном режиме, как правило, значительно увеличиваются. В работе [2] проведены исследования влияния местных сопротивлений комплекса ГВУ на воздухораспределение в нормальном и реверсивном режиме. В данной работе проведены исследования влияния местных сопротивлений

Местные сопротивления

Надшахтное здание

Комплекс ГВУ

Рис. 1. Классификация местных сопротивлений рудника по их расположению

а

К!

к*

и' б

ШШ

V

1

Рис. 2. Сопряжение рабочих горизонтов рудника со стволом: а - соединение подводящих выработок со стводом под прямым угдом; б - соединение подводящих выработок со стводом под прямым угдом со скругдением; с - соединение подводящих выработок со стводом на раздичных высотных отметках

с

подземной части рудника: сопряжение ствода с выработками, типовые сопряжения горных выработок при разном направдении движения воздушной струи на воздухораспредеде-ние в рудничных вентидяционных сетях (рис. 1).

В даборатории аэродогии и теп-дофизики Горного института УрО РАН осуществдяется компдексный подход к решению задач вентидяции шахт и рудников. Опредедение со-противдения сети выработок и расчет воздухораспредедения осуществдяется с помощью программно-вычисдитедьного компдекса

«АэроСеть», аэродинамические процессы на участках местных сопротив-дений анадизируются с помощью программ, основанных на СРЭ методах [4].

Ддя иссдедования динамики воздушных струй смодедировано движение воздуха в типовых сопряжениях рабочих горизонтов рудника со ство-дом и участках сопряжений подземных выработок.

Резудьтаты модедирования аэродинамических процессов в модедях сопряжений выработок со стводом при раздичных режимах работы ГВУ приведены на рис. 2. Рассмотрены сдедующие варианты:

Таблица 1

Результаты расчета аэродинамических сопротивлений сопряжений выработок горизонтов рудника со стволами, в нормальном и реверсивном режимах проветривания рудника

Название Я, кмюрг Ярев/ Кнопм

Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом Нормальный режим. 2,03х10-4 1,69

Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом. Реверсивный режим 3,43х10-4

Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом со скруглением. Нормальный режим. 1,3х10-4 1,85

Соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом со скруглением. Реверсивный режим 2,4х10-4

Вход подводящих выработок в ствол на различных высотных отметках. Нормальный режим. 1,39х10-4 2,14

Вход подводящих выработок в ствол на различных высотных отметках. Реверсивный режим 2,97х10-4

Таблица 2

Исследование динамики воздушных потоков на сопряжениях подземных выработок

Название Я, кмюрг Ярев/Янорм

Слияние потоков 1,06х10-4 4,49

Разделение потоков. 4,76х10-4

Слияние потоков под прямым углом. 3,7х10-4 2,14

Разделение потоков под прямым углом. 7,93х10-4

Слияние потоков под большим углом. 1,06х10-4 6,49

Разделение потоков под большим углом. 6,88х10-4

• соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом.

• соединение подводящих выработок со стволом под прямым углом со скруглением.

• соединение подводящих выработок со стволом на различных высотных отметках.

В табл. 1 представлены результаты моделирования динамики воздушных потоков на сопряжениях рабочих горизонтов рудника с вентиляционными стволами, также в таблице приведены коэффициенты отношения аэродина-

мического сопротивления исследуемых объектов при разном направлении движения воздуха.

Так как длина стволов и коэффициенты шероховатости стволов на разных рудниках сильно отличаются, при расчете величины местного сопротивления сопряжения выработок рабочего горизонта со стволом, использование коэффициентов невозможно для расчета вентиляционной сети рудника в реверсивном режиме проветривания. Для решения данной задачи использована формула:

Таблица 3

Результаты моделирования вентиляционной сети БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий»

Название выработки Отклонения расходов воздуха при изменении местных сопротивлений вентиляционной сети

