Способ моделирования процессов проветривания горных выработок и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХЕЕСПУЬЛИН 9) ЯО 1) 1 1 4(5) Е 21 Р 1/О ОМИТЕТ СССР РЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙАРСТВЕННЫИЛАМ ИЗОВ СбЬ 311 Л ЕНТнс 11 Я 1 ЕСИНА ЛИ 07И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ(71) Уральский фисследовательскогогалургни того воздуха итиллиров аннойтвующей темпераотброса, при ки смеси предварительно сж дозированного количества ди воды температурой, соответс туре взрывных газов в зон том измеряют относительну юл У 9ов, И. И, Медведев, А.уляк и О, Л. Васильевилиал Всесоюзного научии проектного института С. Бавлажность нтрацию вредныхыражения духа и определяют ко в из математрческого С-= сьЧ(56) 1, Авторское свидетельство СССРУ 637535, кл. Е 21 Г 1/02, 1977.2, Олишевский А. Г. Исследование и совершенствование проветривания очистныхзабоев после взрывных работ в условиях.Стебниковского месторождения калийных солей. Авторефдис.на соиск.) учен, степениканд. технич. наук, Л., ЛГИ, 1979, с, 7. (54) СБОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ. ПРОВЕТРИВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ моделирования процессов проветривания горньи выработок, включающий подачу в модели горной выработки рабочей среды, имитацию взрыва и определениеконцентрации вредных газов,. о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и обеспечения непрерывности измерения концентрации примесей с одновременным уменьшением влияния возмущений на процесс проветривания за счет использования в качестве рабочей среды воз- духа, воздух в модель горной выработки подают с заданной начальной относительной :влажностью, а имитацию взрыва осуществля, ют путем выпуска в модель горной выработ 2, Устройство для моделирования процессов проветривания горньи выработок, включаю щее модель оцистной горной выработки, сое- ф диненную при помощи соедннительньи трубок уу с ротометрами и регуляторами расхода, преобразователи температуры и средство для имитации взрыва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройсщо снабжено емкостью с насыщенными растворами солей, установленной перед ротаметрами, термостатом, установленным после ротаметров, и преобразователями влажности, установленными внутри модели горной выработки,3. Устройство поп.2, о тл и ч ающ е е с я тем, что средство для имитации взрыва выполнено в виде керамических трубок с помещенными внутри злектронагревательными элементаьш, подключенными к авто мату электрошпания, н снабжено баллоном дл сжатого воздуха, который при помощи соединительной трубки с клапаном подсоединен фь к керамическим трубкам.Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для исследования процессов распространения и вы. носа вредных газов, образующихся при проведении взрывных работ в горных выработ. к ах.Известен способ моделирования проветривания карьеров, заключающийся в создании вертикальной вентиляционной струи, взаимо. действующей с рабочей средой модели, в ка О честве которой использована вода, а для создания подобия распределения плотности в атмосфере используются растворы тяжелых солей с одновременным нагревом верхних слоев рабочей среды и охлаждением нижних, Устройство для осуществления этого способа состоит из модели карьера и прилегающего воздушного бассейна, нагревателя, холодильника, системы подготовки и подачи воды в насадок для создания вертикальной струи, датчи. 20 ков, для измерения температуры, концентрации солей и скорости движения воды в струе 1 3Недостатками этого способа и устройства являются невозможность моделирования процессов проветривания подземных. горных выра боток после взрывных работ, невозможность соблюдения" полей скорости движения, температуры и концентрации примеси прн ламинарных и переходных режимах движения среды30 из-за различия физических свойств воздуха и воды.Наиболее близким техническим решением, к изобретению является способ моделирования процессов проветривания горных выработок, включающий подачу в модель горной вы-З 5 работки рабочей среды (воды) подогретой до комнатной температуры, имитацию взрыва путем свободного истечения в призабойное пространство модели подогретой до заданной температуры и покрашенной анилиновым краси. телем воды и определение концентрации вредных газов, Устройство для моделирования процессов проветривания горных выработок состоит из модели очистной горной выработ. ки, соединенной при помощи соединительных трубок с ротметрами и регуляторами расхода, преобразователей температуры и средства для имитации взрыва 2,1.1-едостатком известного способа и устройства для его осуществления является то, что использование воды в качестве рабочей Среды в модели, а раствора анилинового красителя для имитации взрывных газов не позволяет получить подобия полей скорости движе-ния, температуры и концентрации примеси иэ за несоблюдения основных критериев подобия Прандтля, Шмидта и Льюиса. Для измерения концентрации примесей необходимо брать пробы раствора, что приводит к возмущению потоков, не обеспечивает непрерывнос. ти измерений. Средство для имитации взры. ва обеспечивает не импульсное, а свободное истечение имитатора взрывных газов, .