Примечание: пс — соединены последовательно, пр — параллельно.

Аналогичным образом наносится аэродинамическая ха­рактеристика гибкого вентиляционного трубопровода и гибкого комбинированного трубопровода. При этом задаются произ­вольные значения О_з.п. в м³/с и для каждого из них опреде­ляются: k_ут.,тр, Расход воздуха в начале трубопровода (подача ВМП) Qв и депрессия трубопровода (давление ВМП) по фор­муле (5.28). По парным значениям (Q_в и h_в наносятся на графике точки, по которым проводится кривая.

Если нельзя обеспечить подачу требуемого расхода воздуха по одному трубопроводу, то проветривание выработки можно осуществлять по двум или трем трубопроводам.

После выбора ВМП и трубопровода производится проверка расхода воздуха в устье тупиковой выработки Q_nр из условия

Q_nр= (Q_в.р. / k’_ут.тр >Q_n ) (5.32)

где k_ут.тр — коэффициент утечек воздуха в трубопроводе на участке от ВМП до устья тупиковой выработки.

Для жестких вентиляционных труб k_ут.тр определяется по формуле (5.18), в которую вместо l_mp и R_mp подставляются длина и аэродинамическое сопротивление участка трубопро­вода от ВМП до устья тупиковой выработки.

Для гибких вентиляционных труб k_ут.тр рассчитывается по формуле

K’_ут.тр = (k_ут.тр / k_{ут.тр m} )

(5.33)

где k_ут.тр.m, — коэффициент утечек воздуха в трубопроводе на участке от устья выработки до забоя; принимается по табл. 5.4.

Если условие формулы (5.31) не выполняется, то необхо­димо увеличить Q_зп принимая по табл.5.4 значения Q_зп и k_ут.тр для l_n такими, чтобы Q_зп k_ут.тр ≥ Q_п.

При проходке стволов бурением подача воздуха к забою осуществляется с помощью водокольцевых воздуходувок. Вы­бор типа водокольцевых воздуходувок производится графоа­налитическим путем на основе рассчитанных значений расхода воздуха Q_зп, депрессии става бурильных труб h_c.m и графика аэродинамических характеристик водокольцевых воздуходувок (см. рис. 5.10).

Порядок выбора следующий. Расчетные значения Q_зп и h_c.m. наносятся на график. К установке принимается воздухо­дувка, в рабочую область которой попадает расчетный режим.

Депрессия става бурильных труб определяется по формуле

h_c.m = Р₂ ( [ √ (1 + 5* 10^-9 (λ_c Q_зп ² l_mp ) / d⁵_mp ) ] - 1 ) (5/34)

где P₂ — абсолютное давление воздуха в конце трубопровода, даПа;

P₂ = P_aт+1,З H_c; (5.35)

λ_c — коэффициент сопротивления; принимается для труб с внутренним диаметром 0,15 м равным 0,025, а с внутренним диаметром 0,2 м — 0,020;

l_mp — длина става бурильных труб, м;

d_mp — внутренний диаметр бурильных труб, м;

P_aт — абсолютное давление воздуха у устья ствола (сква­жины), даПа;

H_c — глубина ствола, м.

Схема вентиляционной установки дня проветривании ство­ла (скважины) приведена на рис. 5.2.

В случае, если при помощи водокольцевых воздуходувок и обычных бурильных труб внутренним диаметром 0,15 м невозможно обеспечить расходы воздуха, подсчитанные по метановыделению или минимальной скорости, необходимо пе­реходить на бурильные трубы следующих размеров — 0,2; 0,25; 0,30 м.