Комплекс ГВУ Без вентилятора Сопряжения вентиляционных выработок со стволом Комплекса ГВУ и сопряжение вентиляционных выработок со стволом Комплекса ГВУ, сопряжение вентиляционных выработок со стволом и местных сопротивлений подземных выработок

ГВУ 5,09 % 1,95 % 6,79 % 7,70 %

Рудник 5,10 % 3,33 % 8,11 % 9,64 %

Северное крыло 5,94 % 4,16 % 8,90 % 10,97 %

Южное крыло 4,66 % 2,90 % 7,70 % 9,79 %

Северовосточное направление 7,58 % 5,84 % 10,49 % 19,43 %

Северозападное направление 4,50 % 2,68 % 7,47 % 13,49 %

Юго-западное направление 5,03 % 3,25 % 8,04 % 18,23 %

Юго-западное направление 3,58 % 1,79 % 6,66 % 26,21 %

Юго-восточное направление 4,66 % 2,92 % 7,70 % 19,42 %

Я = я + яр - я„,

где Яр, Яп - сопротивление узла в реверсивном и нормальном режиме соответственно; Я - сопротивление ветви

Аналогично смоделированы аэродинамические процессы в моделях сопряжений подземных выработок при различных направлениях движения воздуха.

• Разделение и слияние потоков.

• Разделение и слияние потоков под большим углом.

• Разделение и слияние потоков под прямым углом.

В табл. 2 представлены результаты моделирования динамики воздушных потоков на сопряжениях подземных выработок, также приведены коэффициенты отношения аэродинамического сопротивления исследуемых объектов при разном направлении движения воздуха.

Для проверки полученных результатов и оценки влияния изменения местных аэродинамических сопротивлений вентиляционной сети рудника в реверсивном режиме работы ГВУ проведено моделирование сети рудника БКПРУ-4 и СКРУ-3 ОАО «Уралкалий». В табл. 3 приведены результаты моделирования вентиляци-

онной сети БКПРУ-4 ОАО «Урадка-дий» в ПВК «АэроСеть» с учетом изменения местных аэродинамических сопротивдений в реверсивном режиме работы ГВУ. Приведены откдоне-ния расходов воздуха в выработках гдавных направдений от значения при проветривании рудника в нормадь-ном режиме.

В резудьтате модедирования реверсивного режима проветривания рудника с учетом вдияния местных сопротивдений, подученные расходы воздуха в выработках гдавных на-правдений согдасуются с резудьтата-ми экспериментадьных иссдедований

и актами реверсирования воздушной струи рудников.

Местные сопротивдения поверхностной и подземной части рудника оказывает значитедьное вдияние 20 % на воздухораспредедение рудника в реверсивном режиме проветривания.

В резудьтате иссдедования вдия-ния местных аэродинамических со-противдений на воздухораспредеде-ние в рудниках при реверсивном режиме проветривания подучены данные с помощью которых можно корректно рассчитывать вентидяционные сети рудников в реверсивном режиме работы ГВУ.

1. Скочинский A.A. Рудничная вентиляция, издание 2-е. / Скочинский A.A., Комаров В.Б // Л.М.: Углетехиздат, 1951. - 564 с.

2. Влияние местных сопротивлений на воздухораспределение в рудниках при реверсивном режиме работы главной вентиляторной установки. Газизуллин Р.Р., Левин Л.Ю., Зайцев A.B. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2012. - № 5. - С. 227-230.

3. ПБ-03-553-03. Единые правила безопасности при разработке рудных, не-

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

рудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом // М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. - 199 с.

4. Использование CFD-методов при исследовании аэрогазодинамических процессов в рудничной аэрологии. Круглов Ю.В., Газизуллин P.P. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2011. - № 4. - С. 211-213. ШИЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Газизуллин Руслан Рафаилович - инженер отдела аэрологии и теплофизики; aero_rus@mail.ru

Кормщиков Денис Сергеевич - аспирант отдела аэрологии и теплофизики; denis@kormshchikov.ru

Горный институт Уральского отделения РАН

А