Проветривание выемочных участков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проветривание выемочных участков



1. Схемы проветривания выемочных участков

Требования к схемам проветривания выемочных участков

Под выемочным участком понимается обособленно проветриваемый очистной забой и примыкающие к нему подготовительные выработки, а при последовательном проветривании все последовательно проветриваемые забои с примыкающими к ним подготовительными выработками. Схема проветривания выемочного участка является важнейшим элементом проветривания шахты. При выборе схем проветривания выемочных участков первостепенное значение имеют условия безопасности, а также обеспечение нормальных санитарно-гигиенических условий труда и максимальной нагрузки на очистной забой по метановыделению.

Схема проветривания выемочного участка должна обеспечивать:

Устойчивое проветривание как при нормальных, так и аварийных режимах, благоприятные условия для спасения людей и ликвидации аварии;

Возможность ведения работ по эффективной дегазации на выемочных участках;

На газообильных и глубоких шахтах, на которых естественная температура пород достигает 300С и выше, полное обособленное разбавление вредностей (газ, пыль, тепло), выделяющихся из всех источников;

Максимальную нагрузку на очистной забой по газовому фактору;

Возможность исключения образования опасных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой;

Подачу к очистному забою свежего воздуха по двум выработкам при разработке выбросоопасных пластов.

При отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, выбранная схема проветривания, кроме этого, должна обеспечивать:

Минимальную ширину проветриваемой призабойной зоны выработанного пространства с тем, чтобы время его проветривания было меньше продолжительности инкубационного периода самовозгорания угля;

Надежную изоляцию выработанных пространств по мере подвигания очистного забоя;

Возможность исключения в случае возникновения пожара выемочного участка из общей сети горных выработок.

Классификация, область применения и выбор схем проветривания выемочных участков

ДонУГИ разработана классификация схем проветривания выемочных участков в зависимости от степени обособленности разбавления вредностей по источникам поступления в рудничную атмосферу, направлению выдачи исходящей из лавы струи воздуха, взаимного влияния очистных выработок на их проветривание, направления движения воздуха по очистной выработке и взаимного направления свежей и исходящей струй (табл.1).

Таблица 1 Классификация схем проветривания выемочных участков

Классификация	Классификационный признак	Варианты признака	Условные обозначения
Тип	Степень обособленности разбавления вредностей по источникам поступления.	Последовательное Частичное Полное	1 2 3
Подтип	Направление выдачи исходящей из лавы струи воздуха	На выработанное пространство. На массив угля. Комбинированное	В М К
Класс	Зависимое или независимое проветривание очистных выработок	Независимое Зависимое	Н З
Подкласс	Направление движения воздуха по очистному забою	Восходящее Нисходящее Горизонтальное	В н г
Вид	Взаимное направление свежей и исходящей струй	Возвратноточное Прямоточное	Вт Пт

Для удобства пользования каждая схема обозначается сокращенно. Например, схемы проветривания выемочных участков, представленные на рисунках 1, 2, 3, относятся к типам 1-В-Н-в-вт, 2-В-Н-г-пт, 1-М-З-в-вт соответственно.

Откаточный штрек пласта К2

Рис. 1 Схема проветривания выемочного участка типа 1-В-Н-в-вт



Схемы проветривания выемочного участка 1-го типа в основном могут применяться при условии, когда нагрузка на лаву не ограничивается газовым фактором.

При разработке газоносных пластов, когда нагрузка на очистной забой при схемах 1-го типа ограничивается газовым фактором, а также негазоносных пластов на глубине, где естественная температура пород превышает 300 С, следует применять схемы 3-го типа с полным обособленным разбавлением вредностей по источникам выделения.

Схемы с частично обособленным разбавлением вредностей типа 2-В следует применят в тех случаях когда по каким либо причинам невозможно или затруднительно использовать схемы 3-го типа.

Схемы с частично обособленным разбавлением вредностей типа 2-М допускается применять только в негазовых шахтах.

При отработке незащищенных выбросоопасных пластов, а также при внезапных прорывах метана из почвы должны применяться схемы проветривания, обеспечивающие подачу воздуха к лаве по двум выработкам.

2. Прогноз метанообильности очистных забоев и выемочных участков

Общие положения

При строительстве новых шахт, а также при подготовке новых горизонтов и разработке ранее не разрабатываемых пластов на действующих шахтах прогноз метанообильности, как правило, выполняется по природной метаноносности пласта.

На действующих шахтах, в условиях разрабатываемых пластов этот прогноз может быть выполнен по фактической метанообильности очистнах выработок и выемочных участков.

Прогноз метанообильности выемочного участка по природной метаноносности пласта

Относительная метанообильность выемочного участка и очистного забоя определяется по методике изложенной в разделе 3.3 [5]

Источниками выделения метана в выработки выемочного участка являются разрабатываемый угольный пласт, сближенные угольные пласты (спутники) и вмещающие породы. Относительная метанообильность выемочного участка определяется как суммарное метановыделения из разрабатываемого пласта (qпл, м3/т), сближенных угольных пластов (qсп, м3/т) и вмещающих пород (qпор, м3/т), т.е.

qуч=qпл+qсп+qпор (1)

Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ V больше 165 мл/г.с.б.м. относительное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле (2), а из высокометаморфизированных антрацитов с объемным выходом летучих веществ от 100 до 165 мл/г.с.б.м - по формуле (3)

qпл=qо.п+qо.у+kэ.п(x-xо) (2)

qпл=kпл(х-х1)+qо.у+kэ.п(x-xо) (3)

где kэ.п-коэффициент, учитывающий эксплуатационные потери угля в пределах выемочного участка;

хо-остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве, м3/т

хо=0.01*хо.г*(100-Аз-Wр) (4)

