Краткая история развития рудничной аэрологии как науки

Регулирование распределения воздуха положительными способами

Регулирование уменьшением сопротивления выработок

Одним из основных способов положительного регулирования распределения воздуха является уменьшение аэродинамического сопротивления отдельных ветвей и шахты в целом. Это достигается либо снижением коэффициента аэродинамического сопротивления , либо уменьшением длины выработки L, либо увеличением площади поперечного сечения выработки S.

Рассмотрим движение воздуха в параллельном соединении ветвей по схеме представленной на рис.8.5. Предположим, что по условиям производства требуется увеличить подачу воздуха в ветвь R2 и одновременно снизить подачу воздуха в ветвь R1.



Распределение воздуха в соединении до регулирования определяется соотношением

R1 Q=R2 Q

где R1, R2 - аэродинамическое сопротивление ветвей до регулирования;

Q1, Q2 - количество воздуха в ветвях R1, R2 до регулирования.

Из равенства (8.34) определяем аэродинамическое сопротивление ветви R2 до регулирования

R2=R1 (Q1/Q2)2

Обозначим Q1/Q2=m1, тогда поучим

R2=R1 m

Увеличению количества воздуха в ветви R2 должно соответствовать такое уменьшение аэродинамического сопротивления, при котором будет выдерживаться соотношение

R1 (Q)2=R (Q)2

где R1, Q - соответственно аэродинамическое сопротивление и количество воздуха в ветви R1 после регулирования;

Q.-.количество воздуха в ветви R2 после регулирования.

Из выражения (8.37) получаем требуемое значение аэродинамического сопротивления ветви R2 для заданного распределения расходов воздуха.

R=R1

Обозначим Q/Q=m2, тогда получим

R=R1 m

С учетом выражения (8.36) получаем зависимость для определения необходимой величины уменьшения аэродинамического сопротивления ветви R2

ДR2=R2 - R=R1 (m - m)

Если уменьшение сопротивления ветви R2 достигается за счет увеличения поперечного сечения выработки посредством перекрепления, то величина поперечного сечения выработки после перекрепления определится следующим образом.

Аэродинамическое сопротивление ветви R2 до и после перекрепления определяется равенствами

R2= R=

где - соответственно, коэффициент аэродинамического сопротивления выработки до и после перекрепления. Как правило, изменение этого коэффициента при перекрепления выработок незначительно и при расчетах можно принимать ;

P2, P - соответственно, периметр выработки до и после перекрепления; горный рудничный воздух вентиляционный

L -. длина выработки;

S2, S - соответственно, поперечное сечение выработки до и после перекрепления.

В равенствах (8.41), (8.42) выразим периметр выработки через поперечное сечение по формуле

P=

где С - коэффициент равный 3.86 при арочной и 4.16 при трапециидальной форме поперечного сечения крепи.

С учетом выражения (8.43), равенства (8.41), (8.42) будут иметь вид

R2=

R=

азделив равенство (8.44) на равенство (8.45) получим

Из равенства (8.46) определим поперечное сечение выработки после перекрепления

S=S2

Так как R2=R1 m, а R=R1 m, получим

S=S2

Регулирование с помощью вспомогательных вентиляторов

Согласно ПБ регулирование при помощи вспомогательных вентиляторов, устанавливаемых в шахте, разрешается только в не газовых шахтах.

Рассмотрим пример регулирования расхода воздуха по крыльям шахтного поля при помощи вспомогательного вентилятора для схемы проветривания представленной на (рис.8.6).

Заданы сопротивления ветвей схемы представленной на рис.8.6. Шахта проветривается главным вентилятором депрессия которого Н1. Для увеличения подачи воздуха в крыло R1 в этом крыле установлен вспомогательный вентилятор, депрессия которого Н2. Необходимо определить общее количество воздуха, поступающего в шахту Q0 и количество воздуха по крыльям шахтного поля Q1,Q2. Схема, представленная на (рис.8.6) может быть преобразована к виду представленному на (рис.8.7)

Схема, представленная на рис.8.7 описывается следующей системой уравнений

R1 Q + (R0+R3) Q=H1+H2

R2 Q + (R0+R3) Q=H1

Q0=Q1+Q2

Обозначим

(R0+R3) Q=h

тогда из равенств (8.49), (8.50) и (8.52) получим

Q1=

Q2= Q0=

Подставляя значения Q1, Q2, Q0 в равенство (8.51) получим

=+

Из равенства (8.56) определяем значение h, а по уравнениям (8.53) - (8.55) Q1, Q2, Q0.

Регулирование распределения воздуха по крыльям шахтного поля при фланговой схеме проветривания шахты методом настройки вентиляторов.

Рассмотрим фланговую схему проветривания шахты двумя вентиляторами (рис.8.8), широко распространенную в практике. Изменения производственной обстановки могут потребовать различных вентиляционных маневров, связанных с теми или иными перераспределениями воздуха по крыльям шахты. Это в свою очередь потребует в каждом конкретном случае определенной настройки вентиляторов (и,n).

При управлении вентиляцией шахты по такой схеме, практический интерес могут иметьследующие задачи:

Определить требуемую настройку вентиляторов для обеспечения заданной подачи воздуха Q1, Q2 на оба крыла шахты;

При заданной подачи в одно крыло, найти максимально возможную подачу в другое крыло и определить необходимый режим работы вентиляторов;

Определить настройку обеспечивающую максимальную и равную подачу воздуха в оба крыла шахты, то есть Q1=Q2=Qmax;

При известной подаче воздуха в шахту Q0 обеспечить одинаковую подачу воздуха в оба крыла Q1 Q2.

Перечисленные задачи не решаются рассмотренными выше графическими методами анализа. Рассмотрим, как можно решить поставленные задачи. Для этого составим расчетный граф вентиляционной сети (рис.8.9).

