Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий разработки угольных месторождений вьетнама и состояния вентиляционных систем угольных шахт .10
1.1 Современное состояние и перспективы развития угольной промышленности Вьетнама. 10
1.2 Геологическая характеристика угольного месторождения Мао Хе .13
1.3 Вскрытие и подготовка шахтного поля, применяемые системы разработки 19
1.4 Анализ состояния вентиляционных систем шахты Мао Хе 30
Выводы по главе 1 41
ГЛАВА 2 Исследование характера изменения природной метаноносности угленосной толщи, метанообильности шахты мао хе и анализ расчетов необходимого количества воздуха для проветривания очистных и подготовительных забоев 43
2.1 Уровень метаноопасности угольных шахт Вьетнама 43
2.2 Анализ природной метаноносности пластов шахты Мао Хе 47
2.3 Прогноз метаноносности пластов шахты Мао Хе при увеличении глубины разработки 51
2.4 Анализ относительной метанообильности в выработках шахты Мао Хе 53
2.5 Методика расчета необходимого расхода воздуха для очистных и подготовительных выработок з
2.6 Расчет необходимого расхода воздуха для выработок действующего и проектируемого горизонтов шахты Мао Хе 64
Выводы по главе 2 70
ГЛАВА 3 Особенности математического моделирования аэродинамических процессов в вентиляционных сетяхшахт и рудников 71
3.1 Методы расчета распределения воздуха в сложных вентиляционных сетях 71
3.2 Характеристика программных комплексов для проектирования вентиляции рудников .85
3.3 Программные комплексов для расчета вентиляции угольных шахт 88
Выводы по главе 3 96
ГЛАВА 4 Выбор способов управления вентиляционными режимами шахты мао хе 97
4.1 Анализ текущего состояния системы вентиляции гор. -80 / -25 и -150 / -80 97
4.2 Математическое моделирование вентиляционной системы шахты Мао Хе 101
4.3 Результаты математического моделирования и их анализ 106
4.4 Выбор рациональных способов управления вентиляционными режимами шахты Мао Хе 116
Выводы по главе 4 120
Заключение 121
Список литературы
- Вскрытие и подготовка шахтного поля, применяемые системы разработки
- Анализ относительной метанообильности в выработках шахты Мао Хе
- Характеристика программных комплексов для проектирования вентиляции рудников
- Результаты математического моделирования и их анализ
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Планом развития угольной промышленности Вьетнама, предусмотрено увеличение добычи угля в 2015 и в 2020 годах соответственно до 60 млн. и 70 млн. тонн при 60% от общего объема, добываемого с помощью подземного способа разработки.
Одна из особенностей подземной разработки угольных месторождений Вьетнама на ближайшую перспективу заключается в том, что повышение добычи будет осуществляться не за счет сооружения новых шахт, а в результате увеличения глубины горных работ на действующих предприятиях, что приводит к увеличению количества очистных и подготовительных забоев, находящихся в одновременной работе.
Рост глубины разработки приводит к усложнению условий добычи, одним из факторов которой является метаноносность угольных пластов. Ее повышение при одновременном росте добычи угля определяет необходимость увеличения количества воздуха, подаваемого в очистные и подготовительные забои.
Между тем, как показывают результаты газо-воздушных
съемок, даже в настоящее время обеспечение воздухом очистных и
подготовительных забоев нельзя признать удовлетворительным.
Одной из главных причин этого является несоответствие режимов
работы используемого вентиляционного оборудования,
аэродинамическим характеристикам вентиляционной сети.
Подача к значительному числу мест потребления
необходимых количеств воздуха, определяемых прогнозируемыми
значениями природной метаноносности угольных пластов,
применяемыми системами разработки и производительностью очистных забоев, при одновременном обеспечении приемлемых значений коэффициентов полезного действия ВГП и рационального использования подаваемого в выработки воздуха, возможно только при обеспечении его заданного распределения.
Вопросы управления воздухораспределением в сложных вентиляционных сетях рассмотрены в работах как отечественных – Ф.А. Абрамова, Р.Б. Тяна, А.А. Потемкина, С. Цоя, Е.И. Рогова,
Левина Л.Ю., Ю.В. Круглова, Д. Ю. Палеева, О.Ю. Лукашова.
