Расчет утечек воздуха в шахтах

Общие сведения об утечках и их классификация.

Тема №12 11. УТЕЧКИ ВОЗДУХА В ШАХТАХ

Утечками называется такое движение воздуха со свежей струи в исходящую, при котором воздух не поступает к местам потребления (забои, камеры и т.д.). Герметизирующие устройства, отделяющие поступающую струю от исходящей (целики угля, вентиляционные двери, перемычки и др.) называются изоляторами.

Утечки снижают поступление воздуха к основным местам его потребления - забоям очистных и подготовительных выработок. Для компенсации утечек приходится увеличивать подачу воздуха в шахту, с тем, что бы обеспечить забои и другие объекты проветривания необходимым количеством воздуха и создать безопасные условия труда. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению расхода электроэнергии на вентиляцию.

При разработке само возгорающихся пластов угля утечки могут привести к возникновению пожара.

Практика показывает, что утечки воздуха могут достигать 70 –80 % от дебита вентилятора и только при правильно организованной борьбе с утечками они могут быть снижены до 40 % и менее

При оценке проветривания шахт утечки воздуха разделяют на подземные (внутренние), поверхностные (внешние) и общешахтные. Подземные утечки воздуха происходят из выработок со свежей струей в выработки с исходящей струей. Они определяются разностью между количеством воздуха, поступающим в шахту, и количеством воздуха, используемым для проветривания всех объектов проветривания.

Р_под=100 (11.1)

Поверхностные утечки воздуха (подсосы) происходят через неплотности вентиляционных каналов и их реверсивних устройств, надшахтних зданий и сооружений, через перекрытия и перемички в стволах шурфах и др. Поверхностные у течки воздуха определяются разностью между производительностью вентилятора (вентиляторов), и количеством поступающего в шахту воздуха.

Р_пов=100 (11.2)

Общешахтные утечки воздуха определяются разностью между дебитом вентилятора и тем количеством воздуха, которое полезно используется для проветривания всех объектов (очистных, подготовительных забоев, камер и др.)

Р_об= 100 (11.3)

По характеру утечки делятся на местные (сосредоточенные), непрерывно-распределенные и комбинированные. Местные утечки воздуха это утечки через вентиляционные сооружения (перемычки, вентиляционные двери, кроссинги, загрузочные устройства и др.). Непрерывно-распределенные утечки происходят по длине выработок через выработанное пространство, бутовые полосы и.др. Комбинированные утечки включают в себя как местные, так и непрерывно распределенные; это ,например утечки в параллельных выработках, происходящие через перемычки и целики угля.

Утечки воздуха измеряются как в абсолютных величинах (м³/мин), так и в % от начального количества воздуха (например, подаваемого в шахту, в начало выработки и т. п.).

При современном состоянии техники полностью устранить утечки воздуха невозможно. Поэтому их необходимо учитывать при расчете количества воздуха необходимого для проветривания очистных забоев, выемочных участков, тупиковых выработок, камер и вентиляционной сети в целом. Существуют два основных метода расчета утечек – аналитический и по нормам.

Аналитический расчет основан на использовании закона сопротивления при утечках

h=R_ут Qⁿ (11.4)

где h – депрессия путей утечек;

R_ут – аэродинамическое сопротивление путей утечек;

Q – расход воздуха при утечках;

n.-.показатель степени характеризующий режим движения воздуха при утечках.

Из равенства (8.4) расход воздуха при утечках определится по формуле

Q= (11.5)

Режим движения воздуха при утечках может быть либо турбулентным (в крупных трещинах и щелях), либо ламинарным (при фильтрации). Часто при фильтрации в одних каналах наблюдается турбулентное движение, в других – ламинарное. В результате во всем объеме фильтрации режим движения оказывается промежуточным. Соответственно этому при утечках возможен линейный, квадратичный или промежуточный закон сопротивления, т. е. 1<n<2.

Для расчета величины утечек воздуха по формуле (8.5) необходимо знать значения величин h, R_ут и n, которые иногда определить невозможно. Например, для того, что бы определить депрессию путей утечек, необходимо знать расход воздуха в вентиляционной сети, а расход воздуха зависит от величины утечек. Поэтому, аналитический метод расчета утечек воздуха не имеет широкого применения в практике.

В настоящее время широко применяются расчеты утечек воздуха, основанные на нормах утечек, определяемых экспериментально. Нормы утечек зависят от типа сооружения, его конструкции, материала, размеров, состояния вмещающих пород, депресси, под которым находится сооружение.

Сущность расчета состоит в умножении норм утечек на число объектов утечек данного типа в шахте. Затем утечки по разным типам объектов суммируются, и определяется их общая величина для шахты. Для такого расчета необходимо иметь схему вентиляции шахты.

Нормы утечек воздуха для различных типов вентиляционных сооружений представлены в Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт.

При расчете необходимой производительности вентиляторов главного проветривания внешние утечки воздуха могут определяться по нормам или учитываться коэффициентом внешних утечек.

Если утечки воздуха определяются по нормам, то подача вентиляционной установки (Q_в), рассчитывается по формуле

Q_в=Q_ш+ (11.6)

где Q_ш – расход воздуха, поступающего из шахты к данному вентилятору;

- утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал.

Утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал определяются в зависимости от площади наружных стен и перекрытий надшахтного здания и площади поперечного сечения канала [5]. Если эти величины заранее не известны, то ориентировочно, необходимую подачу вентилятора можно определить по формуле

Q_в=Q_ш k_ут.вн (11.7)

где k_ут.вн – коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные сооружения и каналы вентиляторов, следует принимать равными: для случаев установки вентиляторов на скиповом стволе 1.25; на клетевом – 1.2; на стволах и шурфах, не используемых для подъема – 1.1; на шурфах, используемых для подъема и спуска материалов – 1.3.