Основное отличие шахтных вентиляторов
от вентиляторов, применяющихся в других
отраслях промышленности – большая производительность
при довольно высоких параметрах по давлению.
Производительность этих вентиляторов
может доходить до 500 - 600 м3/с, величина
разности давления, создаваемая шахтными
вентиляторами, ограничивается значением
0,5 – 10,0 кПа. Степень сжатия воздуха вентилятором
– 1,1. Это позволяет считать воздух несжимаемым
в расчетах, связанных с работой вентилятора.
По своему назначению шахтные
вентиляторы условно подразделяются на
три группы:
- главные вентиляторы, обслуживающие
вентиляционную сеть всей шахты
или большей ее части;
- вспомогательные вентиляторы,
обслуживающие значительную часть
вентиляционной сети шахты или
работающие совместно с главным;
- вентиляторы местного
проветривания (ВМП), обеспечивающие
воздухом отдельный забой, выработку
или рабочее место.
В качестве главных и вспомогательных
могут применяться одни и те же вентиляторы
значительных размеров. ВМП составляют
отдельную группу вентиляторов, отличающихся
небольшими размерами, малой мощностью
привода и, как правило, небольшой производительностью.
Конструкции шахтных вентиляторов.
Все выпускающиеся для горной
отрасли вентиляторы относятся по конструкции
к так называемым «лопастным нагнетателям».
В вентиляторах этого типа энергия вращающегося
ротора преобразовывается в потенциальную
и кинетическую, в свою очередь сообщаемые
перемещаемому воздуху.
Лопастные вентиляторы в соответствии
с характером движения воздуха в них и
формы ротора (рабочего колеса) подразделяются
на осевые и радиальные, последние более
известны как центробежные.
1) Осевые вентиляторы. Осевой
вентилятор (рисунок 8) состоит из:
1. Рабочего колеса (РК), на втулке
которого закреплены профильные (в форме
крыла самолета) лопатки;
2. Рабочее колесо вращается
в цилиндрическом корпусе или,
как его часто называют, кожухе;
3. За рабочим колесом
располагается спрямляющий аппарат
(СА) с неподвижными лопатками;
4. Вращающееся рабочее
колесо с помощью лопаток передает
энергию привода перемещаемому
воздуху. Лопатки рабочих колес
изготавливаются из стали или
пластмасс (для вентиляторов малых
размеров);
5. Коллектор;
6. Диффузор.
Рисунок 8 – Схема осевого вентилятора
1– рабочее колесо;
2 – лопатки рабочего колеса;
3 – кожух;
4 – спрямляющий аппарат;
5 – коллектор;
6 – диффузор.
Принцип работы осевого вентилятора.
Вращающееся рабочее колесо
с помощью лопаток передает энергию привода
перемещаемому воздуху. Лопатки рабочих
колес изготавливаются из стали или пластмасс
(для вентиляторов малых размеров).
Лопатки рабочего колеса могут
иметь несимметричный или симметричный
профиль. Осевые вентиляторы с лопатками
рабочих колес симметричного типа являются
реверсивными, поскольку их производительность
не меняется при изменении направления
вращения рабочего колеса на обратное.
Вентиляторы с рабочими лопатками несимметричного
типа этим качеством не обладают, их производительность
при изменении направления вращения рабочего
колеса резко снижается, но эти вентиляторы
имеют хорошие аэродинамические характеристики
и повышенный коэффициент полезного действия.
Спрямляющий аппарат обеспечивает плавный
переход воздуха от лопаток рабочего колеса
к выходу в диффузор или сеть и частично
преобразует динамическое давление в
движущемся потоке воздуха в статическое
давление.
В конструкцию шахтных вентиляторов
вводятся два обтекателя, назначение которых
заключается в снижении аэродинамических
потерь, связанных с резким изменением
скоростей движения воздуха. Передний
обтекатель устанавливается во входном
коллекторе, перед рабочим колесом или
направляющим аппаратом, задний – после
спрямляющего аппарата, перед диффузором
или входом в вентиляционную сеть.
В осевых вентиляторах направление
движения воздушного потока совпадает
с осью вращения рабочего колеса. Воздух
засасывается в коллектор 5, проходит между
лопатками вращающегося рабочего колеса,
затем поступает в спрямляющий аппарат,
оттуда в диффузор 6 и выбрасывается в
атмосферу (при работе вентилятора на
всасывание).
Осевые вентиляторы могут быть
одноступенчатыми (с одним рабочим колесом)
и двухступенчатыми. В последнем случае
в кожухе вентилятора находятся две ступени,
работающие последовательно и имеющие
каждая свое рабочее колесо.
