Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав
Розглянуті питання розробки ежекторної пневматичної вентиляційної установки типу ЕПВ для провітрювання гірничих виробок і дегазації виробленого простору високонавантажених лав. Особливу увагу приділено дослідженню робочих характеристик експериментальних зразків трьох модифікацій струменевих насосів...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33272 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав / В.Г. Перепелица, Н.С. Панов, Д.П. Гуня, В.В. Шевченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 206-214. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860085154244984832 |
|---|---|
| author | Перепелица, В.Г. Панов, Н.С. Гуня, Д.П. Шевченко, В.В. |
| author_facet | Перепелица, В.Г. Панов, Н.С. Гуня, Д.П. Шевченко, В.В. |
| citation_txt | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав / В.Г. Перепелица, Н.С. Панов, Д.П. Гуня, В.В. Шевченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 206-214. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Розглянуті питання розробки ежекторної пневматичної вентиляційної установки типу ЕПВ для провітрювання гірничих виробок і дегазації виробленого простору високонавантажених лав. Особливу увагу приділено дослідженню робочих характеристик експериментальних зразків трьох модифікацій струменевих насосів та ежектора-вентилятора ЕПВ на АП
«Шахта ім. О.Ф. Засядько» в Донбасі.
This article considers issues concerning designing of pneumatic jet ventilating station, EPV type, used for airing mine tunnels and degassing mined-out areas in highly-loaded faces. The authors studied operating characteristics of three pilot models of the jet pumps and EPV jet ventilator in the LHC “A.S.Zasyadko’s Mine”.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:19:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
206 Выпуск № 83
УДК 622.817:661.184.35
В.Г. Перепелица, д-р техн. наук, проф.,
Н.С. Панов, канд. техн. наук
(ИГТМ НАН Украины)
Д.П. Гуня, канд. техн. наук,
В.В Шевченко, канд. техн. наук
(АП «Шахта им. А.Ф. Засядько»)
ЭЖЕКТОР-ВЕНТИЛЯТОР ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК И ДЕГАЗАЦИИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ЛАВ
Розглянуті питання розробки ежекторної пневматичної вентиляційної установки типу
ЕПВ для провітрювання гірничих виробок і дегазації виробленого простору високонаванта-
жених лав. Особливу увагу приділено дослідженню робочих характеристик експерименталь-
них зразків трьох модифікацій струменевих насосів та ежектора-вентилятора ЕПВ на АП
«Шахта ім. О.Ф. Засядько» в Донбасі.
JET VENTILATOR FOR AIRING OF MINE WORKINGS AND DEGASSING
OF MINED-OUT AREAS IN HIGHLY-LOADED LONG FACES
This article considers issues concerning designing of pneumatic jet ventilating station, EPV
type, used for airing mine tunnels and degassing mined-out areas in highly-loaded faces. The au-
thors studied operating characteristics of three pilot models of the jet pumps and EPV jet ventilator
in the LHC “A.S.Zasyadko’s Mine”.
Одним из эффективных мероприятий по борьбе с газом в тупиках погашае-
мых вентиляционных выработок является изолированный отвод метана из ту-
пиков погашения за пределы выемочных участков по трубам большого диамет-
ра с помощью центробежных вентиляторов. Однако их использование связано с
рядом трудностей и этот метод снижения газообильности выемочных участков
путем изолированного отвода метана из тупиков погашения или выработанного
пространства применяется сравнительно редко [1,2].
В ИГТМ НАН Украины проведены поисковые работы по разработке
способов и технических средств снижения концентрации метана на сопря-
жении лавы с вентиляционным штреком, обеспечивающих безопасные ус-
ловия труда. Ниже излагаются результаты разработки эжекторного пневма-
тического вентилятора типа ЭПВ предназначенного для проветривания и
дегазации горных выработок шахт.
Конструктивно вентиляционная эжекторная установка состоит из эжек-
тора (струйного насоса) и аэродинамических устройств, обеспечивающих
требуемые аэродинамические параметры вентилятора. В разработанном
устройстве используются пневматические эжекторы с кольцевой щелью, в
которых предусматривается регулировка геометрических параметров щели
кольцевого сопла для изменения в заданных пределах потребляемого сжа-
того воздуха и требуемой производительности вентиляционных установок.
