Источники тепла в подземных выработках

Учет источников тепловыделения в выработках и определение их интенсивности необходимо для составления уравнений теплового баланса, на основании которых производят расчет необходимого расхода воздуха и его температуры. Перечислим источники тепловыделения и приведем формулы для оценки их эффективности (тепловыделение в единицу времени).

1. Тепловыделение при охлаждении горных пород массива в процессе движения воздуха по выработкам

(4.17)

где П_в — периметр выработки, м; L_в — длина выработок, м;

Т_п — температура пород массива на данной глубине, °С;

Т_вс — средняя температура воздуха по длине выработки, °С.

2. Суммарное тепловыделение при окислении угля, угольной пыли и крепежного леса

(4.18)

где q₀ — тепловыделение при окислительных процессах, приведенное к скорости рудничного воздуха ω= 1 м/с, Вт/м²; q₀ = 3,5-4,5 Вт/м для негазоносных пластов и в 0,5-0,9 раза меньше для газоносных.

3. Тепловыделение местных источников:

• от электродвигателей горнопроходческого оборудования

(4.19)

где N_n — потребляемая мощность электродвигателей, кВт;

К_з — коэффициент загрузки электродвигателей во времени, К_з = 0,3-0,8;

• от освещения

(4.20)

где N_СВ— мощность светильников, кВт;

• при подъеме груза лебедкой

(4.21)

где η_м — механический к.п.д. лебедки; N_л — установленная мощность электродвигателя л Зедки, кВт; К₃ — коэффициент загрузки электродвигателей во времени, К₃ = 0,3-0,8;

• при спуске груза лебедкой

(4.22)

• при работе трансформатора

(4.23)

где N_т — мощность трансформатора, кВт;

m_т — коэффициент тепловых потерь шахтного транформатора, m_т = 0,05;

• при работе контактного электровоза тепловыделение опре­деляют по формуле (4.19), а при работе аккумуляторных электровозов полученное тепловыделение по формуле (4.19) необходимо умножить на коэффициент 1,5, харак­теризующий тепловыделение при химичской реакции в аккумуляторах;

• при работе водоотливных насосов тепловыделение опреде­ляют по формуле (4.19);

• при работе механизмов с пневмодвигателями тепловыделе­ние определяют по увеличению объема рудничного воздуха за счет отработанного сжатого воздуха в соответствии с за­коном Клапейрона

(4.24)

где G_п — весовой расход воздуха в пневмодвигателе, кг/с;

С₁ и С₂ — удельная теплоемкость сжатого и отработанного воз­духа, Дж/(кгК);

P₁ и P₂ — давление сжатого и отработанного воздуха, Па;

и — удельный объем сжатого и отработанного воздуха, м³/кг

• при работе людей

(4.25)

где q_р — количество тепла, выделяемое организмом одного рабо­чего при тяжелом физическом труде (я_р = 290 Дж/с); n_р — число рабочих в выработке;

• при охлаждении шахтной воды в открытой канавке

(10.26)

где α_в— коэффициент теплоотдачи от поверхности воды к руд­ничному воздуху, Вт/ (м²∙К);

F_к — площадь поверхности теплообмена канавки, м²;

Т_вод — температура воды, °С;

Т_ВC — средняя температура воздуха в выработке, °С;

β — коэффициентмассоотдачи, Вт/(м∙Па);

Р_тш — давление насыщенных паров при температуре шахт­ной воды, Па;

Р_п — парциальное давление водяных паров в рудничном воздухе, Па;

• при охлаждении шахтной воды в закрытой канавке

(4.27)

где α_вп— коэффициент теплопередачи от воды к воздуху через по­крытие канавки, Вт/ (м∙К);

• при сжатии или расширении воздуха при его движении по вертикальным или наклонным горным выработкам

(4.28)

где G_в — расход воздуха, кг/с;

1_В — длина наклонной или вертикальной выработки, м; ψ — угол наклона выработки, градус.

4. Тепловыделение при работе конвейеров:

• ленточного

(4.29)

• скребкового или пластинчатого

(4.30)

где L_к — длина конвейера, м;

V_к — скорость движения несущего полотна конвейера, м/с;

К_с — коэффициент сопротивления движению ленты по роли­кам, К_с = 0,05;

η_эд — к.п.д. электродвигателя;

g_и — масса полезного ископаемого, приходящаяся на 1 м кон­вейера, кг;

g_л — масса 1 м ленты конвейера, кг;

и — масса вращающихся роликов на грузовой и холостой вет­вях конвейера соответственно, кг;

ψ — угол наклона конвейерной выработки, градус;

К_с — коэффициент сопротивления движению материала по рештаку: для скребковых конвейеров К_с = 0,9, а для пластинчатых К_с = 0,16;

g_ц — масса 1 м тяговых цепей полотна, кг;

К_с" — коэффициент сопротивления движению цепи конвейе­ра, К_с" =0,3.

В выражениях (4.29) и (4.30) знак плюс ставится при распо­ложении конвейера в уклоне, а знак минус — при расположении его в бремсберге.

5. Тепловыделение при транспортировании полезного ископае­мого в вагонетках:

(4.31)

где G_и — количество транспортируемого полезного ископаемого на

данном участке, кг/с;

c_и — удельная теплоемкость транспортируемого полезного ископаемого, Дж/ (кг∙К);

θ_ни θ_к— осредненные по объему вагонетки безразмерные темпе­ратуры полезного ископаемого в начале и конце расчет­ного участка (при критерии Фурье, изменяющемся от 10⁴ до 10⁶ , и критерии Био, изменяющемся от 10 до 200, величины θ_ни θ_кизменяются от 0,09972 до 0,703);

Т_н — начальная температура полезного ископаемого, загру­жаемого в вагонетки, Т_н на 2-4°С ниже температуры массива на данной глубине, °С;

Т_вс — средняя за период транспортирования температура воз­духа, °С.

6. Тепловыделение при транспортировании полезного ископае­мого конвейерами:

(4.32)