А.В. Осинцевой и др., так и зарубежных авторов – Янга Ф., Ланса Д.
(Великобритания), Уитли Д.А. (США), Сарак С. (ЮАР) и др.
Основная направленность этих исследований связана с разработкой
алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих рассчитывать
расходы воздуха в горных выработках шахт и рудников при
известных характеристиках вентиляторов и размещении в выработках
вентиляционных регуляторов различного типа. В гораздо меньшей
степени изучены вопросы последующего анализа результатов
математического моделирования, позволяющего обосновать
рациональные способы управления воздухораспределением,
характеризующиеся приемлемым уровнем эффективности.
Цель работы. Выбор рациональных способов управления проветриванием выемочных участков угольных шахт Вьетнама при углублении горных работ на основе оценки эффективности системы вентиляции.
Идея работы. Управление распределением воздуха по
местам его потребления выполняется на основе комплексного
метода, предполагающего одновременное изменение режимов
работы вентиляторов главного проветривания и отрицательное
регулирование, обеспечивающих подачу в очистные и
подготовительные забои необходимого количества воздуха.
Основные задачи исследований:
-
Анализ горно-геологических условий разработки угольных месторождений Вьетнама и существующей нормативной базы по обеспечению безопасности при добыче угля.
-
Обзор современных методов математического моделирования вентиляции горных выработок шахт и рудников.
-
Анализ методов расчета воздухопотребности очистных и подготовительных выработок угольных шахт по метановому фактору.
-
Обоснование показателя, определяющего эффективность проветривания угольных шахт в условиях деконцентрации горных работ и необходимости подачи воздуха в значительное число очистных и подготовительных забоев.
-
Разработка математических моделей вентиляции отрабатываемых и строящегося горизонтов шахты Мао Хе с учтом горно-геологических и аэродинамических факторов.
-
Осуществление математического моделирования распределения воздуха в вентиляционной сети шахты Мао Хе для условий различных периодов ее эксплуатации.
-
Выбор рациональных режимов проветривания шахты Мао Хе на основе математического моделирования.
Научная новизна:
разработана процедура анализа эффективности управления воздухораспределением на основе предложенного показателя, характеризующегося коэффициентами энергетической эффективности вентиляционной системы и полезного использования воздуха;
получены соотношения, определяющие связь между аэродинамическим сопротивлением отрицательных регуляторов, количеством одновременно разрабатываемых очистных и подготовительных забоев, производительностью вентиляторов главного проветривания и потребляемой электрической мощностью.
Основные защищаемые положения.
-
Воздухопотребность очистных забоев угольных шахт, рассчитанная по принятой в действующем стандарте Вьетнама величине удельного количества воздуха, зависящей от относительной метанообильностии характеризующей категорию шахты по метану, должна уточняться с учетом различной природной метаноносности разрабатываемых угольных пластов, особенностей применяемых систем разработки, технологии и производительности очистных выработок.
-
Управление воздухораспределением в угольных шахтах со значительным количеством очистных забоев, находящихся в одновременной работе, может быть реализовано за счет изменения режимов работы вентиляторов главного проветривания при использовании метода отрицательного регулирования, осуществляемого путем установки вентиляционных перемычек, обеспечивающих и регулирующих подачу необходимого количества воздуха в каждый очистной забой.
3. В качестве показателя для характеристики эффективности вентиляционной системы шахты при значительном количестве источников потребления воздуха (большое количество очистных и подготовительных забоев) и необходимости продолжения эксплуатации имеющихся вентиляторов главного проветривания может быть использован комплексный параметр, определяемый суммой коэффициента энергетической эффективности вентиляционной системы и коэффициента полезного использования воздуха.