На (рис.8.9) приняты следующие обозначения:

Qв.1, Н1, Qв.2, Н2 - соответственно, производительность и депрессия вентиляторов 1,2;

q1, q2,,Rу.1, Rу.2 - соответственно, внешние утечки воздуха и сопротивление путей утечек;

R0, Q0 - соответственно, сопротивление общего участка сети и количество воздуха поступающее в шахту;

R1, R2, Q1, Q2 - соответственно, сопротивление крыльев шахтного поля и расход воздуха по крыльям.

Схема представленная на (рис.8.9) описывается следующей системой уравнений:

Q0=Q1+Q2

Qв.1=Q1+q1

Qв.2=Q2+q2

Н1=R0 *Q+R1*Q

Н2=R0 *Q+R2*Q

Н1=Rу.1*q

Н2=Rу.2*q

Представленные равенства позволяют решить поставленные выше задачи.

Решение задачи №1

Определим необходимую настройку вентиляторов для подачи воздуха по крыльям шахтного поля в количестве Q1, Q2 .

Решение задачи осуществляется в следующей последовательности:

По уравнениям (8.60) (8.61) определяем необходимую депрессию вентиляторов Н1, Н2 ;

Используя равенства (8.62) (8.63) определяем внешние утечки воздуха вентиляторов 1, 2

q1=

q2=

Определяем необходимую производительность вентиляторов Qв.1, Qв.2 по уравнениям (8.58) (8.59)

По полученным значениям Н1, Qв.1 и Н2, Qв.2 производим настройку вентиляторов 1, 2.

Решение задачи №2

Для схемы представленной на рис.8.9, методом настройки вентиляторов, определим какое максимальное количество воздуха можно подать в крыло R2 при условии, что в крыло R1 должно поступать количество воздуха Q1.

Решение задачи

Запишем уравнения (8.60), (8.61) в виде

Н1=R0*(Q1+Q2)2 + R1*Q

Н2=R0*(Q1+Q2)2 + R2*Q

Так как Q1=сonst задано то эти уравнения выражают зависимость депрессии обеих вентиляторов от одного переменного Q2. Задаваясь произвольными значениями Q2 по формуле (8.67) определяем ряд значений Н2. По полученным данным на области промышленного использования (ОПИ) вентилятора 2 строим график зависимости Н2=f (Q2) (рис.8.9).

Так как производительность вентилятора складывается из подачи воздуха в шахту и внешних подсосов, то для определения его настройки необходимо выполнить графическое суммирование характеристики сети с характеристикой внешних утечек H2=Rу.2*q.Задаваясь произвольными значениями q2, строим характеристику внешних подсосов.

Выполняя графическое суммирование характеристики внешних подсосов с характеристикой шахты получим характеристику вентиляционной сети H2=f (Qв.2). Абсцисса точки 1 пересечения этой характеристики с правой крайней характеристикой вентилятора 2 определяет максимальную в заданных условиях производительность последнего, а абсцисса точки 2 максимально возможную подачу в крыло R2. Абсцисса тачки 3 определяет подсосы воздуха с поверхности.

Подставив полученное значение Q2 в формулу (8.66) определяем необходимую депрессию вентилятора 1. По полученным значениям Н1, Qв.1 и Н2, Qв.2 производим настройку вентиляторов 1, 2.

Решение задачи № 3

Для схемы представленной на рис.8.9, определим настройку вентиляторов, для обеспечения максимально возможной и равной подачи воздуха в оба крыла шахты.

Так как Q1=Q2=Q то равенства (8.60) (8.61) можно записать в виде

Н1=R0*(Q+Q)2+R1*Q2=(4 R0+R1)*Q2

Н2=R0*(Q+Q)2+R1*Q2=(4 R0+R2)*Q2

Выражая из этих уравнений Q и прибавляя к ним выражения утечек воздуха из уравнений (8.64) (8.65) получим в соответствии с уравнениями (8.58) (8.59) следующие выражения производительности обоих вентиляторов через их депрессии

Qв.1=

Qв.2=

По полученным уравнениям строим графики Qв.1=f (H1) и Qв.2=f (H2) на соответствующих ОПИ вентиляторов и определяем максимально возможную производительность каждого вентилятора, а затем один из них подстраиваем под другой по меньшей производительности.

Решение задачи №4

Для схемы представленной на (рис.8.9) при известной подаче воздуха в шахту Q0 определить требуемую настройку вентиляторов для равной подачи воздуха по крыльям шахтного поля Q1= Q2=Q0/2. При заданных условиях равенства (8.60), (8.61) можно записать в виде

Н1=R0 *Q+R1*(Q0/2)2

Н2=R0*Q+R2*(Q0/2)2

По равенствам (8.72), (8.73) определяем необходимую депрессию вентиляторов Н1, Н2. Используя уравнения(8.64), (8.65) определяем подсосы воздуха с поверхности, а по уравнениям (8.58), (8.59) - необходимую производительность вентиляторов, Qв.1, Qв.2. По полученным значениям Н1, Qв.1 и Н2, Qв.2 производим настройку вентиляторов 1, 2.

ЛЕКЦИЯ 9. ПРОВЕТРИВАНИЕ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК И СТВОЛОВ

9.1 Общие положения и некоторые особенности проветривания тупиковых выработок и стволов

При строительстве и реконструкции шахт выполняется большой объем работ по проведению подготовительных и капитальных выработок. Проводятся стволы, сооружаются выработки камерообразного типа, а также пластовые и полевые выработки различной протяженности.

Организация и методы расчета проветривания всех выработок, независимо от их назначения имеют много общего. Однако, каждый вид подготовительных выработок требует решения своих специфических вопросов проветривания, которые связаны с горнотехническими особенностями возникающими при проходке.

