Производство депрессионной съемки на демонстрационном стенде: Методические указания для лабораторной работы по курсу ''Вентиляция шахт''

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФИЛИАЛ ГУ КузГТУ В Г. ПРОКОПЬЕВСКЕ КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ

ПРОИЗВОДСТВО ДЕПРЕССИОННОЙ СЪЕМКИ НА ДЕМОНСТРАЦИОННОМ СТЕНДЕ Методические указания для лабораторной работы по курсу «Вентиляция шахт» для студентов горных специальностей дневной и заочной форм обучения

Составители: Н. Т. Бедарев В. М. Камалов Р. А. Понкрашкин Утверждены на заседании кафедры АОТП ГУ КузГТУ Протокол № 3 от 22.10.2008 г. Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 280102 Протокол № 3 от 22.10.2008 г. Электронная копия находится в библиотеке филиала ГУ КузГТУ в г. Прокопьевске

Прокопьевск 2009

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры аэрологии, охраны труда и природы, ГУ КузГТУ Александр Феоктистович Галанин

2

СОДЕРЖАНИЕ 1. Цель работы............................................................................................ 4 2. Общие теоретические положения ........................................................ 4 3. Краткое описание депрессионных съемок .......................................... 6 3.1. Депрессионная съемка микроманометрами ................................. 6 3.2. Депрессионная съемка микробарометрами и микробаронивелирами ................................................................ 8 4. Демонстрационный стенд для производства депрессионной съемки ........................................................................ 10 5. Порядок выполнения работы.............................................................. 12 6. Техника безопасности ......................................................................... 15 7. Контрольные вопросы ......................................................................... 15 Литература ................................................................................................ 15

3

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Приобретение навыков проведения депрессионной съемки и построения депрессионной диаграммы. 2. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Депрессионная съемка в шахтах производится для установления распределения депрессии по сети выработок и определения аэродинамического сопротивления отдельных выработок (узлов) и всей шахты. Данные, полученные при депрессионной съемке, позволяют обнаружить «узкие места» в вентиляционной сети, выявить резервы и внести поправки в расчетные схемы [1, 3]. Комплекс работ по установлению распределения общешахтной депрессии по горным выработкам проводится для решения следующих задач: ƒ установление распределения депрессии по всем или некоторым (наиболее трудным) направлениям вентиляционных струй; ƒ определение сопротивления отдельных выработок и сетей; ƒ определение коэффициента аэродинамического сопротивления (α) для отдельных типов шахтных выработок; ƒ составление расчетной схемы вентиляционной сети шахты или отдельного участка. Маршрут депрессионной съемки должен проходить в направлении движения воздушной струи от пункта входа на поверхность. При выборе маршрутов съемки основным считается направление движения воздуха, имеющего максимальную депрессию, при этом направление выбирается по выработкам, в которых отсутствуют вентиляционные окна. Длины маршрутов и количество станций в маршрутах выбираются из расчета окончания съемки в течение одной смены. В исключительных случаях допускается использование двух бригад, последовательно сменяющих друг друга. В зависимости от характера решаемой задачи маршруты съемки намечаются либо по всем направлениям движения воздуха, либо по некоторым из этих направлений. 4

При выборе местоположения замерных станций необходимо руководствоваться следующими соображениями: ƒ станции для замеров должны выбираться не очень близко от стволов и вентиляционных дверей, чтобы колебания давлений от движения клетей и от закрывания и открывания дверей не сказывались на показаниях приборов; ƒ учитывать размеры шкалы и точность прибора, измеряющего давление воздуха; ƒ учитывать скорость движения воздуха по выработке. При больших скоростях станции замеров следует размещать чаще; ƒ точки замеров размещать перед и после суженных и загроможденных участков выработок; ƒ отмечать в точках замеров высотные отметки; ƒ отмечать в журнале наличие вентиляционных устройств и местных сопротивлений. Выбор типа приборов для депрессионной съемки зависит от способа ее производства (табл. 2.1). При производстве съемки непосредственным замером депрессии необходимо использовать микроманометры типа ММН с резиновыми трубками, воздухомерные трубки. При производстве съемки замером давлений воздуха в точках с последующим определением депрессии необходимо иметь приборы для замера давления: микроманометры, микробаронивелиры, барометры анероиды. Во всех случаях необходимо иметь анемометры, психометры, секундомеры, часы, рулетки, журналы для записей наблюдений. Таблица 2.1 Параметры и приборы для депрессионной съемки № п/п