Эжекторные вентиляционные установки должны работать при давлении
сжатого воздуха 0,3...0,5 МПа и его расходе не более 10 м3/мин, обеспечивать
производительность вентилятора 40... 100 м3 /мин. К эжектору-вентилятору
"Геотехническая механика" 207
подсоединяется всасывающий трубопровод диаметром 0,53 м, длина которого в
процессе работы может изменяться в пределах от 300 до 500 метров. Коэффи-
циент эжекции должен находиться в пределах 12...30. Технические параметры
пневматических эжекторных устройств и геометрические параметры их уста-
новки в шахтных условиях должны соответствовать требованиям действующих
«Правил безопасности в угольных шахтах».
В процессе выполнения данной работы проведен инженерный расчет основ-
ных параметров эжекторов - струйных насосов с кольцевой щелью. На основа-
нии расчета определены основные конструктивные данные основных узлов
эжектора – смесительной камеры, диффузора и конфузора. Основное внимание
уделено форме и величине щели, соответствующей требованиям формирования
пограничного
слоя в соплах. Рассмотрены графики изменения давления по длине эжектора,
углы раскрытия струи, диффузора и расширяющейся части сопла. Теоретиче-
ские исследования струйного насоса позволили повысить его производи-
тельность в 1,7...2 раза путем использования аэродинамической «вставки».
Согласно расчету изготовлены четыре экспериментальных образца эжекто-
ров - струйных насосов с внутренним диаметром 50, 75 и 100 мм. В эжекторе
«сотка» использовалась аэродинамическая «вставка», включающая конфузор,
специальную камеру и диффузор. Кроме того, в эжекторе Э-75 применена дру-
гая конструктивная особенность - для увеличения разряжения использовалась
двухступенчатая схема струйного насоса. В эжекторе Э-50 изменена форма ще-
ли и, следовательно, угол раскрытия потока для повышения эффективности его
работы.
На основании выполненных теоретических и лабораторных исследований
были изготовлены экспериментальные образцы трех модификаций эжекторов
(струйных насосов), внешний вид которых показан на рис.1.
Рис. 1 – Внешний вид экспериментальных образцов эжекторов – струйных насосов:
с внутренним диаметром 1-100 мм; 2-75 мм; 3 - 50мм
208 Выпуск № 83
Заводским исследованиям подвергались три образца струйных насосов
(Э-100, Э-75 и Э-50 с внутренним проходным диаметром соответственно 100,
75 и 50 мм), предназначенных для использования в эжекторных вентиляцион-
ных устройствах.
Как указывалось выше, экспериментальный образец эжектора Э-75 выпол-
нен по двойной схеме с целью увеличения депрессии на его входе, а в эжекторе
Э-50 основное внимание уделено форме и величине кольцевой щели, соответст-
вующей аэродинамическим требованиям формирования пограничного слоя в
соплах.
Целью испытаний являлось выявление технических характеристик каждого
струйного насоса - эжекторной системы в отдельности на соответствие требова-
ниям применения в установке типа ЭПВ для дегазации выработанного про-
странства добычного участка в условиях АП «Шахта им. А.Ф. Засядько», а так-
же сравнительная оценка их технических характеристик.
Экспериментальные исследования проведены в период с 02 мая по 08 мая
2005 г. в заводских условиях ГАК "Титан" г. Армянск (цех подготовки сырья).
Для проведения экспериментальных исследований использовалась заво-
дская магистраль сжатого воздуха. В качестве измерительных приборов для из-
мерения расхода сжатого воздуха и давления всасывания на входе заборного
устройства использовались анемометр типа АПР-2 и микропроцессорный изме-
ритель атмосферного давления типа МБЦ-5. Для измерения расхода сжатого
воздуха на выходе эжекторных систем были установлены вентиляционные тру-
бы диаметром 200 мм и длиной 7,0 м. Результаты исследований струйных насо-
сов - эжекторов отражены в таблице 1. Расход сжатого воздуха регулировался
плавным изменением кольцевой щели в пределах 0,1-1,6 мм, при этом вход
эжектора перекрывался заслонкой.
