книги из ГПНТБ / Липкович С.М. Проектирование технологических процессов очистной выемки угля

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле [76]

	а -	2 е у ° ,8 у?’8 и0,2			(21 .VII)
		- в— У 2------, ккал/м2 • °С • ч,
		iS	*
г д е	е — коэффициент шероховатости стенок выработки;
	ив ■— скорость движения вентиляционной струи;
	Y — удельный вес рудничного воздуха, кг/м3;
	5 — площадь поперечного сечения выработки, м2.					можно
При определении		предельной длины		очистного	забоя
принять YI= 1,25 кг/м3 и е= 2,5ч-3.
Коэффициент теплоотдачи можно также определить по номо­
грамме [75].
В качестве примера произведем расчет длины лавы, оборудо­
ванной гидрофицированным			комплексом	КМ-87 при следующих
параметрах:
1) общая мощность пласта /п = 1,5 м;
2) минимальная ширина рабочего пространства очистного за­
боя 3,65 м;				очистном	забое	ѵв=
3)	скорость вентиляционной струи в
= 240 м/мин;
4)	глубина участкового откаточного штрека Н = 800 м;

5)геотермическая ступень района 7 СТ = 30 м/° С;

6)относительная влажность рудничного воздуха ф= 0,9;

7)температура рудничного воздуха перед входом в очистной забой ^=18° С;

8)угол падения пласта 10°.

Определяем коэффициент теплоотдачи сх по формуле (21.VII)

а = 2 ,0 .2,75 .4°,8.1,25°,8 Л 0 ,3 °'2 = 17 ккал/м2 • °С•ч. 5,47'0, 2

Поверхность породных стенок очистного забоя F = 10,3-150 = 1545 м2.

Определяем постоянные источники тепловыделения, учитывая, что в очистном забое работает комбайн 2К-52 с электрическим при­ водом (длительная мощность электродвигателя 105 квт) с коэф­ фициентом загрузки 0,5 и скребковый конвейер СПМ-87Д с дву­ мя электродвигателями мощностью по 45 квт каждый с коэффи­ циентом загрузки 0,7.

В среднем в течение смены в очистном забое находится 10 че­

ловек.

Тепловыделение от окисления угля Q„K— 13,57, ккал/ч,

где 13,5 — удельное тепловыделение от окисления угля и уголь­ ной пыли в очистном забое, отнесенное к 1 м2 по­ верхности породных стенок, ккал/м2 -ч.

Q0K= 13,5-1545 = 20 500 ккал/ч.

143

	Тепловыделение от присутствия людей
		Qp =	10-250 = 2500 ккал/ч,
где	250 — количество		тепла, выделяемого телом одного	рабо­
	чего, ккал/ч.
	Тепловыделение от работы машин
	Q'M=	(105 • 0,5 +	2 • 45 • 0,7) ■860 = 99 500 ккал/ч,
где	860 — тепловой эквивалент 1 квт-ч электроэнергии,			ккал.
	Теплота адиабатического расширения воздуха при движении
вверх по очистному забою
	Q p a c	Gh	3600-4.3,62.1,5-26 = 5950 ккал/ч,
		427	427
где	G — количество воздуха, движущегося по очистному			забою,
	кг/ч;
	h — высота очистного забоя по вертикали от нижнего пунк­

та до верхнего, м; 427 — механический эквивалент теплоты. Суммарные тепловыделения

2QT= 20 800 -}- 2500 + 99 500 + 5950 = 116 850 ккал/ч.

Учитывая, что температура рудничного воздуха в верхнем пункте очистного забоя не должна превышать 26° С, определим среднюю температуру вентиляционной струи в очистном забое по формуле (VII. 18)

j	18 -р 26	f)c-уof'
*в.ср =	------- 9 ------------ ^		^
Температура пород на глубине откаточного штрека
/Пі = 7,5 +	^ = ^	=	33,35 X .

Температура пород на глубине вентиляционного штрека

*Пі = 7,5 + ^ = ^ = 32,5 °С.

Средняя температура пород в очистном забое

іп ср== 33,35 + 32,5 ^ 32)9 сС

По табл. 1 .VII находим d\ = 10,77 г/кг и ^2= 17,79 г/кг. Тогда

97 800.0,24 (26— 18) — 116 850 + 0,59.97 800 (17,79— 10,77) _ 2зд м 10,3.17(32,9 — 22)

144

§ 4. Основные направления борьбы с пылью в очистном забое

Согласно требованиям Санитарных правил [77] и разработан­ ным на их основе требованиям Правил безопасности [78] на каж­ дой действующей и строящейся шахте во всех местах пылеобразо-

вания

должны

осуществляться

Т а б л и ц а

2 .V I I

мероприятия

по снижению

запы­

к

Максимально допустимая концентрация, мг/м3

ленности

рудничной

атмосферы

бования к составу воздуха по пы­

до уровня

предельно

допустимой

Пыль

концентрации.