Параметры

1

Р – давление

2 3

S – площадь L – длина, периметр

Единицы измерения мм рт. ст., Па м2 м 5

Приборы барометр, барограф, микробарометр рулетка рулетка

Продолжение таблицы 2.1

№ п/п 4

5

Параметры

Единицы измерения

Приборы

м/с

анемометр (чашечный, крыльчатый), ТАММ-20

V – скорость воздуха

α – коэффициент аэроди-

кг⋅ с2 м4

намического сопротивления

6

γ – объемный вес воздуха

7

t – время

8

Т – температура

9

h – депрессия

кг м3 с

град кг м2 мм рт. ст., Па

мм вод. ст.,

секундомер термометр, психометр депрессиометр, барометр, воздухомерные трубки и др.

Нормативность величины депрессии в шахтах Максимальная статистическая депрессия шахты, как правило, ограничивается 300 мм вод. ст. Для сверхкатегорных шахт, по газу и мощностью 4000 т в сутки и более при соответствующем основании допускается до 450 мм вод. ст. При депрессии шахты до 150 мм вод. ст. следует принимать осевые вентиляторы, при 150-300 мм вод. ст. – осевые и центробежные, а свыше 300 мм вод. ст. – центробежные. Не реже одного раза в три года должны производиться депрессионные и газовые съемки [2]. 3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ДЕПРЕССИОННЫХ СЪЕМОК 3.1. Депрессионная съемка микроманометром Этот способ съемки основан на непосредственном измерении депрессии всей выработки или отдельного ее участка между двумя пунктами. По выработке прокладывается резиновая трубка, перед или 6

за замерным участком устанавливается в горизонтальном положении микроманометр и к нему присоединяются резиновые трубки. Свободные концы трубок при замерах устанавливаются поперек воздушного потока. Длина участка принимается равной 100 м. Перед измерением обязательно следует проверить, отсутствие в трубках микроманометра пузырьков воздуха, а в резиновых – капель воды. Для этого присоединяем к штуцеру резервуара микроманометра резиновую трубку, устанавливаем трубку микроманометра в вертикальное положение и, вдувая воздух через резиновую трубку, поднимаем столбик жидкости в верхнее крайнее положение. При наличии пузырьков последние будут перемещаться по трубке микроманометра. В комплекс работ по съемке данным способом входят следующие операции: 1. Намечается маршрут депрессионной съемки, пункты замера 1-2, 2-3 и т.д. 2. При помощи резиновых трубок микроманометр соединяется с соседними пунктами замера (1-2, 2-3 и т.д.) и снимаются показания прибора. 3. Определяется депрессия участка выработки по формуле: где:

h = hм ⋅К ± Δh,

(3.1)

hм К

– показания микроманометра, мм; – коэффициент, учитывающий угол наклона измерительной трубки прибора и удельный вес спирта; Δh – поправка на скорость движения воздуха (если скорость воздуха по ходу струи уменьшается, то поправка берется со знаком «плюс» и наоборот):

h = hм ⋅ К ±

V22 −V12 ⋅ ρ, 2g

(3.2)

где ρ – плотность воздуха, кг/м3 (ρ=1,2). 4. Измеряется расстояние между замерными пунктами, температура, скорость движения воздуха, депрессия. Результаты замеров заносятся в табл. 5.1. 5. По данным табл. 5.1 составляется депрессионная диаграмма. 7