Особенности проветривания тупиковых выработок по сравнению со сквозными выработками связаны с тем, что к их проветриванию предъявляются особо высокие требования. Они обусловлены следующим:

Высокой взрывоопасностью тупиковых выработок по сравнению со сквозными выработками, так как здесь большая вероятность накопления метана в больших объемах до взрывоопасной концентрации

Меньшей надежностью проветривания тупиковых выработок по сравнению со сквозными выработками, так как не исключена возможность повреждения трубопровода при обрушении пород кровли или отключение вентилятора местного проветривания;

Высокой опасностью разгазирования тупиковых выработок, что не однократно явилось причиной аварий с тяжелыми последствиями;

Трудностью подачи большого количества воздуха в забой тупиковой выработки в связи с большим аэродинамическим сопротивлением трубопровода, а следовательно, скорость движения воздуха по самим выработкам незначительна, что приводит к образованию слоевых скоплений метана;

9.2 Способы подачи воздуха в забои тупиковых выработок и стволов

Основные задачи проектирования тупиковых выработок и стволов

Воздух в забои тупиковых выработок и стволов может подаваться: за счет диффузии, общешахтной депрессии и вентиляторами местного проветривания. За счет диффузии разрешается проветривать выработки длиной до 10 м. На газовых шахтах разрешается проветривать тупики длиной до 6 м, кроме восстающих, при отсутствии в них слоевых и местных скоплений метана, а размещение в них электрооборудования разрешается при условии установки в них датчиков автоматического контроля метана.

Подача воздуха в забой за счет общешахтной депресии может осуществляться:

-при помощи продольных перегородок (рис.9.1);

-при помощи параллельной выработки (например, при проведении парных выработок широким ходом) (рис.9.2);

-при помощи жестких вентиляционных труб (рис.9.3);

-комбинированным способом - сочетание параллельной выработки и жестких труб (рис.9.4)

В зависимости от условий проходки подача воздуха в забой вентиляторами местного проветривания может осуществляться: нагнетательным (рис.9.5), всасывающим (рис.9.6) и комбинированным (рис.9.7) способами.

1-основная вентиляторная установка

2-вспомогательная вентиляторная установка

3-перемычка для уменьшения зоны отброса газов

Нагнетательный способ проветривания (рис.9.5) - наиболее распространен. На газовых шахтах он является обязательным и единственным. Достоинства его заключаются в том, что проветривание призабойного пространства осуществляется деятельной струей свежего воздуха, выходящего из трубопровода с большой скоростью. В призабойном пространстве выработки образуется неполная свободная струя, которая обеспечивает быстрое и эффективное проветривание призабойного пространства за счет турбулентной диффузии газа в струю из окружающего объема. По данным В.Н.Воронина, этот способ обеспечивает эффективную вентиляцию в призабойной зоне, если конец воздухопровода, расположенного у одной из стенок выработки, будет находиться от забоя на расстоянии

L?4*

где L - дальнобойность неполной свободной струи;

Sв - площадь поперечного сечения выработки, м2.

По Правилам безопасности на газовых угольных шахтах конец воздухопровода должен располагаться на расстоянии от забоя ?8 м, в негазовых - на расстоянии ?12 м, а при проходке стволов ?15 м и при погрузке породы грейфером ?20 м.

Из формулы (9.1) следует, что при увеличении площади сечения выработки расстояние L возрастает а, следовательно, интенсивность проветривания призабойной зоны будет также возрастать. К достоинствам нагнетательного способа следует отнести возможность использования гибких труб, а также то, что в призабойное пространство (где имеет место максимальное газовыделение, и находятся люди) поступает свежий воздух, что облегчает создание безопасных условий труда. По мере движения воздуха от забоя к устью в него выделяется из поверхности выработки газ. Содержание газа в исходящей струе непрерывно повышается вплоть до выхода воздуха в выработку, проветриваемую за счет общешахтной депрессии. Однако прирост содержания газа сдерживается за счет дополнительного поступления свежего воздуха через неплотности нагнетательного воздухопровода. Таким образом, утечки воздуха в определенных пределах здесь играют положительную роль.

Если подача нагнетательного вентилятора, установленного в сквозной выработке, больше расхода подаваемого по ней воздуха, то часть исходящего воздуха будет вновь засасываться вентилятором и направляться по воздухопроводу в забой. Такое явление носит название рециркуляции воздуха, что приводит к увеличению времени проветривания выработки и создает опасность ее загазования. Для предотвращения рециркуляции Правила безопасности предписывают устанавливать вентилятор на расстоянии не ближе 10 м от устья проводимой выработки. При этом подача вентилятора должна быть не более 70% расхода воздуха, движущегося по сквозной выработке. Однако и при соблюдении последнего условия не всегда предотвращается рециркуляция воздуха, особенно в выработках большого сечения, когда скорость движения воздуха по сквозной выработке у вентилятора меньше скорости диффузии газов.

Недостаток нагнетательного способа проветривания заключается в том, что при ведении взрывных работ ядовитые газы взрыва движутся по выработке. Поэтому люди могут войти в выработку только тогда, когда содержание ядовитых газов в ней в пересчете на условную окись углерода составляет 0.008 % по объему.

Всасывающий способ проветривания (рис.9.6)может применяться на угольных и рудных шахтах не опасных по газу. Достоинство его заключается в том, что несвежий воздух отводится из забоя по воздухопроводу, а так как свежий воздух поступает по выработке, то большая ее часть не загазована.

Эффективное проветривание призабойной зоны и зоны отброса газов обеспечивается при расстоянии от конца всасывающего воздухопровода до забоя, определяемом по формуле

Lт=0.5*

Это расстояние выдержать практически невозможно, так как конец воздухопровода находится в зоне разлета кусков породы и вероятность его повреждения весьма высокая. К недостаткам этого способа также следует отнести то, что применяется жесткий воздухопровод.

