2014-02-17
718
Расчет параметров процесса проветривания
Количество воздуха для проветривания забоя горно-разведочной выработки можно рассчитать по количеству ВВ, взрываемого за один прием, по количеству пыли, образующейся в забое, по числу людей, одновременно находящихся в выработке, по выделению метана и пр.
1. Количество воздуха (м3/с), необходимое для разжижения и выноса вредных газов, образующихся после взрывных работ, определяется по формуле
,
где n з – количество выработок (забоев), в которых в течение смены производятся буровзрывные работы одновременно; Q з− количество воздуха, которое необходимо подавать в каждую выработку, м3/с.
Значение Q з для нагнетательного способа проветривания рассчитывается по формуле В.Н. Воронина:
где А – количество одновременно взрываемого ВВ, кг; S пр – площадь поперечного сечения выработки в проходке, м2; L – длина выработки, проветриваемой нагнетательным способом, м; b ф – объем вредных газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, л/кг; t – нормальное время проветривания выработки, мин; t < 1800 с; φ – коэффициент, учитывающий обводненность выработки (для сухих выработок φ = 0,8; влажных φ = 0,6 и для выработок, проводимых по водоносным породам или с применением водяных заслонов, φ = 0,3).
|
|
|
При комбинированном способе проветривания при наличии перемычки, отстоящей от забоя до 50 м, количество воздуха можно определить по формуле А.И. Ксенофонтовой (для нагнетательного вентилятора):
при расстоянии до перемычки более 50 м:
или по формуле:
где l п – длина от забоя до перемычки, м.
При отсутствии перемычки расстояние зоны отброса газов равно
Подача всасывающего вентилятора должна быть на 10–15% больше, чем нагнетательного при наличии перемычки, и на 20–30% больше без перемычки.
2. Расчет количества воздуха по пылевому фактору:
а) при отсутствии сдувания пыли с отбитой породы и поверхности выработки в зону дыхания бурильщиков должно подаваться количество воздуха, определяемое по формуле
Для проветривания всей выработки количество воздуха рассчитывается по формуле
б) при наличии сдувания пыли в зоне смешения с отбитой породы и стенок выработки и отсутствия сдувании в остальной части выработки
для остальной части выработки
где V – объем зоны смешения, м; К – коэффициент турбулентной диффузии (табл. 74); К с − коэффициент процесса при наличии сдувания пыли (К с= 0,2–0,3); n 0 − начальная концентрация пыли в зоне смешения после взрывных работ, мг/м3; 
− начальная запыленность вентиляционной струи, мг/м3; n – допустимая концентрация пыли в выработке, мг/м3; t – время проветривания выработки, с; l – расстояние от забоя до конца вентиляционного трубопровода, м.
|
|
|
Таблица 74
| Значения коэффициента турбулентной диффузии | |||||||
| dl 1/ d пр | К | dl 1/ d пр | К | dl 1/ d пр | К | dl 1/ d пр | К |
| 0,495 | 0,393 | 1,930 | 0,780 | 0,845 | 0,600 | 5,050 | 0,912 |
| 0,520 | 0,430 | 2,160 | 0,810 | 0,973 | 0,636 | 5,900 | 0,925 |
| 0,540 | 0,460 | 2,550 | 0,832 | 1,100 | 0,672 | 8,450 | 0,943 |
| 0,605 | 0,495 | 2,950 | 0,855 | 1,300 | 0,710 | 10,950 | 0,955 |
| 0,670 | 0,529 | 3,350 | 0,873 | 1,500 | 0,744 | 13,500 | 0,965 |
| 0,758 | 0,565 | 4,200 | 0,896 |
Принятые обозначения: d nр – приведенный диаметр трубопровода при расположении вентиляционного трубопровода примерно в средней части выработки на высоте h =1,5 d; d – диаметр вентиляционного трубопровода, м; α – коэффициент структуры круглой свободной струи, действующей в проветриваемой выработке, равный 0,06–0,08 (большие значения для более шероховатых трубопроводов); l 1− расстояние от конца вентиляционной трубы до забоя.