При построении депрессионной диаграммы по оси ординат показывается депрессия выработки, а по оси абсцисс длина выработки. Угол наклона линии между пунктами замера характеризует аэродинамическую трудность проветривания выработки. Чем больше угол наклона линии, тем труднее проветривание выработки и наоборот. Аэродинамический коэффициент любого участка выработки определяется по формуле: h⋅S . а= (3.3) l ⋅ P ⋅V 2

На основании депрессионной съемки разрабатываются меры по улучшению проветривания шахты. 3.2. Депрессионная съемка микробарометром и микробаронивелиром

Способ определения депрессии по разности между абсолютными давлениями предполагает измерение в двух соседних точках абсолютного барометрического давления с последующим вычислением депрессии. Достоинством метода является возможность выполнения съемки за сравнительно короткий срок, так как вентиляционный режим не остается постоянным в течение длительного времени. Затраты времени и средств на полевые работы (по сравнению со съемкой микроманометром в сочетании со статическими трубками) уменьшаются в 3-4 раза. Недостатками метода являются сложность обработки первичных материалов, обусловленная необходимостью введения нескольких дополнительных поправок (на превышение высот между замерными станциями, на изменение атмосферного давления за время между двумя смежными замерами), и возможность получения значительных погрешностей из-за изменения вентиляционного режима во время перехода от одной точки к другой. Порядок производства депрессионной съемки при данном способе заключается в следующем: 1. Выбирается маршрут депрессионной съемки 2. Прибор последователю переносится в пункты замера 1, 2, 3 и т. д., где берутся отсчеты давления. 3. Определяется депрессия между соседними пунктами по формуле: 8

(3.4)

h=(P1–P2)⋅13,6, где Р1, Р2 – отсчеты абсолютного давления, мм рт. ст.

При быстром измерении давления барометром следует учитывать, что его показания несколько запаздывают. Поэтому перед измерением прибор надлежит выдерживать 10-40 мин. Если замеры производятся в наклонной или вертикальной выработке, то в уравнение (3.4) необходимо вводить поправку, учитывающую превышение одного замерного пункта над другим. На показания барометра при съемке оказывает влияние измерение атмосферного давления, поэтому за ним необходимо вести наблюдение, а в результаты замеров вносить соответствующие поправки. Если в пунктах замера воздушный поток имеет различные скорости движения, то следует вводить поправку на разность скоростных давлений. С учетом всех поправок формула (3.4) записывается так:

(

)

⎤ V 2 − V22 ⋅ γср ⎡ γ ⋅H ⎞ ⎛ ⎟⎟ ± (P ′к − P"к )⎥ ± 1 h = 13,6 ⎢ P1 − ⎜⎜ P2 ± ср , (3.5) 13,6 ⎠ 2g ⎝ ⎦ ⎣ где: γср – средняя плотность воздуха на участке, кг/м3; Н – превышение высотных отметок пунктов измерений, м; Р'к , Р"к – давления по контрольному барометру во время замеров в первом и втором пунктах, мм рт. ст.; V1, V2 – скорость воздуха в пунктах замера, м/с; знак «плюс» ставится при возрастании давления, а «минус» – при уменьшении.

Камеральные работы съемки заключаются в обработке данных и разработке мероприятий по улучшению проветривания. В предлагаемых методических указаниях предусматривается проведение депрессионной съемки с помощью депрессиометра и микроманометра на демонстрационном стенде, что дает возможность получить наглядное представление о производстве депрессионной съемки с построением депрессионных диаграмм, а также с возможностью определения действительных значений коэффициента аэродинамического сопротивления участка канала стенда. 9

4. ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕПРЕССИОННОЙ СЪЕМКИ

Рис. 4.1. Схематичный разрез стенда

Рис. 4.2. Фото вентиляционного стенда (печи)

10

Рис. 4.3. Фото приборов (депрессиометра и микроманометра), закрепленных на стенде