Комбинированный способ проветривания (рис.9.7) чаше применяется при скоростной проходке на негазовых шахтах. В нем сочетаются достоинства нагнетательного способа и всасывающего. Подача нагнетательного вентилятора Q2 должна быть на 20-30 % меньше количества воздуха, которое поступает во всасывающий трубопровод. Для уменьшения зоны отброса газов в сторону устья иногда в выработке на расстоянии 30-50 м от забоя устанавливается перемычка. В этом случае подача нагнетательного вентилятора может быть на 10% меньше количества воздуха, поступающего во всасывающий трубопровод.

На угольных шахтах, а также в горнорудной промышленности почти исключительно применяются различные схемы нагнетательного способа проветривания тупиковых выработок, поэтому в дальнейшем речь будет идти только об этом способе.

Вентилятор и воздухопровод вместе составляют вентиляторную установку, которую принято называть установкой местного проветривания. При проектировании таких установок приходится последовательно решать три основные задачи:

1 - Расчет потребной подачи воздуха в забой.

2 - Выбор и расчет воздухопровода.

3 - Определение необходимых параметров рабочего режима и выбор вентилятора.

9.3 Вентиляторы и воздухопроводы установок местного проветривания

Вентиляторы для установок местного проветривания выпускаются с электрическим и пневматическим приводами. По мере развития вениляторостроения аэродинамические качества вентиляторов местного проветривания совершенствуются. До настоящего времени на шахтах эксплуатируются вентиляторы с электрическим приводом типа СВМ, типоразмеров СВМ-4, СВМ-5, СВМ-6, которые промышленностью не выпускаются. Эти вентиляторы не регулируются и имеют единственную рабочую характеристику.

Для замены этих вентиляторов разработан и выпускается новый ряд осевых вентиляторов местного проветривания с меридиальным ускорением потока электрических типа ВМ и пневматических типа ВМП вентиляторов.

Электрические вентиляторы типа ВМ выпускаются нерегулируемые /ВМ-3М и ВМ-4М и регулируемые /ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М, ВМ-12М и ВМЭ 12/. Наиболее распространены из этих типоразмеров вентиляторы ВМ-5м и ВМ-6м имеющие одинаковую аэродинамическую схему, сходную конструкцию и отличающиеся размерами. Вентиляторы типа ВМ наилучшим образом приспособлены для последовательной работы по сравнению со всеми ранее выпускавшимися.

Осевые вентиляторы с пневматическим приводом, предназначены для проветривания тупиковых забоев в шахтах, где применение электроэнергии запрещено в связи с условиями взрывобезопасности.

В этих условиях используются вентиляторы ВКМ-200А, ВМП-3М, ВМП-4, ВМП-5, ВМП-6М. Вентилятор ВКМ-200А имеет одно нерегулируемое сопло и одну напорную характеристику. Обеспечивает незначительную производительность, до 30 м3/мин и напор около 100 даПа. Применяется для проветривания выработок малой протяженности. Вентиляторы ВМП-3М, ВМП-4, ВМП-5 ВМП-6 снабжены коробкой с тремя соплами и трехходовым краном, обеспечивающим подачу сжатого воздуха, к одному, двум и трем соплам. Это позволяет получать, пониженный, нормальный и усиленный режим работы вентилятора и соответственно три напорные характеристики. На требуемый режим вентилятор переключается на ходу. Для уменьшения шума к вентиляторам ВМП-5 и ВМП-6 могут присоединяться глушители ГШ-5 и ГШ-6.

Центробежные вентиляторы с электрическим приводом, как правило, обеспечивают более высокий напор по сравнению с осевыми вентиляторами и достаточно высокую производительность. Это позволяет использовать их для проветривания выработок большой протяженности и стволов. Для проветривания тупиковых выработок разработаны и используются следующие типы центробежных вентиляторов ВМЦ-6, ВЦ-7, ВМЦГ-7, ВМЦ-8, ВЦПД-8, ВЦ-9, ВЦ-11, ВЦ-11М, ВЦШ-16, ВЦП-16.

Вентиляционные воздухопроводы установок местного проветривания применяются эластичные из матерчатых прорезиновых труб, а также жесткие из металлических труб. Металлические трубы имеют весьма существенные недостатки :высокую стоимость, большие габаритные размеры, вес и связанные сними трудности монтажа и обслуживания воздухопроводов, несовершенную конструкцию уплотнения стыков, что вызывает большие потери (утечки) воздуха. В связи с этим металлические воздухопроводы применяются в основном при проходке стволов, а также при изолированном отводе метана из выработанного пространства в исходящую струю участка или за пределы выемочного участка. Диаметр металлических труб от 500 до 1000 мм, в особых случаях до 1200 мм. Длина звена от 3.2.м до 4.0 м.

Гибкие воздухопроводы типов 1А и 1 б, как правило, применяются при нагнетательном способе проветривания. Они изготавливаются из прорезиновой ткани «Чефер» (диаметром 400, 500-800 мм и 1100 мм); из ткани «Чефер» с противогнилостной пропиткой и двусторонним покрытием полихлорвинилом (диаметр 500 и 600 мм); из капроновой ткани с односторонним покрытием негорючей резиной (диаметр 600 мм). Для уменьшения коэффициента утечек воздух и уменьшения азродинамического сопротивления гибких трубопроводов следует применять комбинированный вентиляционный трубопровод из гибких труб типов 1А и 1Б и введенного внутрь их полиэтиленового рукава и конечного участка трубопровода без полиэтиленового рукава. Комбинированный трубопровод рекомендуется применять при диаметре труб 0.6 м и более и длине трубопровода более 400 м .В зависимости от требуемой подачи воздуха в забой тупиковой выработки и ее протяженности для проветривания тупиковых выработок используются трубопроводы диаметром 0.2 (0.21), 0.3, 0,4, 0.5, 0.6, 0.8, и 1.0 м. Длина звена 20 и 10 м.

