Расчет сопротивлений горных выработок

1. Расчет сопротивлений горных выработок.

Цель работы: 

Для заданных условий выполнить расчет общего сопротивления горных выработок, провести сравнительный анализ результатов с целью выбора оптимальной схемы проветривания.

Теоретическая часть:

Шахтная вентиляционная система включает в себя совокупность горных выработок разного назначения и размеров, вентиляционные сооружения и источники движения воздуха – вентиляторы. При расчете параметров рудничной вентиляции для расчетов используют основной закон сопротивления, который имеет следующий вид:

где R – постоянная, характеризующая текущую жидкость (газ, воздух), размеры и шероховатость трубопровода; х – показатель степени, зависящий от режима движения воздуха (при турбулентном движении х=2, при ламинарном х=1).

Ламинарный вид движения – это воздушный поток, в котором струйки воздуха движутся в одном направлении и параллельны друг другу. При увеличении скорости до определенной величины струйки воздушного потока кроме поступательной скорости также приобретают быстро меняющиеся скорости, перпендикулярные к направлению поступательного движения. Образуется поток, который называется турбулентным, т. е. беспорядочным. Примеры видов движений представлены на рисунке 1.1.

[pic 2][pic 3][pic 4]

Рисунок 1.1 — Изображение ламинарного и турбулентного видов движений

Сопротивление трения

При движении воздуха в его потоке появляются силы трения под влиянием вязкости и эффекта прилипания. Так как стенки воздуховодов шероховаты, движущийся в них воздух оказывает давление на выступы шероховатости, т.е. появляется сила давления. Результирующая сила называется силой трения, а вызываемое ею сопротивление – сопротивлением трения.

В рудничной аэрологии выведена формула, связывающая количество проходящего по выработке воздуха Q с потерей напора h, размерами и шероховатостью стен выработки:

где α – коэффициент аэродинамического сопротивления трения, Н·с2/м4; L и Р – соответственно длина и периметр выработки, м; S – площадь поперечного сечения выработки, м2; Q – количество воздуха, м3/с.

Из выражений (1) и (2) следует, что сопротивление трения рассчитывается по формуле:

Местное сопротивление

Выработки, по которым движется воздух, не являются идеально прямолинейными, а имеют множество поворотов, изменений сечений, сопряжений и т. д., что тоже требует затрат энергии потока на их преодоление. Такое сопротивление называется местным.

[pic 7][pic 8]

Рисунок 1.2 — Виды местных сопротивлений

К местным относятся сопротивления, вызываемые резкими изменениями формы, размеров и направления внешних границ потока (внезапные расширения, сужения, повороты, вентиляционные окна, места разветвления выработок, кроссинги, каналы вентиляторов и др.). Если выработка, по которой идет воздух, резко меняет свое направление или форму, то в месте этого изменения сопротивление выработки значительно увеличивается. Формула для расчета местного сопротивления имеет следующий вид:

где  – плотность воздуха, кг/м3;  – площадь поперечного сечения выработки, м2, ξк  – коэффициента местного сопротивления.[pic 10][pic 11]

Значение коэффициента местного сопротивления рассчитывается по следующей формуле

где x – поправочный коэффициент, принимается равным 0,55;  – угол поворота выработки (рисунок 1.3), град.[pic 13]

[pic 14][pic 15]

Рисунок 1.3 — Повороты горных выработок

Лобовое сопротивление

При движении воздух может встречать на своем пути различные предметы, оборудование, горные машины, вентиляционные сооружения, элементы крепи. Данные объекты создают препятствие потоку, и он теряет часть своей энергии на обтекание этих препятствий. Реальное лобовое сопротивление могут создавать, например, конвейер, дизелевоз, вагонетка, самоходный вагон, даже группа людей, стоящих в выработке. Зачастую в выработках производится временное складирование материалов, частично перекрывающее сечение. Во всех случаях воздушный поток оказывает скоростное давление на препятствие. Такой вид сопротивления называется лобовым.