книги / Рудничная аэрология

где К. в — коэффициент неравномерности распределения выхлоп­ ных газов в поперечном сечении выработки; / 0 — количество выхлопных газов, образующихся при работе одной машины при атмосферных условиях, м3/мин; cL— содержание г-го вредного компонента в выхлопных газах, %.

Эта формула не учитывает в достаточной степени диффузионное рассеивание газа, а также статическое рассеивание в объеме вы­ работки, в котором перемещается машина;

3) для выработки (по нормам расхода воздуха Ъи в м3/мин на 1 л. с. номинальной мощности двигателя для отдельной выработки)

работающих в выработке, л. с.

Значение Ьм в разных странах различно. В СССР Ьм принято не менее 5 — 6 м3/(мин-л. с.), в других странах оно изменяется от 0,7 до 7 м3/(мин- л. с.). Метод является приближенным, так как не учитывает ряд определяющих факторов (сравни с п. 1);

движущихся машин; М2 — число машин, постоянно работающих в призабойном пространстве.

Дебит главного вентилятора для рудных и нерудных шахт определяется по формуле (XXV.34).

Существуют отдельные методы расчета расхода воздуха для калийных и никопольских марганцевых шахт. Они в значительной степени основаны на принципах, рассмотренных в настоящем параграфе, и учитывают специфику разработки этих месторож­ дений. Подробно эти методы изложены в «Справочнике по руд­ ничной вентиляции» [24].

§ 139. РАСПРЕДЕЛЕН ИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА ПО ВЫ РАБОТКАМ

И П РО ВЕРКА СЕЧЕНИЙ ВЫРАБОТОК

ПО ДОПУСТИМЫМ СКОРОСТЯМ ДВИ Ж ЕН И Я ВОЗДУХА

Для определения фактических скоростей движения воздуха в выработках, расчета их депрессий, а также для правильного регулирования распределения расхода воздуха между местами его потребления необходимо знать расход воздуха в каждой

выработке вентиляционной сети. При позабойных методах расчета расхода воздуха эта задача решается легко, поскольку расходы воздуха для очистных забоев и подготовительных выработок, выемочных участков, камер, а также утечки воздуха определя­ ются в процессе расчета общешахтного расхода воздуха. Зная указанные расходы, нетрудно определить, например, расход воз­ духа в выработках, обслуживающих крыло или пласт: он будет равен сумме расходов воздуха всех выемочных участков, подго­

духа для вентиляции шахты в целом следует затем распределить по выработкам. Он распределяется по объектам потребления (забоям, блокам, подготовительным горизонтам и т. п.) пропор­

на объекте, то распределять воздух следует пропорционально величинам выделения на объектах той вредности, по которой рассчитывался расход воздуха, т. е. пропорционально фактичес­ кому газовыделению, пылепоступлению или пропорционально числу занятых на объектах людей.

Однако на этапе проектирования вентиляции шахты устано­ вить распределение вредностей по объектам часто не представ­ ляется возможным. В этих случаях для распределения общешахтиого расхода воздуха по выработкам используют тот факт, что выделение вредностей на объектах в среднем пропорционально масштабам ведения на них горных работ, т. е. в конечном счете пропорционально добыче полезного ископаемого на объектах. В результате общешахтный расход воздуха распределяется по сети выработок пропорционально добыче в забоях, на участках, блоках и т. п. Этот метод прост, однако достаточная точность распределения воздуха по нему может быть получена лишь тогда, когда структура объектов потребления воздуха количественно тож­ дественна, т. е. когда на всех объектах имеет место примерно одинаковое соотношение между числом очистных забоев, подго­ товительных выработок, камер, а также величинами утечек воздуха. В противном случае возможны значительные ошибки.

При любом методе расчета расхода воздуха — позабойном или общешахтном — запас, содержащийся в распределяемом расходе воздуха, должен также распределяться по выработкам, умень­ шаясь от стволов к забоям. В забоях он должен быть равен рас­ четной величине.

