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 и 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=                                           (5.31)

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                                           (5.32)

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.

5.3.4 Типы воздушных потоков

Различают воздушные потоки двух типов: ограниченные (с твердыми границами) и свободные (не имеющие твердых границ) называемые свободными струями. Примером ограниченных потоков являются потоки на прямолинейных участках выработок при постоянном их сечении. В этом случае потоки имеют твердые границы в виде поверхности выработок.

Свободные струи образуются при выходе воздушного потока из воздухопровода ограниченного сечения в неограниченное (большое) пространство. Воздушная струя при этом распространяется в заполненном воздухом пространстве и не имеет твердых границ. Примером свободных струй являются потоки воздуха, выходящие из выработки малого сечения в камеру большого сечения, или из трубопровода в выработку и др. В зависимости от формы поперечного сечения свободные струи могут быть круглыми и плоскими. Если свободная струя соприкасается с твердой поверхностью и не получает полного развития, она называется неполной.

Ограниченные потоки используются для проветривания сквозных вы работок, а свободные струи тупиковых выработок при нагнетательном способе проветривания и камер. Принципиальное отличие ограниченных потоков от свободных струй заключается в том, что перенос примесей в ограниченном потоке происходит за счет турбулентной деформации потока, а в свободной струе за счет турбулентной диффузии, которая во много раз интенсивнее. Это и является причиной того, что для проветривания тупиковых выработок применяется нагнетательный способ проветривания.

Дальнобойность свободной струи можно определить по формуле

                                            L_с≈4                                               (5.33)

Если принять S=4 м² то получим, что L_с=8 м. Это соответствует требованиям ПБ к отставанию вентиляционных труб от забоя для газовых шахт.

Тема №7 5.4 Аэродинамическое сопротивление горных выработок