Методы исследований: Анализ научного и практического опыта проветривания угольных шахт Вьетнама и России, обобщение и обработка натурных данных воздушно-депрессионных и газовых съемок, математическое моделирование воздухораспределения в вентиляционной сети, статистический анализ результатов моделирования.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов подтверждается значительным объемом изученной информации о горно-геологических и горнотехнических условиях разработки угольных месторождений Вьетнама и состоянием вентиляционных систем угольных шахт, применением современных методик расчета необходимых количеств воздуха, использованием программных средств для математического моделирования аэродинамических процессов в вентиляционных сетях сложной топологии, удовлетворительной сходимостью результатов натурных измерений и математического моделирования, апробацией полученных результатов в печати.
Практическая значимость:
разработана методика выбора параметров способов обеспечения воздухом выемочных участков действующих угольных шахт, позволяющих повысить эффективность системы вентиляции;
разработаны математические модели и выполнено обоснование параметров рациональных схем проветривания шахты Мао Хе для условий различных периодов ее эксплуатации.
Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при чтении лекций по аэрологии горных предприятий студентам Санкт-Петербургского горного университета.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены научной общественностью на международных научно-практических конференциях «Аэрология и безопасность горных предприятий» и «Промышленная безопасность предприятий» минерально-сырьевого комплекса в XXI веке», Горное дело в XXI веке: Технология, наука, образование (СПб, 2012 г, 2014 г., 2015 г.), а также научных семинарах кафедры безопасности производств ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет».
Личный вклад автора:
анализ факторов, определяющих газовый режим угольных шахт Вьетнама;
прогноз природной метаноносности угольных пластов, планируемых к разработке на шахте Мао Хе до 2020 года;
определение необходимого количества воздуха для очистных выработок шахты Мао Хе в зависимости от метаноносности угольного пласта, системы разработки, технологии и производительности;
разработка математических моделей вентиляционной системы шахты Мао Хе для различных периодов ее эксплуатации;
анализ результатов математического моделирования и выбор рациональных способов управления распределением воздуха по выемочным участкам.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы содержатся в 3 печатных работах, из которых 2 опубликованы в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 131 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 21 таблицу, список литературы из 82 наименований.
Вскрытие и подготовка шахтного поля, применяемые системы разработки
В настоящее время шахта Мао Хе окончила добывать уголь в горизонте +30/-25 и продолжается добыча угля одновременно на двух горизонтах -80 / -25 и -150 / -80. В шахте Мао Хе разрабатываются угольные пласты - V5, V6, V7, V8, V9 и в будущем периоде до 2020 года будет продолжаться их отработка на уровне - 400 [50].
Проектная мощность подземной добычи на горизонтах ниже -150 шахты Мао Хе, определена на основании запасов (57 057 000 тонн), геологического строения месторождения и разделения горизонтов на 8 одновременно эксплуатируемых зон, производственных возможностей компании Мао Хе, в соответствии с планированием промышленности и районирования, времени отработки горизонта (10 лет) и составляет 2,0 млн т / год (угля), срок службы шахты - 30 лет.
Вскрытие шахтного поля шахты Мао Хе до горизонта -150 осуществлено наклонными стволами и этажными квершлагами, до горизонта -400 -вертикальными стволами и этажными квершлагами с высотой этажа 80-85 м: первый этаж: от -150 -230; второй этаж: от -230 -315; третий этаж: от -315 - 400.
На основании существующих выработок и геологических условий шахтное поле на уровне горизонта -230 разделено на 8 участков следующим образом: — Участок Северо-Запад I: ограничивается квершлагом северо-запад II, квершлагом северо-восток I, разломом FA, F.11 и границей шахты на севере; — Участок Северо-Запад II: ограничивается квершлагом северо-запад II, разломом FA и границей шахты на северо-запад. — Участок Северо-восток : ограничивается квершлагом северо-восток I, разломом FA, F.11 и границей шахты на востоке. — Участок Северо-восток I: ограничивается квершлагом северо-восток I, разломом F.11 и границей шахты на северо-востоке. — Участок юго-запад I: ограничивается разломом FA, F.57, квершлагом юго-запад I, квершлагом юго-запад II и границей шахты на юге. — Участок юго-запад II: ограничивается разломом FA, квершлагом юго-запад I, квершлагом юго-запад II и границей шахты на юго-западе. — Участок юго- восток I: ограничивается разломом FA, квершлагом юго-восток I и границей шахты на юге. — Участок юго- восток II: ограничивается разломом FA, квершлагом юго-восток I и границей шахты на юго- востоке.