После распределения воздуха по выработкам производится проверка их поперечных сечений по допустимым скоростям .дви­ жения воздуха. Проверка производится с целью уточнения ранее

принятых значений поперечных сечений, а также возможного уточнения рассчитанных значений расходов воздуха.

Проверка сечений выработок производится в следующем по­ рядке. Сначала для каждой выработки определяется расчетная скорость движения воздуха по формуле

Рфз^выр

где Qp — расчетное значение расхода воздуха в выработке; <р3 — коэффициент загромождения сечения выработки, учитывающий

с минимальной и максимальной допустимыми по Правилам бе­

При vp> ршах необходимо увеличить сечение выработки или предусмотреть вторую параллельную выработку. При vp<ymln нужно увеличить расчетное значение расхода воздуха Qp др ве­ личины, при которой vP^ v m\n.

§ 140. П РО ВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ Д ВИ Ж ЕН И Я ВОЗДУХА

В ВЫ РАБО ТК А Х

Проектируя вентиляцию шахты, необходимо иметь в виду, что вентиляционные сети современных шахт обычно представля­ ют собой сложные диагональные соединения и что в процессе эксплуатации шахты сопротивления выработок меняются. В главе VIII было показано, что изменение сопротивления ветвей диаго­ нального соединения может привести к прекращению движения воздуха, даже к опрокидыванию струй в диагоналях. При проекти­ ровании и вентиляции необходимо принять меры по недопуще­ нию этого опасного явления.

При проверке устойчивости прежде всего в схеме вентиляции выявляют диагонали. Для этого пользуются следующим прави­ лом: если при движении от начала вентиляционной сети до ее кон­ ца можно пройти по какой-либо ветви, не заходя второй раз в один и тот же узел, в направлении, противоположном движению воздуха, то такая ветвь представляет собой диагональ. Диагона­ лями, в частности, являются все выработки, соединяющие два внешних (крайних) маршрута сети.

После нахождения диагоналей выявляются ветви, опасные по их влиянию на направление движения воздуха в диагоналях. Ветви, которые могут изменить направление движения воздуха в диагонали при увеличении их сопротивления, называются опасными при увеличении сопротивления. Они обозначаются через До.увЭто ветви, по которым воздух подводится к началу диагонали или отводится от ее конца. Существуют также ветви, опасные при уменьшении их сопротивления, — Д0< ум. Это ветви, по которым воздух подводится к концу диагонали или отводится от ее начала. Например, на рис. 63 ветви 1 — 3 и 2 — 4 опасны при увеличении их сопротивления, а ветви 1 — 2 и 3 — 4 опасны при уменьшении их сопротивления. Определяющими являются также ветви Д0. ув и й 0. ум, изменение сопротивления которых в и м е ю щ и х м е с т о н а п р а к т и к е п р е д е л а х может вызывать опрокидывание струи в диагонали.

Далее предварительно анализируют устойчивость сети, при которой определяют наиболее опасные диагонали и ветви Д0. уи,

меньше, чем в исследуемой диагонали. Ветви R 0, yм не являются определяющими, если их депрессии меньше депрессии диагонали. Выбрав таким образом определяющие ветви, рассчитывают за­

значение kR к единице, тем ветвь опаснее, а устойчивость схемы ниже.

Подсчитав фактические значения kR для определяющих вет­ вей, сравнивают их с возможной степенью изменения сопротив­ лений аналогичных ветвей в шахтных условиях (для угольных шахт эти изменения даны в табл. 26). Опрокидывание струи в диагонали возможно, если расчетное значение kR больше фак­ тически возможной степени изменения сопротивления данной ветви в шахтных условиях.

Проектируемые схемы вентиляции либо не должны иметь диа­ гоналей, либо должны иметь диагонали, в которых опрокидыва­ ние струй возможно только при авариях.