хо.г - остаточная метанононость угля, м3/т.с.б.м; принимается по табл.3.1 [5] в зависимоси от выхода летучих веществ.

qо.п - относительное метановыделение из очистного забоя при разработке каменных углей, кроме высокометаморфизированных антрацитов, определяется по формуле (5), а для высокометаморфизированных антрацитов - по формуле (6)

qо.п=0.85*х*kпл*ехр(-n) (5)

qо.п=0.75*kпл*(х-х1) (6)

где х - метаноносность угля с учетом зольности и влажности, м3/т

х=0.01*хг*(100- Аз-Wр) (7),

х1 - остаточная метаноносность угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, м3/т; определяется по формуле

х1=kW,A (0.15 V (8)

kпл - коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта; согласно [5] , определяется по формуле

kпл= (9)

bзд - ширина условного пояса газового дренирования угольного массива через поверхности обнажения пласта в подготовительных выработках, м; принимается по табл.3.5 [5] в зависимости от выхода летучих веществ Vdaf .

В формуле (9) знак «плюс» принимается, когда выше вентиляционного и ниже откаточного (конвейерного ) штреков расположен массив угля (коренная лава), а также при системе разработки парными штреками (прямой ход) а -«минус» когда выше вентиляционного и ниже откаточного (конвейерного) штреков разрабатываемый пласт отработан при системе разработки «парные штреки» (обратный ход) или когда выемочное поле оконтурено подготовительными выработками (столбовая система разработки).

При сплошной системе разработки, когда вышележащая лава отработана (выработанное пространство выше вентиляционного штрека), а также при комбинированной, когда один штрек пройден, а другой проходится вслед за лавой, а также при отработке крутонаклонных и крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ kпл=1;

n-показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя (vоч,м/сут), выхода летучих веществ из угля (Vdaf,%) и глубины разработки (Н, м );

n=а1vоч ехр(-0,001Н+b1 Vdaf) (10)

где а1, b1-коэффициенты, значения которых принимается в зависимости от выхода летучих веществ; согласно [5] при Vdaf 22 % а1=1.435, а,b1= - 0.051; при Vdaf> 22 % а1=0.152, b1=0.051.

Cкоросту подвигания очистного забоя определяется исходя из планируемой нагрузки на очистной забой

Асут=lочvочmп (11)

где объемный вес угля

vоч=, м/сут (12)

Относительное метановыделение из отбитого угля (qо.у) определяется по формуле

qо.у= (13)

где -относительное метановыделение из отбитого угля в лаве, м3/т;

=[*kgk[1-0/85t[h(-n)]*(b2kne+b3k) (14)

-относительное метановыделение в конвейерном откаточном штреке (бремсберге), м3/т

=х*kпл[1-0.85ехр(-n)b2*k (15)

где b2, b3-коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого на почве в лаве, доли ед.; значения b2=0.6, а b3=0.4 при односторонней выемке угля; b2=1, а b3=0 при двухсторонней схеме выемке угля в лаве;

kту, k, k - коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого от массива угля соответственно в очистной выработке на конвейере (kту), на почве в лаве (k), и на конвейере в выработке выемочного участка (k), доли ед;

kту= (16);

k= (17)

k= (18)



Т-время нахождения отбитого угля на конвейере в лаве, мин;

Т= (19)

vк.л- скорость транспортирования угля в лаве, м/с;

-время нахождения отбитого от массива угля на почве в лаве при односторонней выемке угля, мин; принимается ориентировочно равным времени работы комбайна по выемке полосы угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции

При двухсторонней выемке угля в лаве =0, и k=0; При выемке крутонаклонных и крутых пластов время нахождения угля в лаве принимается по проекту.

Т-время нахождения отбитого от массива угля в в ярусном штреке в пределах выемочного участка, мин; определяется по формуле

Т= (20)

-протяженность выработки с i-м видом транспорта, м;

-скорость транспортирования угля на участке , м/с;

При транспортировании угля в пределах выемочного участка в вагонетках значение времени нахождения его на участке принимается по проекту, но не более 120 мин.

-коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля Ту6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Ту6 мин а

При отработке высокометаморфизированных антрацитов значение

q=0.15*kпл*(х-х1) (21)

q=0.10*kпл*(х-х1) (22)

Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)

Относительное метановыделение из спутников определяется по формуле

qсп= (23)

Относительное метановыделение как из подрабатываемого qсп.пi , так и надрабатываемого qсп.нi определяется по формуле

qсп.К2=1.14v (24)

где mсп.i-суммарная мощность спутника,м;

хсп.i-природная метаноносность спутника, м3/т;

х0i-остаточная метаноносность спутника, м3/т;

mв-вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м;

Мсп.i-расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного (при подработке) пластов и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м

Мр-расстояние по нормали между разрабатываемым и сближенными пластами, при котором метановыделение из последнего практически равно нулю, м

Величина Мр при подработке пологих пластов определяется по формуле (25), а при подработке крутонаклонных и крутых пластов - по формуле (26)

Мр=1.3 (25)

Мр=kу.к*mв.пр (1.2+Cosпл) (26)

где mв.пр-вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м; kу.к-коэффициент, учитывающий влияние способа управления кровлей; принимается в формуле (25) при полном обрушении принимается-1.0; при частичной закладке, плавном опускании и удержании на кострах - 0.8; при частичной закладке - 0.4; а в формулах (26) и (28) соответственно равен 60, 45 и 25. kл-коэффициент, учитывающий влияние степени метаморфизма на величину свода разгрузки; принимается по табл 3.6 [5] в зависимости от выхода летучих веществ Vdaf или определяется по формуле

kл=1.88 ехр (-0.018 Vdaf) (27)

При определении Мр для лав длиной более 220 м в формулу (25) подставляется значение lоч=220 м. При надработке пологих пластов Мр принимается равным 60 м, а при надработке крутонаклонных и крутых пластов определяется по формуле

Мр=kу.к*mв.пр (1.2 - Cosпл) (28)

Если угольный пласт до его разработки или сближенный пласт был ранее подработан (надработан) то в расчетные формулы вместо x подставляется остаточная метаноносность х, величина которой определяется по формуле

х=х0 + (х-х0) (29)

где - расстояние по нормали от сближенного да разрабатываемого пласта, который ранее подработал (надработал) его м;

Расстояние при расчете х определяется по горно-техническим параметрам выемочного участка (lоч, mв пр,kл, kу.к и др.) для пласта, который подработал (надработал) пласт-спутник.

