книги из ГПНТБ / Пак, В. В. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания

П р и м е р . Для условии предыдущего примера, учитывая значительную обводненность (К = 0,001) рассматриваемой выработки, вследствие чего никаких дополнительных мероприятий по снижению концентрации продуктов взрыва не делается (кп = 1), определим необходимый расход Q0 подаваемого в забой воз­ духа.

По формуле (79) находим

Следует подчеркнуть, что формула (80), как и исходное выраже­ ние (78), применима при p Q < 4 и г ^ 100 м. В случае очень больших утечек, имеющих место для неплотных трубопроводов большой протяженности (х ]> 2000 м), необходимо пользоваться формулой (77), которая с учетом предыдущего записывается следующим обра­

Хотя в большинстве случаев количество подаваемого в забой воздуха по фактору буровзрывных работ оказывается наибольшим, найденную величину Q0 необходимо также проверить по газовыделению, наибольшему числу людей, пылевому и тепловому факторам.

§ 7. Расчет режимов местного проветривания

При расчете режимов местного проветривания следует различать два принципиально разных случая: а) определение параметров вентиляционной установки для проветривания конкретного участка шахты; б) построение поля потребных вентиляционных режимов местного проветривания шахт какого-либо района (республики или страны). -

В первом случае расчет делается при достаточно полной инфор­ мации об условиях работы установки, когда известна длина трубо­ провода, степень обводненности выработки, количество занятых на участке людей и другие факторы. Здесь основой расчета является определение величины Q0 по наиболее трудному фактору [24], зная которую можно найти по формуле (58) производительность венти­ ляционной установки, а с помощью соотношения (59) — ее давление.

Во втором случае расчет ведется с помощью осредненных значе­ ний входных параметров, получаемых статистической обработкой режимов действующих установок и прогнозированием их возможного изменения на рассчитываемый период времени. В качестве основы для определения величины Q0 здесь следует принимать формулу (80),

40

так как в большинстве случаев фактор взрывных работ является наиболее трудно обеспечиваемым. В связи с этим рассмотрим более подробно ряд величин, входящих в эту формулу.

В табл. 6 приведены различные способы снижения концентрации взрывных газов [25] и даны значения коэффициента кп, входящего в формулу (80), откуда видно, что наиболее эффективным является применение внутренней забойки шпуров в виде ампул с озонирован­ ной водой или раствором перекиси водорода.

Далее величину начальной концентрации взрывных газов с0 выразим через количество В одновременно взрываемого ВВ и его газовость b

на рис. 23, а зависимость газовости ВВ от крепости пород / [26] — на>рис. 24. Зависимость газовости ВВ от крепости пород имеет мини­

41

шении крепости пород. Это объясняется особенностями цепной реакции разложения ВВ, которая протекает вначале с образованием атомарного кислорода и группы окислов азота. Затем кислород и окислы азота окисляют углерод до окиси и двуокиси углерода. При взрывании заряда в крепких породах давление и температура внутри шпура выше, время реакции больше, вследствие чего обра­ зуется больше окислов углерода за счет окислов азота.

Рассмотрим, наконец, некоторые статистические закономерности характеристик шахтных трубопроводов, которые характеризуются четырьмя основными параметрами: I, dT, а, к.

Все указанные характеристики в большей или мепыпей степени обладают стохастической природой. С наибольшей точностью может быть определена длина трубопровода. Среднеквадратичная ошибка этой величины не превышает, как правило, 0,001—0,002, поэтому в дальнейшем ее можно принимать как величину точную.

Несколько больший разброс имеют размеры диаметра трубопро­ вода, особенно в случае полукустарного и кустарного их изготовле­ ния. Как показали исследованпя, разброс диаметров подчиняется нормальному закону, а среднеквадратичная ошибка a d при этом не превышает 0,01.