Повысить устойчивость схем вентиляции можно уменьшением числа диагоналей; установкой регуляторов распределения воз­ духа до слияния диагональных струй, а в случае положительных регуляторов — установкой их на ветвях Д0. ув; уменьшением уте­ чек воздуха через вентиляционные сооружения (кроссинги, шлюзы, загрузочные устройства в конвейерных выработках и др.); обособ­ ленной вентиляцией конвейерных выработок.

§ 141. РАСЧЕТ ДЕПРЕССИИ ШАХТЫ

При определении депрессии необходимо руководствоваться требованием, чтобы она не превышала максимально допустимой депрессии шахты. В настоящее время для угольных шахт это зна­ чение равно 300 кгс/м2, а для шахт, разрабатывающих мощные пласты угля, склонные к самовозгоранию, — 200 кгс/м2. Для шахт, сверхкатегорных по метану, и шахт производственной мощ­ ностью 4000 т/сут и более допускается депрессия до 450 кгс/м2.

Для определения депрессии шахты выбирают основные на­ правления ее расчетов. Таких направлений обычно бывает не­ сколько. Каждое из них начинается в устье воздухоподающего ствола, проходит через одну или несколько основных выработок шахты и заканчивается в устье воздуховыдающего ствола. Направ­ ления расчета охватывают все основные выработки шахты.

Для каждого направления далее рассчитывают депрессии сех входящих в него выработок. Расчет ведется по форме табл. 27. Поскольку в каждое направление обычно входят выработки, длина которых изменяется в процессе ведения горных работ, в табл. 27 проставляются минимальные и максимальные значения их длин, и соответственно минимальные и максимальные зна­ чения сопротивления и депрессии. В результате по каждому на­ правлению расчета получается два значения депрессии — мини­ мальное и максимальное. Подобные таблицы составляют для ка­ ждого направления.

при всасывающем способе в случае расположения вентилятора на скиповом стволе возможно засорение канала вентилятора штыбом и, как следствие, увеличение его сопротивления. Послед­ нее приводит к уменьшению количества поступающего в шахту воздуха.

Принятый способ вентиляции должен обеспечить минимальные утечки воздуха. Например, при нагнетательно-всасывающем спо­ собе в шахте существует область, где давление воздуха близко к атмосферному. Если при этом данная область имеет аэродина­ мическую связь с поверхностью, то утечки воздуха через эти ка­ налы связи (на поверхность или с поверхности) будут минимальны, меньше, чем при других способах вентиляции. Наличие многих полустационарных всасывающих вентиляторных установок на шурфах обычно приводит к значительным подсосам воздуха с поверхности вследствие невысокой степени герметизации таких установок. В этом отношении одна стационарная вентиляторная установка, работающая на нагнетание, может обеспечить сокра­ щение поверхностных утечек. В ряде случаев способ вентиляции может влиять и на подземные утечки.

Способ вентиляции следует выбирать таким, чтобы число вен­ тиляторных установок было минимальным. Такие установки обычно работают параллельно, а при этом, как известно (см. гл.Х), ухудшаются условия устойчивости работы вентиляторов, затруд­ няется их реверсирование и управление вентиляцией, особенно при пожарах.

От способа вентиляции может зависеть чистота подаваемого к рабочим местам воздуха. Например, при нагнетательном спо­ собе вентиляции через скиповой или конвейерный ствол в горные выработки шахты будет поступать запыленный воздух.

Способ вентиляции должен также обеспечить минимальную по­ жароопасность шахты по самовозгоранию полезного ископаемого, быстрое и надежное реверсирование вентиляционных струй, предупреждение обмерзании вентиляторов и стволов.

По данным практики шахтной вентиляции определены области горнотехнических условий, рациональные для тех или иных способов вентиляции шахт. Так, всасывающий способ применя­ ется на газообильных угольных шахтах. На рудниках он приме­ няется до глубин примерно 1500 м. При наличии аэродинамиче­ ской связи с поверхностью этот способ не рекомендуется вслед­ ствие возможного загрязнения выработок газами, находящимися в вышележащих горных породах и приземном слое.