Расчет метановыделения из вмещающих пород

Согласно [5] метановыделение из пород определяется по формуле

qпор=1,14v (30)

где kс.п-коэффициент, учитывающий способ управления кровлей и литологический состав пород, доли ед.; значения его берутся из табл.3.7 [5].

Абсолютная метанообильность очистного забоя и выемочного участка определяется по формулам:

(31)

(32)

Определение ожидаемого метановыделения из очистной выработки и выемочного участка с учетом дегазации и изолированного отвода метана за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающих установок

При применении дегазации сближенных угольных пластов и вмещающих пород скважинами, изолированного отвода метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающей установки, а также дегазации разрабатываемого пласта, ожидаемое газовыделение из очистной выработки (qоч) и выемочного участка (qуч) определяется:

- при схемах проветривания выемочных участков без обособленного разбавления метана по источникам (схемы типа 1-В, 1-К, 1-М) по формулам:

qоч=(qоп+q (33)

qуч=(qоп+q (34)

- при схемах проветривания выемочных участков с обособленным разбавлением метана по источникам выделения (схемы типа 2-В, 3-В) qоч определяется по формуле (35), qуч - по формуле (34)

qоч=(qоп+q (35)

где kд.пл-коэффициент эффективности дегазации пласта ;

kв.п коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное ; принимается в зависимости от способа охраны выработки по которой удаляется исходящая струя воздуха (см. стр.42-43 [5]);

q-метанообильность ваработанного пространства, м3/т;

q=[kэ.п (х-х0)(1-kд.пл)+( (36)

где kд.с.п, kд.с.н, kд.в.о, kд.в.п - коэффициенты, учитывающие соответственно, эффективность дегазации подрабатываемых угольных пластов и пород, надрабатываемых сближенных пластов, выработанного пространства и эффективность изолированного отвода метана, доли ед.

Значения коэффициентов kд.пл, kд.с.п, kд.с.н, kд.в.о принимаются из табл.2, а kд.в.п в соответствии с пунктом 6.2.3 [5].

Таблица 2 Способы и значения коэффициентов эффективности дегазации

Метод воздействия на угленосную толщу	Способ дегазации	Значение коэффициента дегазации
1	2	3
Сближенные пласты
Подработка толщи	Скважинами, пробуренными из выработок на сближенный пласт: при сохранении выработки, из которой бурятся скважины при погашении выработки, из которой бурятся скважины	0.4-0.8 0.2-0.5
	Скважинами, пробуренными с поверхности	0.4-0.7
Надработка толщи	Скважинами, пробуренными из выработок	0.3-0.5
Разрабатываемые пласты
Разгрузка пласта скважинами и выработками	Подготовительными выработками Скважинами по пласту, пробуренными из подготовительных выработок Скважинами, пробуренными из полевых выработок	0.2-03 0.3-0.5 0.2-0.3
Разгрузка пласта очистным забоем	Скважинами, пробуренными из очистного забоя Скважинами, пробуренными из подготовительных выработок в зоне влияния очистного забоя Скважинами, пробуренными из подготовительных выработок в зоне влияния очистного забоя при подработке или надработке сближенным пластом	0.2-0.3 0.2-0.3 0.3-0.4
Дегазация пластов в сочетании с гидроразрывом	Гидравлический разрыв пласта через скважины, пробуренные из вырабток	0.5-0.6
Выработанное пространство
	Отсос газа из выработанного пространства действующих участков при обратном порядке отработки с использованием: газопровода Эжекторов и вентиляторов	0.2-0.3 0.3-0.7
	Скважины пробуренные над купо- лом обрушения Скважины пробуренные с поверхности	0.25-0.4 0.4-0.6

Абсолютная метанообильность очистного забоя и выемочного участка определяется по формулам:

(37)

(38)

где Аоч - добыча из очистной выработки, т/сут

Критерием, определяющим необходимость проведения дегазации, является повышение метанообильности очистного забоя сверхдопустимой по фактору вентиляции .

= (39)

где Vmax-допустимая по ПБ максимальная скорость движения воздуха в лаве, м/с; Vmax=4 м/с;

Smin-минимальное поперечное сечение лавы свободное для прохода воздуха,м2,

Smin=Sоч.min*kо.з (40)

Sоч.min-минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2; при механизированных крепях принимается по табл.6.5 [5].

kо.з- коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства непосредственно прилегающей к призабойному; принимается по табл.6.4 [5].

С-допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе очистного забоя, %;

-коэффициент неравномерности метановыделения; принимается по табл.6.3 [5] Выбор способов дегазации производится на основе анализа данных о структуре газового баланса выемочного участка с учётом возможных в конкретных условиях коэффициентов эффективности дегазации. В первую очередь дегазируется источник, из которого выделяется наибольшее количество газа. Выбор способов дегазации производится с таким расчетом, что бы нагрузка на очистной забой по газовому фактору была больше плановой на 10-30%. Коэффициент эффективности дегазации, при котором, будет достигнута плановая нагрузка на очистной забой, определим по формуле:

(41)

где Iр, Iоч - соответственно, допустимая и фактическая метанообильность очистного забоя, м3 / мин.

