Лекция №13

10.3.2 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочных участков

Расчет по постоянно выделяющимся газам

При схемах проветривания с последовательным разбавлением метана по источникам выделения (схемы типа 1-В) при условии формулы (10.67) расход воздуха определяется по формуле (10.68), а если условие не выполняется, а также для других схем проветривания (схемы типа 1-М, 2-М, 2-В, 3-В) по формуле (10.69)

(10.67)

Q_уч.=(10.68)

Q_уч=(10.69)

где - среднее фактическое (ожидаемое) метановыделение (выделение вуглекислого газа) в пределах выемочного участка.

Расход воздуха на подсвежение при схемах проветривания выемочных участков типа 2-М, 2-В, 3-В определяется по формуле

Q_доп=Q_уч – Q_оч (10.70)

где Q_доп – расход воздуха, необходимый для подсвежения исходящей из выемочного участка вентиляционной струи, м³/мин.

Расход воздуха, подсчитанный по формуле (10.69) для схем проветривания типа 1-М, 1-В, 1-К, должен удовлетворять условию формулы (10.71), а по формуле (10.70) – условию (10.72)

Q_учQ_оч.max*k_ут.в=60 S_оч.max*V_max*k_ут.в (10.71)

Q_доп60 SV_min (10.72)

где S– площадь поперечного сечения выработки с подсвежающей струей воздуха в свету, м².

Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка по другим факторам

Расход воздуха по газам, образующимся при ведении взрывных работ в лаве, скорости движения воздуха в призабойном пространстве лавы (оптимальной по пылевому фактору, минимальной или максимальной), а также по людям для схем проветривания с последовательным разбавлением вредностей (схемы типа 1-В, 1-М, 1-К) определяется по формуле (10.73), а для схем проветривания с подсвежением (схемы типа 2-В, 2-М, и 3-В) – по формуле (10.74)

Q_уч.=(10.73)

Q_уч.=+60SV_min(10.74)

Расход воздуха, проверяемый по числу людей, должен удовлетворять условию

Q_уч.6n_чел (10.75)

где n_чел– максимальное число людей, одновременно работающих на выемочном участке.

Расход воздуха для выемочного участка с учетом влияния падающего угля при выемке угля комбайнами на крутых пластах, определяется по формуле

Q_уч.=Q_уч.maxk_п.у (10.76)

где Q_уч.max– наиболший из результатов расчета расхода воздуха, полученный по формулам (10.68), (10.69), (10.73), (10.74), (10.75);

k_п.у– коэффициент, учитывающий уменьшение расхода воздуха под действием падающего угля; определяется по табл.6.7 [5] в зависимости от депрессииh_т, создаваемой потоком падающего угля, и депрессии выемочного участкаh_уч

Пример расчета проветривания выемочного участка

Исходные данные для проведения расчетов

Исходными данными для проведения расчетов являются:

1.Размер выемочного поля l_в.п, м 600;

2.Длина лавы l_оч, м 170;

3.Мощность разрабатываемого пласта m_п, м 0.95;

4.Расстояние от разрабатываемого пласта К₂ до спутников:

в почве пласта К₁ (М_н) , м 18;

в кровле пласта К₃ (М_п), м 60;

5.Мощность спутников:

К₁ (m₁), 0.75,

К₃ (m₃), м 0.56;

6.Угол падения пластов, град. 27;

7.Природная метаноносность пластов и спутников Х_г, м³/т.с.б.м. 18;

8.Марка угля А, пластовая зольность А^з=15 %, влажность W^р=2.0 %, выход летучих веществ для пластов и спутников V^daf=8 %;

9.Глубина разработки Н=840 м и глубина верхней границы зоны метановых газов Н₀,=240 м;

10.Плановая нагрузка на очистной забой А_оч :

наклонное падение 600*m_п,=600*0.95=570 т/сут.

11.Способ подготовки шахтного поля-этажный, система разработки –длинные столбы по простиранию;

12.Тип схемы проветривания выемочного участка-1-М-Н-в-вт .

Для выемки угля в очистном забое предусматриваем применение механизированного комплекса КД-80 с комбайном 1К101.

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

1.Составить схему проветривания участка и начертить на листе формата А₂;

2.Рассчитать относительную и абсолютную метанообильность выемочного участка и очистного забоя;

3.Рассчитать максимально-допустимую нагрузку на очистной забой по фактору метановыделения;

4.Выбрать способы снижения метанообильности очистного забоя, если допустимая нагрузка по фактору метановыделения меньше плановой;

5.Рассчитать количество воздуха для проветривания очистного забоя и выемочного участка;

6.Рассчитать депрессию горных выработок выемочного участка.