На шахте Мао Хе применяется полевой способ подготовки при котором все основные подготовительные выработки выемочных участков проводят по пустым породам на некотором расстоянии от разрабатываемых пластов, периодически соединяя их с участковыми пластовыми выработками [11].
С учетом геологических характеристик и с целью максимального использования новых технологий для повышения производительности, проектом [50] предусмотрено применение следующих систем разработки [11,62]: — система разработки длинными столбами по простиранию, выемка угля механизированным комплексом, крепление сопряжения лавы механизированными крепями. Применяется к пластам с мощностью до 3м и углом падения до 550 . С применением данной системы разработки и технологии добывается около 14% от общего объема добычи угля (Рисунок. 1.4); Рисунок. 1.4 - Система разработки длинными столбами по простиранию с выемкой угля механизированным комплексом 1. Транспортный штрек; 2. Вентиляционный штрек; 3.Механизированная крепь; 4. Комбайн; 5. Скребковый конвейер. - система разработки длинными столбами по простиранию с индивидуальной крепью и креплением сопряжения лавы механизированной крепью. Применяется к пластам с мощностью до 8м и углом падения до 450 . Выемка угля с применением буровзрывной технологии, управление кровли полным обрушением. С применением данной системы разработки и технологии добывается около 38 -40 % от общего объема добычи угля (Рисунок. 1.5); 1. Транспортный штрек; 2. Вентиляционный штрек; 3.Индивидуальная крепь - система разработки длинными столбами по простиранию с индивидуальной крепью и креплением сопряжения лавы гидравлическими стойками. Применяется к пластам с мощностью до 2,5м и углом падения до 350 . Выемка угля в очистном забое буровзрывным способом, управление кровли - полным обрушением. С применением данной системы разработки и технологии добывается около 7 -8 % от общего объема добычи угля (Рисунок. 1.6);
Анализ относительной метанообильности в выработках шахты Мао Хе
Исходными данными для проектирования вентиляции строящихся шахт являются геологическая и иная информация о недрах и результаты прогноза газообильности. Проектная документация на реконструкцию шахт должна учитывать данные о фактической метанообильности, накопленные в процессе ведения горных работ, и фактическое состояние шахтной вентиляционной сети [52] .
При проектировании проветривания шахты необходимо учитывать все потенциальные источники метановыделения в горные выработки проектируемой шахты и предусматривать комплекс мер, направленных на его снижение и обеспечение содержания вредных и опасных газов в шахтной атмосфере в пределах безопасных норм. Проектирование вентиляции должно выполняться с учетом максимальной газоносности угольных пластов и максимального развития горных работ в течение отработки запасов полезного ископаемого в пределах границы горного отвода. Методом прогноза метанообильности выработок по метаноносности угольных пластов можно пользоваться для расчета ожидаемой метанообильности горных выработок при отработке угольных пластов в любых горно-геологических условиях.
Для составления прогноза необходимо иметь данные о последовательности отработки пластов, системе разработки и ее основных параметрах, в том числе: о порядке отработки выемочных полей (прямом, обратном); количестве подэтажей в этаже (при разработке пласта по простиранию); скорости подвигания очистных и тупиковых забоев; времени от окончания подготовки участка до начала очистных работ; способе выемки угля в очистных и тупиковых забоях; величине заходки при проведении тупиковых выработок; продолжительности времени, прошедшего от отбойки угля до выдачи его из участка, шахты; эксплуатационных потерях угля; способах управления кровлей; способах проведения тупиковых выработок; размерах тупиковых выработок (в свету, вчерне); предполагаемых способах дегазации.
Угольные шахты являются производственными объектами с повышенной опасностью труда, а метанообильные шахты - с ещё более высокой степенью этой опасности.
