В.А. Колмаков Расчет расхода воздуха для проветривания проектируемых угольных шахт
.pdfМинистерство образования Российской Федерации Кузбасский государственный технический университет Кафедра аэрологии, охраны труда и природы
Расчет расхода воздуха для проветривания проектируемых угольных шахт
Методические указания к практической работе по курсу "Вентиляция шахт"
для студентов специальности 090200 дневной и заочной форм обучения
Составитель В.А. Колмаков
Утверждены на заседании кафедры Протокол №3 от 27.10.2000
Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специаль-
ности 090200
Протокол №1 от 16.11.2000
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ
Кемерово 2001
-1-
Qш. общ
Qш.
KГ
K7
K8
K9
K10
K11
K12
K13
Сдоп. Qуч.
Qп.
Qо.в.
Qоч.в..
Qк.
Qут.ш.
KД
Σ Aуч
Qдоп..
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
–общий расход воздуха шахты, м3/мин;
–максимальный расход воздуха из рассчитанных по метану, углекислому газу, ВВ и людям, м3/мин;
–коэффициент, учитывающий горнотехнические условия;
–коэффициент, учитывающий утечки воздуха за пределами выемочных участков (0,10-0,35);
–коэффициент, учитывающий проветривание поддерживаемых выработок (0,05-0,15);
–коэффициент, учитывающий утечки и распределение воздуха в зависимости от числа одновременно разрабатываемых горизонтов (0-0,15);
–коэффициент, учитывающий обособленно проветриваемые камеры (0,10);
–коэффициент, учитывающий число проветриваемых участков (0,15-0,30);
–коэффициент, учитывающий схему проветривания шахты
(0-0,2);
–коэффициент, учитывающий обособленно проветриваемые выработки (0,05-0,20);
–допустимая концентрация газа, %;
–расход воздуха для проветривания очистного забоя
(участка), м3/мин;
– расход воздуха для проветривания подготовительных
выработок, м3/мин; |
|
– расход воздуха для обособленно проветриваемых |
вырабо- |
ток, м3/мин; |
|
– расход воздуха для проветривания погашаемых |
вырабо- |
ток, м3/мин; |
|
–расход воздуха для проветривания камер, м3/мин;
–расход утечек воздуха, м3/мин;
–коэффициент возможного увеличения добычи угля (1,15);
–суммарная добыча угля выемочных участков, т;
–максимально допустимый расход воздуха для проветривания выемочных участков, м3/мин;
Vmax оч
S n
Kэф.в
B
V
Т
n Kп
Qзп.
Qо
Со
Kуч..в Jвв
Kут.тр
K14
K15
Kвт.уч
Uвв
Ni
Кзг
to
Кэ
no
Qоч-1
Kут
-2-
–максимально допустимая скорость движения воздуха
вочистной выработке, м/с;
–сечение выработки, м2;
–число выработок;
–коэффициент эффективности вентиляции;
–количество одновременно взрываемого ВВ, кг;
–объем очистной выработки, м3;
–время проветривания выработки, мин;
–число работающих людей;
–коэффициент неравномерности газовыделения (1,1-3,44);
–расход воздуха для проветривания призабойной
части выработки, м3/мин;
–расход воздуха для проветривания остальной части выработки, м3/мин;
–концентрация газа во входящей струе, %;
–коэффициент утечки выемочного участка;
–газовость ВВ, л/кг (40, 100);
–коэффициент утечек воздуха в трубопроводе, (1,1-7,15);
–коэффициент, учитывающий число одновременно отрабатываемых лав (1-2);
–коэффициент, учитывающий расход вохдуха для проветривания погашаемых лав (0,4-0,5);
–коэффициент, учитывающий число одновременно действующих вентиляторных участков, проветриваемых одним вентилятором (0,85-0,45);
–объем выработок склада ВМ, м3;
– мощность одновременно работающих |
электроуста- |
новок, кВТ; |
|
–коэффициент загрузки в течении суток;
–температура воздуха, поступавшего в наиболее жаркий месяц, градусов;
–коэффициент, учитывающий тип аккумуляторных электровозов (0,6-2,2);
–число одновременно заряжаемых батарей;
–расход воздуха для проветривания выемочного участка, м3/мин;
–коэффициент, учитывающий утечки воздуха через вентиляционные сооружения (1,1-1,85);
Qуч.ф
Qут.в
Qут.ш qуч
-3-
–фактический расход воздуха очистного забоя, превышающий допустимый предел по условиям проветривания;
–коэффициент, учитывающий утечки воздуха через вентиляционные сооружения (0,1-0,2);
–утечки воздуха в шахте при движении его от подающего ствола до выемочных участков;
–относительная газообильность участка, м3/т.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться рассчитывать расход воздуха для проектируемых угольных шахт
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Расчет воздуха для проветривания угольных шахт ведется в два
этапа.
