Задания к самостоятельной работе студентов

Содержание занятия.

Общие требования по проветриванию тупиковых выработок регламентируются правилам безопасности.

Одиночные выработки с тупиковыми забоями проветривают вентиляторами местного проветривания (ВМП) по трем схемам: нагнетательной, всасывающей и комбинированной. Наиболее широкое распространение получила нагнетательная схема проветривания, которая и принимается для последующих расчетов.

При этой схеме ВМП устанавливают на свежей струе воздуха на расстоянии не менее 10 м от устья выработки. Вентиляционная струя, выходящая из устья тупиковой выработки, должна подхватываться проходящей по сквозной выработке свежей струёй воздуха. Если этого не происходит, то часть исходящей струи может вновь попасть во всасывающее отверстие вентилятора и далее в забой, то есть возникает рециркуляция. В соответствии с правилами безопасности в шахтах опасных по газу и пыли, вентиляционные трубы должны отставать от забоя не более чем на 5 метров с тем, чтобы в призабойной зоне всегда было интенсивное перемешивание воздуха. В шахтах не опасных по газу и пыли допустимое отставание труб от забоя составляет 8 м.

При большой длине тупиковой части проветриваемой выработки для достижения повышенного напора или для снижения времени проветривания допускается каскадная установка ВМП.

Проветривание забоев должно обеспечить содержание кислорода в воздухе не менее 20%, а углекислого газа не более 0,5% по объему. При этом минимально допустимая скорость движения воздуха в тупиковых выработках газовых шахт не должна быть менее 0,25 м/с, а на шахтах III категории и выше – не менее 0,5 м/с. В тупиковых выработках негазовых шахт минимальная скорость не должна быть менее 0,15 м/с. Разжижение газообразных продуктов взрыва и удаление их из забоя должны происходить не менее чем за 30 минут после взрывания зарядов.

Расчёт вентиляции тупиковых выработок при их сооружении включает в себя следующие параметры [ ]:

- определение необходимого количества воздуха;

- выбор и аэродинамический расчёт вентиляционного трубопровода;

- выбор вентилятора.

Количество (расход) воздуха, необходимое для проветривания тупиковых выработок, определяется по следующим факторам:

- по количеству ядовитых газов, образующихся при взрывных работах (по расходу ВВ);

- по максимальному числу людей, находящихся одновременно в забое;

- по минимальной скорости движения воздушного потока в выработке;

- по выделению метана.

Расчет количества воздуха по расходу ВВ определяется по формуле

 

, (1)

 

где Т − время проветривания выработки после взрывания, Т = 30 мин;

V_ВВ − объем вредных газов, образующихся после взрыва ВВ, м³;

 

, (2)

 

где А_уг, А_пор − количество одновременно взрываемого ВВ по углю и породе, кг;

S_св − средняя площадь поперечного сечения выработки в свету при переменном сечении, м²;

l_n − длина тупиковой части выработки, м;

К_обв − коэффициент, учитывающий обводненность тупиковой выработки, принимаемый из таблицы.1;

К_{ут .} − коэффициент утечек воздуха в вентиляционных трубопроводах, принимаемый для гибких трубопроводов типа 1А и 1Б диаметром 0,6-1,0 м исходя из его длины и диаметра из таблицы Приложения Б настоящего пособия.

 

 

Таблица.1 – Значения коэффициента обводненности

 

Характеристика выработок	Кобв
Горизонтальные и наклонные выработки, проводимые по сухим породам (приток до 1 м3/час)	0,8
Горизонтальные и наклонные выработки, частично проводимые по водоносным породам (приток до 6 м3/час)	0,6
Горизонтальные и наклонные выработки, на всю длину проводимые по водоносным породам (приток от 6 до 15 м3/час)	0,3
Обводненные выработки (приток более 15 м3/час)	0,15

 

Количество воздуха по числу работающих людей определяется по формуле

 

Q_ЗП = 6 n_л, м³/мин, (3)

 

где n_л – наибольшее число людей, одновременно работающих в забое выработки.

Расчёт количества воздуха по минимальной скорости движения воздуха производится по формуле

 

Q_ЗП = 60 V_minS_св, м³/мин, (4)

 

где V_min – минимально допустимая скорость движения воздуха в призабойном пространстве, м/с.

Расчет количества воздуха по выделению метана производится при выемке угля проходческими комбайнами или отбойными молотками по формуле

 

, м³/мин, (5)

 

где с – максимально допустимое содержание метана в исходящей вентиляционной струе, с = 1 %;

с ₀ – содержание метана в поступающей вентиляционной струе, принимаемое для проектируемых выработок равной 0,05 %;

I_п – абсолютная метанообильность тупиковых выработок, м³/мин.

Абсолютная метанообильность тупиковых выработок слагается из метановыделения с неподвижных обнажённых поверхностей пласта (I_пов), движущейся поверхности забоя (I_з) и из отбитого угля (I_о.у.п).

При выборе вентилятора принимается максимальное значение количества воздуха Q_ЗП по всем факторам.

Необходимая подача вентилятора определяется по формуле

 

Q_в = K_утQ_ЗП, (6)

где К_{ут .} − коэффициент утечек воздуха в вентиляционных трубопроводах, принимаемый для гибких трубопроводов исходя из его длины и диаметра (Приложение Б).