Анализ взрывов метано- и пылевоздушных смесей с человеческими жертвами, происшедших на угольных шахтах с конца позапрошлого столетия до наших дней, показывает, что случались они практически во всех угледобывающих странах мира. Не являются исключением и угольные шахты Вьетнама, что иллюстрируется данными, приведенными в таблице 2.1.
Выкопировка из плана горных работ подготовительным забое не обеспечивалась из-за выхода из строя вентилятора, отсутствие контроля концентрации метана до начала работ, нарушение требований безопасности - курение в подготовительным забое. После взрыва метана по решению угольной Корпорации Вьетнама № 91/Q TCCB-T от 16 января 1999 года , шахта Мао Хе переведена в III категорию по метану, а по решению № 983 / QD-BCT от 06/03/2012 Министерства промышленности о «Делении шахт на категории по метану», шахта Мао Хе отнесена к сверхкатегорным по метану. Одной из причин, приводящей к повышению метановой опасности, является отсутствие достоверных данных о газоносности угольных пластов, что затрудняет разработку мероприятий по управлению газовым режимом шахт, в том числе определение необходимых для проветривания горных выработок количеств воздуха [15]. В ряде случаев для обеспечения необходимых количеств воздуха возникает необходимость проведения дополнительных работ по реконструкции шахт, стоимость которых во много раз превышает затраты, связанные с изучением газоносности угольных месторождений [38,63]. В этой связи повышение достоверности прогноза метаноносности угольных пластов и метанообильности горных выработок при повышении глубины разработки следует считать весьма актуальной задачей. Для оценки уровня метаноопасности существуют две основные величины: метаноносность угольных пластов и метанообильность (абсолютная и относительная). Относительная метанообильность является критерием для установления категории шахты по метану в России, Румынии, Вьетнаме и др. странах.
Метанобильность является основой для консультационной работы, инвестиций в строительство шахт и выбор оборудования: схема вскрытия; деление шахтного поля на части; системы и технологии разработки; системы вентиляции.
Характеристика программных комплексов для проектирования вентиляции рудников
В большинстве случаев, для практических расчетов оказывается достаточным использование первых трех членов этого полинома. Для решения выше представленной системы уравнений могут быть использованы методы теории графов и численные методы. Моделью вентиляционной системы рудника является ориентированный граф, в котором ветви обозначают направление движения воздуха, а узлы – места разделения или слияния отдельных струй. Под весом ветви в зависимости от формулировки проблемы понимается как отдельные параметры (аэродинамическое сопротивление, депрессия или расход воздуха), так и взвешенный показатель качества проветривания ветви, определяемый по ряду параметров. В настоящее время, в теории вентиляционных сетей образовались два обособленных направления: разработка методов определения расходов воздуха и методов оптимального регулирования расходов воздуха в ветвях сети.
Для систематизации разработанных к настоящему моменту методов, способов и приемов решения различных сетевых задач воспользуемся одной из классификаций: представленной в работе [59]. В соответствии с этой классификацией различают: 1. методы линеаризации; 2. методы последовательных приближений; 3. методы минимизации специальных функций; 4. методы теории графов. Кратко опишем особенности каждого из этих методов. Сущность методов линеаризации заключается в линейной аппроксимации нелинейных законов сетей. В этой области работали А. С. Попов, А. Ф. Воропаев, С. Цой и Е. И. Рогов, и др. Методы А. С. Попова и А. Ф. Воропаева заключаются в линеаризации квадратных уравнений сетей по приближенным формулам [16, 48]. Данные методы пригодны лишь для расчета естественного распределения воздуха в сети.
Благодаря исследованиям С. Цоя и Е. И. Рогова, метод линеаризации уравнений законов сетей был распространен на сеть любой сложности при любом количестве произвольно включенных вентиляторов [58].
Для решения задач регулирования сложных вентиляционных сетей авторы данного метода предложили аналогичные системы характеристических уравнений, полученные при условии ожидаемого изменения некоторых параметров сети (динамика параметров ветвей). Вместе с тем, для решения задачи регулирования необходимо предварительное определение ветвей, где будет произведено регулирование.
