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, L_п = 400 м;

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

3. Мощность пласта, m=0.90 м;

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

5. Выход летучих веществ, V^г=40.0 %;

6. Ширина выработки по угольному забою,b_у=6.2 м ;

7. Глубина заходки l_в.з=1.8 м.;

8. Расход ВВ: по углю B_у=15 кг

по породе B_п=25кг;

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

10. Относительная влажность воздуха в забое 92 %;

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

12. Марка угля-Д;

13. Зольность угля А_з=14 %;

14. Влажноть угля W_р=2 %;

15. Плотность угля γ=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 (12.17)

Q_з.п= м³/мин

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

K_т.д.- коэффициент турбулентной диффузии; принимаем равным 0.8, так как S>10 м².

С_max-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%:

I_{з.п. max}.-максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, м³/мин.; определяется по формуле (12.18)

I_{з.п. max}=0.05 S_уг l_в.з g (x-x₀), м³/мин

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

S_уг= b_уг m = 3.6 1.0=3.6 м²;

g- объемный вес угля, т/м³

x- природная метаноносность пласта, м³/т. Определяется по формуле (12.6)

x=x_г K_W.A, м³/т

где K_W.A-поправочный коэффициент, учитывающий влажность угля W_р и зольность A_з

K_W.A=0.01(100-W_р-A_з),

A_з=14 %, W_р=2%, тогда K_W.A=0.84, а x=15*0.84=12.6 м³/т;

x₀-остаточная метаноносность угля, м³/т; определяется по формуле (12.7)

x₀=x_о.г K_W.A, м³/т

x_о.г-остаточная метаноносность угля ,м³/т.с.б.м; определяется по табл.3.1 [5] в зависимости от выхода летучих веществ V^г. В нашем примере V^г=4.0 %, тогда x_о.г=2.0 м³/т.с.б.м., а x₀=0.84 2.0=1.68 м³/т

Определяем метановыделение в призабойном пространстве выработки

I_{з.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

Q_з.п.= =300 м³/мин

Определяем расход воздуха по средней минимально допустимой скорости движения воздуха по формуле (12.23)

Q_з.п=60 V_{п. min} S, м³/мин

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

Q_з.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 (12.24)

Q_з.п=20 V_з.min S, м³/мин

где V_з.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%, тогдаV_з.min=0.25 м/с

Q_з.п=20 0.25 16.4=82 м³/мин

Расход воздуха, который необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей определяется по формуле (12.25)

Q_з.п=6 n м³/мин

Q_з.п=6 8=48 м³/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по ядовитым газам, образующимся при взрывных работах, определяется по формуле (12.26)

Q_з.п= м³/мин

где Т-время проветривания выработки, мин;

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

V_вв- объем вредных газов, образующихся после взрывания определяем по формуле (12.27)

V_вв=100 В_уг+40 В_пор, л

В_уг, В_пор -масса одновременно взрываемых ВВ по углю и по породе, соответственно, кг; Если взрывание по углю и по породе производится раздельно то при расчете Q_з.п принимается большее из произведений входящих в формулу (12.27). Предусматриваем одновременное взрывание по углю и по породе тогда значение V_вв будет равно V_вв=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, когда меньше 500м, подставляется .В нашем примере = 400 м

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

К_{ут. тр.}- коэффициент ,учитывающий утечки воздуха в вентиляционном трубопроводе; определяется согласно пункту 5.3.3 (табл.5.4). При длине меньше критической длины, значение К_ут.тр. принимается для длины , и при ³ l_п.кр для критической длины l_п.кр. Принимаем гибкие матерчатые трубы типа 1А диаметром 0.8 м, тогда К_ут.тр.=1.2.

Q_з.п= =293 м³/мин

Для выбора ВМП принимаем наибольшее из полученных Q_з.п=300 м³/мин

Определяем необходимую производительность вентилятора, по формуле (12.33)

Q_в=Q_з.п*К_ут.тр., м³/мин

Q_в=300*1.2=360 м³/мин Q_в=6.0 м³/с

Определяем необходимое давление вентилятора, по формуле (6.34)

h_в= , кг/м² (даПа)

где R_тр.г.- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, кm; определяется по формуле (6.35)

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

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

d_тр- диаметр гибкого трубопровода, м;

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

R_тр.г.=0.0161(400+20 0.8 0+10 0.8 0)=6.44 кm

h_в= 6.0² 6.44 =188 кг/м²

Выбор вентилятора производим путем нанесения расчетного режима его работы Q_в, h_в на аэродинамические характеристики вентиляторов. На основании анализа аэродинамических характеристик вентиляторов принимаем к установке вентилятор ВМ-6М. Точка с координатами Q_в=6.00 м³/с и h_В=188 кг/м² ложится на характеристику вентилятора в зону между углами установки лопаток направляющего аппарата 0⁰ и -20⁰. Для определения фактической производительности, депрессии вентилятора и количества воздуха которое будет поступать в забой на его аэродинамической характеристике, строим характеристику трубопровода по уравнению (12.34). Для этого задаемся произвольными значениями Q =2, 4, 6, 9 м³/с и определяем соответствующие им значения К_ут.тр. и h_в Расчетные данные для построения характеристики трубопровода представлены в табл.12.1

Таблица 12.1

Точка «А» на графике (рис.12.9)характеризует расчетный режим расчетный режим, а точка «Б» фактический режим работы вентилятора. Фактический режим работы вентилятора характеризуется параметрами Q_В.Ф=6.2 м³/с, h_В.Ф=200 кг/м².

