Расчет утечек воздуха в шахтах

При современном состоянии техники полностью устранить утечки воздуха невозможно. Поэтому их необходимо учитывать при расчете количества воздуха необходимого для проветривания очистных забоев, выемочных участков, тупиковых выработок, камер и вентиляционной сети в целом. Существуют два основных метода расчета утечек – аналитический и по нормам.

Аналитический расчет основан на использовании закона сопротивления при утечках

h=R_ут Qⁿ (11.4)

где h – депрессия путей утечек;

R_ут – аэродинамическое сопротивление путей утечек;

Q – расход воздуха при утечках;

n.-.показатель степени характеризующий режим движения воздуха при утечках.

Из равенства (11.4) расход воздуха при утечках определится по формуле

Q= (11.5)

Режим движения воздуха при утечках может быть либо турбулентным (в крупных трещинах и щелях), либо ламинарным (при фильтрации). Часто при фильтрации в одних каналах наблюдается турбулентное движение, в других – ламинарное. В результате во всем объеме фильтрации режим движения оказывается промежуточным. Соответственно этому при утечках возможен линейный, квадратичный или промежуточный закон сопротивления, т. е. 1< n< 2.

Для расчета величины утечек воздуха по формуле (11.5) необходимо знать значения величин h, R_ут и n, которые иногда определить невозможно. Например, для того, что бы определить депрессию путей утечек, необходимо знать расход воздуха в вентиляционной сети, а расход воздуха зависит от величины утечек. Поэтому, аналитический метод расчета утечек воздуха не имеет широкого применения в практике.

В настоящее время широко применяются расчеты утечек воздуха, основанные на нормах утечек, определяемых экспериментально. Нормы утечек зависят от типа сооружения, его конструкции, материала, размеров, состояния вмещающих пород, депресси, под которым находится сооружение.

Сущность расчета состоит в умножении норм утечек на число объектов утечек данного типа в шахте. Затем утечки по разным типам объектов суммируются, и определяется их общая величина для шахты. Для такого расчета необходимо иметь схему вентиляции шахты.

Нормы утечек воздуха для различных типов вентиляционных сооружений представлены в Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт.

При расчете необходимой производительности вентиляторов главного проветривания внешние утечки воздуха могут определяться по нормам или учитываться коэффициентом внешних утечек.

Если утечки воздуха определяются по нормам, то подача вентиляционной установки (Q_в), рассчитывается по формуле

Q_в=Q_ш+ (11.6)

где Q_ш – расход воздуха, поступающий из шахты к данному вентилятору;

– утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал.

Утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал определяются в зависимости от площади наружных стен и перекрытий надшахтного здания и площади поперечного сечения канала [5]. Если эти величины заранее не известны, то ориентировочно, необходимую подачу вентилятора можно определить по формуле

Q_в=Q_ш k_ут.вн (11.7)

где k_ут.вн – коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные сооружения и каналы вентиляторов, следует принимать равными: для случав установки вентиляторов на скиповом стволе 1.25; на клетевом – 1.2; на стволах и шурфах, не используемых для подъема – 1.1; на шурфах, используемых для подъема и спуска материалов – 1.3.