5.3.6. Расход воздуха в месте установки вмп должен удовлетворять следующим условиям:

* для любого, отдельно установленного, ВМП

Q_вc >1,43 Q_в k_р; (5.36)

* для любой группы ВМП, работающих на разные трубопро­воды и установленных в одном месте,

Q_вc >1,43 k_р √ Q_в; (5.37)

где Q_в — подача ВМП при длине тупиковой выработки на отдельные периоды, для которых выполняется расчет; опре­деляется согласно п. 5.3.5;

k_р — коэффициент, принимаемый равным 1,0 для ВМП

с нерегулируемой подачей и 1,1 — с регулируемой. Примечание. 1. ВМП, работающие на один трубоп­ровод, следует рассматривать как один вентилятор. 2. ВМП очищаются установленными в одном месте, если расстояние между ними не превышает 10 м; при расстоянии от ближайшего ВМП более 10 м вентилятор считается установленным отдельно.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

6.1. Схемы проветривания выемочных участков

6.1.1. Требования с схемам проветривания выемочных участков

При выборе схем проветривания выемочных участков пер­востепенное значение имеют условия безопасности, а также обеспечение нормальных санитарно-гигиенических условий труда.

Схема проветривания выемочного участка должна обес­печивать:

* устойчивое проветривание как при нормальных, так и ава­рийных режимах, благоприятные условия для спасения лю­дей и ликвидации аварии;

* возможность ведения работ по эффективной дегазации на выемочных участках;

* на газообильных и глубоких шахтах, на которых естест­венная температура пород достигает 30°С и выше, полное обособленное разбавление вредностей (газ, пыль, тепло), выделяющихся из всех источников;

* максимальную нагрузку на очистной забой по газовому фактору; сокращение объема проведения тупиковых выра­боток за счет повторного использования откаточных выра­боток в качестве вентиляционных;

* возможность исключения образования опасных скоплений метана на сопряжениях лавы с вентиляционной выработкой;

* подачу к очистному забою свежего воздуха по двум выра­боткам при разработке выбросоопасных пластов.

При отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, выбранная схема проветривания, кроме того, должна обеспе­чивать:

* минимальную ширину проветриваемой призабойной зоны выработанного пространства с тем, чтобы время ее провет­ривания было меньше продолжительности инкубационного периода самовозгорания угля;

* надежную изоляцию выработанных пространств по мере продвигания очистного забоя;

* возможность исключения в случае возникновения пожара выемочного участка (поля) из общей сети горных выработок.

6.1.2. Классификация, область применения и выбор схем проветривания

Классификация схем проветривания выемочных участков в зависимости от степени обособленности разбавления вредно­стей по источникам поступления в рудничную атмосферу, направления выдачи исходящей из лавы струи воздуха, вза­имного влияния очистных выработок на их проветривание, направления движения воздуха по очистной выработке и вза­имного направления свежей и исходящей струй приведена в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Классификация схем проветривания выемочных участков

Основное классификаци­онное деление	Классификационный признак	Варианты признака	Условные обозначе­ния
Тип	Степень обособленности разбавления вредностей по источникам поступления	Последовательное	1
		Частичное	2
		Полное	3
Подтип	Направление выдачи исходящей из лавы струи воздуха	На выработанное пространство	В
		На массив угля	М
		Комбинированное	К
Класс	Зависимое или независимое проветривание очистных выработок	Независимое	Н
		Зависимое	3
Подкласс	Направление движения воздуха по очистному забою	Восходящее	в
		Нисходящее	н
		Горизонтальное	г
Вид	Взаимное направление свежей и исходящей струй	Возвратноточное	ВТ
		Прямоточное	пт

Для удобства пользования каждая схема обозначается со­кращенно. Например, 3-В-Н-н-пт, где 3 — тип, полное обо­собленное разбавление вредностей по источникам выделения; В — подтип, направление выдачи исходящей струи из лавы на выработанное пространство; Н — класс, независимое проветривание (одиночная лава); н — подкласс, нисходящее дви­жение воздуха по лаве; пт — вид, прямоточное направление свежей и исходящей струй воздуха.