Нагнетательный способ применяется на угольных шахтах ма­ лой газообильности, на шахтах с малым аэродинамическим со­ противлением, при отработке горизонтов, расположенных на небольшой глубине от земной поверхности (Подмосковный бассейн).

Нагнетательно-всасывающий способ применяется при большом аэродинамическом сопротивлении шахты, при разработке склон­ ных к самовозгоранию полезных ископаемых, когда имеется аэро­

динамическая связь горных выработок с поверхностью, и вообще при наличии аэродинамической связи горных выработок с земнной поверхностью. На рудных шахтах этот способ применяется при секционировании шахты на два — три участка и глубинах до 2000 м.

§ 143. ВЫБОР ГЛАВНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Выбор главного вентилятора для шахты начинается с расчета его депрессии hB:

в зависимости от типа вентилятора;/) — диаметр рабочего колеса вентилятора, м.

После установления дебита QB и депрессии hn вентилятора для каждого горизонта шахтного поля (залежи) определяют необходимый диапазон режимов работы данного вентилятора за весь срок его службы, т. е. из полученных значений выбирают максимальные и минимальные значения депрессии вентилятора hBjnax и /гвт1п за весь срок и соответствующие им значения дебитов вентилятора <?втах и <?Dmin-

После этого, используя каталоги вентиляторов, выбирают такой вентилятор, который удовлетворял бы следующим требова­ ниям:

1) точки Летах — <?вmax. Лвт1п - <?втт, определяющие границы возможных режимов работы вентилятора для данной шахты,

должны находиться в области достаточно высоких к. п. д. венти­ лятора (например, не менее 0,6). При невозможности выполнить это требование допускается однократное изменение частоты враще­ ния рабочего колеса вентилятора путем замены двигателя;

2)вентилятор должен иметь резерв для увеличения в случае необходимости QB и hB выше -их максимальных значений (на­ пример, на 20%);

3)для вентиляторов с «горбатыми» характеристиками необ­ ходимо, чтобы hBmax =^0,9/гг, гдеАг — депрессия «горба» характе­ ристики. Последнее обеспечит устойчивую работу вентилятора на правой (нисходящей) ветви его характеристики.

При окончательном выборе вентилятора с учетом изложенных требований уточняется его диаметр.

Мощность (в кВт) двигателя вентилятора определяется по формуле

тде т)в — к. п. д. вентилятора; т)д — к. п. д. двигателя; т|п — к. п. д.

пи один из выпускаемых в настоящее время вентиляторов не может обеспечить требуемых режимов проветривания. В этом случае возникает необходимость проектирования их совместной работы (см. главу X), при этом проверка на устойчивость их сов­ местной работы не требуется, если устанавливаемые вентиляторы будут работать в расчетных режимах. Она требуется при сущест­ венном изменении режимов работы параллельно включенных вентиляторов.

На рудниках при массовых взрывах для усиления проветри­ вания может потребоваться установка дополнительного вентиля­ тора. В зависимости от условий он может быть либо более мощным, чем основной, либо одинаковой с ним мощности. Оба вентилятора соединяют параллельно. Дополнительный вентилятор включают

.лишь на время проветривания шахты после массового взрыва ВВ. В каждом конкретном случае необходимо проветрить целесообраз­ ность совместной работы основного и дополнительного вентиля­ торов, так как при весьма большой мощности последнего, какбыло показано в главе X, может оказаться целесообразным применение одного мощного вентилятора.

При совместной работе нескольких вентиляторов предпочте­ ние должно отдаваться центробежным вентиляторам, как обес­ печивающим большую устойчивость совместной работы вентиля­ торов.

§ 144. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТЫ

Важнейшим критерием проекта вентиляции является ее эко­ номическая эффективность. В общем случае экономическая эф­ фективность того или иного технического решения определяется разностью между расходами на его реализацию и размером по­