9.4 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 (Qз.п) и в целом для выработки (Qп).

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

Qз.п=

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

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

С - допустимая согласно ПБ 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

Iз.п=Iпов+Iо.у.п

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

Iо.у.п - метановыделение из отбитого угля, м3/мин.

Согласно [5],

Iпов=2.3*10-2*mп*Vп*(х-х0)*kт

где mп - полная мощность угольных пачек пласта, м;

Vп - проектная скорость подвигания выработки, м/сут;

х - природная метаноносность пласта, м3/т;

х0 - остаточная метаноносность угля, м3/т;

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

Природная метаноносность пласта определяется по формуле

х=хг*kW.Aз

где хг - природная метаноносность пласта, м3/т.с.б.м; значение хг 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 (9.7), а для антрацитов сV от 100 до 165 мл/г с. б. м. - по формуле (9.8)

х0=хо.г*kW.А

х1=kW Аз*(0.15*=V-13.6)

хо.г - остаточная метаноносность угля, м3/тсбм.; принимается по табл.3.1 [5] или определяется по формуле

хо.г=18.3*(V)-0.6

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

kW.Аз=

kт - коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени, доли ед.; зависит от времени Тпр, прошедшего от начала проведения выработки до момента определения Iпов; принимается по табл.3.2 [5] или рассчитывается по формуле

kт=1-0.91*exp (-0.022*Тпр)

При расчете метановыделения на призабойном участке выработки длиной 20 м., время проведения выработки будет равно Тпр=20/Vп, суток. При расчете метанообильности всей выработки Iп по формуле (9.4), метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта Iпов, определяется по формуле (9.5), но значение коэффициента kт, определяется для времени проведения всей выработки т.е. Тпр=lп/Vп суток (lп-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

Iо.у.п=(х-х0) j kту

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=

nпр - число проходчиков, одновременно работающих в смене по выемке угля;

Nв - норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;

Тсм - время работы проходчиков в смене по выемке угля, ч;

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

Kту=а*T

где а, b - коэффициенты характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля (времени транспортирования угля) Ту? 6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Ту> 6 мин а=0.118, а b=0.25.

Значение Ту рассчитывается по формуле

Ту=

Sуг - 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 Iо.у.п определяется по формуле

Iо.у.п=9*10-3*Sуг*lвз*(х-х0)

Lвз - 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

Qз.п=

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

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

kт.д - коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1.0 при S?10 м2 и 0.8 при большем сечении выработки в свету;

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

Iз.п.max - максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, определяется по формуле

Iз.п.max =0.05*Sуг*lвз*(х-х0)*

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

Qз.п.=, м3/мин

где Iз.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

Iз.с.=Iпов.с+ Iо.у.с.

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

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

Метановыделение Iпов.с, Iо.у.с определяется по формулам

Iпов.с=3.3*10-2*mп*Д1*Х [ 0.0004(Vdaf)2+0.16]

Iо.у.с=2.0*10-3* mп*Д* (Х-Хо)

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

Qз.п=60*Vп.min*S

где Vп.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

Qз.п=20*Vз.min*S

где Vз.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

Qз.п=6 n м3/мин

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

Qз.п=

где Т - время проветривания выработки, мин;

Для шахт опасных по внезапным выбросам угля и газа Т30 мин, для прочих шахт не нормируется;

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

Vвв=100*Вуг.+40*Впор.,л

Вуг., Впор - масса одновременно взрываемых ВВ по углю и по породе, соответственно, кг;

Если взрывание по углю и по породе производится раздельно то при расчете Qз.п принимается большее из произведений входящих в формулу (9.27).

- 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 Qз.п для проветривания стволов по формуле (9.26), критическая длина выработки определяется расчетом;

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

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

Критическая длина выработки для расчета проветривания стволов определяется по формуле

Lп.кр=12.5*Vвв*Кт.с*Кс.1/S, м

где Кт.с - коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по табл.5.2 [5] в зависимости от величины lз.тр/dтр.п;

lз.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;

dтр.п- приведенный диаметр трубопровода, м; при расположении трубопровода в углу выработки равен 2*dтр, а при расположении у стенки выработки или у стенки ствола 1.5*dтр;

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

Кс.1=

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

tп=t1+,0С

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

Нг - геотермический градиент, м/град; для Донбасса Нг=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=21.4С;

Значение коэффициента утечек воздуха для жестких вентиляционных труб определяется по формуле

Кут.тр.=(

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

Rтр.ж- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по формуле

Rтр.ж=1.2 Rтр.+Rм, к

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

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

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

9.5 Выбор вентиляторов для проветривания тупиковых выработок и стволов

Необходимая производительность вентилятора определяется по формуле

Qв=Qз.п*Кут.тр., м3/мин (9.33)

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

hв=,кг/м2(даПа)

где Rтр.г- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, к; определяется по формуле

Rтр.г=rтр*(lтр+20 dтрn1+10dтрn2)

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

dтр- диаметр гибкого трубопровода, м;

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

Давление вентилятора работающего на жесткий трубопровод определяется по формуле

hв=,кг/м2

Выбор вентиляторов производим путем нанесения расчетного режима его работы Qв, hв 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 Qв и hв, то для определения фактической подачи Qв.ф и напора hв.ф выбранного вентилятора (вентиляторов) необходимо нанести аэродинамическую характеристику трубопровода (сети) на график аэродинамической характеристики вентилятора. Точка «А» (см. рис.6.8) определяет расчетный режим работы вентилятора, а точка пересечения характеристик (точка «Б»), определяет фактический режим работы вентилятора Qв.ф и hв.ф. В этом случае расход воздуха у забоя составит

Qз.п.ф=1.69 -0.69*Qв.ф (9.37)

Построение аэродинамической характеристики жесткого трубопровода , производится следующим образом. Задавая значения расхода воздуха 1, 2, 3, и т.д. в м3/с, определяют значения hв по формуле (9.36). По парным значениям Qв и hв наносятся точки и соединяются плавной кривой ( рис.9.8, кривая 1).