На основании фактических данных о вентиляционных режимах 1500 тупиковых выработок угольных комбинатов страны с помощью формул (24), (25), (32), (34) и (35) определяли значения коэффициен­ тов к vl а. Результаты статистической обработки [27], приведенные в табл. 7 и 8, показали, что распределение логарифмов коэффициен­ тов неплотности исследованных трубопроводов является нормальным

и характеризуется математическим ожиданием к = 2,5 -10“ 4 и дис­ персией о к = 0,1773. Распределение логарифмов коэффициентов аэродинамического сопротивления а также подчиняется нормальному

и 3 рекомендациями, то можно сделать вывод, что в среднем качество

нено из прорезиненной ткани). Аналогичный анализ, проведенный с дифференциацией трубопроводов по длинам, диаметрам и матери­ алам, показал, что большие утечки и плохое состояние трубопроводов имеют место при проветривании тупиковых выработок небольшой длины, когда вентиляционная установка работает с большим запа­ сом по производительнрсти. В период проветривания длинных тупи­ ковых выработок подбору -.труб, качеству их сборки и навески уде­ ляется больше внимания, а поэтому при том же самом оборудовании коэффициенты неплотности и аэродинамического сопротивления

42

имеют существенно меньшие значения. Так, например, для гибких трубопроводов диаметром 0,6 м и длиной свыше 700 м математические

док и переломов; их вполне можно принять в качестве средних усло­ вий для дальнейшего анализа.

На рис. 25 показан пример расчета поля вентиляционных режи­ мов для проветривания сухих подземных выработок без применения специальных средств по подавлению концентрации взрывных газов. Режимы, возникающие при проветривании данной выработки с при-

43

'j

Oj

2200

2000

то

то

т о

1200

юоо

800

600

000

200

менением данного трубопровода, показаны наклонными сплошными линиями. Например, первая слева линия соответствует выработке S = 6 м2 и трубопроводу с/т = 0,5 м, поэтому она обозначена 6/0,5. Цифрами на линии показана выраженная в гектометрах длина выра­ ботки, соответствующая отмеченному режиму.

В особо трудных случаях, например при проходке выработок боль­ шой протяженности (I За 2000 м), целесообразно ввести переменный норматив времени проветривания. Так, для выработки сечением

вентиляторной установки равнялась бы 16 м3/сек, а ее давление — 700 кгс/м2. До длины 1000 м время проветривания принимать 20 мин, при длине 1400 и 2000 м — соответственно 30 и 45 мин. Среднее время проветривания при проходке всей выработки составило бы примерно 25 мин, что ниже норматива, регламентированного ПБ (£ sg 30 мин). Кроме того, на протяжении всей проходки вентиля­ торная установка работала бы в более благоприятной части характе­ ристики (с большим к. п. д., меньшим уровнем вибрации и шума). И, главное, обеспечение наиболее трудных режимов проветривания при максимальной длине выработки в данном случае не требует замены вентиляторной установки на более мощную.

Проводя аналогичные расчеты для возможного диапазона изме­ нения основных параметров, влияющих на значения вентиляцион­ ных режимов местного проветривания, построено поле этих режимов (рис. 26). Оно простирается по производительности от 1 до 30 м3/сек, а по давлению достигает 1000 кгс/м2. Предполагается, что полученное

45

поле будет соответствовать потребностям добывающей промышлен­ ности в период 1975—1980 гг. Здесь же для сравнения показаны поля вентиляционных режимов прежних лет: 1951 г. (по дан­ ным МГИ [28]), 1961 г. (Центрогипрошахт, ТПИ), 1966 г. (Центрогипрошахт).

Г л а в а II

ЭКОНОМИКА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

§1. Общие положения

Вкачестве основной величины, характеризующей экономическую сторону функционирования вентиляционной установки местного проветривания, целесообразно принять стоимость проветривания С тупиковой выработки за весь период ее проходки [29], которая

Заманчиво вместо величины С использовать удельную стоимость проветривания выработки, т. е. стоимость проветривания, отнесен­ ную к 1 м трубопровода или выработки, как это делается, например, в работе [30]. Однако наличие утечек в трубопроводе, подчиня­ ющихся экспоненциальному закону, приводит к тому, что количество потребляемой энергии, а следовательно, и ее стоимость становятся нелинейными функциями длины трубопровода, что справедливо и для затрат на вентиляторы и трубопровод. Поэтому использование удельных величин при расчете шахтных вентиляционных установок местного проветривания никаких преимуществ не дает.