В табл. 2.VII приведены тре­

левому фактору.

П ор од н а я

и у гольн о -п о р од -

Интенсивность

пылеобразова-

ная,

сод ер ж ащ ая свобод -

ния и пылепоступления при вы­

ный

S i0 2 в количестве:

емке

полезного

ископаемого за­

б о ле е

70 % .......................

1 ,0

висит

от

большого

многообразия

10— 7

0

% ............................

2 ,0

факторов,

которые

можно

клас­

м ен ее

1

0 % .......................

4 ,0

П ы л ь

у го л ь н а я , не содерж а -

сифицировать

следующим

обра­

щ ая

свободны й S i0 2 . . .

10,0

зом.

факторы:

Геологические

б)

крепость угля; в) степень

а) естественная

влажность

угля;

метаморфизма

угольного пласта;

г)

характер гипсометрии; д)

мощность пласта и др.

Параметры технологии добычи полезного ископаемого: а) ха­ рактер взаимодействия режущего инструмента с пластом; б) спо­

соб погрузки и транспор­

тирования полезного ис­

копаемого;

в)

концевые

операции и др.

угледобы­

Параметры

вающих

машин: а)

энер­

гетические;

б)

геометри­

ческие;

в)

конструктив­

ные;

г)

кинематические;

д) динамические.

На рис.

61

приведены

зависимости

запыленно­

сти

рудничной

атмосфе­

ры в мг/м3 от некоторых

факторов,

качественно

характеризующие

удель­

Коэффиииент крепости угля f

ный вес их влияния.

о

ю

го

зо

w so

Необходимо

отметить,

Выход летучих бешестб, %

что

из группы

геологиче­

ских

факторов

наиболь­ Р и с . 61.

З а в и си м о сть

за п ы ле н н о с т и

в о з д у х а

шее

влияние на процесс

о т ге о ло ги ч е ск и х

ф ак тор ов :

1 — от крепости

угля; 2 — от

влажности

угля; 3 —

пылеобразования

оказы-

от

степени

метаморфизма

145

■вает влажность угольного пласта. Этим фактором можно управ­ лять, искусственно повышая влажность путем предварительного нагнетания под давлением воды в пласт. Изменение запыленности рудничной атмосферы от влажности угля в пласте имеет экспо­ ненциальный характер (рис. 61, кривая 2).

При разрушении пласта, имеющего более высокую крепость угля, пылевыделение увеличивается вследствие расхода большой энергии на истирание, в то время как при погрузке и транспор­ тировании угля увеличение крепости ведет к снижению пылевыделения. Эта зависимость имеет линейный характер (рис. 61, пря­ мая 1).

Р и с . 62. Классификация средств и	методов снижения запыленности руднич­
ной	атмосферы

Выбор той или иной технологии выемки угольного пласта ^по пылевому фактору определяется геологической характеристикой и существующими средствами механизации. При этом основную

роль играют следующие факторы:

1) направление резания (скалывания) по отношению к направ­

лению слоистости и кливажа; 2) угол отбойки и схема расположения отбойного инстру­

мента; 3) глубина резания (скалывания).

Высокая эффективность отбойки и уменьшение выхода мелких классов и пыли достигается при обработке забоя параллельно кливажѵ и слоистости (угол между направлением резания и кливажом 0—30° или 150—180°). При этом на пластах с крепкими прослойками породы и ярко выраженной слоистостью рекомен­

146

дуется выемка вертикальными роторными исполнительными орга­ нами, а на пластах с невыраженной слоистостью и влиянием кли­ важ а— горизонтальными роторными органами [79].

На рис. 62 приведена классификация средств и методов сни­ жения запыленности рудничной атмосферы. Из рис. 62 видно, что эффективное пылеподавление в очистном забое угольной шахты возможно только путем комплексного использования всех возмож­ ных средств и методов с учетом конкретных условий разрабаты­ ваемого пласта.

§ 5. Предварительное увлажнение угольного пласта

Предварительное увлажнение пласта является одним из эф­ фективных методов борьбы с пылью. Существуют следующие спо­ собы нагнетания воды в пласт [80, 81]:

1.Насыщение массива через шпуры (короткие и длинные), пробуренные перпендикулярно плоскости забоя.