Схема проветривания выемочного участка

Согласно заданию для проветривания выемочного участка принимаем схему проветривания типа 1-М-Н-в-вт. Схема проветривания представлена на (рис.10.4)

Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка

Относительную метанообильность выемочного участка и очистного забоя определяем по природной метаноносности по методике изложенной в разделе 3.3 [5]

Источниками выделения метана в выработки выемочного участка являются разрабатываемый угольный пласт, сближенные угольные пласты (спутники) и вмещающие породы.

Относительная метанообильность выемочного участка определяется как суммарное метановыделения из разрабатываемого пласта (q_пл, м³/т), сближенных угольных пластов (q_сп, м³/т) и вмещающих пород (q_пор, м³/т), т.е

q_уч=q_пл+q_сп+q_пор

Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ больше 165 мл/г.с.б.м. относительное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле

q_пл=q_о.п+q_о.у+k_э.п(x-x_о)

где k_э.п-коэффициент, учитывающий эксплуатационные потери угля в пределах выемочного участка; проектом предусматривается безцеликовая отработка пласта, тогдаk_э.п=0.03;

х_о- остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве, м³/т

х_о=0.01*х_о.г*(100-А^з-W^р)

х_о.г–остаточная метанононость угля, м³/т.с.б.м; принимается по табл.3.1 [5] в зависимости от выхода летучих веществ х_о.г=5.3 м³/т.с.б.м

х_о=0.01*5.3 (100-15-2)=4.4 м³/т;

q_о.п- относительное метановыделение из очистного забоя, определяется по формуле

q_о.п=0.85*х*k_пл*ехр(-n)

где х - метаноносность угля с учетом зольности и влажности, м³/т

х=0.01*х_г*(100- А^з-W^р)

х=0.01*18*(100-15-2)=15 м³/т;

k_пл-коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта; согласно [5] для столбовой системы разработки определяется по формуле

k_пл=

b_з.d-ширина условного пояса газового дренирования угольного массива; принимается по табл.3.5[5] в зависимости от выхода летучих веществ;b_з.d=11м;

k_пл=

n-показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя (v_оч,м/сут), выхода летучих веществ из угля (V^daf,%) и глубины разработки (Н,м);

n=а₁v_оч ехр(-0,001Н+b₁V^daf)

где а₁,b₁-коэффициенты, значения которых принимается в зависимости от выхода летучих веществ; согласно [5,стр.34] приV^daf£22% а₁=1.435, аb₁=-0.051;

Cкорость подвигания очистного забоя определяем исходя из планируемой нагрузки на очистной забой

А_сут=l_очv_очm_пg

где gобъемный вес угля

v_оч==

n=1.435*2.4*ехр(-0.001*840-0,051*8)=1.0

Определяем относительное метановыделение из очистного забоя

q_о.п=0.85*15*0.87*ехр(-1.0)=4.0 м³/т

Относительное метановыделение из отбитого угля (q_о.у) определяется по формуле

q_о.у=

где -относительное метановыделение из отбитого угля в лаве, м³/т;

=х*k_пл[1-0.85ехр(-n)]*(b₂k_ту+b₃k)

-относительное метановыделение в конвейерном штреке и бремсберге, м³/т

=х*k_пл[1-0.85ехр(-n)b₂*k

где b₂,b₃-коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого на почве в лаве, доли ед.; значенияb₂=0.6, аb₃=0.4 при односторонней выемке угля;b₂=1, аb₃=0 при двухсторонней схеме выемке угля в лаве; предусматриваем двухсторонняя выемка угля в лаве;

Транспортировка угля по лаве и участковому конвейерному бремсбергу осуществляется конвейером СПМ87ДН, а по подэтажному конвейерному штреку телескопическим конвейером 2ЛТ80

k_ту,k,k-коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого от массива угля соответственно в очистной выработке на конвейере (k_ту), на почве в лаве (k), и на конвейере в выработке выемочного участка (k), доли ед;

k_ту=

k=

k=

Т-время нахождения отбитого угля на конвейере в лаве, мин;

Т=

v_к.л-скорость транспортирования угля в лаве, м/с; v_к.л=0.91 м/с

Т=мин;

-время нахождения отбитого от массива угля на почве в лаве, мин.

При двухсторонней выемке угля в лаве =0, поэтомуk=0;

Т-время нахождения отбитого от массива угля в промежуточном конвейерном штреке и бремсберге в пределах выемочного участка, мин; определяется по формуле

Т=

-протяженность выработки с i-м видом транспорта, м;

-скорость транспортирования угля на участке ,м/с;

Для заданных способа подготовки, системы разработки и принятых видов транспорта L₁=600 м., аv₁=1.5 м/с, L₂=170 м,v₂=0.91 м/с

Т=600/60*1.5 +170/60*0.91=9.7 мин;

-коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля Т_у£6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Т_у>6 мин а

Определяем значения коэффициентов

k_ту=0.11;

k=0.1.

