- •Министерство образования и науки украины
- •2. Меры борьбы с метаном в шахтах 25
- •Часть вторая
- •6.3 Аналитические методы расчета простейших вентиляционных соедине-
- •7. Методика расчета распределения воздуха в сложных вентиляционных
- •8. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть
- •9.3. Расчет величины депрессии естественной тяги гидростатическим
- •10.2. Регулирование подачи воздуха в шахту изменением режима работы главного вентилятора 127
- •Часть третья вентиляция шахт
- •13.4 Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по фактической газообильности
- •14.4 . Схемы проветривания шахт 235
- •Тема №1 предмет и задачи курса
- •Краткая история развития рудничной аэрологии как науки
- •Часть первая рудничная атмосфера.
- •1.2 Постоянные составные части рудничного воздуха и их свойства
- •1.3 Ядовитые примеси рудничного воздуха
- •При концентрации 0.4 % -смертельное отравление после кратковременного воздействия;
- •1.4.1 Физико-химические свойства метана
- •При недостатке кислорода
- •1.Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.
- •1.4.5. Требования правил безопасности к содержанию метана в горных выработках и трубопроводах
- •2.1. Борьба с метаном средствами вентиляции
- •2. Подача на участки и в очистные забои необходимого количества воздуха.
- •3. Изолированный отвод метана в исходящую струю или за пределы выемочного участка
- •3 1. Схемы проветривания выемочных участков с изолированным отводом метана из выработанных пространств по неподдерживаемым выработкам (рис.2.4)
- •2.2 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка про изолированном отводе метана за его пределы, выбор средств отвода и меры безопасности
- •2.3 Меры безопасности при эксплуатации газоотсасывающих установок.
- •3. Управление метановыделением средствами дегазации
- •3.1 Общие положения по дегазации угольных шахт
- •3.2 Способы дегазации неразгруженных от горного давления пластов и вмещающих пород.
- •3.2.1 Дегазация при проведении капитальных и подготовительных выработок
- •3.2.2 Дегазация при проведении горизонтальных и наклонных выработок по угольным пластам.
- •3.2.3 Дегазация разрабатываемых угольных пластов скважинами, пробуренными из выработок
- •3.3 Дегазация сближенных угольных пластов (спутников) и вмещающих пород при их подработке, надработке.
- •3.3.1 Основы теории дегазации спутников.
- •3.3.2 Схемы дегазации сближенных угольных пластов и вмещающих пород.
- •4.1 Основы теории внезапных выбросов угля и газа
- •4.2 Мероприятия по борьбе с внезапными выбросами угля и газа.
- •4.2.1 Способы борьбы с внезапными выбросами их назначение и область применения.
- •4.3. Региональные мероприятия по борьбе с внезапными выбросами угля и газа
- •4.3.1 Профилактическое увлажнение угольных пластов, опасных по внезапным выбросам
- •4.3.2 Разработка защитных пластов
- •4.4 Локальные мероприятия по борьбе с внезапными выбросами
- •4.4.1 Гидрорыхление угольного пласта
- •4.4.3 Гидровымывание опережающих полостей
- •Іі раздел Тема №6 5. Основные законы рудничной аэродинамики
- •5.1 Виды давления в движущемся воздухе. Понятие о депрессии.
- •5.2 Измерение давления и депрессии в движущемся потоке
- •5.3 Основные законы аэродинамики
- •5.3.1 Закон сохранения массы
- •5.3.2 Закон сохранения энергии
- •5.3.3 Режимы движения воздуха в шахтах
- •5.3.4 Типы воздушных потоков
- •Тема №75.4 Аэродинамическое сопротивление горных выработок
- •5.4.1 Природа и виды аэродинамического сопротивления
- •5.4.2 Сопротивление трения
- •Определение сопротивления трения
- •Определение лобового сопротивления
- •5.4.4. Местные сопротивления в горных выработках
- •Расчет местных сопротивлений.
- •Единицы аэродинамического сопротивления
- •Тема №8
- •Расчет последовательно-параллельных соединений
- •Последовательное соединение и его свойства.
- •Параллельное соединение и его свойства
- •6.3.2. Диагональное соединение горных выработок и его свойства.
- •Расчет простого диагонального соединения
- •Воздухораспределение в простом диагональном соединении
- •Способ последовательных приближений
- •Графический метод
- •Пример расчета
- •Пример расчета
- •Решение задачи.
- •Тема №9 8. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть.
- •8.2 Анализ совместной работы вентиляторов на сеть
- •1. Анализ последовательной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик.
- •3. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети
- •4. Анализ параллельной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик
- •5. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик.
- •6. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети.
- •9.1 Общие сведения о естественной тяге.
- •9.2 Измерение депрессии естественной тяги
- •9.3. Расчет величины депрессии естественной тяги гидростатическим методом.
- •9.4 Влияние естественной тяги на работу вентилятора
- •10.1. Задачи и способы регулирования.
- •2. Регулирование подачи воздуха в шахту изменением режима работы главного вентилятора.
- •10.3 Регулирование распределения воздуха в вентиляционной сети шахты.
- •10.3.1. Регулирование увеличением сопротивления выработок.
- •10.3.2. Решение задачи о целесообразности отрицательного регулирования.
- •10.3.3. Отрицательное регулирование вентиляционными окнами.