При экспериментальной проверке эжектора по двойной схеме Э-75 выпол-
нено два режима - при величине кольцевой щели 0,8 мм (4 оборота выходного
патрубка) и 1,0 мм (5 полных оборотов). Технические характеристики основно-
го эжектора с аэродинамической вставкой Э-100 "сотка" также проверены при
двух режимах - щель 0,8 и 1,0 мм.
Программой исследований предусматривалось проведение эксперименталь-
ных исследований эжектора Э-100 в составе пневмотранспортной установки,
предназначенной для транспортирования сыпучего материала - ильменита по
схеме "куча" - бункер. Дальность по горизонтали составляла 30 м, по вертикали
10 м, использовался трубопровод диаметром 100 мм. Эксперимент не проведен
в полном объеме из-за дефекта в транспортном трубопроводе.
В процессе проведения экспериментальных исследований установлено:
для создания значительных разряжений необходимо применять многосту-
пенчатые струйные насосы, например, эжектор Э-75;
эффективность работы эжектора во многом зависит от положения сопла от-
носительно смесительного участка и его длины. На работу сопла существенное
влияние оказывает пограничный слой;
аэродинамическая вставка увеличивает к.п.д. эжектора в 1,7-2 раза (Э-100
"Геотехническая механика" 209
"сотка").
Эжектор пневматический вентиляционный типа ЭПВ представляет собой
вентиляционное устройство, которое использует энергию сжатого воздуха, вы-
ходящего из центрального или кольцевого сопла.
Таблица 1 – Экспериментальные исследования эжекторов Э-50, Э-75 и Э-100
Щель,
мм
Давление
сжатого
воздуха,
МПа
Скорость
воздуха,
м/с
Расход
сжатого
воздуха,
м
3/мин
РА на
входе
эжектора,
мм рт.ст.
Депрессия
h на
входе,
мм рт.ст.
Примечания
Эжектор Э-50
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0,42
0,41
0,42
0,43
0,42
0,43
0,42
0,41
1,5
1,9
2,4
3,0
3,4
3,7
4,0
5,1
2,8
3,6
4,5
5,7
6,5
7,0
7,6
9,7
713,8
697,6
670,1
654,3
634,0
618,0
609,0
598,0
45
61
89
105
125
141
150
161
h=PAT –PA=759,0-PA
Эжектор Э-75
0,8
1,0
0,41
0,42
4,5
5,1
8,5
9,7
667,0
648,1
92
111
h=759,0-PA
Эжектор Э-100
0,8
1,0
0,42
0,41
5,0
5,9
9,7
11,0
648,0
622,1
110
137
h=759,0-PA
Впереди сопла воздух движется под действием скоростного напора, созда-
ваемого сжатым (эжектирующим) воздухом, на передней стороне эжектора соз-
дается зона пониженного давления, куда засасывается эжектируемый воздух.
Затем эжектируемый и эжектирующий потоки смешиваются и под действием,
создаваемого при этом напора движутся на расстояние, обусловленное конст-
рукцией эжектора и аэродинамическим сопротивлением трубопровода.
На основании выполненных исследований, результаты которых изложены
выше, обоснованы рациональные аэродинамические параметры эжекторного
устройства и создан экспериментальный эжектор-вентилятор типа ЭПВ, конст-
руктивные особенности которого описываются ниже. Внешний вид эжекторного
устройства ЭПВ приведен на рис. 2, а его схема изображена на рис. 3.
Эжектор пневматический вентиляционный типа ЭПВ состоит из корпуса-
коллектора диаметром 140 мм, штуцера и соосно установленных на резьбе
входного и выходного патрубков диаметром 100 м, образующих при их сопря-
жении кольцевую щель заданной величины (0,1...0,4 мм). Для увеличения про-
изводительности эжекторной установки эжектор соосно помещен в цилиндри-
ческий кожух диаметром 0,53 м. Это позволяет за счет разрежения среды меж-
ду корпусом эжектора и кожухом эжектировать дополнительное количество
воздуха. Для предохранения от загрязнения эжекторов в их входные штуцеры
вмонтированы фильтрующие сетки. Входная и выходная части кожуха имеют
насадки диаметром 0,53 м для подсоединения к вентиляционному трубопроводу.
