Теоретическое, экспериментальное и расчётное обоснование параметров шахтных водосбросов и их конструктивных элементов

• Автор: Гурьев, Алим Петрович
• Шифр специальности: 05.23.07, 05.23.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 430 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ШАХТНЫЙ ВОДОСБРОС КАК ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАСЧЁТА ШАХТНЫХ

ВОДОСБРОСОВ

2Л. Профиль проточного тракта шахтного водосброса

2.1 Л. Водоприёмная воронка

2 Л Л Л. Анализ параметров свободнопадающих плоских потоков

2ЛЛ.2. Очертание профиля сливной поверхности водоприёмной воронки

2.1.2. Конструкция ствола шахты

2.1.3. Конструкция сопрягающего колена
2.1.4. Существующие технические решения по назначению толщины
стен шахты
2.2. Анализ существующих технических решений проектирования и
расчёта шахтных водосбросов
2.2.1. Оценка величины допустимого вакуума на оголовке водоприёмной
воронки
2.2.2. Очертание водосливной поверхности водоприёмной воронки и
ствола шахты
2.2.3. Конструкция сопрягающего колена шахты
2.3. Гидравлические расчёты шахтных водосбросов
2.3.1. Существующая методика расчёта пропускной способности
водоприёмной воронки шахтных водосбросов
2.3.1.1. Пропускная способность водоприёмной воронки с острой кромкой
2.3.1.2. Пропускная способность водоприёмной воронки с безвакуумным
профилем
2.3.1.3 Определение величины масштабной поправки при вычислении
коэффициента расхода водоприёмной воронки
2.3.2. Существующие методики расчёта пропускной способности
шахтных водосбросов в напорном режиме
2.3.2.1. Водосбросы, в которых предусмотрена работа в напорном
режиме всего водопроводящего тракта
2.3.2.2. Водосбросы, в которых предусмотрена работа в напорном режиме
ствола шахты и сопрягающего колена

2.3.2.3. Водосбросы, в которых предусмотрена работа в напорном
режиме только ствола шахты
2.3.3. Гидравлические расчёты сопрягающего колена шахтного
водосброса
2.4. Распределение давления на сливной поверхности шахтного
водосброса
2.5. Вопросы аэрации потока в шахте
2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УСТРАНЕНИЮ ВЫЯВЛЕННЫХ НЕДОСТАТКОВ КОНСТРУКЦИЙ ШАХТНЫХ ВОДОСБРОСОВ
3.1. Конструктивные решения
3.1.1. Очертание в плане шахты полигонального поперечного сечения
3.1.2. Определение параметров образующих поверхностей сливных
граней шахты
3.1.3. Определение размеров поперечных сечений шахты
3.1.4. Определение параметров образующих поверхностей внешних
граней шахты
3.1.5. Влияние вакуума в подструйном пространстве на параметры
нижней поверхности струи в шахте
3.1.6. Определение параметров сопрягающего колена шахты
3.2. Модельные гидравлические исследования шахтного водосброса
полигонального поперечного сечения
3.2.1. Методика модельных гидравлических исследований
3.2.2. Экспериментальная установка
3.2.3. Модельная установка
3.2.4. Контрольно-измерительная аппаратура
3.2.5. Оценка точности результатов модельных гидравлических
исследований
3.2.5.1. Оценка точности измерения расходов
3.2.5.2. Точность определения давления
3.2.5.3. Точность определения местной скорости потока
3.2.5.4. Точность определения расхода по измерениям скорости
3.2.6. Состав исследований
3.3. Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ВИЗУАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
РАБОТЫ ШАХТНОГО ВОДОСБРОСА ПОЛИГОНАЛЬНОГО
ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
4.1. Режим безнапорной работы всего проточного тракта
4.2. Режим с заполненным стволом шахтного водосброса
4.3. Режим с затопленной водоприёмной воронкой
4.4. Выводы по главе
ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ШАХТНОГО ВОДОСБРОСА ПОЛИГОНАЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
5.1. Теоретический анализ пропускной способности шахтного
водосброса
5.2. Пропускная способность шахтного водосброса полигонального
поперечного сечения
5.3. Анализ результатов экспериментальных исследований
пропускной способности шахтного водосброса полигонального поперечного сечения с неподтопленным режимом работы водоприёмной воронки
5.3.1. Водоприёмная воронка со свободным входом
5.3.2. Водоприёмная воронка с бычком со стороны верхнего бьефа
5.3.3. Водоприёмная воронка с бычком со стороны нижнего бьефа
5.3.4. Водоприёмная воронка с бычком со стороны верхнего бьефа и
укороченным участком нижнего бьефа
5.3.5. Водоприёмная воронка с бычком со стороны верхнего бьефа и
тонкой стенкой со стороны нижнего бьефа
5.3.6. Определение величины коэффициента расхода при малых
напорах
5.4. Порядок расчёта пропускной способности шахтного водосброса
при безнапорном режиме работы водоприёмной воронки
5.5. Работа шахтного водосброса полигонального поперечного
сечения с затопленной водоприёмной воронкой
5.5.1. Определение границы режима работы шахтного водосброса с
неподтопленной водоприёмной воронкой
5.5.2. Определение коэффициента сжатия потока £

Средняя скорость и в сечении на высоте г от оси струи на гребне воронки определяется из уравнения:
и ^2+2'я'2, (2.31),
Как отмечалось раньше, большой практический интерес представляет очертание нижней поверхности струи, особенно при проектировании шахтных водосбросов. В отличие от плоской свободнопадающей струи, имеющей постоянную ширину, в шахтном водосбросе ширина струи уменьшается по мере удаления сечения от гребня водоприёмной воронки, а её толщина к по нормали к оси растёт по сравнению с плоской свободнопадающей струёй и на расстоянии У от гребня воронки может быть определена по зависимости:

2 л (Я-у) и (Я-у) и (232)
В своих расчётах А.Н. Ахутин предположил в нормальном сечении струи постоянство скоростей, так что для получения сливной поверхности воронки следует отложить
по нормали к касательной оси вниз отрезок, равный половине толщины струи к/2 в ряде сечений, и отрезки соединить. В самом этом способе построения сливной поверхности заложена техническая неточность, поскольку определение положения нормали графическим способом вещь достаточно трудоёмкая и достаточно неопределённая.
Приведенный выше анализ движения свободнопадающей струи позволяет получить простой способ построения сливной поверхности водоприёмной воронки. Подставив в (2.30) выражение скорости и из (2.31) с учётом (2.29) получаем: ъ = _ Я'К _
К2+£-у2-(к-у) К-} + Й•/•(*-у)
^ “ . (2.33)
Для определения значения подкоренного выражения в (2.33), продифференцируем
2 ■ V
выражение (2.28), которое даёт г с учётом чего

1 +Т7Т-У1 =VT+Z'

Vl cos Р ’
где р - угол с осью у касательной к оси струи.
Обозначив через г = (Я- у) расстояние от оси шахты до оси струйки, а через кв вертикальную высоту струи в выражении (2.31), получим: