Лекция №11

9.5 Выбор вентиляторов для проветривания тупиковых выработок и стволов

Необходимая производительность вентилятора определяется по формуле

Q_в=Q_з.п*К_ут.тр., м³/мин (9.33)

Необходимое давление вентилятора, работающего на гибкий трубопровод, определяется по формуле

h_в=,кг/м²(даПа) (9.34)

где R_тр.г- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, к; определяется по формуле

R_тр.г=r_тр*(l_тр+20d_трn₁+10d_трn₂) (9.35)

r_тр- удельное аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода без утечек воздуха к/м; принимается согласно [5], стр.87;

d_тр- диаметр гибкого трубопровода, м;

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

Давление вентилятора работающего на жесткий трубопровод определяется по формуле

h_в=,кг/м²(9.36)

Выбор вентиляторов производим путем нанесения расчетного режима его работы Q_в,h_вна график аэродинамических характеристики вентиляторов (см. приложение 1 [5].и приложение 4 [3]). Если аэродинамическая характеристика вентилятора (или нескольких вентиляторов установленных последовательно или параллельно) выше точки с координатами расчетного режимаQ_виh_в, то для определения фактической подачиQ_в.фи напораh_в.фвыбранного вентилятора (вентиляторов) необходимо нанести аэродинамическую характеристику трубопровода (сети) на график аэродинамической характеристики вентилятора. Точка «А» (см. рис.6.8) определяет расчетный режим работы вентилятора, а точка пересечения характеристик (точка «Б»), определяет фактический режим работы вентилятораQ_в.фиh_в.ф. В этом случае расход воздуха у забоя составит

Q_з.п.ф=1.69-0.69*Q_в.ф(9.37)

Построение аэродинамической характеристики жесткого трубопровода , производится следующим образом. Задавая значения расхода воздуха 1, 2, 3, и т.д. в м³/с, определяют значенияh_впо формуле (9.36). По парным значениямQ_виh_внаносятся точки и соединяются плавной кривой ( рис.9.8, кривая 1).

Аналогичным образом наносится аэродинамическая характеристика гибкого вентиляционного трубопровода. При этом задаются произвольными значениями Q_з.пв м³/с и для каждого из них определяются значения:k_ут.тр, расход воздуха в начале трубопровода (подача ВМП)Q_впо формуле (9.28) и депрессия трубопроводаh_в(давление ВМП) по формуле (9.29). По парным значениямQ_виh_внаносятся на графике точки, по которым проводится кривая.

Рис.9.8 -Аэродинамическая характеристика вентилятора и режим его работы на трубопровод

Количество воздуха, которое необходимо подавать к вентилятору, определяем по формуле

Q_вс≥1.43Q_в*k_р (9.38)

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

9.6 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.Обемный вес 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 (9.17)

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 какS>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 (9.18)

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

- обьемный вес угля, т/м³

x-природная метаноносность пласта, м³/т. Определяется по формуле (9.6)

x=x_г*K_W.A, м³/

где K_W.A-поправочный коэффициент, учитывающий влажность угляW_ри зольностьA_з

K_W.A=0.01(100-W_р-A_з),

A_з=14 %,W_р=2%, тогдаK_W.A=0.84, а

x=15*0.84=12.6 м³/т

x₀-остаточная метаноносность угля, м³/т; определяется по формуле (9.7)

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 веществV^г. В нашем примереV^г=4.0 %, тогдаx_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 (9.23)

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 метануV_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 (9.24)

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 (9.25)

Q_з.п=6nм³/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 (9.26)

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 (9.27)

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 расчетеQ_з.ппринимается большее из произведений входящих в формулу (9.27). Предусматриваем одновременное взрывание по углю и по породе тогда значениеV_ввбудет 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 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 длинеменьше критической длины, значение К_ут.тр.принимается для длины , и при l_п.крдля критической длиныl_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 (9.33)

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 (9.34)

h_в=,кг/м² (даПа)

где R_тр.г.- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, к; определяется по формуле (9.35)

R_тр.г.=r_тр*(l_тр+20d_трn₁+10d_трn₂)