При дегазации нескольких источников выделения метана суммарное значение коэффициента эффективности дегазации kдег определяется как сумма частных коэффициентов дегазации отдельных источников выделения метана:

(42)

где kдег.і - коэффициент эффективности дегазации источника метановыделения с учётом его доли в общем газовом балансе очистного забоя :

(43)

где kдег.j - коэффициент эффективности дегазации источника метановыделения;

ni - коэффициент, характеризующий долевое участие данного источника в общем метановыделении.

Доля метановыделения из отдельного источника в общем метановыделении до дегазации определяется по формуле по формуле:



(44)

где qі - относительное метановыделение отдельного источника.

Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по по фактической газообильности

Ожидаемое среднее метановыделение в очистной выработке (, м3/мин) и на выемочном участке (, м3/мин) определяется:

= (45)

= (46)

где - среднее фактическое газовыделение в очистной выработке на расстоянии 15-20 м от очисного забоя, м3/мин;

.- средний расход газа в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе на расстоянии 15-20 м от ходка (уклона, квершлага), м3/мин.

Газовыделние и определяется на основе инструментальных наблюдений в соответствии с п.3.3.2 [5];

- длина очистной выработки, для которой рассчитывается ожидаемое газовыделение, м;

- длина очистной выработки, для которой определено фактическое газовыделение,м;

Ар - планируемая добыча угля, т/сут;

Аф - средняя добыча угля, при которой определялось фактическое метановыделение, т/сут;

kc.р - коэффициент, учитывающий изменение системы разработки; рассчитывается по формулам приведенным в табл.3.10 [5];

kг.р - коэффициент, учитывающий изменение метанообильности выработок с глубиной; определяется согласно [5] стр.48.

дегазация метановыделение угольный

3. Расчет расхода воздуха для проветривания выемочных участков и очистных выработок

Расчет расхода воздуха для проветривания очистных выработок

Расход воздуха для проветривания очистных выработок, рассчитывается:

по выделению метана, углекислого газа;

газам, образующимся при взрывных работах;

по набольшему числу людей, работающих в забое.

Полученный расход проверяется по допустимой скорости воздуха, а при последовательном проветривании тупиковых выработок, примыкающих к очистным - также по подачи ВМП (QочQВ*1.43). Окончательно пронимается наибольший результат.

При выемке каменных углей с прослойками в пласте породы суммарной мощностью 0.05 м и более, или с присечкой боковых пород, а также антрацитовых пластов и температуре воздуха 16С и выше расход воздуха должен быть дополнительно рассчитан из условия оптимальной по пылевому фактору скорости, если для разбавления вредных газов или по температурным условиям не требуется большая скорость.

Для схем проветривания с примыканием исходящей струи к целику и погашением вентиляционной выработки (схемы типа 1-М) расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа) следует вести сразу для выемочного участка.

Расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа)

Расход воздуха для проветривания очистной выработки (лавы) по выделению метана (углекислого газа) определяется по формуле (кроме схем типа 1-М)

Qоч= (47)

гдеQоч - расход воздуха для проветривания очистной выработки, м3/мин;

- среднее ожидаемое (фактическое) газовыделение, м3/мин;

С - допустимая согласно ПБ концентрация метана (углекислого газа) в исходящей из выработки вентиляционной струе, %;

С0 - концентрация газа в поступающей на выемочный участок вентиляционной струе, %; определяется для выработок действующих шахт по результатам измерений, а для проектируемых принимается равной 0.05 %;

Kн - коэффициент неравномерности метановыделения (выделения углекислого газа), доли ед.; значение коэффициента неравномерности метановыделения определяется по формуле (48) или берется из табл.6.3 [5], а выделения углекислого газа -принимается равным 1.6 при выемке каменных углей и антрацитов, при выемке бурых углей для механизированных лав -2.3, а для лав с буровзрывным способом выемки угля - 2.6;

Kн=1.94* (48)

Расход воздуха для проветривания лав при максимально допустимой нагрузке на лаву по газовому фактору (метановыделению) определяется по формуле

Qоч=Qоч.max*kо.з=60 Sоч.min*Vmax*kо.з (49)

где Qоч.max - максимальный расход воздуха, который можно подать в очистную выработку, м3/мин;

Vmax - максимально допустимая скорость движения воздуха в очистной выработке, м/с; принимается согласно ПБ;

kо.з - коэффициент учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства непосредственно прилегающего к призабойному; принимается по табл.6.4 [5];

Sоч.min - минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2; при механизированных крепях принимается согласно табл.6.5 [5], а при индивидуальных крепи рассчитывается по формуле

Sоч.min=kз*mв.пр*bmin (50)

где kз - коэффициент, учитывающий загроможденность призабойного пространства; принимается равным 0.8; mв.пр - вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м; bmin - минимальная ширина призабойного пространства, м; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей. При последовательном проветривании очистных выработок расчет расхода воздуха по выделению метана для второй лавы определяется по формуле (51) или (52), а для первой лавы - по формуле (47)

Qоч.2=, при > (51)

Qоч.2= (52)

где Qоч.2 - расход воздуха, который необходимо подавать во вторую лаву, м3/мин;

С1 - допустимая концентрация метана в воздухе, поступающем во вторую лаву, %; принимается согласно ПБ;

- среднее фактическое (ожидаемое) выделение метана в первую и вторую лавы, считая от выработки с поступающей струей воздуха, м3/мин.

Значение коэффициента неравномерности метановыделения в формуле (52) принимается по суммарному метановыделению в последовательно проветриваемых лавах.

Расчет расхода воздуха по выделению углекислого газа при последовательном проветривании лав производится по формуле

Qоч.2= (53)

- ожидаемое среднее выделение углекислого газа в первой и второй лавах, считая от выработки с поступающей струей воздуха, м3/мин.