2.Нагнетание жидкости через скважины, пробуренные парал­

лельно линии забоя (откаточного или вентиляционного штрека). 3. Подача жидкости через скважины, пройденные с полевых

штреков или с земной поверхности.

Предварительное увлажнение угольного пласта может быть осуществлено по рассмотренным схемам с подачей воды, раство­ ров смачивателей, агрессивной жидкости, водо-воздушных смесей, аэрозолей, водяного пара, пены и других сред.

Давление воды определяется по формуле [81, 83]

	ср	_ 37 -10 —6 QH(lg гф — lg г) , кгс/см2,	(22.VII)'
		^Ф.ср Д
где	Qu — скорость нагнетания воды в шпур, л/мин;
	/ф — длина	фильтрующей части шпура; принимается рав­
	ной ~ 1ш , м;
	Im — длина	шнура; превышает глубину вруба или подви-
	гание	забоя за период между нагнетаниями	воды в-

пласт на 0,3—0,5 м; г — радиус шпура, м;

&ф. ср — средний коэффициент фильтрации, м/мин. Продолжительность увлажнения через шпур определяется ис­

ходя из равенства объемов воды и смоченного массива:
	лД
*Qx = ~-іФ Я,
отсюда	«ГС/„ ІЛ,П
t =				(23.ѴІІУ
	—	,	М И Н ,
где q — удельный расход	4QH
	воды	на	увлажнение, л/м3;	по опыт­

ным данным <7=15—30 л/м3;

147

Ip — расстояние между шпурами, м; ориентировочно

I — — /

При нагнетании через скважины, пробуренные параллельно

линии забоя, глубина герметизации скважин [81]
/г = 2 т + 2,5,	м.	(24.VII)
Длина скважины
Іскв = 0,85/л,	м.	(25.VII)
При встречном выбуривании скважин
	м.	(26.VII)

где /л — длина лавы (высота этажа), м; Іг — глубина герметизации, м.

Расстояние между скважинами не должно превышать диамет­

ра смачивания:
Ip = D — 1, м,	(27.VII)
где D — диаметр смачивания, м.	скорость нагнетания
Удельный расход воды и оптимальная

должны приниматься в каждом конкретном случае из имеющихся сведений о данных месторождения.

§ 6. Обеспыливающее проветривание

Пылевые аэрозоли не являются стабильными дисперсными системами, а концентрация пыли в рудничной атмосфере из-за влияния многих факторов непрерывно изменяется в пространстве и времени. Под действием аэродинамической силы воздушного потока часть пыли взвешивается, другая часть под действием сил гравитации осаждается. Задачей вентиляции является разжиже­ ние пыли, образовавшейся в результате технологического процес­ са выемки полезного ископаемого, до предельно допустимой кон­ центрации

(28.VII)

чв

где N — фактическая (расчетная) интенсивность образования

пыли в забое, мг/мин;	(лавы),
QB— расход воздуха через сечение очистного забоя
м3/мин.
СПд.к = const, мг/м3. [Табл. 2.ѴІІ].
Из этой зависимости определяется необходимый расход возду­
ха по пылевому фактору
<2. = - А ” •	(29.VII)
^п.д.к

148

Интенсивность образования наиболее токсичной пыли опреде­ ляется выражением [86]

			fSrpm'A	г/мин,		(ЗО.ѴІІ)
	N = 0,87 я '1 . 5 ? 0 , 5 ^ 0 , 5 >
где	f — коэффициент	крепости пород			или	угля по шкале
	проф. М. М. Протодьяконова;
	STP — удельная трещиноватость пород, м-1;
	т' — общая пористость, %;
	у — плотность породы		(угля), кг/м3;
	W — влажность, %;		одновременно		разрушаемого объ­
	а — линейный размер
	ема массива	(глубина среза h) \
	А — работа деформирующей силы, кгс-м.
	Для комбайнов
	А = MpScpAÄp.p,
	h — глубина среза, м;
	Ар — сопротивляемость угля резанию, кг/м;
	SCp — сечение среза, м2;
	К — минутный путь резания, равный 60 ѵр, м;
	Пр. р -— число резцов в контакте;
	Ѵр — скорость резания, м/сек.			для		пылеобразования
	Чрезвычайно благоприятные условия

существуют при уменьшении сечения выработки вследствие рас­ положения в них комбайнов, где скорость движущегося воздуха достигает 12 м/сек [84, 85, 87].

Экспериментальными работами были установлены оптималь­ ные скорости движения возду­ ха, при которых запыленность в мг/м3 минимальная (рис. 63)

и табл. З.ѴІІ.

