Методы расчета расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок и стволов

Согласно [5], расход воздуха, необходимый для проветривания тупиковых выработок и стволов, определяется:

-по выделению метана или углекислого газа;

-по газам, образующимся при взрывных работах;

-по наибольшему числу людей, находящихся в забое;

-средней минимальной скорости воздуха в выработке и минимальной скорости в призабойном пространстве выработки с учетом температуры и относительной влажности воздуха. Окончательно принимается наибольший результат.

Для тупиковых выработок протяженностью до 300 м и стволов расчет выполняется сразу для максимальной длины. Для тупиковых выработок большей протяженности допускается расчет на отдельные периоды для промежуточных значений длины 300, 600, 900, и т. д., включая максимальную длину.

Расчет расхода воздуха производится для призабойного пространства (Q_з.п) и в целом для выработки (Q_п).

Расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа) производится следующим образом.

При выемке угля в тупиковой выработке комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием пласта, а также при проходке стволов, количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по выделению метана, определяется по формуле

Q_з.п =, (12.3)

где Q_з.п. – расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, ствола, м³/мин;

I_з.п – метановыделение на призабойном участке тупиковой выработки длиной 20 м (для стволов принимается I_з.с), м³/мин;

С- допустимая Правилами безопасности концентрация метана в исходящей из выработки вентиляционной струе, %;

С₀ – концентрация метана в струе воздуха, поступающего в тупиковую выработку, %. Определяется для тупиковых выработок действующих шахт по результатам измерений, для проектируемых – принимается равной 0.05 %, а для стволов С₀=0.

Метановыделение на призабойном участке выработки определяется по формуле

I_з.п=I_пов + I_о.у.п (12.4)

где I_пов – метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта на призабойном участке выработки длиной 20 м., м³/мин;

I_о.у.п – метановыделение из отбитого угля, м³/мин.

Согласно [5],

I_пов=2.3 10^-2 m_п*V_п (х-х₀)*k_т (12.5)

где m_п – полная мощность угольных пачек пласта, м;

V_п - проектная скорость подвигания выработки, м/сут;

х - природная метаноносность пласта, м³/т

х₀ – остаточная метаноносность угля, м³/т;

k_т – коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени; определяется по табл. 3.2 [5].

Природная метаноносность пласта определяется по формуле

х=х_г k_W.Aз (12.6)

где х_г - природная метаноносность пласта, м³/т.с.б.м (тонну сухой беззольной массы); значение х_г принимается по данным геологической разведки.

Остаточная метаноносность угля х₀, для каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ V>165 мл/г с.б.м. определяется по формуле (6.7), а для антрацитов с Vот 100 до 165 мл/г с. б. м. - по формуле (6.8)

х₀=х_о.г k_W.Аз (12.7) х₁= k_{W Аз} (0.15 V-13.6) (12.8)

х_о.г – остаточная метаноносность угля, м³/т. с. б. м.; принимается по табл.3.1 [5] или определяется по формуле

х_о.г=18.3 (V)^-0.6 (12.9)

k_W.Аз – коэффициент пересчета метаноносности пласта на уголь, (доли ед.) определяется по формуле

k_W.Аз = (12.10)

k_т – коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени, доли ед.; зависит от времени Т_пр, прошедшего от начала проведения выработки до момента определения I_пов; принимается по табл.3.2 [5] или рассчитывается по формуле

k_т=1-0.91 exp (-0.022 Т_пр) (12.11)

При расчете метановыделения на призабойном участке выработки длиной 20 м., время проведения выработки будет равно Т_пр=20/V_п, суток. При расчете метанообильности всей выработки I_п. по формуле (12.4), метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта I_пов, определяется по формуле (12.5), но значение коэффициента k_т, определяется по времени проведения всей выработки т.е. Т_пр=l_п/V_п суток (l_п- проектная длина выработки, м).

Метановыделение из отбитого угля зависит от способа проведения выработки и определяется следующим образом. При выемке угля комбайнами, выбуриванием или отбойными молотками по формуле

I_о.у.п=(х-х₀) j k_ту (12.12)

где j – техническая производительность комбайна, бурового станка или суммарная производительность проходчиков по выемке угля, т/мин. Принимается для комбайнов по табл.5.3 [5], для буровых станков – по их техническим характеристикам, а при выемке угля отбойными молотками, определяется по формуле

j= (12.13)

n_пр – число проходчиков, одновременно работающих в смене по выемке угля;

N_в – норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;

Т_см – время работы проходчиков в смене по выемке угля, ч.

K_ту - коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля, доли ед.; определяется по формуле

K_ту=а T (12.14)

где а, b – коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля (время транспортирования угля) Т_у≤ 6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Т_у> 6 мин а=0.118, а b=0.25.