На рис. 4.1 представлен разрез стенда по основному маршруту направления движения воздуха, имеющего максимальную депрессию. В действительности это дымоход трехоборотной печи с сечением колодцев 20×20 см. В данном случае используется часть дымохода с расположением колодцев (каналов) в одной плоскости. На рис. 4.1 показаны точки замера депрессии, выбранные согласно ГОСТу [4], 1-2-3 (канал 1), 4-5 (канал 2), 6-7 (канал 3), 8-диффузор вентилятора ВЦ-0,6. Точки замера 1-7 – это отверстия d = 8 мм, пробуренные через кирпич в каналы (1-3), а точка 8 – отверстие в диффузоре вентилятора (d = 8 мм). На рис. 4.1 также показаны шиберы А, Б, В, с помощью которых (кроме отверстия «0») можно создавать дополнительные отверстия различного сечения и, таким образом, получать различные депрессионные диаграммы. Для измерения скорости движения воздуха и температуры в каналах (1, 2, 3) используется прибор ТАММ-20 (термоанемометр, микроманометр), так как его датчики можно вводить в каналы через отверстия d = 8 мм. Для измерения депрессии в точках 7, 8 используется U-образный депрессиометр и микроманометр, закрепленные на поверхности каналов (стенки печи) – рис. 4.4 и рис.4.5.

Рис. 4.4

Рис. 4.5

Депрессиометр представляет собой U-образную трубку, заполненную дистиллированной водой до нулевой отметки шкалы. Давления передаются по шлангам на оба колена трубки, после чего разность уровней 11

жидкости численно равна депрессии (в мм вод. ст.). Точность измерения – 1-2 мм вод. ст. Депрессиометры могут быть выполнены с записывающим устройством. Микроманометр действует по тому же принципу, что и депрессиометр, только одно его колено выполнено в виде широкого резервуара 1, а другое – в виде узкой измерительной трубки 2. При этом точность отсчета повышается. Измерительная трубка может быть подвижной или неподвижной. Прибор заполняется этиловым спиртом. Замеряемая депрессия равна h = Н · К · П · ξ, мм вод. ст., где: Н – отсчет по уровню жидкости в измерительной трубке; К – постоянная прибора; в зависимости от угла наклона измерительной трубки имеет значения 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8; П – коэффициент, учитывающий изменение удельного веса спирта в зависимости от температуры; ξ – поправочный коэффициент микроманометра. Погрешность измерений составляет ± 0,5÷1% от верхних пределов измерения. Для измерения скорости движения воздуха в точке «0», при открытии шибера «А» используется анемометр крыльчатый (V = 0-4 м/сек), а на выходе из диффузора вентилятора (ВЦ-0,6) используется анемометр чашечный (V = 4-20 м/сек). 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Преподаватель дает пояснения о цели работы и порядке ее выполнения. Демонстрирует схему движения воздуха от точки «0» до точки «8» по каналам стенда. Кратко излагает принцип работы приборов ТАММ-20, анемометров чашечного (на выходе из вентилятора) и крыльчатого (при открытом шибере «А»). Для упрощения определения коэффициента перевода замеренной депрессии микроманометром в фактическую депрессию (при закрытых шиберах «А», «Б», «В») перед производством депрессионной съемки 12

производится замер депрессии в точке «7» U-образным депрессиометром и микроманометром. В среднем величина депрессии в точке «7», замеренная микрометром, колеблется в пределах 39-41(средняя 40), а U-образным депрессиометром – в пределах 29-27 мм вод. ст. (средняя 28); таким образом, фактическая депрессия, замеренная в точках «1-8», должна корректироваться из условия 40/28=1,42. Однако, депрессионная диаграмма должна строится в величинах полученных микродепрессиометром, т. к. при делении данных на 1,42 получаются величины менее 1 мм вод. ст. Далее составляется таблица замера параметров при депрессионной съемке микроманометром согласно рис. 4.1. Пролеты «0-1» и «7-8» студенты замеряют с помощью рулетки. Скорость движения воздуха и температура измеряется прибором ТАММ-20. Данные заносятся в процессе выполнения работы в табл. 5.1, причем скорость движения воздуха используется при определении аэродинамического коэффициента по формуле 3.3.