Определяем метановыделение из отбитого угля в лаве и на конвейерном бремсберге

=15*0.87 [1-0.85ехр(-1.0)]*(1.0 0.11)=1.0 м³/т

=15*0.87 [1-0.85ехр(-1.0) ]1.0*0.1=0.9 м³/т

q_о.у=1.0+0.9=1.9 м³/т

Определяем метановыделение из разрабатываемого пласта

q_пл=4.0+1.9+0.03 (15-4.4)=6.2 м³/т

Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)

Относительное метановыделение из спутников определяется по формуле

q_сп=

Относительное метановыделение как из подрабатываемого q_сп.пi , так и надрабатываемого q_сп.нiопределяется по формуле

q_сп.=1.14v

где m_сп.i-суммарная мощность спутника,м;

х_сп.i-природная метаноносность спутника, м³/т;

х_0i-остаточная метаноносность спутника, м³/т;

m_в-вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м;

М_сп.i-расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного (при подработке) пластов и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м

М_р- расстояние по нормали между разрабатываемым пластом и сближенными пластами, при котором метановыделение из последних практически равно нулю, м.

Величина М_рпри подработке пологих и наклонных пластов определяется по формуле

М_р=1.3

где m_в.пр-вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

k_у.к- коэффициент, учитывающий способ управления кровлей; при полном обрушении принимается-1.0;

k_л-коэффициент, учитывающий влияние степени метаморфизма на величину свода разгрузки; принимается по табл 3.6 [5] в зависимости от выхода летучих веществ. ДляV^daf=8.0 %k_л=1.6

М_р=1.3*=334 м

При надработке пологих и наклонных пластов М_рпринимается равным 60м.

Определляем метановыделение из подрабатываемого спутника К₃

q_сп.К3=1.14*2.4м³/т

Определляем метановыделение из надрабатываемого спутника К₁

q_сп.К1=1.14*2.4м³/т

Суммарное метановыделение из спутников составит

q_сп=4.0+4.7=8.7 м³/т

Расчет метановыделения из вмещающих пород

Согласно [1] метановыделение из пород определяется по формуле

q_пор=1,14v

где k_с.п-коэффициент, учитывающий способ управления кровлей и литологический состав пород, доли ед. При полном обрушенииq_сп=0.00106.

q_пор=1,14*2.4м³/т

Определяем относительную метанообильность выемочного участка:

q_уч=6.2+8.7+5.4=20.3 м³/т

Абсолютная метанообильность очистного забоя и выемочного участка определяется по формулам:

Проветривание участка осуществляется по схеме типа 1-М, поэтому

м³/мин

Расчет максимально допустимой нагрузки на очистной забой по метановыделению

Расчет максимально-допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору производим согласно пункту 7.1[5]. Максимально допустимая нагрузка определяется по формуле

А_max=A_p

где Q_р- максимальный расход воздуха в очистной выработке, который может быть использован для разбавления метана до допустимых ПБ норм, м³/мин; принимается по табл 7.1[1]

Q_р=60 S_оч.minV_max k_ут.в

где k_ут.в-коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство в пределах выемочного участка; определяется по номограмме (рис.6.12[5]).k_ут.в=1.6.

Q_р=60 2.6 4.0 1.6=922 м³/мин

А_max=570

Так как нагрузка на лаву по метановыделению меньше плановой нагрузки предусматриваем дегазацию:

-разрабатываемого пласта К_дег.пл=0.4

-пластов спутников К_дег.сп=0.5

Определяем относительную метанообильность очистного забоя и выемочного участка после проведения работ по дегазации по формулам

q_оч=(q_о.п+q+q)(1-K_д.пл)+k_в.п*q

q_уч=(q_о.п+q_о.у)(1-K_д.пл)+q

где k_в.п- коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное; для схемы типа 1-Мk_в.п=1;

q-ожидаемое метановыделение из выработанного пространства на выемочном участке определяется по формуле

q=[k_э.п (х-х₀)(1-k_д.пл)+(

q=[0.03(15.0-4.4)(1-0.5)+(=7.2 м³/т

q_уч=q_оч=(4.0+1.0+0.9)(1-0.4)+1.0*7.2=10.74 м³/т

Определяем абсолютную метанообильность очистного забоя и выемочного участка после дегазации

м³/мин

Определяем максимально допустимую нагрузку на очистной забой после проведения работ по дегазации

А_max=570

Принятые способы дегазации обеспечат необходимую нагрузку на очистной забой.

Расчет количества воздуха необходимого для проветривания

очистного забоя и выемочного участка

Согласно [1], количество воздуха необходимое для проветривания выемочного участка проветриваемого по схеме типа 1-М определяется по формуле

м³/мин

При газообильности участка 4.25 м³/минk_н=1.58 [1, табл.6.3].