Для схем проветривания выемочных участков с примыканием исходящих струй к целику угля и погашением вентиляционных выработок вслед за лавами (схемы типа 1-М), когда расход воздуха для проветривания выемочного участка определяется по формуле (69), расход воздуха для проветривания очистной выработки по газовыделению рассчитывается по формуле

Qоч.= (54)

kут.в - коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство в пределах выемочного участка; при отработке пологих и наклонных пластов и управлении кровлей полным обрушением и плавным опусканием определяется по номограммам (см.рис.6.12, 6.13 ), а при отработке тонких крутых пластов - по табл. 6.6 [5]

Расчет расхода воздуха по газам, образующимся при взрывных работах

Расчет по газам, образующимся при взрывных работах, для очистных забоев типа лав выполняется по формуле

Qоч.=kо.з (55)

где Т - время проветривания выработки, мин; принимается согласно ПБ;

Вуг - масса одновременно взрываемых ВВ по углю, кг;

Vоч - проветриваемый объем очистной выработки, м3;

Vоч=mв.пр bmax (56)

bmax - максимальная ширина призабойного пространства, и; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей, а для лавообразных выработок с большим шагом обрушения (закладки) - равной ширине трех рабочих лент (дорожек).

Расчет расхода воздуха по числу людей производится по формуле

Qоч.= 6 nчел kо.з (57)



где nчел - наибольшее число людей, одновременно работающих в очистной выработке.

При последовательном проветривании лав

Qоч.= 6 nчел.i kо.з (58)

Расчет расхода воздуха из условия оптимальной скорости по пылевому фактору производится по формуле

Qоч=60 Sоч.min*Vопт*kо.з (59)

где Vопт - оптимальная скорость воздуха в призабойном пространстве лавы, м/с; принимается 1.6 м/с.

Проверка расхода воздуха по скорости производится по следующим формулам:

-по минимальной скорости в очистной выработке

QочQоч.min*kо.з=60 Sоч.max*Vmin*kо.з (60)

где Sоч.max - максимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2; при механизированных крепах принимается согласно табл..6.5 [5], а при индивидуальной крепи рассчитывается по формуле

Sоч.max=kз mв.пр bmax (61)

bmax - максимальная ширина призабойного пространства, м; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей, а для лав с большим шагом обрушения (закладки) - равной ширине трех рабочих лент (дорожек) ;

Vmin - минимально допустимая скорость воздуха в очистной выработке, м/с; принимается согласно ПБ ;

-по максимальной скорости воздуха в очистной выработке

QочQоч.max*kо.з=60 Sоч.min*Vmax*kо.з (62)

-по минимальной скорости воздуха в промежуточных штреках с подсвежающей струей при последовательном проветривании лав при последовательном проветривании лав

Qоч.п 60 Sоч.max*Vmin*kо.з + 60 Sпр.ш Vmin (63)

где Sпр.ш - площадь поперечного сечения промежуточного штрека, по которому подается подсвежающая струя,м2;

Vmin - минимальная скорость воздуха в промежуточном штреке, м/с; принимается согласно ПБ.

Проверка по подаче ВМП при последовательном проветривании тупиковых и очистных выработок производится по соблюдению условия

QочQвс (64)

где Qвс - расход воздуха, который необходимо подать к всасу ВМП, м3/мин.

Расход воздуха в месте установки ВМП должен удовлетворять следующим условиям:

- для любого, отдельно установленного ВМП

Qвс 1.43 Qв kр (65)

- для любой группы ВМП, работающих на разные трубопроводы и установленных в одном месте

Qвс1.43 kр (66)

где Qв - подача ВМП при длине тупиковой выработки на отдельные периоды, для которых выполняется расчет;

kр - коэффициент, принимается равным 1.0 для ВМП с нерегулируемой подачей и 1.1 - с регулируемой.

Примечание. 1. ВМП, работающие на один трубопровод, следует рассматривать как один вентилятор.

2.ВМП считаются установленными в одном месте, если расстояние между ними не превышает 10 м; при расстоянии от ближайшего ВМП более 10 м вентилятор считается установленным отдельно.

Расчет расхода воздуха для проветривания выемочных участков

Расчет по постоянно выделяющимся газам

При схемах проветривания с последовательным разбавлением метана по источникам выделения (схемы типа 1-В) при условии формулы (67) расход воздуха определяется по формуле (68), а если условие не выполняется, а также для других схем проветривания (схемы типа 1-М, 2-М, 2-В, 3-В) по формуле (69)

(67)

Qуч.= (68)

Qуч= (69)

где - среднее фактическое (ожидаемое) метановыделение (выделение вуглекислого газа) в пределах выемочного участка.

Расход воздуха на подсвежение при схемах проветривания выемочных участков типа 2-М, 2-В, 3-В определяется по формуле

Qдоп=Qуч - Qоч (70)

где Qдоп - расход воздуха, необходимый для подсвежения исходящей из выемочного участка вентиляционной струи, м3/мин.

Расход воздуха, подсчитанный по формуле (69) для схем проветривания типа 1-М, 1-В, 1-К, должен удовлетворять условию формулы (71), а по формуле (70) - условию (72)

QучQоч.max*kут.в=60 Sоч.max*Vmax*kут.в (71)

Qдоп60 S Vmin (72)

где S - площадь поперечного сечения выработки с подсвежающей струей воздуха в свету, м2.

Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка по другим факторам

Расход воздуха по газам, образующимся при ведении взрывных работ в лаве, скорости движения воздуха в призабойном пространстве лавы (оптимальной по пылевому фактору, минимальной или максимальной), а также по людям для схем проветривания с последовательным разбавлением вредностей (схемы типа 1-В, 1-М, 1-К) определяется по формуле (73), а для схем проветривания с подсвежением (схемы типа 2-В, 2-М, и 3-В) - по формуле (74)

Qуч.= (73)

Qуч.= +60 S Vmin (74)

Расход воздуха, проверяемый по числу людей, должен удовлетворять условию

Qуч.6 nчел (75)

где nчел - максимальное число людей, одновременно работающих на выемочном участке.