Основными преимуществами рассматриваемого метода является простота составления системы линеаризованных уравнений по узлам и независимых циклам и быстрая сходимость процесса вычислений. Однако этот метод имеет и существенные недостатки. В частности, для обеспечения быстрой сходимости процесса вычислений необходимо задавать первое приближение расходов воздуха довольно близко от их истинных значений, что чрезвычайно трудно при расчете сложных сетей. Кроме того, при решении задач регулирования необходимо интуитивно задавать места установки регулировочных устройств, что в сложных сетях может привести к несовместимости условий поставленной задачи.
Обоснованию методов последовательных приближений посвящены работы В. И. Белова, М. М. Андрияшева, В. Г. Лобачева, П. Ренуар и др.[3, 8, 9, 37].
Общий недостаток этих методов заключается в том, что все они пригодны лишь для расчета сетей при естественном распределении воздуха в ветвях сети [59, 10, 14].
Основная идея метода М. М. Андрияшева [3] достаточно проста. После задания первого приближения расходов подсчитывается невязка депрессии в каждом независимом контуре и находится общая поправка для всех ветвей независимого контура, затем процесс вычислений повторяется. Данный метод широко известен и в той или иной модификации общепризнан как в России, так и за рубежом. Однако сам автор отмечал, что процесс вычислений имеет медленную сходимость, что связано с пренебрежением квадратичными членами уравнения при выводе формулы для поправки.
Несмотря на этот недостаток, данный метод вследствие простоты алгоритма вычислений, позволяющего рассчитывать сети с количеством ветвей больше 1000, является в настоящее основным при аналитических расчетах вентиляционных сетей и продолжает совершенствоваться как российскими, так и зарубежными исследователями.
Основными исследованиями в этой области следует считать работы Р. Б. Тяна, рассмотревшего частный случай, когда сеть содержит вентиляторы, характеристика которых выражена квадратным полиномом без линейной части [54], а также В. И. Россочинского, предложившего более простую, но весьма грубую по сравнению с исследованиями предыдущими авторов формулу для расчета вентиляционных сетей, содержащих источники тяги [26],
В работе Ф. А. Абрамова, В. А. Бойко и Р. Б. Тяна обоснована сходимость процесса последовательных приближений [34]. В этих исследованиях впервые был решен вопрос рационального распределения информации в оперативной памяти компьютера для оперативного решения задач с помощью данного метода. Несмотря на то, что в настоящее время мощности современных компьютеров достаточны для расчета воздухораспределения в сети размерностью больше 1000 ветвей, в случае соизмеримости значений поправки расходов с точностью вычислений сходимость процесса, может и не достигаться.
Результаты математического моделирования и их анализ
Наиболее простым путем реализации приведенных в таблице 4.10 режимов работы ВМП является увеличение аэродинамического сопротивления воздуховодов за счет установки шиберов. Математическое моделирование распределения воздушных потоков по выработкам гор. -230 м было выполнено аналогично моделированию для гор. -80 / -25 и -80 /- 150. В результате проведенных численных расчетов были установлены величины аэродинамических сопротивлений регуляторов отрицательного типа, размещаемых перед входом в лавы и гарантирующим поступление в них требуемого количества воздуха (Таблица 4.11) при рассмотренных режимах работы ВГП.
Результаты численных расчетов распределения воздуха между очистными забоями для гор. – 230 при режиме работы ВГП, определяемых в таблице Наименование лавы Потребноеколичествовоздуха, м3/с Без регулирования При отрицательном регулировании
Кроме того оказалось, что величины аэродинамических сопротивлений регуляторов отрицательного типа зависят от выбора режимов работы ВГП, определяемых углом поворота лопаток рабочего колеса (Таблицы 4.13 - 4.14) Характеристика режимов работы ВГП при использовании регуляторов отрицательного типа и в случае их отсутствия Режимы работы вентиляторов Тип вентилятора Числооборотов,об/мин Уголустановкилопаток,град Qвент,м3/с Hвент,Па СопротивлениеRобщ. , Нс2/м8
Таким образом, изменение режимов работы вентиляторов главного проветривания за счет регулирования углов поворота лопаток рабочего колеса приводит к необходимости корректировки аэродинамических сопротивлений регуляторов отрицательного типа, размещаемых на входе в лавы, что, в свою очередь, влияет на депрессию вентиляторов и общий расход подаваемого воздуха.