Аналогичным образом наносится аэродинамическая характеристика гибкого вентиляционного трубопровода. При этом задаются произвольными значениями Qз.п в м3/с и для каждого из них определяются значения: kут.тр, расход воздуха в начале трубопровода (подача ВМП) Qв по формуле (9.28) и депрессия трубопровода hв (давление ВМП) по формуле (9.29). По парным значениям Qв и hв наносятся на графике точки, по которым проводится кривая.

Рис.9.8 - Аэродинамическая характеристика вентилятора и режим его работы на трубопровод

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

Qвс?1.43 Qв*kр

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

9.6 Примеры расчетов проветривания тупиковой выработки и ствола

Расчет проветривания тупиковой выработки

Рассчитать количество воздуха и выбрать необходимое оборудование для проветривания откаточного штрека, проводимого буро-взрывным способом впереди очистного забоя (сплошная система разработки). Составить схему проветривания выработки в соответствии с требованиями ПБ

Исходные данные для расчетов:

1.Длина тупиковой части выработки, Lп = 400 м;

2.Поперечное сечение выработки в свету, S=16.4 м2;

3.Мощность пласта, m=0.90 м;

4.Газоносность угля Xг=15.0 м3/т.с.б.м.;

5.Выход летучих веществ, Vг=40.0 %

6.Ширина выработки по угольному забою,bу=6.2 м.

7.Глубина заходки lв.з=1.8 м.;

8.Расход ВВ: по углю Bу=15 кг

по породе Bп=25кг

9.Температура воздуха в призабойном пространстве выработки t C=22;

10.Относительная влажность воздуха в забое 92 %;

11.Скорость проведения выработки Vп=2.7 м/сут;

12.Марка угля-Д;

13.Зольность угля Аз=14 %;

14.Влажноть угля Wр=2 %;

15.Обемный вес угля г=1.35 т/м3

Решение задачи производим по методике [5],согласно которой количество воздуха которое необходимо подавать в забой выработки определяется по следующим факторам:

-по метановыделению;

-по газам, образующимся при взрывных работах;

-по средней минимально допустимой скорости движения воздуха в соответствии с требованиями ПБ;

-по наибольшему числу людей;

-по минимально допустимой скорости движения воздуха в призабойном пространстве с учетом температуры и относительной влажности.

Количество воздуха которое необходимо подавать в забой выработки по метановыделению при взрывном способе выемки угля в выработке проводимой по пласту угля , определяется по формуле (9.17)

Qз.п= м3/мин

где lз.тр- расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя выработки, м; принимаем согласно требованиям ПБ для газовых шахт 8 м;

Kт.д.- коэффициент турбулентной диффузии; принимаем равным 0.8, так как S>10 м2. Сmax-допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания по углю; принимаем согласно [5] равной 2%. С0-концентрация метана в струе воздуха поступающей в выработку, %; Принимается в соответствии с [5] равной 0.05%:

Iз.п.max.-максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, м3/мин.; определяется по формуле (9.18)

Iз.п.max=0.05*Sуг*lв.з* (x-x0), м3/мин

где Sуг-площадь сечения выработки по углю в проходке, м2

Sуг=bуг*m = 3.6*1.0=3.6, м2

- обьемный вес угля, т/м3

x-природная метаноносность пласта, м3/т. Определяется по формуле (9.6)

x=xг*KW.A, м3/

где KW.A-поправочный коэффициент, учитывающий влажность угля Wр и зольность Aз

KW.A=0.01(100-Wр-Aз),

Aз=14 %, Wр=2%, тогда KW.A=0.84, а

x=15*0.84=12.6 м3/т

x0-остаточная метаноносность угля, м3/т; определяется по формуле (9.7)

x0=xо.г* KW.A, м3/т

xо.г-остаточная метаноносность угля ,м3/т.с.б.м; определяется по табл.3.1 [5] в зависимости от выхода летучих веществ Vг. В нашем примере Vг=4.0 %, тогда xо.г=2.0 м3/т.с.б.м., а

x0=0.84*2.0=1.68 м3/т

Определяем метановыделение в призабойном пространстве выработки

Iз.п.max=0.05*5.58*1.8*1.35(12..6-1.68)=7.4 м3/мин.

Определяем количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по выделению метана

Qз.п.==300 м3/мин

Определяем расход воздуха по средней минимально допустимой скорости движения воздуха по формуле (9.23)

Qз.п=60*Vп.min*S, м3/мин

где Vп.min-минимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в выработке, м/с; для шахт опасных по метану Vп.min= 0.25 м/с

Qз.п=60*0.25*16.4=246 м3/мин

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве с учетом температуры и относительной влажности воздуха определяется по формуле (9.24)

Qз.п=20*Vз.min*S, м3/мин

где Vз.min-минимально допустимая ПБ скорость воздуха в призабойном пространстве м/с; принимается по табл.8.3 ПБ. В нашем примере температура равна 22 С, а относительная влажность 92%, тогдаVз.min=0.25 м/с

Qз.п=20*0.25*16.4=82 м3/мин

Расход воздуха, который необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей определяется по формуле (9.25)

Qз.п=6 n м3/мин

Qз.п=6*8=48 м3/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по ядовитым газам, образующимся при взрывных работах, определяется по формуле (9.26)

Qз.п=м3/мин

где Т-время проветривания выработки, мин;