Расход воздуха для выемочного участка с учетом влияния падающего угля при выемке угля комбайнами на крутых пластах, определяется по формуле

Qуч.=Qуч.max kп.у (76)

где Qуч.max - наиболший из результатов расчета расхода воздуха, полученный по формулам (68), (69), (73), (74), (75);

kп.у - коэффициент, учитывающий уменьшение расхода воздуха под действием падающего угля; определяется по табл.6.7 [5] в зависимости от депрессии hт, создаваемой потоком падающего угля, и депрессии выемочного участка hуч

Пример расчета проветривания выемочного участка

Исходные данные для проведения расчетов

Исходными данными для проведения расчетов являются:

1.Размер выемочного поля lв.п, м 600;

2.Длина лавы lоч, м 170;

3.Мощность разрабатываемого пласта mп, м 0.95;

4.Расстояние от разрабатываемого пласта К2 до спутников:

в почве пласта К1 (Мн) , м 18;

в кровле пласта К3 (Мп), м 60;

5.Мощность спутников:

К1 (m1), 0.75,

К3 (m3), м 0.56;

6.Угол падения пластов, град. 27;

7.Природная метаноносность пластов и спутников Хг, м3/т.с.б.м. 18;

8.Марка угля А, пластовая зольность Аз=15 %, влажность Wр=2.0 %, выход летучих веществ для пластов и спутников Vdaf=8 %;

9.Глубина разработки Н=840 м и глубина верхней границы зоны метановых газов Н0,=240 м;

Плановая нагрузка на очистной забой Аоч :

наклонное падение 600*mп,=600*0.95=570 т/сут.

11.Способ подготовки шахтного поля-этажный, система разработки -длинные столбы по простиранию;

12.Тип схемы проветривания выемочного участка-1-М-Н-в-вт .

Для выемки угля в очистном забое предусматриваем применение механизированного комплекса КД-80 с комбайном 1К101.

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

1.Составить схему проветривания участка и начертить на листе формата А2;

2.Рассчитать относительную и абсолютную метанообильность выемочного участка и очистного забоя;

3.Рассчитать максимально-допустимую нагрузку на очистной забой по фактору метановыделения;

4.Выбрать способы снижения метанообильности очистного забоя, если допустимая нагрузка по фактору метановыделения меньше плановой;

5.Рассчитать количество воздуха для проветривания очистного забоя и выемочного участка;

6.Рассчитать депрессию горных выработок выемочного участка.

Схема проветривания выемочного участка

Согласно заданию для проветривания выемочного участка принимаем схему проветривания типа 1-М-Н-в-вт. Схема проветривания представлена на (рис.4)



Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка

Относительную метанообильность выемочного участка и очистного забоя определяем по природной метаноносности по методике изложенной в разделе 3.3 [5]

Источниками выделения метана в выработки выемочного участка являются разрабатываемый угольный пласт, сближенные угольные пласты (спутники) и вмещающие породы.

Относительная метанообильность выемочного участка определяется как суммарное метановыделения из разрабатываемого пласта (qпл, м3/т), сближенных угольных пластов (qсп, м3/т) и вмещающих пород (qпор, м3/т), т.е

qуч=qпл+qсп+qпор

Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ больше 165 мл/г.с.б.м. относительное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле

qпл=qо.п+qо.у+kэ.п(x-xо)

где kэ.п-коэффициент, учитывающий эксплуатационные потери угля в пределах выемочного участка; проектом предусматривается безцеликовая отработка пласта, тогда kэ.п=0.03;

хо- остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве, м3/т

хо=0.01*хо.г*(100-Аз-Wр)

хо.г -остаточная метанононость угля, м3/т.с.б.м; принимается по табл.3.1 [5] в зависимости от выхода летучих веществ хо.г=5.3 м3/т.с.б.м

хо=0.01*5.3 (100-15-2)=4.4 м3/т;

qо.п- относительное метановыделение из очистного забоя, определяется по формуле

qо.п=0.85*х*kпл*ехр(-n)

где х - метаноносность угля с учетом зольности и влажности, м3/т

х=0.01*хг*(100- Аз-Wр)

х=0.01*18*(100-15-2)=15 м3/т;

kпл-коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта; согласно [5] для столбовой системы разработки определяется по формуле

kпл=

bз.d-ширина условного пояса газового дренирования угольного массива; принимается по табл.3.5[5] в зависимости от выхода летучих веществ; bз.d=11м;

kпл=

n-показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя (vоч,м/сут), выхода летучих веществ из угля (Vdaf,%) и глубины разработки (Н,м);

n=а1vоч ехр(-0,001Н+b1 Vdaf)

где а1, b1-коэффициенты, значения которых принимается в зависимости от выхода летучих веществ; согласно [5,стр.34] при Vdaf22% а1=1.435, а b1=-0.051;

Cкорость подвигания очистного забоя определяем исходя из планируемой нагрузки на очистной забой

Асут=lочvочmп

где объемный вес угля

vоч==

n=1.435*2.4*ехр(-0.001*840-0,051*8)=1.0

Определяем относительное метановыделение из очистного забоя

qо.п=0.85*15*0.87*ехр(-1.0)=4.0 м3/т

Относительное метановыделение из отбитого угля (qо.у) определяется по формуле

qо.у=

где -относительное метановыделение из отбитого угля в лаве, м3/т;



=х*kпл[1-0.85ехр(-n)]*(b2kту+b3k)