Третий этап математического моделирования предполагал выявление функциональных связей между режимами работы вентиляторов, углами поворота лопаток рабочего колеса, эквивалентным аэродинамическим сопротивлением вентиляционной сети и потребляемой мощностью. Его реализация осуществлялась на основе математических моделей вентиляционной сети для гор. -80 / -25 и -80 /- 150 и гор. -230, для которых были осуществлены вариантные аэродинамические расчета. В процессе этих расчетов для каждого режима работы ВГП рассчитывались величины аэродинамических сопротивлений регуляторов отрицательного типа, обеспечивающих поступление в очистные забои необходимых количеств воздуха. Для гор. -80 / -25 и -80 /- 150 были рассмотрено 35 вариантов режимов работы ВГП, отличающихся углом установки лопаток рабочего колеса, а для гор. -230 - 12 вариантов.
Результаты расчетов представлены в виде функциональных зависимостей между общим аэродинамическим сопротивлением шахты с одной стороны, расхода воздуха и потребляемой мощности с другой стороны (рисунки 4.4 -4.7).
Обобщение опыта проветривания угольных шахт республики Вьетнам показало, что при значительном числе источников потребления воздуха (очистные и подготовительных забои) и их обеспечении заданной величиной расхода воздуха, вентиляторы главного проветривания имеют низкий коэффициент полезного действия, величина которого не превышает 0,3. Эти выводы подтверждены компьютерным моделированием распределения воздуха по выработкам их вентиляционных сетей. Выполненные оценки также свидетельствуют о том, что повышение энергетической эффективности работы вентиляторов может быть достигнуто увеличение их производительности за счет увеличения угла поворота лопаток рабочего колеса.
При данном способе управления вентиляционным режимом одновременно с повышением коэффициента полезного действия вентиляторов расход воздуха, поступающего в шахту, увеличивается и, начиная с определенного значения, начинает превышать, величину необходимого количества воздуха, т.е. снижается его полезное использование. Таким образом, мы сталкиваемся с двумя процессами, один из которых ведет к повышению эффективности вентиляционной системы, а другой, наоборот, к ее снижению.
Оценку общей эффективности вентиляционных систем угольных шахт, на которых планируется использовать ранее установленное вентиляционное оборудование, предлагается осуществлять с помощью коэффициента эффективности вентиляционной системы Кэф.в.с . Величина Кэф.в.с определяется зависимостью: Кэф.в.с. = Кполн.из + Кэф.эн. , (4.3) где Кполн.из - коэффициент полезного использования воздуха; Кэф.эн -коэффициент энергетической эффективности. Кполн.из = Qпотр./ Qпод. вент, (4.4) где Qпотр –потребное для проветривания шахты количество воздуха, м3/с; Qпод. вент – количество воздуха, подаваемое в шахту вентиляторами главного проветривания, м3/с. Кэф.эн = F(Qпод. вент..). (4.5) Поставив соотношения (4.4) – (4.5) в зависимость (4.3) и вычислив dКэф.в.с/dQпод. вент , получим уравнение для определения Qпод. вент, при котором значение Кэф.в.с. достигает минимальной величины. - Qпотр./ Q2под. вент + d F(Qпод. вент..)/ d Qпод. вент..) =0 (4.6) Выше описанная процедура использована для вычисления расхода воздуха Qпод. вент., при котором Кэф.в.с. принимает минимальное значение для условий гор. -150 и -200 шахты Мао Хе.
Графики зависимостей Кэф.эн. (Qпод. вент..) для вентиляционных систем гор.-150 и -200 м найдены в результате обработки данных математического моделирования вентиляционных систем этих рабочих горизонтов. Для гор. -150 и -200 м зависимости для расчета Кэф.эн. при корреляционном соотношении, превышающем 0,98, могут быть представлены в виде (Рисунки 4.8, 4.9):