На первом этапе производится упрощенный расчет расхода воздуха при разработке и выборе оптимального варианта строительства шахты.
После выбора оптимального варианта производится полный расчет расхода воздуха от забоев до шахты в целом.
2.1. Упрощенный расчет расхода воздуха
Упрощенный расчет расхода воздуха производится по следующим факторам: газовыделение (метану или углекислому газу), людям и расходу ВВ. К учету принимается наибольший из полученных расходов воздуха. Подставляя его значение в формулу (1), имеем общешахтный расход воздуха:
Qш.общ. = |
1,2 Qш. KГ , |
(1) |
где |
|
|
KГ = 1+ |
K7 + K8 + K9 + K10 + K11 + K12 + K13 , |
(2) |
Опыт расчетов показывает, что при проветривании газообильных шахт максимальный расход воздуха получается по метану (углекислому газу).
Qш = |
100 qш Aш |
|
|
||
24 |
60 Сдоп. |
, |
(3) |
||
|
-4-
2.2. Полный расчет расхода воздуха.
Полный расчет расхода воздуха для проветривания шахты производится по формуле:
Qш.общ. = 1,1 (K Д ∑ Qуч. + ∑ Qn + ∑ Qо.в. ∑ Qоч.в. + ∑ QК + ∑ Qут.ш. )(4)
1. Cуммарный расход воздуха для проветривания группы выемочных участков складывается из отдельных расходов:
∑ Qуч. = Qуч.− 1 + Qуч.− 2 + !+ Qуч.− n , |
(5) |
Расход воздуха отдельного выемочного участка определяется по формуле:
Qуч. = Qоч. Кут , |
(6) |
Фактический расход воздуха для проветривания очистного забоя рассчитывается по следующим факторам: газовыделению, газам ВВ, людям, пыли.
По газовыделению
Q |
= |
|
100 qоч. Aоч. |
K |
|
|
|
|
|
||||
оч. |
|
|
24 60 Сдоп. |
n , |
(7) |
|
|
|
По газам ВВ |
|
|
Q |
= |
24 |
B V |
|
|
оч. |
|
T |
|
, |
(8) |
|
|
|
|||
|
По людям |
|
|
||
Qоч. |
= |
6 nч , |
|
|
(9) |
По пыли расчет расхода воздуха производится в том случае, если скорость движения воздуха, рассчитанного по температуре или газовыделению, меньше оптимальной по пылевому фактору (см. таблицу).
Наименование вы- |
|
Значение v, м/с. |
|
|
работок |
Минимально |
Оптимальное |
|
Максимально |
|
допустимое |
|
|
допустимое |
Очистные |
0,9 |
1,6 |
|
4 |
Подготовительные |
0,7 |
1,3 |
|
1,8 |
с конвейерной |
|
|
|
|
доставкой |
|
|
|
|
Наибольший расход воздуха, полученный по одному из факторов, принимается за исходный.
-5- |
|
Максимально допустимый расход воздуха для проветривания |
|
очистного забоя рассчитывается по формуле |
|
Qдоп. = 60 Umax Sоч. , |
(10) |
Фактическое и допустимое значения расхода воздуха сравнивают по формулам (4) и (5).