-относительное метановыделение в конвейерном штреке и бремсберге, м3/т

=х*kпл[1-0.85ехр(-n)b2*k

где b2, b3-коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого на почве в лаве, доли ед.; значения b2=0.6, а b3=0.4 при односторонней выемке угля; b2=1, а b3=0 при двухсторонней схеме выемке угля в лаве; предусматриваем двухсторонняя выемка угля в лаве;

Транспортировка угля по лаве и участковому конвейерному бремсбергу осуществляется конвейером СПМ87ДН, а по подэтажному конвейерному штреку телескопическим конвейером 2ЛТ80

kту, k,k-коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого от массива угля соответственно в очистной выработке на конвейере (kту), на почве в лаве (k), и на конвейере в выработке выемочного участка (k), доли ед;

kту=

k=

k=

Т-время нахождения отбитого угля на конвейере в лаве, мин;

Т=

vк.л-скорость транспортирования угля в лаве, м/с; vк.л=0.91 м/с

Т= мин;

-время нахождения отбитого от массива угля на почве в лаве, мин.

При двухсторонней выемке угля в лаве =0, поэтому k=0;

Т-время нахождения отбитого от массива угля в промежуточном конвейерном штреке и бремсберге в пределах выемочного участка, мин; определяется по формуле

Т=

-протяженность выработки с i-м видом транспорта, м;

-скорость транспортирования угля на участке ,м/с;

Для заданных способа подготовки, системы разработки и принятых видов транспорта L1=600 м., а v1=1.5 м/с, L2=170 м, v2=0.91 м/с

Т=600/60*1.5 +170/60*0.91=9.7 мин;

-коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля Ту 6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Ту 6 мин а

Определяем значения коэффициентов

kту=0.11;

k=0.1.

Определяем метановыделение из отбитого угля в лаве и на конвейерном бремсберге

=15*0.87 [1-0.85ехр(-1.0)]*(1.0 0.11)=1.0 м3/т

=15*0.87 [1-0.85ехр(-1.0) ]1.0*0.1=0.9 м3/т

qо.у=1.0+0.9=1.9 м3/т

Определяем метановыделение из разрабатываемого пласта

qпл=4.0+1.9+0.03 (15-4.4)=6.2 м3/т

Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)

Относительное метановыделение из спутников определяется по формуле

qсп=

Относительное метановыделение как из подрабатываемого qсп.пi , так и надрабатываемого qсп.нi определяется по формуле

qсп. =1.14v

где mсп.i-суммарная мощность спутника,м;

хсп.i-природная метаноносность спутника, м3/т;

х0i-остаточная метаноносность спутника, м3/т;

mв-вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м;

Мсп.i-расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного (при подработке) пластов и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м

Мр- расстояние по нормали между разрабатываемым пластом и сближенными пластами, при котором метановыделение из последних практически равно нулю, м.

Величина Мр при подработке пологих и наклонных пластов определяется по формуле

Мр=1.3

где mв.пр-вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

kу.к- коэффициент, учитывающий способ управления кровлей; при полном обрушении принимается-1.0;

kл-коэффициент, учитывающий влияние степени метаморфизма на величину свода разгрузки; принимается по табл 3.6 [5] в зависимости от выхода летучих веществ. Для Vdaf=8.0 % kл=1.6

Мр=1.3*=334 м

При надработке пологих и наклонных пластов Мр принимается равным 60м.

Определляем метановыделение из подрабатываемого спутника К3

qсп.К3 =1.14*2.4 м3/т

Определляем метановыделение из надрабатываемого спутника К1

qсп.К1 =1.14*2.4 м3/т

Суммарное метановыделение из спутников составит

qсп=4.0+4.7=8.7 м3/т

Расчет метановыделения из вмещающих пород

Согласно [1] метановыделение из пород определяется по формуле

qпор=1,14v

где kс.п-коэффициент, учитывающий способ управления кровлей и литологический состав пород, доли ед. При полном обрушении qсп=0.00106.

qпор=1,14*2.4 м3/т

Определяем относительную метанообильность выемочного участка:

qуч=6.2+8.7+5.4=20.3 м3/т

Абсолютная метанообильность очистного забоя и выемочного участка определяется по формулам:

Проветривание участка осуществляется по схеме типа 1-М, поэтому

м3/мин

Расчет максимально допустимой нагрузки на очистной забой по метановыделению

Расчет максимально-допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору производим согласно пункту 7.1[5]. Максимально допустимая нагрузка определяется по формуле

Аmax=Ap

где Qр- максимальный расход воздуха в очистной выработке, который может быть использован для разбавления метана до допустимых ПБ норм, м3/мин; принимается по табл 7.1[1]

Qр=60 Sоч.min Vmax kут.в

где kут.в-коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство в пределах выемочного участка; определяется по номограмме (рис.6.12[5]). kут.в=1.6.

Qр=60 2.6 4.0 1.6=922 м3/мин

Аmax=570

Так как нагрузка на лаву по метановыделению меньше плановой нагрузки предусматриваем дегазацию:

-разрабатываемого пласта Кдег.пл=0.4

-пластов спутников Кдег.сп=0.5

Определяем относительную метанообильность очистного забоя и выемочного участка после проведения работ по дегазации по формулам

qоч=(qо.п+q+q)(1-Kд.пл)+kв.п*q

qуч=(qо.п+qо.у)(1-Kд.пл)+q

где kв.п- коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное; для схемы типа 1-М kв.п=1;

q-ожидаемое метановыделение из выработанного пространства на выемочном участке определяется по формуле



q=[kэ.п (х-х0)(1-kд.пл)+(

q=[0.03(15.0-4.4)(1-0.5)+(=7.2 м3/т

qуч=qоч=(4.0+1.0+0.9)(1-0.4)+1.0*7.2=74 м3/т

Определяем абсолютную метанообильность очистного забоя и выемочного участка после дегазации

м3/мин

Определяем максимально допустимую нагрузку на очистной забой после проведения работ по дегазации

Аmax=570

Принятые способы дегазации обеспечат необходимую нагрузку на очистной забой.