3,9

18

4,2

18

Депрессия участка, мм вод. ст.

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

Температура, Т, град

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Скорость, V, м/с

0,9 0,45 0,97 0,78 0,97 0,98 0,60 1,10

Периметр, Р, м

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8

Сечение, S, м2

Длина участка, L, м

Канал 1 Канал 1 Канал 1 Канал 1-2 Канал 2 Канал 2-3 Канал 3 Канал 3, вентилятор

№ участка

Наименование выработок

Пример производства депрессионной съемки при открытом отверстии (0) и закрытых шиберах «А», «Б», «В». Таблица 5.1 Замеры параметров депрессионной съемки

20 20 21 23 24 24 24 41

По полученным результатам (табл. 5.1) коэффициент аэродина13

мического сопротивления канала на участке 2-3 составит: α1−3 =

h⋅S 21 ⋅ 0,04 кг ⋅ сек 2 = = 0 , 05 L ⋅ P ⋅ v 2 1,42 ⋅ 0,97 ⋅ 0,8 ⋅ (3,9)2 м4

На основании табл. 5.1 строится депрессионная диаграмма (рис. 5.1). 0

0,9

1,35

2,32

3,1

4,07

5,05

0

5,65

6,75 L, м

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 h, мм вод. ст.

Рис. 5.1 Депрессионная диаграмма

Далее открывается один из шиберов «А», «Б», «В» и производится депрессионная съемка с получением новых величин депрессии, с внесением данных в таблицу, с новым поправочным коэффициентом и построением новой депрессионной диаграммы (на этом же чертеже штриховыми линиями). Кроме построения новой депрессиограммы можно приобрести навыки определения скорости V, м/сек., и количества воздуха Q, м3/сек, (Q = S·V).

14

6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Студент, выполняющий лабораторную работу, обязан соблюдать общие правила техники безопасности, установленные в лаборатории геомеханики и аэрологии. 7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

В чем заключается цель данной лабораторной работы? Цель депрессионной съемки в шахтах? Как выбирается основной маршрут? На каком расстоянии устанавливаются приборы в шахте? Назвать основные способы замера депрессии? Как определяется общая депрессия шахты? Какова периодичность производства съемки? ЛИТЕРАТУРА

1. Рудничная аэрология. А. С. Бурчаков, П. И. Мустель, К. З. Ушаков. – М.: Недра. 1971. – 376 с. 2. Правила безопасности в угольных шахтах – М.: НТЦПБ, 2003. 3. Производство депрессионной съемки. Методические указания для лабораторной работы. В. А. Колмаков, Кемерово, 2002. 4. ГОСТ 12.3.018-79 Системы вентиляционные, методы аэродинамических испытаний. 1. Метод выбора точек измерений.

15

Составители: Николай Тимофеевич БЕДАРЕВ Василь Марсельевич КАМАЛОВ Роман Александрович ПОНКРАШКИН Рецензент: Александр Феоктистович ГАЛАНИН

ПРОИЗВОДСТВО ДЕПРЕССИОННОЙ СЪЕМКИ НА ДЕМОНСТРАЦИОННОМ СТЕНДЕ Методические указания для лабораторной работы по курсу «Вентиляция шахт» для студентов горных специальностей дневной и заочной форм обучения

Сверстано и отпечатано в филиале ГУ КузГТУ в г. Прокопьевске. 653033, г. Прокопьевск, ул. Ноградская, 19а. Редактор: Н. П. Романцова Подписано в печать 09.01.09 г. Отпечатано на ризографе. Формат 60×84 1/16. Объем 1 п. л. Тираж 55 экз. Заказ 010.

16

17