На рис. 6.1 и П.2.3 (приложение 2) приведены схемы проветривания выемочных участков. При подготовке выемоч­ных участков увязка схем проветривания со схемами провет­ривания крыла, панели (вентиляционного участка) должна соответствовать схемам, приведенным на рис. П.2.4-П.2.14 или в Технологических схемах разработки пластов на угольных шахтах на период 1990-1995 гг.

Схемы проветривания выемочного участка 1-го типа в основном могут применяться при условии, когда нагрузка на лаву не ограничивается газовым фактором.

При разработке газоносных пластов, когда нагрузка на очистной забой при схемах 1-го типа ограничивается газовым фактором, а также негазоносных пластов на глубине, где естественная температура пород превышает 30°С, следует при­менять схемы 3-го типа с полным обособленным разбавлением вредностей (СПОРВ) по источникам выделения. В качестве типовых, пригодных для большинства шахтопластов, вынима­емых на полную мощность, включая пласты со сложными горно-геологическими условиями (газоносные, опасные по взрывам угольной пыли, выбросоопасные), следует принимать варианты СПОРВ 3-В-Н-н-пт (рис. 6.1 е, ж, з).

На рис. 6.1 представлены в основном варианты схем про­ветривания с нисходящим движением воздуха в очистных выработках, которые обеспечивают благоприятные санитарно-гигиенические условия. Однако это не исключает восходящего (подкласс б) и горизонтального (подкласс 2) движения воздуха в очистных выработках.

Чтобы исключить поступление метана из выработанного пространства в призабойное при управлении кровлей полным обрушением и обеспечить рассредоточенный вынос его в вен­тиляционную выработку, последняя поддерживается кострами, бутокострами, бутовыми полосами шириной до 5 м. В схеме 3-В-Н-н-пт (рис. 6.1ж) для выполнения данного требования необходимо поддерживать вентиляционную выработку с исхо­дящей струей на расстоянии не менее 20-40 м в зависимости от величины метановыделения из выработанного пространства. При этих условиях обеспечивается также высокая эффектив­ность дегазации сближенных пластов скважинами, пробурен­ными из вентиляционного штрека.

Рис. 6.1. Основные схемы проветривания выемочных участков

В сложных горно-геологических условиях на пластах с весьма неустойчивыми боковыми породами, когда требуется полевая подготовка или возможна отработка только сплошной системой, рекомендуются варианты СПОРВ 3-В-Н-н-пт и 3-В-Н-н-вт (рис. 6.1 м, л). Для получения максимальной нагрузки в последней схеме выработку для выдачи исходящей струи при q_bn≥0,7 q_уч(I_вн≥0,7 I_уч) следует располагать в нижней части лавы на расстоянии не более 20-30 м от вы­работки с подсвежающей струей, при q_в.н ≤ 0,3 q_уч, (I_вн ≤и 0,3 I_уч) — посередине, а в остальных случаях — между этими положениями.

На газовых шахтах при отработке пластов спаренными лавами схема 3-В-З-г-пт (рис. 6.1/с) с выдачей исходящей струи по средней выработке, поддерживаемой в выработанном пространстве, является лучшей по сравнению со схемой, в которой исходящая струя выдается по двум выработкам. Ее можно использовать на пластах, не склонных к самовозгора­нию, когда обеспечивается сохранность вентиляционной вы­работки в выработанном пространстве и если в данных усло­виях она обеспечивает более высокие технико-экономические показатели, чем другие схемы с одиночными лавами. СПОРВ с выдачей исходящих струй по бортовым ходкам (вместо сред­ней выработки) из-за трудности управления метановыделением и снижения безопасности работ допускается применять в аналогичных условиях только в исключительных случаях при метановыделении из выработанного пространства обеих лав до 4 м3/мин, а также при отработке первых лав в пределах крыла.

Схемы с частично обособленным разбавлением вредностей (типа 2-В, приложение 2) следует применять в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно или затруднитель­но использовать схемы с полным обособленным разбавлением вредностей.