что исключает возможность получения подобия первоначального распределения и дальнейшего движения вредных примесей в выработанном . пространстве.Целью изобретения является повышение точности моделирования и обеспечение не.прерывности измерения концентрации, примесей с одновременным уменьшением влияния возмущений на процесс проветривания за счет использования в качестве рабочей среды воздуха.Эта цель достигается тем, что согласно способу моделирования процессов проветривания горных выработок, включающему подачу в модель горной выработки рабочей среды, имитацию взрыва и определение концентрации вредных газов, воздух в модель горной выработки подают с заданной начальной относи. тельной влажностью, а имитацию взрыва осуществляют путем выпуска в модель горной выработки смеси предварительно сжатого воздуха и дозированного количества дистил лированной воды температурой, соответствующей температуре взрывных газов в зоне отброса, при этом измеряют относительную влажность воздуха и определяют концентра цию вредных газов по формулеС,= КаУгде С, - концентрация вредных газов, %;К - коэффициент пропорциональности; ,1 - изменение относительной влажности воздуха,%.Устройство для осуществления способа, включающее модель очистной горнойвыработки, соединенную при помощи соединительных трубок с ротометрами и регуляторами расхода, преобразователи температуры и средство для имитации взрыва, снабжено емкостью с насыщенными растворами солей, установлен. ной перед ротаметрами, термостатом установ- ленным после ротаметров, и преобразователями влажности, установленными внутри модели горной выработки. При этом средство для имитации взрыва выполнено в виде керамических трубок с помещенными внутри электронагревательными элементами подключенному к автомату электрояитания, и снабжено баллоном для сжатого воздуха, который при помощи соединительной трубки с клапаном подсоединен к керамическим трубкам.На фиг, 1 приведена блок. схема устройства для моделирования процессов проветривания114385 б 3горных выработок; на фиг, 2 - средствомдпя имитации взрьва в модели, в разрезе;на фнг, 3 - кривые зависимости кощент.рации вредных газов от времени (кривая 1построена по резуяьтатам лабораторного5экспертимента, а кривая 2 - по результатампроизводтственного эксперимента),Устройство для осуществления способа состоит из компрессора 1 дпя создания требуе-.мого расхода воздуха в системе, выход кото. 1 Орого подсоеащен с помощью соединительныхтрубок 2 к емкости 3 с насыщенным раствором соли (например, йаС 1) для обеспечения начальной влажности в системе, иэкоторой воздух через зажим 4 для регулировкирасхода воздуха в системе и ротаметра 5 дпяконтроля за расходом воздуха поступает посоединительным трубкам в термостат б,предназначенный для нагревания или охлажде;ния подаваемого в камеру воздуха, Выходытермостата подсоединены к нижней 7 и верхней 8 горловинам камеры 9, в которой с помощью преобразователей 10 температуры воздуха, преобразователей 11 влажности воздухаи преобразователей 12 скорости движения воздуха с соответствующими приборами 13 -15 соответственно дпя измерения скорости,температуры и относительной влажности взадщщых точках пространства осуществляетсяизмерение соответствующих параметров рабо 30чей среды, Из камеры воздуха верхнюю 1 би нижнюю 17 подсечные выработки по соедийнтельным трубкам поступают через ротаметры 18 для контроля за расходом воздуха вверхней и нижней подсечных выработках ичерез зажимы - в емкость 19 с насыщенным З 5раствором сОли (например Мф(1 ЧОд 2 бН 20)для поглащения избыточной влаги в исходящей струе. Для имитации взрыва в моделислужит специальное устройство 20, котороесостоит из баллона 21 со сжатым воздухом,подсоединенного с помощью соединительнойтрубки 22 с клапаном (зажимом) 23 к систе.ме керамических трубочек 24, в которыхрасположены электронагревательные элементь 125, соединенные с помощью электрических45проводов 2 б с автоматом электропитания 27. Система коротких керамических трубок 28 служитдля герметичного соединения с забоем камеры. Для введения определенного количества50влаги в устройство служит медицинскийшприц, а для строгой дозировки воды -стеклянная капиллярная трубка (не показаны). Способ моделирования с использованиемпредлагаемого устройства осуществляют следующим образом.В модель горной выработки (очистнойкамеры) с помощью компрессора 1 подают воздух, часть которого проходит через емкостьс насыщенным раствором соли 3, после чего 1воздух приобретает заданную начальную относительную влажность, Далее он проходит черезротометры 5, где задают определенное разде-.