Для шахт опасных по внезапным выбросам угля и газа Т30 мин, для прочих шахт не нормируется; принимаем Т=30 мин.;

Vвв- объем вредных газов, образующихся после взрывания определяем по формуле (9.27)

Vвв=100*Вуг+40*Впор, л

Вуг, Впор -масса одновременно взрываемых ВВ по углю и по породе, соответственно, кг; Если взрывание по углю и по породе производится раздельно то при расчете Qз.п принимается большее из произведений входящих в формулу (9.27). Предусматриваем одновременное взрывание по углю и по породе тогда значение Vвв будет равно

Vвв=100*15+40*25=2500 л;

где -длина тупиковой части выработки, м; для горизонтальных и наклонных тупиковых выработок длиной 500 м. и более вместо подставляется критическая длина равная 500 м, а в том случае меньше 500м, подставляется .В нашем примере = 400 м

Коб-коэффициент, учитывающий обводненность выработки; принимается по табл.5.1 Коб=0.8

Кут. тр.-коэффициент ,учитывающий утечки воздуха в вентиляционном трубопроводе; определяется согласно пункту 5.3.3 (табл.5.4).При длине меньше критической длины, значение Кут.тр. принимается для длины , и при lп.кр для критической длины lп.кр. Принимаем гибкие матерчатые трубы типа 1А диаметром 0.8 м, тогда Кут.тр.=1.2.

Qз.п==293 м3/мин

Для выбора ВМП принимаем наибольшее из полученных Qз.п=300 м3/мин Определяем необходимую производительность вентилятора, по формуле (9.33)

Qв=Qз.п*Кут.тр., м3/мин

Qв=300*1.2=360 м3/мин Qв=6.0 м3/с

Определяем необходимое давление вентилятора, по формуле (9.34)

hв=,кг/м2 (даПа)

где Rтр.г.- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, к; определяется по формуле (9.35)

Rтр.г.=rтр*(lтр+20 dтрn1+10dтрn2)

rтр- удельное аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода без утечек воздуха к/м; Для труб диаметром 0.8 м rтр=0.0161 к/м;(/5/,стр.87);

dтр- диаметр гибкого трубопровода, м;

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

Rтр.г.=0.0161(400+20*0.8*0+10*0.8*0)=6.44 к

hв=6.02*6.44=188 кг/м2

Выбор вентилятора производим путем нанесения расчетного режима его работы Qв, hв на аэродинамические характеристики вентиляторов. На основании анализа аэродинамических характеристик вентиляторов принимаем к установке вентилятор ВМ-6М. Точка с координатами Qв=6.0 м3/с и hВ=188 кг/м2 ложится на характеристику вентилятора в зону между углами установки лопаток направляющего аппарата 00 и -200. Для определения фактической производительности, депресси вентилятора и количества воздуха которое будет поступать в забой на его аэродинамической характеристике, строим характеристику трубопровода по уравнению (9.34). Для этого задаемся произвольными значениями Q =2, 4, 6, 9 м3/с и определяем соответствующие им значения Кут.тр. и hВ Расчетные данные для построения характеристики трубопровода представлены в табл.9.1

Таблица 9.1

Q, м3/с	2	4	6	8
Кут.тр.	1.15	1.18	1.22	1.25
Qв	2.3	4.72	7.32	10.0
hВ	29.0	119	274	500

Точка «А» на графике (Рис.9.9)характеризует расчетный режим расчетный режим, а точка «Б» фактический режим работы вентилятора. Фактический режим работы вентилятора характеризуется параметрами QВ.Ф=6.2м3/с, hВ.Ф=200кг/м2.

Рис.9.9 - Аэродинамическая характеристика вентилятора ВМ-6М и режим его работы на сеть

Определяем количество воздуха, которое будет поступать в забой по формуле (9.37)

QЗ.П.Ф=1.69-0.69QВ.Ф, м3/с

QЗ.П.Ф=1.69-0.69*6.2=5.1, м3/с

Количество воздуха, которое необходимо подавать к вентилятору, определяем по формуле (9.38)

Qвс?1.43 Qв*kр

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

Схема проветривания выработки представлена на (рис.9.10).

Расчет проветривания ствола

Рассчитать количество воздуха и выбрать необходимое оборудование для проветривания ствола. Составить схему проветривания ствола в соответствии с требованиями ПБ.

Исходные данные для расчета:

1. Глубина ствола, Hс=550 м;

2. Диаметр ствола в свету Дс=7.0 м;

3. Диаметр ствола в проходке Д1=7.7 м;

4. Расход ВВ по породе Впор=120 кг

4. Приток воды в ствол Vв=10 м3/час:

5. Мощность пласта пересекаемого стволом на максимальной глубине mп=0.9 м;

6. Газоносность пласта X=15.0м3/т;

7.Зольность угля Аз=14 %;

8. Влажность угля Wр=2 %;

9. Выход летучих веществ, Vdaf=40.0 %

10. Выход летучих веществ из угля Vоб=190 мл/г.с.б.м;

11.Марка угля Д

12. Наибольшее число людей в стволе-16 чел;

13. Температура воздуха в забое ствола-22 0С;

14. Относительная влажность воздуха-92%.

Решение задачи производим по методике /5/. Согласно /5/, количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола определяется:

-по метановыделению;

-по средней минимально допустимой скорости в соответствии с требованиями ПБ;

-по минимальной скорости в призабойном пространстве ствола в зависимости от температуры;

-по газам, образующимся при взрывных работах;

-по наибольшему числу людей, одновременно работающих в забое ствола. Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола по метановыделению определяется по формуле (9.19)

Qз.п=, м3/мин

где Iз.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 (9.20)

Iз.с=Iпов.с+Iо.у.с.