Если фактический расход меньше допустимого, то он принимается к расчету. Если же наоборот, то определяется требуемый коэффициент эффективности вентиляции, необходимый для достижения первого условия
Kэф.в. = |
Qоч. − Qдоп. |
, |
(11) |
|
Qоч. |
||||
|
Полученный коэффициент эффективности вентиляции умножается на фактический повышенный расход воздуха, который и принимается за расчетный
Qоч. = Qоч.ф (1− Kэф. ), |
(12) |
Суммарный фактический расход воздуха для проветривания выемочного участка шахтопласта по газовыделению рассчитывается по формуле
∑ |
Qуч.ф = |
100 qуч ∑ Ауч (1− K |
эф. ) |
(13) |
|
24 60 (Сдоп. − Со.) |
, |
||||
|
|
|
|
2. Суммарный расход воздуха для проветривания группы подготовительных выработок складывается из отдельных расходов
∑ Qn = Qn− 1 + Qn− 2 + ! , |
(14) |
Расход воздуха отдельной подготовительной выработки опреде- |
|
ляется по формуле |
|
Qn = (Qз.п. + Qс.) Kут. , |
(15) |
Фактический расход воздуха для проветривания подготовительной выработки рассчитывается по следующим факторам: газовыделению, расходу ВВ, людям, тепловому фактору, по минимальной скорости воздуха.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-6- |
|
|
|
|
По газовыделению |
|
|
|
|
|
||||||||
Qn = Qз.п. + Qо , |
|
|
|
|
|
|
|
(16) |
||||||||
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Q |
з.п. |
= |
|
100 Jn |
K |
n , |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
Cдоп. |
− |
Cо. |
|
|
|
|
|
(17) |
|||||
Q |
|
= 400 С0 |
mn Vп.з. |
|
|
ln |
+ 1 |
|
|
|||||||
|
|
|
− 1 |
(18) |
||||||||||||
0 |
|
|
|
C |
доп. |
− |
C |
о. |
|
|
V |
з. |
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п. |
|
|
|||
|
|
|
По газам ВВ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Qз.п. = |
|
2,25 S |
|
B |
JВВ ln |
, |
|
|
(19) |
|||||||
|
|
T |
|
S |
Kут.тр. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
По людям |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Qз.п. = |
6 nч , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(20) |
|||||
|
|
|
По тепловому фактору |
|
|
|||||||||||
Qз.п. = |
20 Vmin S , |
|
|
|
|
|
(21) |
|||||||||
|
|
|
По минимальной скорости движения воздуха |
|
||||||||||||
Qз.п. = |
60 Vmin S , |
|
|
|
|
|
|
(22) |
||||||||
|
|
|
Для подачи в забой принимается наибольший расход воздуха, по- |
|||||||||||||
лученный из расчетов по приведенным формулам. |
|
|||||||||||||||
|
|
|
Максимально допустимый |
расход воздуха для |
проветривания |
подготовительной выработки рассчитывается по аналогичным формулам для очистных забоев (10), (11).
Суммарный расход воздуха для проветривания подготовительных выработок шахтопласта по газовыделению рассчитывается по
формуле |
|
100 qn Аш.п. |
|
|
|||||
∑ |
Qn = |
|
|
|
|
||||
|
|
24 60 (Сдоп. − |
Со.) , |
(23) |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
Расход воздуха для обособленно проветриваемой выработки рас- |
||||||||
считывается по формуле |
|
|
|
||||||
∑ |
Q |
= |
|
100 Jо.в. |
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
о.в. |
|
|
|
Сдоп. − Со. |
n , |
(24) |
и проверяется по минимальной скорости движения воздуха.
-7-
Суммарный расход воздуха для проветривания всех обособленно проветриваемых выработок шахтопласта слагается из общего числа вы-
работок |
(Qо.в. + Qо.в.п. + !) , |
|
|
∑ |
Qо.в. = |
(25) |
|
|
Расход воздуха для проветривания погашаемых очистных выра- |
||
боток в пределах одного шахтопласта рассчитывается по формуле |
|
||
∑ |
Qоч.в. = |
K14 K15 Kвт.уч. Qуч. , |
(26) |
3. Расход воздуха для проветривания камер производится по следующим формулам:
для складов ВМ
Qв.в. |
= |
0,07 Vвв. , |
|
|
(27) |
|
|
для электромашинных камер |
|
||||
Qэ.к. |
= |
|
50 ∑ Ni (1− η i ) |
KЭГ . |
|
|
|
26 − t0 |
, |
(28) |
|||
|
|
|
||||
|
для зарядных камер |
|
|
|
||
Qз. = |
30 Kэ. nа , |
|
|
(29) |
||
|
Суммарный расход воздуха для проветривания всех камер скла- |
|||||
дывается из общего числа камер |
|
|||||
∑ Qк |
= |
|
(Qк− 1 + !+ Qк− i) , |
|
|
(30) |
|
4. Расход утечек воздуха шахт при его движении от подающего |
|||||
ствола до выемочного участков рассчитывается по формуле |
|
|||||
∑ Qут.ш. = (K Д ∑ Qуч. + ∑ Qn ) K7 , |
(31) |
Суммируя расходы воздуха участков, подготовительных, обособленно проветриваемых выработок, погашаемых очистных выработок и утечек, получаем общешахтный расход воздуха.
При отработке шахтой нескольких шахтопластов расчеты расхода воздуха по шахтопластам суммируются.
