расчет количества воздуха для проходческих забоев с

2
машины и оборудование для открытых горных работ
горная техника‘14
Расчет количества воздуха
для проходческих забоев
с учетом динамики работы
машин в горных выработках
Наличие в воздухе рабочей зоны вредных газов, таких как оксиды азота, приводит к заболеванию раком. В связи с этим ужесточаются санитарные нормы к составу рудничной атмосферы. Одним из направлений уменьшения влияния вредных газов на машинистов
погрузчиков является организационное управление проветриванием горных выработок. Для чего необходимо использовать новые
методики расчёта необходимого количества воздуха с учётом движения автотранспорта в горных выработках шахты.
П
Михеев А.Е.,
горный инженер
начальник участка
вентиляции шахты
«Эстония»
Удалов Р.А.,
проектировщик
по горным работам
шахты «Эстония»
ервой очевидной возможностью
учета динамики процесса выделе‑
ния примесей и вентиляции явля‑
ется учет движения источника примесей.
Исходные предпосылки постановки задачи
в данном случаи заключается в следующем.
Сущность любого метода расчета вен‑
тиляции заключается в том, чтобы обеспе‑
чить определенное соотношение объемов
вредных примесей и свежего воздуха. Ес‑
ли выделение примесей осуществляется
в количестве q·м3 / с в объеме выработки V0,
то при отсутствии движения воздуха (U = 0)
и его обмена (рис. 1а) поддержание нормаль‑
ной атмосферы возможно в случаи, когда
V0 = q t / C
Кобылкин С.С.,
к.т. н., доцент, НИТУ
«МИСиС», Горный институт, кафедра «Аэрология, технологическая безопасность и горноспасательное дело»
5 2
(1)
где t — время выделения примесей,
С — допускаемая концентрация примеси.
Иными словами речь идет не только о со‑
отношении количества выделяемой приме‑
си и подаваемого воздуха в единицах рас‑
хода м3 / с, но и о времени выделения при‑
меси на рассматриваемый объем. В прак‑
Кобылкин А.С., тике вентиляции горных выработок такие
случаи существенного значения не имеют,
к.т. н., научный сотрудтак как объемы V0 обычно не велики и про‑
ник Института проблем цесс диффузии примеси
в объеме воздуха
комплексного освоения
в условиях отсутствия его обмена резко за‑
недр РАН; старший пре- медляются. Тем не менее на практике это
подаватель НИТУ «МИобстоятельство играет свою роль, когда
СиС», Горный институт, речь идет о локальных во времени выде‑
кафедра «Аэрология, тех- ления примеси, например при взрывных
нологическая безопасработах, в камерах значительного объе‑
ность и горноспасатель- ма. Неоднократно отмечалось, что в каме‑
рах большого объема количество подавае‑
ное дело»
мого воздуха при прочих равных условиях
может быть меньшем по сравнению с вы‑
работками малого объема, и тем не менее,
обеспечивать нормальный состав атмос‑
феры. В подобных условиях часто боль‑
шее внимание обращается не на увеличе‑
ние интенсивности вентиляции обмена,
а на увеличении интенсивности локально‑
го перемешивания примесей, для чего ис‑
пользуются вентиляторы местного прове‑
тривания, сама по себе интенсивность об‑
мена воздухом в камерах не повышается.
Движение воздуха по горной выработки
с точки зрения баланса объемов добавляет
дополнительный объем воздуха, который
равен произведению расходов на время t.
V=Qt
Тогда формула (1) приобретает вид
V0 + V = q t / C
(2)
Так было отмечено, в обычной руднич‑
ной вентиляции объем V0 не учитывается
в следствии его малости по сравнению с V
поэтому практически считают что V0 = 0 и:
или
V = q t / C,
Q t = q t / C
(3)
Откуда и следует расчетная формула не‑
обходимого количества воздуха в ее про‑
стейшем виде:
Q = q / C
(4)
В настоящее время именно эта зависи‑
мость используется в расчете вентиляции
выработок при применении дизельного
оборудования с учетом того, что выделя‑
ется ряд примесей. Таким образом, зависи‑
мость (4) справедлива для случая непред‑
виденного источника примесей, которые
являются характерными для условия руд‑
ничной вентиляции (взрывные работы, вы‑
деление газа из горных пород и т. п.).
Дизельные машины являются с этой точки
зрения новым видом источника — движу‑
щимся источником, причем важным факто‑
ром, является то обстоятельство, что дви‑
жение источника характеризуется того же
порядка что и скорость движения воздуха.
