ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ
DOI:
https://doi.org/10.7242/echo.2023.3.20Ключевые слова:
аэродинамическое сопротивление, коэффициент шероховатости, тепловая депрессия, конвекция, сдвиговое трение, диссипация энергии, вертикальная стратификация, устойчивость, приближение идеального газаАннотация
Проведѐн анализ факторов, определяющих потери депрессии на проветривание горных выработок. Показано, что аэродинамические сопротивления участков рудника подразделяются на три категории – линейные, лобовые и местные, обусловленные трением воздуха о стенки выработок, препятствиями на пути его движения и изгибами, сужением-расширением, слиянием-разделением воздушного потока в сопряжениях. Отмечено, что тепловые факторы фигурируют в вентиляционных расчѐтах исключительно в виде тепловых депрессий, эквивалентных источникам тяги в вертикальных и наклонных выработках с переменной температурой воздуха, в горизонтальных же выработках влияние источников выделения тепла на проветривание считается не значительным и в расчѐтах не учитывается. Сделана аналитическая оценка потерь энергии на проветривание выработки с источником выделения тепла по фактору увеличения скорости движения воздуха в результате его теплового расширения. Проведено численное моделирование движения воздуха в горизонтальной выработке с повышенной температурой пород за счѐт действия заданного перепада давлений. На основании результатов аналитического и численного моделирования установлено, что увеличение аэродинамического сопротивления выработки с тепловыделением обусловлено двумя механизмами. Тепловое расширение воздуха с увеличением скорости его движения приводит к заметному росту падения депрессии при высоких перепадах температур, свойственных аварийным режимам проветривания, связанных с рудничными пожарами. Численно установлено также наличие резкого роста аэродинамического сопротивления выработки, более чем в 2 раза, в узком интервале низких перепадов температур, связано с неустойчивостью границы раздела между двумя потоками воздуха разной скорости. По результатам проведѐнных исследований сделан вывод о необходимости учѐта дополнительных потерь депрессии при проветривании выработок с источниками выделения тепла.
Библиографические ссылки
Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение. – 1992. – 672 с.
Мохирев Н.Н., Радько В.В. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. – М.: Недра, 2007. – 324 с.: ил.
Харев А.А. Местные сопротивления шахтных вентиляционных сетей. – М.: Углетехиздат – 1954. – 248 с.: ил.
Левин Л.Ю., Семин М.А., Клюкин Ю.А. Расчет местных аэродинамических сопротивлений в моделях вентиляционных сетей шахт и рудников // Изв. Тульского гос. ун-та. Науки о Земле. – 2018. – № 3. – С. 265-278.
Казаков Б.П., Шалимов А.В., Стукалов В.А. Моделирование аэродинамических сопротивлений сопряжений горных выработок // Горн. журн. – 2009. – № 12. – С. 56-58.
Медведев Б.И. Тепловые основы вентиляции шахт при нормальных и аварийных режимах проветривания. – Киев, Донецк: Вища школа. – 1978. – 154 с.: ил.
Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: [учебник]. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1987. – 421 с.
Казаков Б.П., Шалимов А.В., Сѐмин М.А., Гришин Е.Л., Трушкова Н.А. Конвективная стратификация воздушных потоков по сечению горных выработок, ее роль в формировании пожарных тепловых депрессий и влияние на устойчивость проветривания // Горн. журн. – 2014. – №12. – С. 105-109.
Шалимов А.В. Устойчивость адвективного движения воздуха в горизонтальных горных выработках
с источниками выделения тепла // Горное эхо. – 2020. – № 2 (79). – С. 123-129. – DOI:10.7242/echo.2020.2.24.
Венгеров И.Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. Т. 1. Анализ парадигмы. –
Донецк: Норд-Пресс, 2008. – 632 с.