Аэродинамическое сопротивление трубопровода из прорезиненных труб определяется по формуле

 

, кμ/м, (7)

 

где L – длина трубопровода, м;

d_тр – диаметр трубопровода, м;

n ₁ и n ₂ – число поворотов трубопровода на 90 и 45° соответственно;

r_тр – удельное аэродинамическое сопротивление гибкого вентиляционного трубопровода без утечек воздуха при длине звена 20 м, принимаемое из таблицы.2.

Давление вентилятора, работающего на гибкий вентиляционный трубопровод (депрессия трубопровода), определяется по формуле

, даПа. (8)

 

Таблица.2 – Значения r_тр

 

Диаметр трубопровода, м	0,5	0,6	0,8	1,0
Удельное аэродинамическое сопротивление rтр	0,177	0,071	0,0161	0,0053

 

Выбор вентилятора производится путем нанесения расчетного режима его работы Q_в и h_в, определяемого по формуле (3.8) на график аэродинамических характеристик вентилятора. Для проветривания следует принимать такой вентилятор, аэродинамическая характеристика которого проходит через точку с координатами расчетного режима или выше нее.

Порядок выполнения.

Пример. Выбрать вентилятор для проветривания тупиковой выработки длиной 500 м, сечением в свету S_св = 13,7 м², проводимой буровзрывным способом по породе с пересечением угольных пластов. Количество одновременно взрываемого ВВ по породе – 95,4 кг. Количество одновременно работающих в забое людей – 10. Абсолютная метанообильность составляет 2,5 м³/мин, коэффициент, учитывающий обводненность тупиковой выработки, К_обв = 0,6.

Решение.

Необходимое количества воздуха по максимальному числу работающих в забое тупиковой выработки людей определяется по формуле 3.3

Q_ЗП = 6·10 = 60 м³/мин =6 м³/с.

 

Расчёт количества воздуха по минимальной скорости движения воздуха производится по формуле.4

 

Q_ЗП = 60·0,5·12,8 = 384 м³/мин = 6,4 м³/с.

 

Общее потребное количество воздуха по газовыделению будет равно  (5)

 

263 м³/мин = 4,4 м³/с.

 

Для дальнейших расчетов принимаем максимальное значение Q_ЗП = 384 м³/мин = 6,4 м³/с.

Из таблицы Приложения Б определим коэффициент утечек воздуха К_ут, считая, что расход воздуха в конце трубопровода равен максимальному значению Q_ЗП = 6,4 м³/с, а длина трубопровода равна длине тупиковой части выработки. Для труб диаметром 0,6 м К_ут не определяется, для труб диаметром 0,8 м К_ут = 1,33, а для труб диаметром 1,0 м К_ут = 1,19. Принимаем для проветривания гибкие прорезиненные трубы диаметром 0,8 м.

Определим необходимое количества воздуха по расходу ВВ по формуле 3.1

 

м³/мин = 4,9 м³/с.

 

Таким образом, максимальным значением общего потребного количества воздуха остается Q_ЗП = 6,4 м³/с.

Необходимая подача вентилятора определяется по формуле (6).

Q_в =1,33·6,4 = 8,5 м³/с.

 

Аэродинамическое сопротивление трубопровода из прорезиненных труб определяется по формуле (3.7) при r_тр = 0,0053, n ₁ =1 и n ₂ = 0.

 

3,48 кμ/м.

 

Депрессия трубопровода определяется по формуле (.8)

 

183 даПа

 

Для построения аэродинамической характеристики трубопровода задаются Q близкие по своему значению Q_в и вычисляются соответствующие им значения h по формуле (3.8), таблица 3.3.

 

 

Таблица 3.3 – Значения Q и h для построения аэродинамической характеристики трубопровода

 

Q, м3/с	4	5	6	7	8
h, даПа	51	80	115	157	205

 

Полученную аэродинамическую характеристику трубопровода совмещают с аэродинамическими характеристиками вентилятора и выбирают наиболее подходящий. Необходимым требованиям удовлетворяет вентилятор ВМ-6, рисунок.1. Аэродинамические характеристики вентиляторов местного проветривания приведены в Приложении настоящего пособия.

                              

Рисунок 3.1 - Аэродинамические характеристики

Рисунок.1 - Аэродинамические характеристики

вентилятора ВМ-6 и трубопровода

Контрольные вопросы.

 

1 Какие используются схемы проветривания тупиковых забоев вентиляторами местного проветривания?

2 На каком расстоянии от устья выработки должен устанавливаться вентилятор местного проветривания?

3 Максимально допустимое отставание вентиляционной трубы от забоя тупиковой выработки в шахтах опасных по газу и пыли.

4 Минимальная скорость движения воздуха по тупиковой выработке.

5 По каким факторам определяется количество (расход) воздуха, необходимое для проветривания тупиковых выработок?

6 Из чего складывается абсолютная метанообильность тупиковых выработок?

7 Как производится выбор вентилятора местного проветривания?

 

Задания к самостоятельной работе студентов.

 

1 Изучить  Правила безопасности в угольных шахтах

2 Изучить схемы проветривания тупиковых забоев вентиляторами местного проветривания.

3 Ознакомиться с разделами 5.2.3. 5.3 Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт.Киев-1994 –

8 Ознакомиться с разделами 2.3 и 2.41 справочника. Рудничная вентиляция: Справочник/Н.Ф.Гращенков,   А.Э.Петросян, М.А.Фролов и др.; Под редакцией К.З.Ушакова. – М.: Недра, 1988. – 440 с