В условиях непрерывного пылевыделения в зоне работы бурильщика для доведения пыли до допустимой концентрации необходимо следующее количество воздуха:
где N′ –интенсивность пылеобразования, мг/с; ξ – коэффициент пропорциональности, зависящий от числа работающих перфораторов; ξ = 0,8 для одного перфоратора и ξ = 0,5 – для двух.
Для доведения запыленного воздуха до нормы за счет скорости смывания забоя необходимо количество воздуха
Q заб= v S пр,
где v – скорость воздушной струи (для шахт она принимается от 0,5 до 7 м/с).
Для геологоразведочных выработок ЦНИГРИ предложили формулу
Q заб=0,35 S пр.
Количество воздуха по максимальному числу людей m, одновременно находящихся в забое, определяется по формуле
Q заб=6 ·m.
В дальнейшем в расчетах следует принимать наибольшее значение Q, рассчитанное по одной из приведенных выше формул.
Энергия, которой обладает движущийся воздух, проявляется в виде давлений − статического, гидростатического и динамического.
Основным уравнением, выражающим энергию движущегося потока газов (и жидкостей), является уравнение Бернулли:
или
где P 1, Р 2 – статические давления воздуха в начальном и конечном сечениях воздуховода, Па (МПа); ρ1, ρ2 – плотность воздуха в сечении 1 и 2 (у устья и в забое выработки), кг/м3; v 1, v 2 – средние скорости движения воздуха в начальном и конечном сечениях (у устья и в забое выработки), м/мин; К 1 и К 2 − коэффициенты кинетической энергии, учитывающие неравномерность распределения скоростей движения воздуха в начальном и конечном сечениях воздуховода (для штрекообразных выработок К 1=0, 81+282α, где α – коэффициент аэродинамического сопротивления); q – ускорение силы тяжести, м/с2.
Из уравнения следует, что затраченная энергия 1 м3 воздуха на преодоление сопротивлений слагается из разности давлений:
– статического Р 1– Р 2 = h cт, создаваемого вентилятором;
– гидростатического ρ1 Н 1–ρ2 Н 2= h дин (естественная тяга), создаваемого столбами воздуха разного удельного веса;
– динамического (скоростного)
.
Величины h и ∆h ск могут быть со знаком (+) и (−). Общую разность давлений (или энергию), затрачиваемую на преодоление всех сопротивлений шахтных выработок (или выработки) движению по ним воздуха, можно представить в общем виде:
h = h ст ± h дин ± ∆h ск.
При небольшой скорости движения воздуха значениями ∆ h скможно пренебречь. Окончательно сопротивление, которое должен преодолеть воздушный поток (депрессию, которую необходимо создать вентилятору), равно
h в= h ст + h динили h в=β(ρ/2 q) · (PL / S пр) v 2.
Выразив
v = Q заб/ S пр, β(ρ/2 q) =α,
запишем уравнение в виде
h =(α P·L /
) 
,
где α= h 
/ LP − коэффициент аэродинамического сопротивления (для металлических труб α = 0,003 – 0,0005; для труб из прорезиненной ткани α = 0,00025−0,00035).
В свою очередь выражение α P·L /можно представить через аэродинамическое сопротивление
|
|
|
R =α PL /.
Так как периметр P =2π d /2, а сечение трубопровода S =π r 2, то
R =64(α L)/(π2 d 5) или R =6,4(α L)/ d 5.
Окончательно h = R .
Значения аэродинамического сопротивления 100-метрового прорезиненного трубопровода даны в табл. 75.