ление воздуха на две струи, которые послеподогрева нлн охлаждения в термостате б(в зависимости от конкретного исследуемогопроцесса) поступают в модель камеры 9соответственно через нижнюю 7 и верхнюю 8горловины. На исходящей струе, такжерюделяющейся с помощью ротаметров 17 надве, проходящие соответственно через верхнюю 17 подсечные выработки, воздух осушают,пропуская его через емкость 19 с насыщеннымраствором соли (например М(МО ) бН ОЗт. 2и вновь используют для проветривания,После того, как термовлажностный, режимв модели установится, с помоцью имитатора20 взрыва имитируют взрьв путем "мгновенного" выпуска в модель горной выработкиустановленного количества сжатого воздухасо строго дозированным с помощью стеклянной капиллярной трубки и медицинскогошприца количествэм дистиллированной водычерез систему керамических трубок 24с электронагревательными элементами 25,в которых происходит нагрев образовавшейсяводовоэдушной смеси до температуры, соответствующей температуре взрьвных газов в зонеотброса, В течение всего времени проветривания с помощью преобразователей 10 температуры и преобразователей 11 влажности(фиг. 1) и соответствующих измерительныхприборов 14 и 15 измеряют температурувоздуха и его относительную влажность, Цалее по формулеС= КЬУ,где Сс - концентрация вредных газов,%;К - коэффициент пропорциональности;дУ - изменение относительной влажностивоздуха пЬсле имитации взрыва,%определяют концентрацию вредных газов,Измерение температуры воздуха, параллельноизменению относительной влажности, необходимо дпя ваедения поправки на зависимостьотносительной влажности воздуха от температуры и на приведение относительной влажности к единой; базовой температуре средыв модели,П р и и е р. Разберем наиболее простойслучай изотермической системы, т. е. когдатемпература воздуха в камере остается постоянной, В очистной камере Артемовского месторождения каменной соли произведенвзрьв 840 кг аммонита 6 ЖВ. Воздух в камеру поступает только через нижнюю горловинув количестве 549 м /мин с температурой 15 С,1143856В соответствии с методикой моделирования создают в модели процесс проветривания подобный реальному. Температуру воздуха в модели поддерживают постоянной. и равной комнатной, например 20 С. Начальную относительную влажность воздуха задают исходя нэ реальных, градуировочных характеристик гигристоров (Ч,- 65%).Непосредственно к исследованию процесса проветривания очистной камеры после прове О дения взрывных работ можно прступать лишь после не менее чем десятикратного обмена воздуха в камере, т, е, когда воздух во всех точках будет иметь заданную темпера. туру и влажность. 15Определяем количество и температуру имитатора взрывных газов, а также количество воды, требуемой для имитации ядовитой примеси.Количество имитатора взрывных газов легкоО, определить исходя из геометрического масштаба моделирования и иэ количества образующихся взрывных газов в реальных условиях воряет использованным преобразователям влажности - гигристором. По принятым Ч и Ч легко определить количество влаги, которое необходимо ввести в систему при имитации взрыва, Для средней температуры в помещении 20 С по известным зависмостям относительной влажности воздуха. и его влагосодержания (0 ) от температуры находятпри 9,= 65% ,: 11,23 /м при Чвм = 95% ,=16,43 /м Следовательно для объема камеры, соответствующего объему зоны отброса газов для модели Ча, = 0,0318 м 0) для повышения влажности на 30% необходимо ввести влагу в количестве 1=4 э 0 м а е р е" где С - предельная концентрация вредныхгазов в продуктах взрыва, определяемая по формулеС ПР --100,%;Ьч где 9 - количество имитатора взрывных газ.газов, м 3;- геометрический масштаб,и = 0,01;ЗО/ - количество взрывных газов, реальР3. но образующихся при взрыве, мА - количество одновременно взрываемого ВВ, кг;ч - количество газов, образующихсяпри взрыве 1 кг ВВ мэ/кг -для анионита 6 ЖВ ч - 0,895 м /кгСледовательно/- 10840 0,895 = 0,75210 эмз, или: Чн = 0,752 л. Температуру имитатора взрывных газов4 О определяем исходя кз пркнятого масштаба температуры (ь = 2) и исходя из температуры реальных взрывных газов после торможения их в очистном пространстве, т, е.ог 45 в зоне отброса, которая составляет 60 - 70 С, Следовательно, температура имитатора должна составлять в среднем 130 С.Далее определяем количество влаги, необ. ходимое для имитации вредных газов. Для этого по тем же градуировочным кривым50 преобразователей влажности выбираем максимальную относительную влажность, которая будет соответствовать средней начальнойконцентрации вредных газов в зоне отброса. В нашем случае Мдх - 95%.