Т а б л и ц а З.ѴІІ

Место работы

Подготовительные забои угольных шахт . . . .

Угольные лавы, оснащенные комбайнами . . .

Угольные лавы, оснащенные струговыми установками........................

Оптимальная по пылевому фак­ тору скорость воздушного потока, м/сек

о

1о

so

1 , 2 - 1 , 8

і ,Ь—3 jи

Скорость движения Воздухаи,м/сек

Рис. 63. Зависимость запыленности руд­ ничного воздуха от скорости движения воздушного потока:

/ — в комбайновой	лаве: 2 — в струговой лаве;
3 — при работе	проходческого комбайна

149

Таким образом, в тех случаях, когда газовый фактор не лими­ тирует объема подаваемого воздуха, расчет его необходимо про­ изводить, исходя из условий обеспечения минимальной запылен­ ности рабочего пространства лавы.

§ 7. Борьба с пылью путем орошения угольного забоя

Целью метода борьбы с пылью орошением является подав­ ление пыли в момент ее образования в зарубной щели.

Процесс пылеподавления орошением можно разделить на сле­ дующие этапы:

1)смачивание поверхности угольного забоя перед его разру­ шением и в момент разрушения;

2)смачивание угля, образовавшегося при разрушении;

3)осаждение взвесившейся в воздухе пыли.

Рис. 64. Оросительное устройство комбайна БК-52м:

/, 2 — гидроблоки; 3 — насос; 4 — дозатор; 5 — емкость; 6 — противопожарный водопровод

150

В зависимости от особенностей технологического процесса, при котором происходит пылеобразование, роль перечисленных этапов

может быть различной.									при
	Для:			пылеподавления
работе			выемочных комплексов
IK-101, 2К-52, БК-52,								МК-67,
КШ-1Г и других разработаны
и серийно изготовляются типо­
вые			оросительные					системы
ТОС (рис. 64) различной про­
изводительности:								ТОС-50,
ТОС-ЮО, ТОС-150.
	Типовая				оросительная				си­
стема			выемочных			комплексов
обеспечивает					давление				воды
на	оросителях 12—15 кгс/см2
при расходе ее 20—40 л/т. Эф­
фективность					пылеподавления
достигает 90% •
	Система				орошения			струго­
вых		установок				представляет
собой движущуюся за стругом
водяную завесу (рис. 65). Для
этого по всей длине лавы
устанавливаются						секции			фор­
сунок			и	аппаратура			автомати­
ческого				орошения		с	дистанци­
онным				управлением				[88, 89,
90,	91].
	В	лаве орошение					произво­
дится			секциями			форсунок по
ходу			движения			струга			(см.
рис. 65). Подача воды осуще­
ствляется по схеме:							насосная
установка					(противопожарный

став) — забойный			водопро­	Рис. 65. Аппаратура		автоматического
вод— включатель			орошения —
секция форсунок.				орошения струговых установок:
			форсунок в	1 — пусковой аппарат;		2 — источник пита­
Тип	и	число		ния; 3 — датчик местонахождения струга;
каждой	секции орошения мо­			4 — кабель питания индикатора;			5 — инди­
				катор	местонахождения струга;		б- - г - фор­
гут быть		определены по двум		питания	включателей орошения;		9 — вклю ­
				сунка;	7 — секционный	шланг; 8	—- кабель
факторам [90, 91]:				чатели	орошения ВОД;	10 — забойный во­
1. Обеспечение			смачивания		допровод

всей поверхности забоя и угля, погруженного на конвейер в зоне прохождения струга.

2. Обеспечение необходимой производительности секции фор­ сунок при определенной производительности струга.

151

По первому фактору количество форсунок определяется из выражения (рис. 66).

N1 = — ^ —	,	(31.VII)
, а
где а — угол раствора факела форсунки, град;		по смачи-
N\ — число форсунок на одну	секцию орошения
чиванию;
La— длина секции орошения, м;

I — расстояние от форсунки до забоя, м.

с

	Рис. 66. Схемы расчета		параметров сек­
	ции орошения ( а )	и	угла установки
	форсунок		( б )
	По второму фактору количество форсунок равно
	Щ __ 60feBwAlyüCTp			^02 VII)
		9фор
где	N2 — число форсунок по производительности секции;
	kB — количество литров	воды, необходимое на		1 т добы­
	того угля;

т ■— мощность угольного пласта, м;

AI — толщина снимаемой стружки угля, м; у — объемная масса угля, т/м3;

^стр — скорость движения струга, м/сек; <7фор — производительность форсунки, л/мин.

152