Режимы движения воздуха в шахтах

Движение воздуха по горным выработкам может быть ламинарным и турбулентным.

Ламинарный режим характеризуется небольшой скоростью и параллельными траекториями движения частиц при отсутствии перемешивания между различными слоями потока.

Для турбулентного режима характерны беспорядочные изменения параметров движения во времени и пространстве и перемешивание между слоями.

Если средняя скорость объемов потока при ламинарном движении постоянна, то скорость и давление потока не изменяются во времени, т. е. движение является стационарным. При турбулентном движении даже в случае постоянства средней скорости потока скорость и давление потока в любой точке изменяются, т.е. пульсируют во времени и постоянны лишь их средние значения. Такое движение называется квазистационарным. Пульсации скорости потока вызывает пульсацию содержания газа , пыли, тепла т т.д. Такие пульсации являются проявлением существующих в потоке вихрей различных размеров.

Основное различие между ламинарным и турбулентным режимами движения состоит в механизме переноса вещества. При ламинарном режиме этот перенос обусловлен обменом молекулами между слоями потока, а при турбулентном - обменом объемами. Турбулентный перенос во много раз интенсивнее молекулярного.

Режим движения воздуха в выработке можно установить по числу Рейнольдса, которое определяется по формуле

R_e= (3.31)

где v-средняя скорость движения воздуха в выработке, м/с;

D-гидравлический диаметр выработке, м;

-кинематический коэффициент вязкости воздуха, м²/с.

Для воздуха кинематический коэффициент вязкости равен 1.5*10^-5 м²/с. Гидравлический диаметр выработки определяется по формуле

D=4*S|P (3.32)

Экспериментально установлено, что в гладких трубах при R_e≥2300 наблюдается устойчивое турбулентное движение. В шахтных выработках в связи с большой шероховатостью стенок критическое значение R_e=1000-1500. Тогда для выработки диаметром 2-2.5 м, турбулентное движение наблюдается при скорости 1см/с и более. Правила безопасности требуют, чтобы скорость движения воздуха в выработках газовых шахт была не менее 0.25 м/с. Поэтому в проветриваемых выработках движение воздуха всегда турбулентное. Ламинарное движение воздуха наблюдается через перемычки и уплотненные участки обрушений в выработанном пространстве.