Тем самым устанавливают диапазон максимального изменения относительной влажности воздуха, который наилучшим образом удовлетгде й С - количество маги, необходимое дляповышения относительной влажности воздуха в системе на30%, г;йе - разность между максимальным иминимальным влагосодержаниемг/м э Т.е, йС=(16,43 - 11,23) 0,0318 Ф 0,165 г.Исходя из средней концентрации вредныхгазов в зоне отброса и их соответствующегоей повышения плажности, легко получитькоэффициент пропорциональности (К) дляпересчета изменения относительной влажностивоздуха в произвольной точке камеры (яМ)в соответствующее изменение концентрациивредных газов в этой точке (С). Для .этогоопределяем среднюю начальную концентрациювредных газов в зоне отброса для реальныхусловий по формулеСЧСс р, Н у/З.ь.Н Р Ь - газовость ВВ, для калийных и каменносоляных рудниковЬ= 004 мз/кгЧ- зона отброса взрывных газов в реальных условиях.Тогда при э, н - 31800 мэ и А - 840 кг, получаем700 Ь М р 1000043400 8 ЭСР Н ЧМ - / 1 0,8931900-940 0,89)0,1078, %1143856 7 Отсюда коэффициент пропорциональности равенК=-о,оозь,г ср. и О, 10 ТВзовсех т, е, С - 0,0036 4 Ч,%.Определив все необходимые для моделирования параметры, с помощью стекляннойкапнллярной трубки и медицинского шприцаотмеряют 0,165 г дистиллированной воды ивводят ее в соединительную трубку устройствадля имитации взрыва (фиг, 2), При этом вбаллоне емкостью 0,752 л (такой объемлегко получить в баллоне большей емкостизамещением части его любой жидкостью) цредварительно накапливают воздух до двухатмосфер, что в точности соответствует объемусизбыточного воздуха 0,752 г. Допускаетсязакачивать воздух и в баллон меньшего объема с соответствующим изменением избыточного давления,С помощью подготовленного таким образомустройства производят имитацию взрыва путем "мгновенного" открывания клапана, Приэтом воздух из баллона с огромной скоростью проходит по соединительной трубке, увлекает введенную в нее влагу проходит черезсистему керамических трубок с злектронаг.ревательными элементами, в которых влага 30переходит в парообразиое состояние, и будет"выброшен" в модель камеры. Из-за строгогособлюдения количества введенной влаги паровоздушное облако в зоне отброса практическимгновенно преобраэоуется В обычный воздух 35с относительной влажностью 95%.После имитации взрыва измеряют относительную влажность воздуха ( Ч г ) и температуру (ет) в данной точке пространства,например на исходящей струе. По измеренной 4величинеи по величине Ч,.определяютповышение относительной влажности в данныймомент времени дат;, При этом каждоеполученное значение М-,; соответствует температуре в этой же точке и в этот же моментвремени 6;.Поэтому, прежде чем построить зависимостьконцентраши ядовитых газов на исходящей струе от времени, все полученные значения ЙУс; приводят к начальной температуре 20 С. Это легко сделать по известным таблицам илн номограммам. В дальнейшем с помощью фоРмУлы С,г = кьнаходнт искомые значения концентрации ядовитых газов.В таблице приведены значения измеренных и полученных в результате обработки величин реального процесса, соответствующего рассмотренному примеру, по которым на фиг.З построена зависимость концентрации ядовитых газов на исходящей струе очистной камеры от времени в сопоставлении с реальной кривой процесса, полученной на основании производственного эксперимента (кривая 1 построена по результатам лабораторного эксперимента кривая 2 - по результатам производственного эксперимента) . Эффективность предложенного способа и устройства для его осуществления заключается в значительном повышении точности моделирования как процесса формирования полей скорости движения и температуры воздуха в горных выработках, так н процесса истечения газообразных продуктов взрыва, формирования,первоначальной зоны отброса газов и дальнейшего его движения, т. е. формирования поля концентрации примеси, в значитель ном расширении возможностей установки, так как она позволяет в широком диапазоне изменять различные важные параметры моделирования(температуру и расход воздуха, .схему проветривания камер, относительную влажность воздуха, количество и температуру имитатора взрывных газов и др.) в зависимости от конкретных изучаемых процессов и различных условий их протекания.Предложенные способ и устройство позволяют также оперативно, без проведения многочисленных, трудоемких производственных исследований, т. е, при минимальных затратах решать различные задачи по проветриванию очистных камер и находить наиболее зффек. тивные схемы и способы проветривания, определять оптимальные термодинамические параметры поступающего в камеру воздуха.1143856срК едактор П. Коссей аксимищ оррект Закаэ 869/27 ПодписноеСР 4/5"Патент", г. Фили цф)р РО 150 Ю 230 МОдрегд аосие 6 рыба Гийон Составитель В. Варанов ехред М Надь Тираж 446 ВНИИПИ Государственного комитета по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., род, ул. Проектнал, 4