, м³/мин

Количество воздуха для проветривания очистного забоя для схем типа

1-М определяется по формуле

Q_оч=

Q_оч=м³/мин

Расчет количества воздуха для проветривания очистного забоя по газам, образующимся при взрывных работах, не производим, так как взрывные работы в лаве не ведутся.

Расчет расхода воздуха по числу людей производится по формуле

Q_оч=6n_челk_о.зм³/мин

где n_чел- наибольшее число людей, одновременно работающих в очистной выработке. Если пересмена производится на рабочих местах можно принятьn_чел=30.

Q_оч=6 30 1.3=234 м³/мин

Расчет расхода воздуха из условия оптимальной скорости по пылевому фактору производится по формуле

Q_оч=60S_оч.min V_оптм³/мин

где-V_опт оптимальная скорость воздуха в призабойном пространстве, м/с; принимается 1.6 м/с.

Q_оч=60 2.6 1.6 =250 м³/мин

Окончательно, для проветривания очистного забоя принимаем 574м³/мин, а для проветривания выемочного участка 707м³/мин.

Проверяем принятый расход воздуха по минимальной и максимальной скорости движения воздуха в очистной выработке

Q_оч£60*S_оч.min*v_mink_оз, м³/мин

Q_оч£60*_.2.0*0.25 1.3=39 м³/мин

Q_оч³60*S_оч.min*v_max k_оз, м³/мин

Q_оч³60*2.0*4.0 1.3=640 м³/мин

Условие выполняется.

Количество воздуха для обособленного проветривания вспомогательного бремсберга на участке между главным откаточным штреком и вентиляционным штреком лавы №1 определяем по минимально допустимой скорости в соответствии с требованиями ПБ

Q_бр=60*V_min*S_бр, м³/мин

где V_min-минимально допустимая скорость движения воздуха по бремсбергу, м/с;

S_бр-поперечное сочение бремсберга в свету, м².

Согласно [6] принимаем типовое сечение бремсберга сечением в свету 8.9м².

Q_бр=60*0.25*8.9=133 м³/мин

Количество воздуха для обособленного проветривания подэтажного штрека на участке между участковым и конвейерным бремсбергами, также определяем по минимально допустимой скорости. Согласно [6] принимаем типовое сечение подэтажного штрека сечением в свету 10.4 м²

Q_п.ш=60*0.25*10.4=156 м³/мин

Утечки воздуха через кроссинг установленный на сопряжении участкового бремсберга с вентиляционным штреком лавы №1 принимаем согласно[5, стр.163]

Q_ут=192 м³/мин

Общее количество воздуха для проветривания вентиляционного участка составит

Q_{вент. уч.}=2*707+133+156+192=1895 м³/мин

Расчет депрессии выработок выемочного участка

Депрессия капитальных и подготовительных выработок рассчитывается по формуле

h=

где k_н.р.в-коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок; для общешахтных выработокk_н.р.в=1.563, для других выработокk_н.р.в=1.

-коэффициент аэродинамического сопротивления кг*с²/м⁴; значенияпринимаются согласно [5], приложение №7;

Р- периметр вы работки, м; для выработок закрепленных арочной крепью Р=3.86;

L-длина выработки;

Q-расход воздуха, м³/с.

Депрессия очистных выработок подсчитывается по формуле

h_оч=R_очQ

где R_оч -общее аэродинамическое сопротивление лавы, кг*с²/м⁸.

Для лав оборудованных механизированными крепями,

где r₁₀₀– удельное аэродинамическое сопротивление (при длине 100 м) лав с механизированными крепями,kпринимается по табл.6.5 [5]; Для комплекса «Донбасс-М»r₁₀₀=0.07k;

- коэффициенты местного сопротивления входа и выхода лавы; определяются по табл.9.1 [5];214.

k.

Результаты расчетов депрессии выработок выемочного участка представлены в таблице 10.3

Таблица 10.3 – Результаты расчетов депрессии выработок выемочного участка

№ вент. участка	Наименование выработки	a, кг*с^2/м^4	Р,м	L, м	S, м^2	Q, м^3/с	h, кг/м^2
1-2	Главный откаточный штрек	0.0020	13.8	30	12.8	29.4	0.3
2-3	Главный откаточный штрек	0.0020	13.8	600	12.8	11.8	1.1
3-4	Лава №1	Rоч=0.3 k.				9.6	27.6
4-5	Вент. штрек лавы №1	0.0021	12.4	600	10.4	11.8	1.9
5-6	Вент. штрек лавы №1	0.0021	12.4	30	10.4	15.0	0.16
6-7	Вспомогательный бремсберг	0.0021	11.5	20	8.9	17.2	0.20
7-8	Вспомогательный бремсберг	0.0021	11.5	170	8.9	19.8	2.3.
2-9	Участковый бремсберг	0.0023	11.5	190	8.9	17.6	2.2