Расчет количества воздуха необходимого для проветривания очистного забоя и выемочного участка

Согласно [1], количество воздуха необходимое для проветривания выемочного участка проветриваемого по схеме типа 1-М определяется по формуле

м3/мин



При газообильности участка 4.25 м3/мин kн=1.58 [1, табл.6.3].

, м3/мин

Количество воздуха для проветривания очистного забоя для схем типа

1-М определяется по формуле

Qоч=

Qоч= м3/мин

Расчет количества воздуха для проветривания очистного забоя по газам, образующимся при взрывных работах, не производим, так как взрывные работы в лаве не ведутся.

Расчет расхода воздуха по числу людей производится по формуле

Qоч=6 nчел kо.з м3/мин

где nчел- наибольшее число людей, одновременно работающих в очистной выработке. Если пересмена производится на рабочих местах можно принять nчел=30.

Qоч=6 30 1.3=234 м3/мин

Расчет расхода воздуха из условия оптимальной скорости по пылевому фактору производится по формуле

Qоч=60 Sоч.min Vопт м3/мин

где-Vопт оптимальная скорость воздуха в призабойном пространстве, м/с; принимается 1.6 м/с.

Qоч=60 2.6 1.6 =250 м3/мин

Окончательно, для проветривания очистного забоя принимаем 574м3/мин, а для проветривания выемочного участка 707м3/мин.

Проверяем принятый расход воздуха по минимальной и максимальной скорости движения воздуха в очистной выработке

Qоч60*Sоч.min*vminkоз, м3/мин

Qоч60*.2.0*0.25 1.3=39 м3/мин

Qоч60*Sоч.min*vmax kоз, м3/мин

Qоч60*2.0*4.0 1.3=640 м3/мин

Условие выполняется.

Количество воздуха для обособленного проветривания вспомогательного бремсберга на участке между главным откаточным штреком и вентиляционным штреком лавы №1 определяем по минимально допустимой скорости в соответствии с требованиями ПБ

Qбр=60*Vmin*Sбр, м3/мин

где Vmin-минимально допустимая скорость движения воздуха по бремсбергу, м/с;

Sбр-поперечное сочение бремсберга в свету, м2.

Согласно [6] принимаем типовое сечение бремсберга сечением в свету 8.9м2.

Qбр=60*0.25*8.9=133 м3/мин

Количество воздуха для обособленного проветривания подэтажного штрека на участке между участковым и конвейерным бремсбергами, также определяем по минимально допустимой скорости. Согласно [6] принимаем типовое сечение подэтажного штрека сечением в свету 4 м2

Qп.ш=60*0.25*4=156 м3/мин

Утечки воздуха через кроссинг установленный на сопряжении участкового бремсберга с вентиляционным штреком лавы №1 принимаем согласно[5, стр.163]

Qут=192 м3/мин

Общее количество воздуха для проветривания вентиляционного участка составит

Qвент. уч.=2*707+133+156+192=1895 м3/мин

Расчет депрессии выработок выемочного участка

Депрессия капитальных и подготовительных выработок рассчитывается по формуле

h=

где kн.р.в-коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок; для общешахтных выработок kн.р.в=1.563, для других выработок kн.р.в=1.

-коэффициент аэродинамического сопротивления кг*с2/м4; значения принимаются согласно [5], приложение №7;

Р- периметр вы работки, м; для выработок закрепленных арочной крепью Р=3.86;

L-длина выработки;

Q-расход воздуха, м3/с.

Депрессия очистных выработок подсчитывается по формуле

hоч=RочQ

где Rоч -общее аэродинамическое сопротивление лавы, кг*с2/м8.

Для лав оборудованных механизированными крепями,

где r100 - удельное аэродинамическое сопротивление (при длине 100 м) лав с механизированными крепями, k принимается по табл.6.5 [5]; Для комплекса «Донбасс-М» r100 =0.07 k;

- коэффициенты местного сопротивления входа и выхода лавы; определяются по табл.9.1 [5]; 2 14.

k.

Результаты расчетов депрессии выработок выемочного участка представлены в таблице 3

Таблица 3 Результаты расчетов депрессии выработок выемочного участка

№ вент. участка	Наименование выработки	, кг*с2/м4	Р,м	L, м	S, м2	Q, м3/с	h, кг/м2
1-2	Главный откаточный штрек	0.0020	13.8	30	12.8	29.4	0.3
2-3	Главный откаточный штрек	0.0020	13.8	600	12.8	11.8	1.1
3-4	Лава №1	Rоч=0.3 k.			9.6	27.6
4-5	Вент. штрек лавы №1	0.0021	12.4	600	4	11.8	1.9
5-6	Вент. штрек лавы №1	0.0021	12.4	30	4	15.0	0.16
6-7	Вспомогательный бремсберг	0.0021	11.5	20	8.9	17.2	0.20
7-8	Вспомогательный бремсберг	0.0021	11.5	170	8.9	19.8	2.3.
2-9	Участковый бремсберг	0.0023	11.5	190	8.9	17.6	2.2



Литература

1. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Аэрология горных предприятий» М. «Недра» 1987.

2. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Рудничная аэрология» М. «Недра» 1978.

3. Г.Л.Пигида, Е.А. Будзило, Н.И.Горбунов «Аэродинамические расчеты по рудничной аэрологии в примерах и задачах», Киев 1992.

4. Ф.А. Абрамов, В.А. Бойко «Лабораторный практикум по рудничной вентиляции» М. «Недра» 1966.

5. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Киев 1994.

6. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1, М., 1979.

Размещено на Allbest.ru

...