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1 Подставляя исходные данные газообильности в формулу (3) из таблицы 6 (практическая работа №1) получаем упрощенный расчет расхода воздуха для проветривания шахты по газу:
|
|
|
|
|
|
|
-8- |
|
|
Q |
= |
100 qш. Аш. |
|
= |
100 23 25000 |
= 53240м3 / мин. |
|||
|
|
||||||||
ш. |
|
24 60 Сдоп. |
|
|
|
24 60 0,75 |
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
Или с учетом (1), (2) имеем: |
||||||||
Q |
|
= 1,2 Q |
K |
Г |
= |
1,2 32200 1,80 = 115000м3 / мин. |
|||
ш.общ. |
ш. |
|
|
|
|
|
|
3.2 Полный расчет расхода воздуха производится в такой последовательности.
1. Рассчитывается суммарный расход воздуха выемочных участ-
ков.
Подставляя в формулу (13) данные таблицы 2 (практическая работа №1) получаем фактический расход воздуха:
∑ |
Qуч.ф. = |
100 13,9 14000 |
= 13500м3 / мин. |
|||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
1440 1 |
|
|
||||||
|
Находим максимально допустимый расход воздуха по (10) |
|||||||||||
∑ |
Q |
= 60 V |
S |
оч. |
n |
= |
60 6 4 3 = |
320м3 / мин. |
||||
|
доп. |
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем коэффициент эффективности вентиляции по (11) |
|||||||||||
Kэф. = |
∑ Qуч.ф. − |
∑ |
Qдоп. |
= |
13500 − 4320 |
= 0,68 |
||||||
∑ Qуч.ф. |
|
|
|
13500 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Тогда требуемый расход воздуха для проветривания выемочных |
|||||||||||
участков с учетом формулы (12) |
|
|
||||||||||
∑ |
Qуч. = |
∑ Qуч.ф (1− |
Kф.) = |
13500 0,32 = |
4320м3 / мин. |
2. Рассчитывается суммарный расход воздуха для проветривания группы подготовительных выработок, используя данные практической работы №1.
Подставляя в формулу (23) данные таблицы 3 (практическая работа №1), получаем:
∑ |
Qn = |
|
100 qn Аш.п. |
= |
100 |
0,6 14000 |
= 600м |
3 |
/ мин. |
||
24 |
60 (Сдоп. − Со.) |
|
|
1440 1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Рассчитывается по формуле (24) суммарный расход воздуха для проветривания обособленно проветриваемых выработок. Пусть имеем 10 выработок с газообильностью 1,1 м3/мин, тогда подставляя данные в формулу (24) имеем:
-9-
∑ |
Q |
= n |
100 Jо.в. |
K |
n |
= 10 |
|
100 1,1 |
2,2 |
= 2440м3 |
/ мин. |
|
|
||||||||||
|
о.в. |
|
Сдоп. − Со. |
|
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Рассчитывается расход воздуха для проветривания погашаемых очистных выработок в пределах одного шахтопласта по формуле
(26):
∑ |
Q |
= |
K |
K |
K |
в. уч. |
∑ Q |
уч. |
= 1 0,5 0,85 4320 = 1728м3 |
/ мин. |
|
о.в. |
|
14 |
15 |
|
|
|
|
5. Рассчитывается по формулам (27) – (30) расход воздуха для проветривания камер. Пусть на шахтопласте будет следующее количество камер: складов ВВ – 2, электромашинных камер – 5, зарядных камер – 1.
Рассчитывается расход воздуха для каждой камеры и подставляя данные в формулу (30), получим:
∑ |
Q |
= |
∑ Q |
+ |
∑ Q |
|
+ |
∑ Q |
|
= |
2 100 + 5 150 + 1 1200 = 2150м3 / мин. |
||||
|
|
к |
|
|
вв |
|
|
э.м. |
|
зар. |
|
|
|
||
|
|
|
|
6. Рассчитывается расход воздуха на утечки по формуле (31) |
|||||||||||
∑ |
Q |
ут.ш. |
= (K |
Д |
∑ Q |
уч. |
+ |
∑ |
Q ) K |
7 |
= (1,15 4320 + 6000) 0,30 = 1490м3 / мин. |
||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Подставляя исходные данные в формулу (4), получим: |
|||||||||||
Q |
|
|
|
= |
1,1 (1,15 4320 + |
600 + |
2420 + 1728 + 2150 + 1490) = 14680м3 / мин. |
||||||||
ш.общ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сравнивая расходы воздуха по упрощенному и полному методу расчета, видим, что первый не учитывает пропускную способность выработок по газу и, поэтому по нему получается большой расход воздуха.