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

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

Метановыделение Iпов.с, Iо.у.с определяется по формулам (9.21), (9.22)

Iпов.с=3.3*10-2*mп*Д1*Х [ 0.0004(Vdaf)2+0.16]

Iо.у.с=2.0*10-3* mп*Д* (Х-Хо)

гдеД1-диаметр ствола в проходке с учетом толщины крепи, м; Д1=7.7 м;

Остаточную газоносность угля определяем по формуле (9.7)

Х0=Хо.г*КW.A

Хо.г- остаточная газоносность угля, м3/т.с.б.м.; принимается по табл.3.1 и равна 2.0 м3/т.с.б.м.

Хо=2.0*0.84=1.68 м3/т

Х=15*0.84=12.6 м3/т

Iпов.с=3.3*10-20.9*7.7*12.5[0.0004*402+0.16]=2.3 м3/мин

Iо.у.с.=2.0*10-3*0.9 7.72*1.35 (12.6-1.68)=1.6 м3/мин

Iз.с=2.3+1.6=3.9 м3/мин

Qз.п= м3/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по средней минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке, определяем по формуле (9.23). Согласно ПБ минимально допустимая скорость движения воздуха в стволе 0.15 м/с

Qз.п=60*0.15*19.6=176 м3/мин

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве ствола в зависимости от температуры, определяем по формуле (9.24). Согласно исходным данным температура воздуха равна 22 0С, а влажность 92 %, тогда согласно табл.8.3 ПБ Vз.min=0.25 м/c

Qз.п=20*0.25*38.4=192 м3/мин.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей, работающих в забое, определяем по формуле (9.25)

Qз.п=6*n, м3/мин

Qз.п=6*16=96 м3/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола по газам, образующимся при взрывных работах, определяем по формуле (9.26).

Объем вредных газов, образующихся после взрывания по породе

Vвв=40*120=4800 л.

Критическая длина выработки при проходке стволов определяется по формуле (9.28)

Lп.кр=12.5*Vвв*Кт.с*Кс.1/S, м

где Кт.с- коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по табл.5.2 в зависимости от величины lз.тр/dтр.п;

lз.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; dтр.п- приведенный диаметр трубопровода, м; при расположении трубопровода в углу выработки равен 2*dтр, а при расположении у стенки выработки или у стенки ствола 1.5*dтр

Для проветривания ствола принимаем металлические трубы диаметром 0.8 м, длина звена lзв=4.0 м, тогда dтр.п.=1.2 м, lз.тр./dтр.п=12.5, а Кт.с=0.62;

Кс.1- коэффициент, учитывающий влияние обводненности и глубины ствола, а также температуры пород в стволе на процесс разбавления вредных газов; определяется по формуле (9.29)

Кс.1=

Кс.2- коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола; зависит от притока воды в забой и определяется согласно /5/ стр.77. В нашем примере приток воды в ствол 16 м3/час, тогда Кс.2=8.2;

tп- температура пород на глубине Нc, определяется по формуле (9.30)

tп=t1+,0С

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

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

tп=9+;

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 ;

Кc.1=

Lп.кр=м

Так как lп.кр меньше lп в формулу (9.26) при расчете Qз.п. подставляем lп.кр=242 м.

Определяем значение коэффициента утечек воздуха. Согласно /5/ для жестких вентиляционных труб он определяется по формуле (9.31)

Кут.тр.=(

где Куд.ст- коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости при фланцевом соединении трубопровода; принимается по табл.5.5.Уплотнение стыков производим при помощи прокладок из пенькового каната и промасленного картона, тогда Куд.ст=0.003;

Rтр.ж- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по формуле (9.32)

Rтр.ж=1.2 Rтр.+Rм, к

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

Rтр- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по табл.5.7. [5]. При диаметре труб 0.8 м и длине 550м Rтр.=3.15 к;

Rм- аэродинамическое сопротивление фасонных частей, к; принимается по табл.5.9 Rм=0.17 к.

Rтр.ж.=1.2*3.15+0.17=3.95 к.

Кут.тр.=(=1.5

Qз.п==290 м3/мин

Для выбора вентилятора принимаем наибольшее из полученных Qз.п=390м3/мин и определяем необходимую производительность вентилятора по формуле (9.33)

Qв=Qз.п*Кут.тр.

Qв=390*1.5=585 м3/мин или Qв=9.75 м3/с

Определяем давление вентилятора работающего на жесткий трубопровод по формуле (9.36)

hВ=,кг/м2

hВ=кг/м2

Выбор вентилятора производим путем нанесения расчетного режима его работы Qв, hВ на графики аэродинамических характеристик вентиляторов. Принимаем к установке вентилятор ВЦ-11. Точка с координатами Qв=9.75 м3/с и hВ=260 кг/м2 практически точно ложится на характеристику вентилятора при угле установки направляющего аппарата 500 (рис.9.12). Поэтому уточнение режима работы вентилятора не производим.

Схема проветривания ствола представлена на (рис.9.13).

Рис.9.12 - Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ-11 и режим его работы на сеть.



Рис.9.13 - Схема проветривания ствола.

9.7 Проветривание длинных тупиковых выработок и стволов несколькими вентиляторами

В практике строительства и реконструкции шахт часто встречаются такие случаи, когда энергии одного вентилятора оказывается недостаточно для подачи в забой длинной тупиковой выработки необходимого количества воздуха. В этом случае приходится прибегать к последовательной установке нескольких вентиляторов на одном трубопроводе. При этом, на газовых шахтах все вентиляторы, согласно ПБ, должны быть установлены на свежей струе, т. е. в одном месте в виде каскада, а на не газовых - разрешается рассредоточенная установка вентиляторов по длине трубопровода. При каскадной установке вентиляторов, как правило, применяется гибкий трубопровод, а при рассредоточенной - жесткий.

...