Между рабочими колесами находится
промежуточный направляющий аппарат (НА).
Конструктивно направляющий аппарат состоит
из неподвижных профильных лопаток или
профильных лопаток с регулируемым углом
установки. Назначение направляющего
аппарата – подача воздуха к рабочему
колесу, установленному за ним в определенном,
более эффективном направлении, и преобразование
значительной части кинетической энергии
потока (динамического давления) в потенциальную
(статическое давление). Спрямляющий аппарат
устанавливается за вторым рабочим колесом
по ходу струи. Обе ступени могут находиться
на одном валу или на отдельных валах (вентилятор
ВОД-16). Наличие двух ступеней позволяет
вентилятору развивать более высокое
давление.
Достоинства осевых вентиляторов:
- относительная простота конструкции;
- простота монтажа, меньшая
площадь под установку;
- простота реверса воздушной
струи (большинство современных осевых
вентиляторов вообще не нуждаются в устройстве
реверсивных каналов);
- относительно высокая производительность;
- более высокий коэффициент
полезного действия;
- удобство применения вентиляторов
этого типа в качестве
передвижных ВМП.
2) Центробежные вентиляторы.
Основу вентилятора (рисунок 9) составляет
рабочее колесо 1, между передним и задним
дисками которого закреплены профильные
крыловидные лопатки таким образом, что
их входная кромка располагается на окружности
меньшего радиуса, чем выходная хвостовая
часть. Рабочее колесо может быть с лопатками,
загнутыми вперед по ходу колеса, радиальными
и загнутыми назад, назначение рабочего
колеса – передавать энергию привода
вентилятора перемещаемому воздуху. Рабочее
колесо вращается в спиральном кожухе
2, выполненном из листовой стали. Улиткообразный
кожух предназначен для подачи воздуха
в определенном направлении и частичного
преобразования динамического давления
в потоке воздуха в статическое давление.
Воздух засасывается в вентилятор через
входной коллектор 3, в котором установлены
не вращающиеся, а только поворачивающиеся
каждая относительно своей оси лопатки
4 направляющего аппарата. Направляющий
аппарат предназначен для подачи воздуха
к рабочему колесу с определенной скоростью
и под определенным углом, это позволяет
регулировать рабочие режимы вентилятора.
Рисунок 9 – Схема центробежного
вентилятора
1– рабочее колесо;
2 – спиральный кожух;
3 – входной коллектор;
- – лопатки направляющего аппарата;
5– диффузор.
Принцип работы центробежного
вентилятора.
В рабочее колесо воздух входит
параллельно оси вала вентилятора, затем
под действием тяги, развиваемой лопатками,
и центробежной силы поворачивает на 90°,
проходит между лопатками, выбрасывается
в периферийную часть кожуха и выходит
через диффузор 5 в атмосферу (при работе
вентилятора на всасывание). Диффузор
является дополнительным преобразователем
динамического давления в потоке на выходе
из кожуха в давление статическое.
Центробежные вентиляторы могут
выполняться с односторонним или двусторонним
всасом. В последнем случае на валу вентилятора
устанавливается спаренное рабочее колесо,
соединенное втулками большего диаметра.
Воздух поступает на рабочее колесо с
двух сторон, из двух направляющих аппаратов.
Двустороннее всасывание позволяет разгрузить
подшипники вала от осевого давления и
уменьшить сопротивление движущемуся
воздуху во всасывающей части. Последнее
обстоятельство позволяет увеличить производительность
центробежного вентилятора.
Достоинства центробежных вентиляторов:
- высокая механическая надежность
и больший срок службы,
связанные с применением более
низких скоростей вращения рабочего колеса;
- высокая устойчивость и надежность
рабочих режимов, связанные с видом характеристик
этих вентиляторов;
- меньшая шумность при работе;
- относительно высокая депрессия;
- большая глубина регулирования;
-меньшая чувствительность
к загрязненному воздуху.
Выпускаемые для горной отрасли
вентиляторы могут одинаково эффективно
работать как на всасывание, так и на нагнетание.
Нужно отметить то,
что центробежные вентиляторы существенно
превосходят осевые по аэродинамическим
параметрам, развивают существенно большее
давление (в 2 / 3 раза больше, по сравнению
с осевыми вентиляторами) при том же диаметре
рабочего колеса, имеют более высокий
КПД, меньший шум. Основные элементы шахтных
вентиляционных установок
4.2 Естественная
тяга
Естественная тяга
– движение воздуха по выработкам под
влиянием естественная факторов: разности
плотности воздуха, ветра, капежа. Энергия,
которую получает единица объема воздуха
от источников, вызывающих естественную
тягу, называется депрессией естественной
тяги, определение которой является основной
задачей при изучении естественной тяги.