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

d_тр- диаметр гибкого трубопровода, м;

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

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_вна аэродинамические характеристики вентиляторов. На основании анализа аэродинамических характеристик вентиляторов принимаем к установке вентилятор ВМ-6М. Точка с координатамиQ_в=6.0 м³/с иh_В=188 кг/м²ложится на характеристику вентилятора в зону между углами установки лопаток направляющего аппарата 0⁰и -20⁰. Для определения фактической производительности, депресси вентилятора и количества воздуха которое будет поступать в забой на его аэродинамической характеристике, строим характеристику трубопровода по уравнению (9.34). Для этого задаемся произвольными значениямиQ=2, 4, 6, 9 м³/с и определяем соответствующие им значения К_ут.тр.иh_В Расчетные данные для построения характеристики трубопровода представлены в табл.9.1

Таблица 9.1

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.9.9)характеризует расчетный режим расчетный режим, а точка «Б» фактический режим работы вентилятора. Фактический режим работы вентилятора характеризуется параметрамиQ_В.Ф=6.2м³/с,h_В.Ф=200кг/м².

Рис.9.9 - Аэродинамическая характеристика вентилятора ВМ-6М и режим его работы на сеть

Определяем количество воздуха, которое будет поступать в забой по формуле (9.37)

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 (9.38)

Q_вс≥1.43Q_в*k_р

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

Схема проветривания выработки представлена на (рис.9.10).

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 (9.19)

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.

Метоновыделение в забое ствола определяется по формуле (9.20)

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.сопределяется по формулам (9.21), (9.22)

I_пов.с=3.3*10^-2*m_п*Д₁*Х [ 0.0004(V^daf)²+0.16]

I_о.у.с=2.0*10^-3*m_п*Д*(Х-Хо)

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

Остаточную газоносность угля определяем по формуле (9.7)

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 (9.23). Согласно ПБ минимально допустимая скорость движения воздуха в стволе 0.15 м/с

Q_з.п=60*0.15*19.6=176 м³/мин

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве ствола в зависимости от температуры, определяем по формуле (9.24). Согласно исходным данным температура воздуха равна 22⁰С, а влажность 92 %, тогда согласно табл.8.3 ПБV_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 (9.25)

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 (9.26).

Объем вредных газов, образующихся после взрывания по породе

V_вв=40*120=4800 л.

Критическая длина выработки при проходке стволов определяется по формуле (9.28)

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 величиныl_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, тогдаd_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 (9.29)

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 (9.30)

t_п=t₁+,⁰С

t₁-температура пород на глубине зоны постоянных температур Н₀,;для Донбассаt₁=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 Донбассаt₀=21.4;

К_c.1=

L_п.кр=м

Так как l_п.крменьшеl_пв формулу (9.26) при расчетеQ_з.п.подставляемl_п.кр=242 м.

Определяем значение коэффициента утечек воздуха. Согласно /5/ для жестких вентиляционных труб он определяется по формуле (9.31)

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, к; определяется по формуле (9.32)

R_тр.ж=1.2R_тр.+R_м, к

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

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

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

R_тр.ж.=1.2*3.15+0.17=3.95 к.

К_ут.тр.=(=1.5

Q_з.п==290 м³/мин

Для выбора вентилятора принимаем наибольшее из полученных Q_з.п=390м³/мин и определяем необходимую производительность вентилятора по формуле (9.33)

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 (9.36)

h_В=,кг/м²

h_В=кг/м²

Выбор вентилятора производим путем нанесения расчетного режима его работы Q_в,h_Вна графики аэродинамических характеристик вентиляторов. Принимаем к установке вентилятор ВЦ-11. Точка с координатамиQ_в=9.75 м³/с иh_В=260 кг/м²практически точно ложится на характеристику вентилятора при угле установки направляющего аппарата 50⁰(рис.9.12). Поэтому уточнение режима работы вентилятора не производим.

Схема проветривания ствола представлена на (рис.9.13).

А

Рис.9.12- Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ-11 и режим его работы на сеть.

Рис.9.13- Схема проветривания ствола.