Таблица 75
| Значения аэродинамического сопротивления и доставочного коэффициента | |||||||
| Длина трубопровода L,м | Доставоч-ный коэффициент η | R (кμ) для диаметра трубопровода, м | Длина трубопровода L,м | Доставоч-ный коэффициент η | R (кμ) для диаметра трубопровода, м | ||
| 0,5 | 0,6 | 0,5 | 0,6 | ||||
| 0,93 | 0,70 | ||||||
| 0,88 | 0,66 | ||||||
| 0,84 | 0,61 | ||||||
| 0,8 | 0,57 | ||||||
| 0,77 | 0,48 | ||||||
| 0,74 | 0,38 | ||||||
| 0,72 |
Примечание. Влияние степени натяжения прорезиненных труб на величину аэродинамического сопротивления нужно учитывать путем умножения на поправочный коэффициент с, равный: для сильнонатянутых труб с небольшими складками, изломами и изгибами – 0,65; для нормально натянутых труб, почти прямолинейных с небольшими складками и изгибами – 1; для слабонатянутых труб со складками – 1,25.
Подача вентилятора рассчитывается по формуле
Q в= P Q заб,
где Р – коэффициент потерь в трубопроводе. Его значение можно определить по формуле
где d – диаметр вентиляционных труб, м; К – удельный стыковый коэффициент воздухопроводности труб (для металлических труб при хорошем уплотнении стыков К = 0,001÷0,002; при среднем – К = 0,003÷0,0005; для труб из прорезиненной ткани К = 0,003÷0,0004; L – длина трубопровода, м; m – длина отдельной трубы, м.
По полученным величинам Q и h подбирают вентиляторы.
Расстояние от забоя до первого вентилятора (каскада вентиляторов) и между последующими вентиляторами определяется совместным решением двух уравнений методом приближений (селекции):
где Q заб – расход воздуха, необходимый для проветривания призабойного пространства или подача предыдущего вентилятора, м3/с; Н – напор вентилятора; К – коэффициент воздухопроницаемости трубопровода (табл. 76).
|
|
|
Коэффициент воздухопроницаемости 100-метрового трубопровода определяется как отношение расхода воздуха в начале Q н к расходу в конце Q к 100-метрового участка трубопровода: К = Q н/ Q к.
Воздухопроводность стенок и стыков вентиляционного става характеризуется коэффициентом воздухопроводности всего трубопровода, определяемым по формуле
KL = K 0,01 L,
К – коэффициент воздухопроводности; 
,
где Q н и Q к – расход воздуха соответственно в начале и конце 100-метрового участка трубопровода. Значения его даны в табл. 76.
Таблица 76
| Протяженность трубопровода, м | Коэффициент воздухопроницаемости 100-метрового трубопровода при его диаметре 0,4–0,8 м | Протяженность трубопровода, м | Коэффициент воздухопроницаемости 100-метрового трубопровода при его диаметре 0,4–0,8 м |
| 1,212 | 1,025 | ||
| 1,122 | 1,019 | ||
| 1,075 | 1,017 | ||
| 1,059 | 1,025 | ||
| 1,035 | 1,022 | ||
| 1,042 | 1,020 | ||
| 1,029 | 1,018 |
Для решения уравнений используют напорно-расходную характеристику вентилятора и подбирают такие значения Н и Qb, при которых для принятия величин Q р, К и R полученные значения L Q и L н в уравнениях будут примерно равны между собой (расхождение +0,5%). Расстояние между вентиляторами определяют также по этим уравнениям, в которые вместо Q з; Q b и Н подставляют значения Qpm, Qb(n-1 ) и Н, где n – порядковый номер вентилятора.
При работе вентиляторов на гибкий трубопровод значение Н заменяют на (Н 1 − h), где h – потеря напора на раздув труб на всасывающей стороне от забоя вентилятора, равная примерно 200 Па.
Подача первого (от забоя выработки) вентилятора
Q 1= Q заб K 0,01 L.
Подача n -го вентилятора
Qn -1= K 0,01 Ln ( n -1),
где Qn -1 – подача предыдущего вентилятора; Ln ( n -1)–расстояние между последующим и предыдущим вентиляторами, м.
Диаметр общего участка вентиляционного трубопровода, работающего одновременно на две выработки, определяется по формуле
где v max = 16 – максимально допустимая скорость воздушного потока в шахтном трубопроводе, м/с.