210 Выпуск № 83
Рис. 2 – Внешний вид эжекторного устройства типа ЭПВ
Рис. 3 – Эжектор пневматический вентиляционный типа ЭПВ.
Схема конструкции.
"Геотехническая механика" 211
На шахте им. А.Ф. Засядько были проведены экспериментальные исследо-
вания эжектора вентиляционного типа ЭПВ. На рис. 4 представлены опытные
характеристики расхода сжатого воздуха при изменении величины щели
QСЖ= f(∆), общего расхода воздуха Q0=φ(∆) от величины щели при трех положениях
заслонки, установленной на входе эжектора. Использовалось три положения за-
слонки - труба полностью открыта, закрыта на половину и закрыта на 2/3 части
входного сечения.
Кроме того, получена характеристика-зависимость коэффициента эжекции
от ширины щели при трех положениях регулятора. Рабочая характеристика эжек-
тора-вентилятора QP= f(h), представлена на рис. 5.
а) QСЖ= φ(∆); б) QСЖ= f(∆); в) KЭЖ=L(∆)
Рис. 4 – Опытные характеристики эжектора-вентилятора типа ЭПВ
212 Выпуск № 83
1 – на входе эжектора, 2 – на входе ЭПВ
Рис. 5 – Рабочая характеристика эжектора-вентилятора типа ЭПВ
Q0= f(h) при изменении размеров щели
В процессе эксперимента установлено, что изменение расхода воздуха
составило от 20 до 120 м3/мин при изменении депрессии на входе эжектора
0...520 мм в.ст., а на входе ЭПВ потери давления находились в пределах
0...10 мм в.ст.
Учитывая, что рабочая длина трубопровода будет изменяться в пределах
100-500 м, то необходимо исследовать аэродинамическую характеристику вен-
тиляционного трубопровода. Необходимо установить оптимальные параметры
трубопровода, при которых разработанный эжектор-вентилятор будет обеспе-
чивать требуемую производительность. С этой целью были проведены расчеты
потерь давления на трубопроводе диаметром 0,53 м длиной 100 м при измене-
нии скорости воздуха в пределах от 0 до 6 м/с.
Согласно [3]потери давления в металлическом трубопроводе определяются
по формуле:
(1)
где
λ - коэффициент аэродинамического сопротивления;
d - диаметр трубопровода, м;
υ - скорость движения, м/с;
- динамический напор, кгс/м2;
Z - потери давления на местные сопротивления.
"Геотехническая механика" 213
Коэффициент аэродинамического сопротивления можно найти из выраже-
ния:
, (2)
где Кэ - коэффициент шероховатости стенок трубы;
- число Рейнольдса;
v - коэффициент кинематической вязкости (15х10-6), м2/с.
Результаты расчета, выполненного по приведенным формулам, представ-
лены в таблице 2. Для оценки точности полученных данных были проведены
повторные расчеты депрессии по другой формуле [4]:
(3)
где Q - расход воздуха, м3/с.
Аэродинамическое сопротивление трубы (длиной L,сечением S, перимет-
ром сечения Р) определяется выражением:
(4)
Коэффициент аэродинамического сопротивления находится по формуле:
(5)
Результаты расчета депрессии по приведенным формулам показаны в таб-
лице 2 графа 8, где нетрудно заметить, что величины потерь давления h1, и де-
прессии h2 совпадают. Там же, в графе 9 указаны значения потерь давления h3 вы-
численные по табличным данным [4].
