Введение к работе
Актуальность темы исследования. Калийные рудники являются потребителями огромного количества воздуха, подача которого уже в настоящее время вызывает значительные трудности. Наличие большого числа участков с сотнями отработанных камер, их взаимосвязь посредством общих вентиляционных выработок, трудности изоляции выработанных пространств делают вентиляционную сеть рудников сложной и трудноуправляемой.
В таких условиях правильная организация вентиляционных потоков, обеспечение всех рабочих зон достаточным количеством воздуха требуют умения использовать всю специфику протекания аэродинамических процессов в калийных рудниках.
Увеличение разветвленности вентиляционной сети ведет к быстрому росту числа местных аэродинамических сопротивлений в системах коротких и широких горных выработок, значения аэродинамических сопротивлений трения которых очень малы. Поэтому влияние местных сопротивлений на воздухораспределение становится определяющим и долзшо быть учтено как в расчете, так и при организации проветривания.
Однако в настоящее время подобный учет практически не производится в силу слабой изученности характерных особенностей местных сопротивлений калийных рудников.
Поэтому исследование физических процессов в местных аэродинамических сопротивлениях и их влияние на распределение воздушных потоков в вентиляционных сетях с большим эквивалентным отверстием является актуальным.
Дель работы - разработка методов расчета местных аэродинамических сопротивлений и их влияния на характер распределения воздушных потоков, способов и средств управления воздухораспре-делением с помощью специальной организации системы местных сопротивлений.
Идея работы заключается в том, чтобы на основе изучения характерных особенностей местных сопротивлений вентиляционных сетей калийных рудников, разработать методы их расчета, учета и управления с их помощью воздухораспределением.
Задачи исследований:
-проанализировать и обобщить выполненные ранее исследования по изучаемой проблеме;
- я -
-разработать типологию местных сопротивлений, характерных для вентиляционных сетей калийных рудников;
-изучить закономерности аэродинамических процессов и определить величины потерь депрессии в местных сопротивлениях, характерных для калийных рудников;
-разработать способы и средства регулирования воздухорасп-ределения на добычном участке с помощью местных сопротивлений;
-разработать методику расчета и организации проветривания добычных участков с помощью направляющих выработок и перемычек;
-осуществить корректировку существующих методов расчета вентиляционных сетей с учетом роли местных сопротивлений.
Ыетоды исследований базируются на анализе и обобщении данных литературы; на аналитических и экспериментальных исследованиях в лабораторных и шахтных условиях; на обработке результатов экспериментальных исследований методами математической статистики.
Научные положения, защищаемые в работе:
-ипологичёская классификация местных сопротивлений вентиляционных сетей калийных рудников;
-методы расчета коэффициентов местных сопротивлений, характерных для вентиляционных сетей калийных рудников;
-методика оценки падения депрессии в местных сопротивлениях;
-метод расчета воздухораспределения в вентиляционных сетях с учетом местных сопротивлений;
-способ управления величиной местных сопротивлений в узлах вентиляционной сети.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: соответствием подученных результатов и установленных закономерностей с данными, полученными другими авторами или методами; сопоставимостью результатов аналитического решения, численных (компьютерных), физических (лабораторных) и натурных (шахтных) экспериментов.
Научная новизна:
-разработана типологическая классификация местных сопротивлений вентиляционных сетей калийных рудников, которая позволяет единообразно и системно учесть все их .возможные и практически важные типы;
-предложены методы расчета коэффициентов местных сопротив-
- з -ленки, возникающих в одиночной выработке и в узлах вентиляционных сетей, учитывающие специфику и характерные особенности местных сопротивлений вентиляционных сетей калийных рудников;
-разработана графоаналитическая методика дифференциальной оценки потерь депрессии в местных сопротивлениях, позволяющая по разрыву кусочно-линейкой функции изменения давления в потоке установить величину потерь энергии собственно на местном сопротивлении;
-модифицирован метод последовательной поконтурной увязки расходов, разработан алгоритм и осуществлена программная реализация расчета потокораспределения в вентиляционных сетях с учетом местных сопротивлений;
-разработан метод управления воздухораспределением с по-' мощью специальных средств, меняющих величину местных сопротивлений, доказана возможность применения этого метода при органи-' вации управления рециркуляционным проветриванием в пределах рабочих зон.
Практическая, ценность заключается в следующем:
-определены конкретные значения величин коэффициентов местных аэродинамических сопротивлений для большинства случаев, встречающихся в вентиляционных сетях калийных рудников;
-модифицирована методика расчета вентиляционных- сетей с учетом наличия в них местных сопротивлений, реализованная в проблемно ориентированном комплексе программ "Прогноз"^,
-разработаны способы оптимального управления потокораспре-делением выработок рабочих зон с помощью специальных средств, меняющих величину местных сопротивлений и направляющих выработок.
Реализация работы. Способ регулирования потоков путем целенаправленного изменения местных сопротивлений реализован в развязке главных восточных вентиляционных ктреков рудника СКРУ -3 и для проветривания 6-й панели этого же рудника.
Подученные значения местных сопротивлений и методы их определения используются при практических расчетах вентиляционных сетей калийных рудников.
Способы управления потокораспределением в вентиляционных сетях включены в основные нормативные документы, регламентирующие организацию управления проветриванием калийных рудников, утвержденные Гостортехнадвором России.
-4.-
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Физико-технические проблемы Управления воздухообменом в горных выработках больших объемов" (Кохтла - Ярве, 1983), на Шестом Всесоюзном Совещании "Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах" (Новосибирск, 1984), на Шестой Всесоюзной конференции по проблемам охраны труда (Рубежное, 1986), на Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам охраны в условиях ускорения научно-технического прогресса (Москва, 1988), на отраслевых и республиканских совещаниях; конференциях, семинарах: "Повышение безопасности работ и совершенствование проветривания на горнодобывающих предприятиях Казахстана" (Караганда, 1982), "Пути дальнейшей интенсификации и повышения эффективности производства калийных удобрений" (Пермь, 1985), "Проблемы безопасной разработки калийных месторождений" (Солигорск, 1988), "Улучшение условий труда на горных предприятиях и защита окружающей среды" (Свердловск, 1982), на научно-практическом семинаре "Молодежь Прикамья - разработке и внедрению достижений науки и техники в производство" (Пермь, 1985), на ежегодных конференциях Пермского политехнического института (ныне технического университета).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, получено одно авторское свидетельство.
Ряд работ написаны в- соавторстве. Основными соавторами диссертанта является его научные консультанты: доктор технических наук, профессор Г.З. Файнбург и доктор технических наук Н.Н. Мохирев.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав и заключения, изложенных на 156 страницах машинописного текста, и содержит 64 рисунка, 27 таблиц, список использованных источников из 159-ти наименований и 1-го приложения. Общий объем диссертации 215 страниц.