Лекция 14

Сопротивление горных выработок движению воздуха

1 Сопротивление трения. Коэффициент сопротивления трения

Воздух, проходящий по выработкам, преодолевает сопротивление трения о стенки выработки и местные сопротивления, к которым относятся повороты струи, внезапные сужения выработок, их сопряжения и др.

Закон сопротивления в рудничной вентиляции описывает связь между потерей давления и расходом воздуха (скоростью) в горной выработке. Эта зависимость определена экспериментально и, в общем случае, имеет вид

h = R Qⁿ

где R – коэффициент сопротивления;

n – показатель степени, зависящий от режима движения.

Величина показателя степени определяет тип движения – ламинарное или турбулентное. При ламинарном, показатель степени равен 1, а при турбулентном – 2. В некоторых случаях возможны промежуточные значения. При фильтрационном просачивании воздуха через целики, трещины в массиве, обрушенные породы величина показателя меняется от 1 до 2.

Депрессия, необходимая для преодоления сопротивления трения при движении воздуха по горным выработкам, определяется по формуле

где L– длина выработки, м;

– коэффициент сопротивления трения;

Р_в – периметр выработки, м.

Коэффициент определяется опытным путем.

Входящая в формулу величина называется аэродинамическим сопротивлением трения и обозначается буквой R. Следовательно, формулу для определения депрессии можно записать следующим образом

h=RQ²,

откуда

R=h/Q²

Единица сопротивления Rназывается киломюргом (к ).

Сопротивление Rопределяется только размерами, шероховатостью и длиной выработки, независимо от количества проходящего по ней воздуха, и характеризует трудность проветривания выработки.

Наиболее эффективным способом снижения коэффициента трения являются:

– для незакрепленных выработок – торкретирование бетоном боковых поверхностей, применение пластмассовых покрытий;

– для выработок с рамной крепью – обшивка крепи досками, заполнение пространства между рамами чурками, бетонными плитами;

– увеличение сечения выработок.

2 Местные сопротивления

Местные сопротивления в шахте встречаются в виде поворотов, внезапных расширений и сужений выработок, стоящих и движущихся вагонеток и поездов.

Депрессия, необходимая для преодоления местных сопротивлений, вычисляется по формуле

где – коэффициент местного сопротивления, определяемый опытным путем для каждого сопротивления при конкретных скоростях воздушной струи (принимается по таблицам);

v – средняя скорость движения воздуха до или после местного сопротивления, м/с.

3 Сопротивление канала вентилятора

Сопротивление канала вентилятора (выработки, соединяющей вентиляционный ствол с вентилятором главного проветривания) складывается из сопротивления поворота струи с одновременным ее сужением, сопротивления трения о стенки канала и поворота канала к вентилятору. Берутся по таблице или для канала большого поперечного сечения R=0, 5–2 ; для среднего сечения R=5–10 .

4 Лобовые сопротивления

Лобовым называется сопротивление, оказываемое потоку находящимся в нем телом, размеры которого поперек потока значительно превосходят размеры выступов шероховатости (элементов крепи). Это – сопротивление армировки ствола, вагонеток, стоек крепи в лавах. Аэродинамическое сопротивление определяется по формуле

где с – безразмерный коэффициент лобового сопротивления;

S_м– миделево сечение тела, т.е. площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения, м².

Коэффициент лобового сопротивления в горных выработках определяется формой и шероховатостью поверхности тела сопротивления и взаимным расположением тел. Величина этого коэффициента может быть значительно снижена, если придать телу обтекаемую форму.