- •10.3.4. Регулирование распределения воздуха положительными способами.
- •10.3.5 Регулирование распределения воздуха по крыльям шахтного поля при фланговой схеме проветривания шахты методом настройки вентиляторов.
- •Решение задачи №1
- •Решение задачи №2
- •Решение задачи
- •Решение задачи № 3 Для схемы представленной на рис.10.9, определим настройку вентиляторов, для обеспечения максимально возможной и равной подачи воздуха в оба крыла шахты.
- •Решение задачи №4
- •Тема №12 11. Утечки воздуха в шахтах
- •11.1 Общие сведения об утечках и их классификация.
- •11.2. Расчет утечек воздуха в шахтах
- •11.3 Мероприятия по снижению утечек воздуха
- •12. Проектирование вентиляции шахт
- •12.1.1 Общие положения и некоторые особенности проветривания тупиковых выработок и стволов
- •12.1.2 Способы подачи воздуха в забои тупиковых выработок и стволов.
- •12.1.3 Вентиляторы и воздухопроводы установок местного проветривания
- •12.1.4 Методы расчета расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок и стволов
- •12.1.5 Выбор вентиляторов для проветривания тупиковых выработок и стволов
- •12.1.6 Примеры расчетов проветривания тупиковой выработки и ствола Расчет проветривания тупиковой выработки
- •Расчет проветривания ствола
- •12.1.7 Проветривание длинных тупиковых выработок и стволов несколькими вентиляторами
- •Пример расчета проветривания длинной тупиковой выработки рассредоточенной установкой вентиляторов
- •Решение задачи
- •13.1 Схемы проветривания выемочных участков и требования к ним.
- •13.2 Классификация, область применения и выбор схем проветривания выемочных участков
- •Классификация схем проветривания выемочных участков
- •13.3 Прогноз метанообильности очистных забоев и выемочных участков
- •13.3.1 Общие положения
- •13.3.2 Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по природной метаноносности пласта
- •13.3.2.1 Метановыделение из разрабатываемого пласта
- •13.3.2.2 Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)
- •13.3.2.3 Расчет метановыделения из вмещающих пород
- •13.4 Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по фактической газообильности
- •13.5.1 Расчет расхода воздуха для проветривания очистных выработок
- •13.5.2.2 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка по другим факторам
- •13.5.2.3 Расход воздуха для выемочного участка с учетом влияния падающего угля при выемке угля комбайнами на крутых пластах
- •Пример расчета проветривания выемочного участка Исходные данные для проведения расчетов.
- •Перечень вопросов, подлежащих разработке:
- •Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка
- •Метановыделение из разрабатываемого пласта
- •Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)
- •Расчет метановыделения из вмещающих пород
- •Расчет депрессии выработок выемочного участка
- •14.1 Исходные данные для разработки проекта вентиляции шахты.
- •14.2 Содержание проекта проветривания шахт.
- •14.3 Способы проветривания шахт
- •Нагнетательное проветривание и область его применения
- •Нагнетательно-всасывающее проветривание
- •14.4.1 Центральные схемы проветривания шахт их преимущества и недостатки
- •14.4.2 Диагональные схемы проветривания
- •14.5 Выбор схемы проветривания шахты
- •15. Расчет расхода воздуха для проветривания шахты
- •16. Расчет депресси шахты
- •17. Расчет производительности, депрессии вентилятора и его выбор
- •18.1 Особенности проветривания шахт при пожарах
- •18.2 Выбор вентиляционного режима при пожаре
- •18.3 Устойчивость и стабилизация вентиляции при пожаре
- •19.1 Требования правил безопасности к контролю вентиляции шахт
- •19.2 Контроль расхода и скорости движения воздуха
- •19.3 Контроль концентрации метана в горных выработках
- •Требования пб к контролю концентрации метана.
- •19.4 Контроль вентиляции шахт методом депрессионных съемок
- •19.5 Контроль вентиляции шахт методом газовых съемок
- •19.5.1 Цель проведения газовых съемок
- •19.5 2 Выбор выемочного участка для проведения газовой съемки
- •Выбор мест расположения замерных станций
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 (12.19)
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.
Метановыделение в забое ствола определяется по формуле (12.20)
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 (12.21), (12.22)
Iпов.с=3.310-2 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 (6.7)
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 (12.23). Согласно ПБ минимально допустимая скорость движения воздуха в стволе 0.15 м/с
Qз.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 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 (12.25)
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 (12.26).
Объем вредных газов , образующихся после взрывания по породе
Vвв=40 120=4800 л.
Критическая длина выработки при проходке стволов определяется по формуле (12.28)
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 (12.29)
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 (12.30)
tп=t1+,С
t1- температура пород на глубине зоны постоянных температур Н0,; для Донбассаt1=810 , а Н0=2633 м;
Нг- геотермический градиент, м/град; для Донбасса Нг=2530 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 Донбассаt0=21.4 ;
Кc.1=
Lп.кр=м
Так как lп.кр меньше lп при расчете Qз.п. подставляем lп.кр=242 м.
Определяем значение коэффициента утечек воздуха. Согласно /5/ для жестких вентиляционных труб он определяется по формуле (12.31)
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 (12.32)
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 550 м 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=390 м3/мин и определяем необходимую производительность вентилятора по формуле (12.33)
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 (6.36)
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.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.