Рис.12.9 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВМ-6М и режим его работы на сеть

Определяем количество воздуха, которое будет поступать в забой по формуле (12.37)

Q_З.П.Ф=1.69 -0.69Q_В.Ф, м³/с

Q_З.П.Ф=1.69 -0.69*6.2=5.1 м³/с.

Количество воздуха, которое необходимо подавать к вентилятору, определяем по формуле (12.38)

Q_вс≥1.43 Q_в*k_р

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

Q_вс=1.43*6.2*1,1=9.75 м³/с или Q_вс=585 м^3/мин

Схема проветривания выработки представлена на рис.12.10

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, H_с=550 м;

2. Диаметр ствола в свету Д_с=7.0 м;

3. Диаметр ствола в проходке Д₁=7.7 м;

4. Расход ВВ по породе В_пор=120 кг

4. Приток воды в ствол V_в=10 м³/час:

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

6. Газоносность пласта X=15.0м³/т;

7.Зольность угля А_з=14 %;

8. Влажность угля W_р=2 %;

9. Выход летучих веществ, V^daf=40.0 %

10. Выход летучих веществ из угля V_об=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 (12.19)

Q_з.п= , м³/мин

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

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

С₀-концентрация метана в поступающей струе.

Метановыделение в забое ствола определяется по формуле (12.20)

I_з.с= I_пов.с. + I_о.у.с.

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

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

Метановыделение I_пов.с, I_о.у.с определяется по формулам (12.21), (12.22)

I_пов.с=3.310^-2 m_п Д₁ Х [ 0.0004(V^daf)²+0.16]

I_о.у.с=2.0 10^-3 m_п Д g (Х-Хо)

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

Остаточную газоносность угля определяем по формуле (6.7)

Х₀=Х_о.г К_W.A

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

Х_о=2.0 0.84=1.68 м³/т

Х=15 0.84=12.6 м³/т

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

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

I_з.с=2.3+1.6=3.9 м³/мин

Q_з.п= м³/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по средней минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке, определяем по формуле (12.23). Согласно ПБ минимально допустимая скорость движения воздуха в стволе 0.15 м/с

Q_з.п=600.15 19.6=176 м³/мин

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве ствола в зависимости от температуры, определяем по формуле (12.24). Согласно исходным данным температура воздуха равна 22 ⁰С, а влажность 92 %, тогда согласно табл.8.3 ПБ V_з.min=0.25 м/c

Q_з.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 (12.25)

Q_з.п=6 n, м³/мин

Q_з.п=6 16=96 м³/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола по газам, образующимся при взрывных работах, определяем по формуле (12.26).

Объем вредных газов , образующихся после взрывания по породе

V_вв=40 120=4800 л.

Критическая длина выработки при проходке стволов определяется по формуле (12.28)

L_п.кр=12.5 V_вв К_т.с К_с.1/S, м

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

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

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

стенки ствола 1.5 d_тр

Для проветривания ствола принимаем металлические трубы диаметром 0.8 м, длина звена l_зв=4.0 м, тогда d_тр.п.=1.2 м, l_з.тр./d_тр.п=12.5, а К_т.с=0.62;

К_с.1- коэффициент, учитывающий влияние обводненности и глубины ствола, а также температуры пород в стволе на процесс разбавления вредных газов; определяется по формуле (12.29)

К_с.1=

К_с.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 К_с.2=8.2;

t_п- температура пород на глубине Н_c, определяется по формуле (12.30)

t_п=t₁+ , С

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

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

t_п. = 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 ;

К_c.1=

L_п.кр= м

Так как l_п.кр меньше l_п при расчете Q_з.п. подставляем l_п.кр=242 м.

Определяем значение коэффициента утечек воздуха. Согласно /5/ для жестких вентиляционных труб он определяется по формуле (12.31)

К_ут.тр.= (

где К_уд.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 К_уд.ст=0.003;

R_тр.ж- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, кm; определяется по формуле (12.32)

R_тр.ж=1.2 R_тр.+ R_м, кm

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

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

R_м- аэродинамическое сопротивление фасонных частей, кm; принимается по табл.5.9 R_м=0.17 кm.

R_тр.ж.=1.2 3.15+0.17=3.95 кm.

К_ут.тр.=( =1.5

Q_з.п= =290 м³/мин

Для выбора вентилятора принимаем наибольшее из полученных Q_з.п=390 м³/мин и определяем необходимую производительность вентилятора по формуле (12.33)

Q_в=Q_з.п К_ут.тр.

Q_в=390 1.5=585 м³/мин или Q_в=9.75 м³/с

Определяем давление вентилятора работающего на жесткий трубопровод по формуле (6.36)

h_В= , кг/м²

h_В= кг/м²

Выбор вентилятора производим путем нанесения расчетного режима его работы Q_в, h_В на графики аэродинамических характеристик вентиляторов. Принимаем к установке вентилятор ВЦ-11. Точка с координатами Q_в=9.75 м³/с и h_В=260 кг/м² практически точно ложится на характеристику вентилятора при угле установки направляющего аппарата 50⁰ (рис.12.12). Поэтому уточнение режима работы вентилятора не производим.

Схема проветривания ствола представлена на рис.12.13.

А

Рис.6.12 Режим работы на трубопровод вентилятора ВЦ-11.

Рис.12.13 Схема проветривания ствола.