Значение Т_у рассчитывается по формуле

Т_у= (12.15)

S_уг- площадь сечения выработки по углю в проходке, м²;

- подвигание забоя за цикл непрерывной работы комбайна, бурового станка, отбойных молотков, м; принимается для комбайнов при мощности пласта, меньшей диаметра резцовой коронки (барабана), равным длине коронки (барабана), а при мощности пласта, большей диаметра резцовой коронки, - расстоянию между арками (рамами), но не менее одного метра, при выбуривании пласта – подвиганию забоя за цикл, а при выемке отбойными молотками – шагу установки крепи;

-плотность угля, т/м³.

При проведении выработки буровзрывным способом I_о.у.п определяется по формуле

I_о.у.п=9 10^-3 S_уг l_вз (х-х₀) (12.16)

L_вз – подвигание забоя за взрывание, м.

При взрывном способе выемки в тупиковых выработках, проводимых по угольным пластам (для шахт, опасных по газу), расход воздуха, который необходимо подавать в забой определяется по формуле

Q_з.п= (12.17)

где S – площадь поперечного сечения выработки в свету, м²;

l_з.тр – расстояние от конца трубопровода до забоя выработки, м; принимается согласно требованиям ПБ;

k_т.д – коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1.0 при S≤10 м² и 0.8 при большем сечении выработки в свету;

С_max – допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания по углю, %; принимается равной 2 %;

I_з.п.max – максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, определяется по формуле

I_{з.п. max} =0.05 S_уг l_вз (х-х₀) (12.18)

При проведении вертикальных выработок (стволов, шурфов), количество воздуха для их проветривания по выделению метана, определяется по формуле

Q_з.п.= (12.19)

где-I_з.с - ожидаемое метановыделение в призабойном пространстве ствола при пересечении пласта стволом, м³/мин;

С- допустимая ПБ концентрация метана в исходящей струе ствола,%;

С₀-концентрация метана в поступающей струе, %.

Метоновыделение в забое ствола определяется по формуле

I_з.с.= I_пов.с + I_о.у.с. (12.20)

I_пов.с- метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта, м³/мин;

I_о.у.с- метановыделение из отбитого угля, м³/мин.

Метановыделение I_пов.с , I_о.у.с определяется по формулам

I_пов.с, =3.3 10^-2 m_п Д₁ Х [ 0.0004(V^daf)²+0.16] (12.21)

I_о.у.с =2.0 10^-3 m_п Дg (х-х₀) (12.22)

При пересечении нескольких пластов, расчет ожидаемого метановыделения производится для каждого пласта и к дальнейшим расчетам принимается наибольшее из полученных значений.

Расход воздуха по средней минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке

Q_з.п=60 V_п.min S, (12.23)

где V_п.min- минимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в выработке, м/с; принимается в соответствии с требованиями ПБ.

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве с учетом температуры и относительной влажности воздуха определяется по формуле

Q_з.п=20 V_з.min S, (12.24)

где V_з.min-минимально допустимая ПБ скорость воздуха в призабойном пространстве м/с; принимается по табл.8.3 ПБ.

Расход воздуха, который необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей определяется по формуле

Q_з.п = 6 n м³/мин (12.25)

где n – наибольшее число людей, работающих в забое.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по ядовитым газам, образующимся при взрывных работах, определяется по формуле

Q_з.п=, (12.26)

где Т-время проветривания выработки, мин;

Для шахт опасных по внезапным выбросам угля и газа Т£30 мин, для прочих шахт не нормируется;

V_вв- объем вредных газов, образующихся после взрывания, л;

V_вв=100 В_уг.+40 В_пор., л (12.27)

В_уг., В_пор -масса одновременно взрываемых ВВ по углю и по породе, соответственно, кг;

Если взрывание по углю и по породе производится раздельно, то при расчете Q_з.п. принимается большее из произведений входящих в формулу (12.27).

-длина тупиковой части выработки, м; для горизонтальных и наклонных тупиковых выработок длиной 500 м. и более в место подставляется критическая длина равная 500 м, а в том случае меньше 500м, подставляется . При расчете величины Q_з.п для проветривания стволов по формуле (12.26), критическая длина выработки определяется расчетом;

K_об- коэффициент, учитывающий обводненность выработки; принимается по табл.5.1 [5].

К_ут.тр.- коэффициент,учитывающий утечки воздуха в вентиляционном трубопроводе; для гибких труб определяется по табл.5.4 [5], а для жестких определяется расчетом. При длинеменьше критической длины, значение К_ут.тр. принимается для длины , и при ³ l_п.кр для критической длины.