Схемы с частично обособленным разбавлением вредностей (тип 2-М, приложение 2) допускается применять только в не газовых шахтах.

При отработке незащищенных выбросоопасных пластов, а также при внезапных прорывах метана из почвы должны применяться схемы проветривания, обеспечивающие подачу воздуха к лаве по двум выработкам. В этих условиях наиболее эффективной является схема 3-В-Н-н-пт (рис. 6.1е). В разгрузочных лавах пологого падения и лавах крутого падения на действующих шахтах, работающих по схеме "лава-этаж", разрешается работать без подсвежения исходящей струи воз­духа с дополнительными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ.

При отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, необходимо применять схемы типа 1-М-Н-в-вт, 3-В-Н-н-пт (рис. 6.1 а, 2, ж, и), причем схемы 1-М-Н-в-вт (рис. 6.1 а, 2) могут применяться при газообильности выемочного участка до 3 м³/мин, а схемы 3-В-Н-н-пт (рис. 6.1 .ж, и) — при газо­обильности более 3 м³/мин. Расстояние от сбойки до окна лавы в последних двух схемах принимается равным 20-40 м при условии исключения образования повышенных концент­раций метана на сопряжении лавы с вентиляционной выра­боткой.

Прямоточные схемы проветривания 3-В-Н-н-пт (рис. 6.1 е, б) могут также применяться при отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, при надежной герметизации выработанного пространства со стороны выработки с исходящей струей на всем ее протяжении за исключением примыкающею к лаве участка длиной не более 40 м. При метановыделении из выработанного пространства в газовом балансе выемочного участка менее 40% длина участка не должна превышать 20 м. На участке длиной 20-40 м при ширине изолирующей полосы (бутовой полосы) более 5 м должны устраиваться специальные окна шириной 1,5-2,0 м с интервалом 10 м. Одновременно в работе должно быть не менее двух окон. При метановыделении из выработанного пространства более 4 м³/мин в сыпучих, легкообрушаемых породах кровли расстояния между окнами для конкретных горно-геологических условий могут уточняться в процессе эксплуатации.

Герметизация выработанного пространства осуществляется путем торкретирования и тампонирования бутовой полосы и должна быть выполнена до последнего незакрытого окна в бутовой полосе. Толщина слоя должна быть не менее 5-7 см.

Проведение горных выработок вприсечку к выработанному пространству или вкрест простирания следует осуществлять после полного слеживания пород в последнем. При этом у выработанного пространства должна создаваться изоляционная полоса.

Выбор схемы проветривания выемочного участка должен производиться в следующей последовательности.

На первом этапе по планируемой нагрузке в соответствии с подразделом 3.3 определяется ожидаемая метанообильность выемочного участка. Затем по данным метанообильности гор­ных выработок с учетом изложенных выше требований к схемам проветривания при отработке выбросоопасных уголь­ных пластов, пластов, опасных по прорывам метана, а также склонных к самовозгоранию, выбирается схема проветривания выемочного участка, обеспечивающая планируемую нагрузку на очистной забой.

На втором этапе выбранная с учетом нагрузки, выбросоопасности и пожароопасности схема проветривания выемоч­ного участка оценивается по опасности местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой.

На третьем этапе конструируется схема проветривания вентиляционного участка (крыла, блока, панели), после чего оценивается устойчивость проветривания выемочного участка и других объектов, и при необходимости принимаются меры по повышению устойчивости с учетом рекомендаций, приве­денных в разделе 11.

Условия, облегчающие спасение людей при пожарах, взры­вах, внезапных выбросах угля и газа, внезапных прорывов метана, наиболее полно обеспечиваются, если на вентиляци­онном участке (в крыле, блоке, панели) будет организовано Автономное проветривание выемочных участков. Применение таких схем позволяет не только создать условия, обеспечива­ющие спасение людей при авариях, но и существенно повысить устойчивость проветривания выемочных участков при нор­мальных технологических процессах.