В отличие от вентиляционных шахтные водоотливные установки благодаря отсутствию утечек имеют линейную зависимость энерго­ затрат от длины трубопровода. Кроме того, одновременный ввод в действие всего трубопровода (а не постепенное его наращивание, как у вентиляционных установок местного проветривания) делает линейной зависимость затрат на трубопровод от его длины. Анало­ гичное явление имеет место и для других статей расхода. Поэтому, если разделить приведенную стоимость эксплуатации такой уста­ новки на длину трубопровода, то она сократится и выражение для удельной стоимости эксплуатации водоотливной установки не будет содержать этой величины. Благодаря этому выводы о целесообраз­ ности того или иного мероприятия применительно к 1 м трубопровода могут быть легко распространены на трубопровод любой протяжен­ ности.

Принципиальные же отличия установок местного проветрива­ ния — наличие существенных утечек, переменная длина трубопро­ вода, неодновременный ввод в строй различных элементов уста­

46

новки — дают основание считать, что оптимальные решения, полу­ ченные для выработок малых длин, могут оказаться совершенно неприемлемыми при проветривании выработок большой протяжен­ ности.

§ 2. Условные длины трубопровода

При определении стоимости проветривания весьма важно пра­ вильно оценить капитальные и эксплуатационные расходы на трубо­

тиляционные трубы как малоценное и быстроизнашивающееся оборудование не включены в основные фонды народного хозяйства

СССР и нормы амортизационных отчислений на них не существуют. Рассмотрим две условные длины трубопровода — заказную и амортизационную, введение которых позволяет существенно упро­

стить экономический анализ использования вентиляционных труб. При проходке выработок большой протяженности время проходки

i

где Упр — скорость проходки, м/мес, может оказаться больше, чем срок службы трубопровода Тт, что приведет к необходимости замены износившейся части трубопровода. Поэтому для обеспечения про­ ходки следует заранее заказывать трубопровод длиной, равной физической его длине I, плюс суммарная длина всех замененных участков. Эта длина и называется заказной.

Заказная длина позволяет не только правильно спланировать вопросы заказа и получения необходимых материалов, но и оценить такие экономические показатели, как капитальные затраты на трубо­ провод, расходы на его транспортирование, хранение, навеску и обслуживание, пропорциональные длине 13.

При списании затрат на проходку данной выработки, очевидно, не имеет смысла списывать стоимость всей длины 1Я, так как к мо­ менту окончания проходки некоторая часть трубопровода окажется изношенной лишь частично, него можно использовать в дальнейшем. Поэтому следует ввести так называемую амортизационную длину трубопровода Za, равную разности его заказной длины и части недо­ использованного трубопровода. Именно расходы, пропорциональные величине 1а, следует списывать на проходку данной выработки.

Выражение для амортизационной длины трубопровода можно найти следующим образом. Рассмотрим участок трубопровода еди­

время dt на участке трубопровода длиной х. Подставляя в это выра­

жение dt = — и интегрируя от нуля до полной длины трубопро- ^пр

47

вода l, получим искомое выражение для амортизационной его длины

ная длина, для которой еще не требуется замена трубопровода. Заметим, что здесь, как и ранее, начало отсчета совмещено с кон­

цом трубопровода.

Нетрудно показать, что заказная длина трубопровода в случае

и замененных участков трубопровода, а степень пригодности у% для дальнейшего использования. оставшегося к концу проходки трубопровода длиной I составит

2-100-8

Далее находим критическую длину трубопровода

гкр = Ю0 - 8= 800 м

48

В условиях новой системы планирования и экономического сти­ мулирования предлагаемые условные длины трубопровода позволяют более правильно и гибко планировать снабжение проходческого участка необходимым количеством труб, правильно определять и списывать затраты по этой статье.

§ 3. О выборе материала трубопровода

Рассмотрим вопросы, связанные с выбором материала трубопро­ вода. Так как и в металлическом, и в гибком трубопроводе толщина его стенок не зависит от диаметра, то стоимость трубопровода про­ порциональна его поверхности

Приведенные затраты на трубопровод при проходке выработки состоят из амортизационных отчислений, пропорциональных амор­ тизационной длине и приведенных к периоду проходки выработки, капитальных затрат, затрат на транспортирование, хранение и на­ веску трубопровода, пропорциональных заказной длине 13. При­

транспортирование, хранение и навеску трубопровода (ориентиро­ вочно для гибких труб можно принимать 7 = 1,1 -г- 1,3, для метал­ лических / = 1,4 -н 1,7).

Используя формулу (91), сравним приведенные расходы для металлического и гибкого трубопроводов диаметром 0 , 6 м при ско­