Критическая длина выработки для расчета проветривания стволов определяется по формуле

L_п.кр=12.5 V_вв К_т.с К_с.1/S, м (12.28)

где К_т.с- коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по таблице 5.2 [5] в зависимости от величины l_з.тр/d_тр.п;

l_з.тр- расстояние от конца трубопровода до забоя ствола, м; Согласно ПБ ‘это расстояние должно быть не более 15 м, а при погрузке грейфером - 20 м;

d_тр.п- приведенный диаметр трубопровода, м; при расположении трубопровода в углу выработки равен 2 d_тр, а при расположении у стенки выработки или у

стенки ствола 1.5 d_тр

К_с.1- коэффициент, учитывающий влияние обводненности и глубины ствола, а также температуры пород в стволе на процесс разбавления вредных газов; определяется по формуле

К_с.1= (12.29)

К_с.2- коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола; зависит от притока воды в забой и определяется согласно [5] стр.77. t_п- температура пород на глубине Н_c, определяется по формуле

t_п=t₁+,С (12.30)

t₁-температура пород на глубине зоны постоянных температур Н₀,; для Донбасса t₁=8-10 , а Н₀=26-33 м;

Н_г- геотермический градиент, м/град; для Донбасса Н_г=25-30 м/град;

t₀- среднемесячная температура атмосферного воздуха для июля, ; принимается по данным, приведенным в «Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах». Для Донбасса t₀=21.4 с;

Значение коэффициента утечек воздуха для жестких вентиляционных труб определяется по формуле

К_ут.тр.=( (12.31)

где К_уд.ст- коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости при фланцевом соединении трубопровода; принимается по табл.5.5. [5];

R_тр.ж- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, кm; определяется по формуле

R_тр.ж=1.2 R_тр.+ R_м, кm (12.32)

где 1.2-коэффициент, учитывающий нелинейность трубопровода и несоответствие стыков;

R_тр- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, кm; определяется по табл.5.7 [5].

Для выбора ВМП принимается наибольшее из полученных Q_з.п..

12.1.5 Выбор вентиляторов для проветривания тупиковых выработок и стволов

Необходимая производительность вентилятора определяется по формуле

Q_в=Q_з.п К_ут.тр. м³/мин (12.33)

Необходимое давление вентилятора, работающего на гибкий трубопровод, определяется по формуле

h_в=, кг/м² (даПа) (12.34)

где R_тр.г- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, кm; определяется по формуле

R_тр.г = r_тр (l_тр+20 d_тр n₁+10 d_тр n₂) (12.35)

r_тр- удельное аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода без утечек воздуха кm/м; принимается согласно [5], стр.87;

d_тр- диаметр гибкого трубопровода, м;

n₁, n₂-число поворотов трубопровода под углом 90⁰ и 45⁰ соответственно.

Давление вентилятора работающего на жесткий трубопровод определяется по формуле

h_в=, кг/м² (даПа) (12.36)

Выбор вентиляторов производим путем нанесения расчетного режима его работы Q_в, h_в на график аэродинамических характеристики вентиляторов (см. приложение 1 [5].и приложение 4 [3]). Если аэродинамическая характеристика вентилятора (или нескольких вентиляторов установленных последовательно или параллельно) выше точки с координатами расчетного режима Q_в и h_в, то для определения фактической подачи Q_в.ф и напора h_в.ф выбранного вентилятора (вентиляторов) необходимо нанести аэродинамическую характеристику трубопровода (сети) на график аэродинамической характеристики вентилятора. Точка «А» (см. рис.12.8) определяет расчетный режим работы вентилятора, а точка пересечения характеристик (точка «Б»), определяет фактический режим работы вентилятора Q_в.ф и h_в.ф. В этом случае расход воздуха у забоя составит

Q_з.п.ф=1.69 -0.69*Q_в.ф (12.37)

Построение аэродинамической характеристики жесткого трубопровода, производится следующим образом. Задавая значения расхода воздуха 1, 2, 3, и т.д. в м³/с, определяют значения h_в по формуле (12.36). По парным значениям Q_в и h_в наносятся точки и соединяются плавной кривой (рис.12.8, кривая 1).

Аналогичным образом наносится аэродинамическая характеристика гибкого вентиляционного трубопровода. При этом задаются произвольными значениями Q_з.п в м³/с и для каждого из них определяются значения: k_ут.тр, расход воздуха в начале трубопровода (подача ВМП) Q_в по формуле (12.28) и депрессия трубопровода h_в (давление ВМП) по формуле (12.29). По парным значениям Q_в и h_в наносятся на графике точки, по которым проводится кривая.

Количество воздуха, которое необходимо подавать к вентилятору, определяем по формуле

Q_вс≥1.43 Q_в k_р (12.38)

где k_р – коэффициент, принимаемый равным 1.0 для ВМП с нерегулируемой подачей и 1.1 – с регулируемой.

Рис.12.8 Определение режима работы вентилятора местного проветривания на трубопровод

Дата добавления: 2014-01-03