Таблица 2 – Потери давления в аэродинамической трубе длиной 100 м
υ, м/с Re·103
λ·10-2
мм рт ст
h1,
мм в.ст.
h2,
мм в.ст.
h3,
мм в.ст.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 33 2,06 2,3947 4,518 0,0612 0,2 0,15 0,2
2 67 1,01 2,04647 3,86 0,24489 0,9 0,7 1,0
3 100 0,68 1,88808 3,50 0,551 1,92 1,60 1,80
4 133 0,51 1,7879 3,30 0,9796 3,2 2,90 3,00
5 167 0,41 1,72015 3,20 1,5306 4,9 4,42 4,60
6 200 0,34 1,66744 3,10 2,204 6,8 6,40 6,40
214 Выпуск № 83
Оптимальный режим движения газовой смеси в аэродинамической трубе
диаметром 0,53 м, по которой осуществляется дегазация выработанного про-
странства, наблюдается при скорости движения газа 3...5 м/с, при этом расход
газовоздушной смеси составляет 40...60 м3/мин. Опытно-промышленная про-
верка эжектора-вентилятора типа ЭПВ и его промышленное использование бу-
дут выполнены в 2010 году на шахте им. А.Ф. Засядько.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Касимов О.И. Изолированный отвод метана из выработанного пространства с помощью вентилятора
/О.И. Касимов, Б.В. Балинский, В.И. Тибабишев. - Уголь Украины, 1969. -№ 1. - С.40-41.
2. Касимов О.И Борьба с газовыделением выработанных пространств при столбовой системе разработки /
О.И. Касимов, Б.В. Балинский, П.П. Ищенко. - Уголь Украины, 1972. -№ 2. - С.37-39
3. Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазодинамика. М.: Недра, 1972. – 272 с.
4. Вентиляция и кондиционирование воздуха: Справочник проектировщика. – М.: Недра, 1978. – 350 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33272 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:19:11Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Перепелица, В.Г. Панов, Н.С. Гуня, Д.П. Шевченко, В.В. 2012-05-27T13:26:27Z 2012-05-27T13:26:27Z 2009 Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав / В.Г. Перепелица, Н.С. Панов, Д.П. Гуня, В.В. Шевченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 206-214. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33272 622.817:661.184.35 Розглянуті питання розробки ежекторної пневматичної вентиляційної установки типу ЕПВ для провітрювання гірничих виробок і дегазації виробленого простору високонавантажених лав. Особливу увагу приділено дослідженню робочих характеристик експериментальних зразків трьох модифікацій струменевих насосів та ежектора-вентилятора ЕПВ на АП
 «Шахта ім. О.Ф. Засядько» в Донбасі. This article considers issues concerning designing of pneumatic jet ventilating station, EPV type, used for airing mine tunnels and degassing mined-out areas in highly-loaded faces. The authors studied operating characteristics of three pilot models of the jet pumps and EPV jet ventilator in the LHC “A.S.Zasyadko’s Mine”. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав Jet ventilator for airing of mine workings and degassing of mined-out areas in highly-loaded long faces Article published earlier |
| spellingShingle | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав Перепелица, В.Г. Панов, Н.С. Гуня, Д.П. Шевченко, В.В. |
| title | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав |
| title_alt | Jet ventilator for airing of mine workings and degassing of mined-out areas in highly-loaded long faces |
| title_full | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав |
| title_fullStr | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав |
| title_full_unstemmed | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав |
| title_short | Эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав |
| title_sort | эжектор-вентилятор для проветривания горных выработок и дегазации выработанного пространства высоконагруженных лав |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33272 |
| work_keys_str_mv | AT perepelicavg éžektorventilâtordlâprovetrivaniâgornyhvyrabotokidegazaciivyrabotannogoprostranstvavysokonagružennyhlav AT panovns éžektorventilâtordlâprovetrivaniâgornyhvyrabotokidegazaciivyrabotannogoprostranstvavysokonagružennyhlav AT gunâdp éžektorventilâtordlâprovetrivaniâgornyhvyrabotokidegazaciivyrabotannogoprostranstvavysokonagružennyhlav AT ševčenkovv éžektorventilâtordlâprovetrivaniâgornyhvyrabotokidegazaciivyrabotannogoprostranstvavysokonagružennyhlav AT perepelicavg jetventilatorforairingofmineworkingsanddegassingofminedoutareasinhighlyloadedlongfaces AT panovns jetventilatorforairingofmineworkingsanddegassingofminedoutareasinhighlyloadedlongfaces AT gunâdp jetventilatorforairingofmineworkingsanddegassingofminedoutareasinhighlyloadedlongfaces AT ševčenkovv jetventilatorforairingofmineworkingsanddegassingofminedoutareasinhighlyloadedlongfaces |