ОТЗЫВ на статью Мещерякова А.А. «О способах замера скорости воздушных потоков анемометрами нового поколения»
Статья посвящена весьма актуальному вопросу для угольных шахт, а именно, вопросу обеспечения безопасных условия труда в них. Несомненно, что одним из направлений обеспечения таких условий является качественное проветривание горных выработок, и здесь весьма важен способ замера скорости воздушных потоков, обеспечивающий минимальные погрешности при выполнении замеров.
А.А. Мещеряков проанализировал рекомендуемые способы замера и предложил новый способ — «в центре сечения», обеспечивающий меньшую погрешность измерений.
Автор статьи имеет большой опыт работы в решении вопросов проветривания шахт, он работал на шахтах Донбасса более 20 лет, из них 15 лет — в должности начальника участка ВТБ и главного инженера шахты. Работая в должности начальника участка ВТБ, он защитил диссертацию на тему разработки способов повышения эффективности проветривания шахт. Примечательно, что в списке литературы к статье указана его публикация в журнале «Уголь Украины» за 1971 г. Статья называется «К вопросу определения расхода воздуха замером скорости в одной точке», т. е. автор уже более 40 лет занимается данной проблемой, и его выводам о необходимости способа замера «в центре сечения» можно доверять.
Уже почти 20 лет автор занимается и другой важной проблемой для угольной промышленности — при его активном участии был разработан и освоен в серийном производстве анемометр АПР-2, которым оснащены угольные шахты. За разработку и освоение серийного производства АПР-2 А.А. Мещерякову присуждена премия имени академика А.А. Скочинского. Несколько лет тому назад им был получен патент на анемометр рудничный АПР-2м, не имеющий в настоящее время аналогов по своим техническим возможностям.
Учитывая изложенное, считаю публикацию статьи А.А. Мещерякова в журнале «Уголь» весьма полезной и своевременной, статья направлена на решение весьма важной задачи — повышение безопасности работ.
Горный инженер, канд. техн. наук,
академик МАНЭБ
Контроль скорости движения воздуха в горных выработках шахт является непременным условием создания в них безопасных и комфортных условий труда. При этом весьма важен выбор способа замера скорости, так как именно от него во многом зависит точность замеров, а, следовательно, и состояние пылегазового режима шахт.
В течение многих десятилетий рекомендуются традиционные способы замера: «в сечении», «перед собой» и «по точкам». Наиболее распространен первый — «в сечении» и менее применим — «по точкам», так как он наиболее трудоемкий, требующий минимум 40–60 мин для проведения всего лишь одного замера. Этот же способ и менее точный, так как за время выполнения замера могут происходить значительные колебания в подаче воздуха, вносящие существенную погрешность в определение средней скорости. При замере расхода воздуха в горной выработке этот способ, а также способ замера «перед собой», применяются крайне редко.
О возможности выполнения замеров в одной точке писал более 80 лет тому назад один из основоположников рудничной аэрологии в России, проф. М. М. Протодьяконов: «…изучив однажды подробно расположение скоростей по сечению, в дальнейшем можно довольствоваться уже замером только в одной точке, ибо все остальные скорости изменяются пропорционально этой. Очевидно, что всего удобней выбрать точку, соответствующую средней скорости данного сечения, и производить постоянно замеры в ней» /1/.
Определять каждый раз при замере точку, соответствующую средней скорости, весьма затруднительно, так как для этого надо провести комплекс замеров, занимающий длительное время. Автор статьи, проведя большой объем замеров, пришел к выводу о допустимости выполнения замеров средней скорости в центре сечения выработки /2/. При этом за место замера можно принимать не геометрическую точку в центре сечения выработки, а ядро воздушного потока, движущегося с максимальной скоростью, что существенно упрощает замеры.
В выработках площадью сечения до 8 кв. м максимальная скорость наблюдается на площади 30–40 % в центре сечения выработки. По мере увеличения площади сечения, что в настоящее время имеет место на большинстве шахт, увеличивается и площадь ядра потока с максимальной скоростью, что облегчает производство замеров и повышает их точность. Определение для всех сечений одного места измерения освобождает от необходимости определения точки измерения средней скорости в каждом отдельном случае. При определении средней скорости Vср через скорость Vц в центре сечения выработки Vср = 0,85 Vц, м/с.