До появления вентиляторов
естественная тяга была единственным
средством проветривания шахт. В настоящее
время Правилами безопасности запрещена
вентиляция шахт за счет одной только
естественной тяги из-за неустойчивости
количества и направления движения поступающего
в шахту воздуха и недостаточности его
для вентиляции шахты. Однако естественная
тяга во многих случаях играет существенную
роль в вентиляции шахты. В зависимости
от условий депрессия естественной тяги
может достигать 20 – 25% депрессии вентилятора
главного проветривания. В ряде случаев
на шахтах были замерены значения дебита
естественной тяги, достигающие 6000м3/мин.
Естественная тяга
может затруднять работу вентилятора
или помогать ему. Пусть две вертикальные
выработки заполнены воздухом плотностью ρ1 и ρ2 и разделены сплошной перемычкой
(рисунок 10).
Рисунок 10 – Схема
к определению естественной тяги в двух
сообщающихся стволах при одинаковых(а)
и различных (б) высотных отметках их устьев
Допустим, что ρ1> ρ2. Определим аэростатическое
давление на разделяющую перемычку. Со
стороны ствола 1 давление на перемычку
равно:
ρ0+g ρ1H,
ρ0 – атмосферное давление;
g – ускорение свободного падения;
H – глубина ствола.
Со стороны ствола
2 давление равно:
ρ0+g ρ2H.
Разность давлений
равна g(ρ1 – ρ2)H. Если удалить разделяющую перемычку,
то воздух в рассматриваемых выработках
придет в движение под действием разности
давлений, т.е. появится естественная тяга,
депрессия которой выразится в виде h0=g(ρ1 – ρ2)H.
Таким образом,
источником естественной тяги является
разность давлений в двух сообщающихся
вертикальных или наклонных выработках.
Естественная тяга может иметь место и
в одной выработке при расслоении воздушного
потока по плотности. Например, если при
проходке вертикальных стволов зимой
слои воздуха у стенок прогреваются теплом
горных пород и их плотность оказывается
меньше, чем плотность воздуха в центральной
части ствола, вследствие чего воздух
у стенок имеет тенденцию подниматься.
При работе вентиляторов местного проветривания
и сильном капеже может наблюдаться обратное
явление.
При различных высотных
отметках устьев стволов необходимо сравнить
давления столбов воздуха одинаковой
высоты. Так, для схемы, показанной на рисунке
10,б, депрессия естественной тяги выразится
в виде:
he=g(ρ1H1+ ρ2H2- ρ3H3).
Отсюда следует,
что естественная тяга имеет место в том
случае, если средние плотности воздуха
в двух сообщающихся вертикальных столбах
различны. При этом движение воздуха происходит
от столба с большей плотностью воздуха
к столбу с меньшей плотностью воздуха.
Такое же направление имеет и депрессия
естественной тяги [3, c.144-145].
5 Прогноз
высокоопасности выбросов угольных пластов
Прогноз выбросоопасности
угольных пластов производится на следующих
этапах освоения месторождения:
1. При геологоразведочных
работах;
2. При вскрытии
пластов стволами, квершлагами и
другими полевыми выработками;
3. При ведении
подготовительных и очистных
работ (текущий прогноз).
Прогноз выбросоопасности
пластов при ведении геологоразведочных
работ производится геологоразведочными
организациями по специальному руководству,
согласованному с Мак НИИ. Прогноз выбросоопасности
пластов в месте вскрытия производится
в следующем порядке:
Для исключения
возможности неожиданного вскрытия пласта
бурятся разведочные скважины, при этом
разведанная толща пород между пластом
и выработкой должна быть не менее 5 м;
При приближении
забоя вскрывающей выработки на расстояние
не менее 3 м. по нормали к угольному пласту
бурят разведочные скважины для отбора
проб угля, и устанавливают выбросоопасность
пласта на основе следующих показателей:
-выходу летучих
веществ, %;
-зольности угля,
%;
-начальной скорости
газоотдачи;
-содержанию
гелия, метана и высших углеводородов,
% ;
-разрушаемости
керна, мм-1;
- давлению газа,
кг/см2;
- скорости газовыделения,
л/мин;
- мощности пласта,
м;
- числу угольных
пачек.
Выбросоопасность
определяется по шкале признаков выбросоопасности,
которая учитывает и кодирует все отмеченные
выше признаки. Например: давление газа
в пласте до 35 атм. Кодируется цифрой «0»
и считается не опасным, а давление более
35 атм. цифрой «1» и считается опасным и
т. д.