Движение источника примесей по отно‑
горная техника‘14
a
V0
V=0
Откуда следует, что количество воздуха,
подаваемого в выработку:
U=0
Q = q / C - Qф,(6)
Должно быть меньше по сравнению
с случаем, когда источник неподвижен,
на величину
b
V0' = V L t
U=0
V
Qф = V S,
(7)
L
d
V=VLt+USt
V
U
Q = q / C – V S,
машины и оборудование для открытых горных работ
Формула (6) с учетом (7) и является рас‑
четной для определения необходимого
количества воздуха для вентиляции выра‑
ботки с движущимися дизельными маши‑
нами при их встречном движении по отно‑
шению к потоку.
(8)
Очевидно, что для случая спутного дви‑
жения воздуха и машины, когда скорость
воздуха превышает скорость движения
машины (рис. 1d):
c
V
U
V=ULt-VLt
Рисунок 1
шению к воздушному потоку совершенно
меняет соотношении объемов примесей
и воздуха, в котором примеси рассеивают‑
ся. Для оценки этой особенности рассмо‑
трим случай выделения примесей из дви‑
жущегося источника в неподвижный объ‑
ем воздуха (рис. 1b).
Если источник движется со скоростью U
м / с то, за рассматриваемый период време‑
ни t он проходит расстояние L = U t и выде‑
лившийся за этот период объем примеси
qt записывается не в фиксированном объ‑
еме V0, как это было в случае неподвижно‑
го источника, а в объеме:
V0´= L S = U S t
где S — сечение выработки.
В этом случае соотношение (3) записы‑
вается в виде:
или
V0+V0´ = q t / C
V0+ U S t = q t / C
(5)
Очевидно, что при равных сечениях объ‑
ем V0´ значительно превышает V0, если про‑
цесс рассматривается в разумный период
времени t.
Равенство (5) следовательно, при V0<<V0´
можно записать в виде:
V S = q / C
Откуда можно определить, что при опре‑
деленной скорости движения источника:
V = q / S C
В выработке, по которой прошла маши‑
на, будет поддерживаться безопасная кон‑
центрация примеси.
Таким образом, параметр VS представляет
собой величину аналогичную какому‑то рас‑
ходу воздуха, вследствие чего назовем про‑
изведение VS фиктивным расходом воздуха.
Фиктивный расход воздуха Qф равен тому
расходу, который был бы необходим для нор‑
мального разбавления примеси в случае,
когда ее источник был бы неподвижным.
Таким образом при движущемся источни‑
ке примеси необходимо обязательно при‑
нимать в расчет фиктивное количество воз‑
духа Qф, которое не связано с подаваемым
количеством воздуха Q, а полностью опре‑
деляется скоростью движения машины V.
В случае встречного движения машины
и воздушного потока (рис. 1c) в разбавле‑
нии выделяющихся примесей участвует
как поступающее, так и фиктивное количе‑
ство воздуха, в следствии чего баланс меж‑
ду количеством воздуха Q и выделением
примеси qвыглядит следующим образом:
Q + Qф = q / C,
Q = q / C + V S,
(9)
То есть количество подаваемого возду‑
ха должно быть увеличено по сравнению
со случаем неподвижного источника.
Учитывая тот факт, что в реальных усло‑
виях дизельные машины движутся с до‑
статочно высокими скоростями, опреде‑
ляющими большой удельный вес члена
VS в уравнениях (8) и (9), фактор движения
дизельной машины должен учитываться
при вентиляционных расчетах, как обяза‑
тельный. При этом технология проведения
транспортных работ должна организовы‑
ваться по возможности таким образом, что‑
бы движение машин и воздушных потоков
было встречным, во всяком случае для тех
режимов работы машин, когда наблюдает‑
ся максимальное выделение вредных при‑
месей (груженые машины). Кроме того оче‑
видно, должно быть ограниченным время
работы двигателей внутреннего сгорания
на стоянках машин, связанных с характе‑
ром технологических процессов (погруз‑
ка, разгрузка и т. п.)
2
Литература
1.Санитарные правила и нормы СанПиН
2.2.4.548 – 9 6 Гигиенические требова‑
ния к микроклимату производствен‑
ных помещений (Hygienic requiements
to occupational microclimate).
2.Единые правила безопасности при раз‑
работке рудных, нерудных и рассыпных
месторождений подземным способом
ПБ 03‑553‑03 Серия 03. Выпуск 12 / Колл.
Авт. — М.: Государственное унитарное
предприятие «Научно-технический центр
по безопасности в промышленности Гос‑
гортехнадзора России», 2002.
5 3