Погрешность выполненных замеров способом «в центре сечения» существенно ниже погрешности замеров «в сечении», так как исключается погрешность, вызванная неравномерным обводом прибора по сечению. При выполнении замеров способом «в сечении» в выработках высотой 3 м и более невозможно обеспечить равномерный обвод прибора по всему сечению, так как прибор в вытянутой руке может быть поднят на высоту порядка 2,5 м, а выработки во многих случаях имеют высоту 3 м и более. В таких выработках получается, что замер производим якобы способом «в сечении», а фактически это способ замера «в центре сечения», и мы не применяем понижающего коэффициента, что приводит к завышению показаний скорости.
Замеры, выполненные анемометром АПР-2м в непроветриваемом помещении путем равномерного обвода его сечения, показали, что скорость при таких замерах составляет 0,2–0,3 м/с, так как крыльчатка прибора весьма чувствительна к перемещению ее в пространстве, а потому скорость, показанная анемометром, фактически пропорциональна скорости перемещения прибора по сечению. И такое положение характерно не только для АПР-2м, но и для других типов высокочувствительных приборов. Например, при использовании термоанемометров, в основу которых положен принцип охлаждения нагретой струны, также недопустимо измерение средней скорости способом «в сечении», так как охлаждение струны в этом случае происходит не только от скорости воздушного потока, но и от скорости перемещения прибора при замере. Те же проблемы возникают и при использовании акустических приборов, здесь также возникает дополнительная погрешность за счет перемещения прибора по сечению выработки.
Учитывая внедрение анемометров нового поколения, таких как АПР-2м и других, следует признать наиболее достоверным способ замера в одной точке — «в центре сечения». Способ замера в одной точке применяется в настоящее время при установке стационарных датчиков, другого способа для них не существует.
Признать же для переносных анемометров способ замера «в центре сечения» выработки нам мешает инерционность мышления, а также отсутствие организации, взявшей на себя ответственность за принятие решения о необходимости применения именно такого способа замера для анемометров нового поколения.
В «Руководстве по эксплуатации» датчика скорости воздушного потока СДСВ 01, разработанном ИнГорТех, в п. 2.6 приведена методика расчета расхода воздуха при установке стационарных датчиков /3/. Методика, изложенная в Руководстве, полностью совпадает с методикой для переносных анемометров, предложенной автором статьи. Разница лишь в том, что при установке стационарных датчиков в зоне пониженных скоростей, на расстоянии 20 см от крепи выработки, для определения средней скорости применяется повышающий коэффициент, а при замере переносными анемометрами АПР-2м способом «в центре сечения», следует применять понижающий коэффициент.
По нашему мнению, в Руководстве следует в качестве контрольного прибора рекомендовать применение анемометра АПР-2м, имеющего такой же начальный порог измерения 0,1 м/с. Методически было бы правильным указать в Руководстве, что расход воздуха в выработке определяется способом замера анемометром АПР-2м «в центре сечения» выработки (Vц), а не «в сечении», как сейчас сказано, после чего этим же анемометром выполняется замер скорости в месте установки датчика СДСВ (Vд), далее определяется коэффициент N, учитывающий положение датчика СДСВ, равный N = 0,85Vц/Vд.
Анемометр АПР-2м, в отличие от других типов приборов, обеспечивающих только замер скорости воздушного потока в ручном режиме, позволяет производить также измерения скорости, давления и температуры в автоматическом и дистанционном режимах, при этом замер скорости он обеспечивает в диапазоне от 0,1 до 50 м/с. Замеры, выполненные анемометром АПР-2м, сохраняются в памяти прибора и в дальнейшем могут быть распечатаны на компьютере. При стоимости автоматических систем контроля воздуха в десятки миллионов рублей наличие на шахтах переносных анемометров, которые могут быть использованы для автоматического мониторинга вентиляционных сетей, является весьма перспективным направлением как с целью экономии материальных ресурсов, так и обеспечения более безопасных условий труда.
Правила безопасности в угольных шахтах должны предусмотреть способ замера «в центре сечения», а также нормативы расчета анемометров для шахт, утвержденные Госгортехнадзором (04–35/314 от 01.11.1996), что позволит повысить безопасность труда в шахтах.
Список литературы
1. Протодьяконов М. М. Проветривание рудников. — 4-е изд., 1930.
2. Мещеряков А. А. Определение расхода воздуха замером скорости в одной точке // Уголь Украины. – 1971. – №7.
3. Измеритель скорости воздушного потока СДСВ 01. Руководство по эксплуатации. ИнГорТех, Екатеринбург, 2004.