12.1.6 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, 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  (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;

- 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  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, к; 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 к/м; Для труб диаметром 0.8 м r_тр=0.0161 к/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 к

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

Q, м^3/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.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