Производственная безопасность безопасность эксплуатации горного оборудования. Практикум

гдеn – количество дегазируемых участков, из которых метановоздушная смесь транспортируется в i-ю ветвь магистрального газопровода;

lмi – длина i-й ветви магистрального газопровода, м.

Концентрация метана в смеси в конце i-й ветви магистрального газопровода

i=1

Разрежение в устье удаленной скважины на наиболее удаленной и загруженной ветви газопровода

где pвсi – разрежение в устье удаленной скважины, Па;

pi – разрежение в конце ненарушенной части скважины

(в соответствии с «Инструкцией по дегазации угольных шахт» p = 13 600 Па);

Dpуд – удельные потери давления в скважине, Па (принимаются в соответствии с «Инструкцией по дегазации угольных шахт»); lсi – длина ненарушенной части скважины, м. При охране скважин целиками lсi равна длине скважины.

Начальное давление в участковом газопроводе у скважин

гдеpвсi – начальное разрежение у скважин, Па;

р6 – барометрическое давление на поверхности шахты, Па; zi – глубина от поверхности до выработки, из которой бурятся скважины, м;

Rв – газовая постоянная воздуха, Дж/кг К;

Т – температура шахтной атмосферы в районе скважин, К; g – ускорение свободного падения, м/с2.

11

Допустимые потери давления в сети всасывающего газопровода

гдеDрdi – потери давления в сети всасывающего газопровода, Па.

Удельные потери давления на каждом участке, начиная от скважин:

гдеDрi – удельные потери давления на каждом участке, Па; li – расчетная длина участка газопровода, м;

L – общая расчетная длина газопровода по наиболее трудному направлению, м.

Абсолютное давление метановоздушной смеси на выходе любого участка газопровода

гдеркi – абсолютное давление смеси в газопроводе на выходе участка, Па;

рci – абсолютное давление смеси на входе, Па.

Диаметр газопровода определяется последовательно для каждого участка:

гдеd1–2 – диаметр газопровода на участке 1–2, м;

k – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации шахтных газопроводов; для магистральных газопроводов,

в которых конденсируется вода, принимается k = 0,0531; для остальных участков газопроводов шахтной сети k = 0,0542; Qуч.i – расход метановоздушной смеси на участке, м3/c;

r – плотность метановоздушной смеси, кг/м3; li – длина участка газопровода, м;

Т – абсолютная температура метановоздушной смеси, К.

Дегазационные установки угольных шахт оборудуются ваку- ум-насосами, расположенными на поверхности и создающими

12

вакуум в подземном разветвленном газопроводе, подсоединенном к дегазационным скважинам. Газопровод состоит, как правило, из стальных бесшовных цельнотянутых труб, соединяемых с помощью фланцев.

Через неплотности соединений звеньев труб внутрь газопровода проникает воздух из горных выработок. В результате уменьшается содержание метана в смеси, снижается эффективность работы дегазационной установки и процесса дегазации в целом.

Поэтому при анализе и расчете режимов работы дегазационной установки необходимо определять потери давления и изменения расхода и концентрации метановоздушной смеси, транспортируемой по негерметичному трубопроводу.

1.2.  Порядок выполнения работы

Основной задачей занятия является приобретение практических навыков расчета основных параметров и характеристик шахтной дегазационной установки, позволяющих правильно выбрать в дальнейшем их оборудование:

–  расчет расхода метановоздушной смеси из каждой i-й скважины;

–  расчет расхода метановоздушной смеси в начале и конце каждой ветви участкового газопровода;

–  расчет концентрации метана в конце каждой ветви участкового газопровода;

–  расчет расхода метановоздушной смеси в начале i-й ветви магистрального газопровода;

–  расчет расхода метановоздушной смеси в конце i-й ветви магистрального газопровода;

–  расчет концентрации метана в метановоздушной смеси в начале и конце i-й ветви магистрального газопровода;

–  расчет давления в устье удаленной скважины; –  расчет начального давления в участковом газопроводе у

скважин; –  расчет давления в конце каждого участкового газопровода;

–  расчет давления в начале магистрального газопровода; –  расчет допустимых и удельных потерь давления по длине

газопровода;

13

–  расчет давления в конце магистрального газопровода, т.е. на входе во всасывающий патрубок вакуум-насоса;

–  расчет диаметров каждой ветви участковых и магистральных газопроводов;

–  выбор вакуум-насосов.

1.3.  Требования к отчету

Отчет должен содержать:

–  сведения о назначении и схемах дегазационных установок; –  сведения о методе расчета систем газопроводов дегазацион-

ной установки; –  расчетную схему дегазационной установки;

–  расчеты по формулам с указанием определяющих параметров;

–  выводы; –  результаты расчетов должны быть представлены в виде

табл.  1.1.

Таблица  1.1

1.4.  Вопросы для самоконтроля

1.  Какие бывают типы дегазационных установок?

2.  Из каких основных элементов состоит дегазационная установка?

3.  Какие вакуум-насосы применяются в системах дегазации угольных шахт?

4.  Каковы основные правила безопасности, которые необходимо соблюдать при эксплуатации подземных вакуумных дегазационных трубопроводов?

5.  В каких отраслях народного хозяйства может быть использован шахтный метан?

14

Практическая работа №  2 ЭРЛИФТНЫЕ ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ

Цель работы – освоение теоретических и практических навыков расчета основных характеристик эрлифтных водоотливных установок угольных шахт, позволяющих правильно выбирать их оборудование.

2.1.  Общие теоретические положения

Назначение и схемы современных эрлифтных установок

Эрлифтная установка (рис.  2.1) представляет собой гидравлический аппарат (систему трубопроводов без каких-либо движущихся деталей) для подъема жидкости или гидросмеси из подземных выработок на поверхность за счет энергии расширения предварительно сжатого воздуха или любого другого газа. При правильном выборе схемы, оборудования, рациональных режимов эксплуатации и обслуживания эрлифтных установок обеспечивается их эффективное использование.

В общем случае односекционная эрлифтная установка, имеющая наибольшее распространение, состоит из компрессора 1, воздухоподающего трубопровода 2, смесителя 3 с всасывающим трубопроводом 4, подъемной трубы 5 и воздухоотделителя 6, расположенного в верхней части подъемной трубы. Работает эрлифтная установка следующим образом: сжатый воздух от компрессора 1 по воздухоподающему трубопроводу 2 подается в смеситель 3; при определенных условиях, когда давление в смесителе меньше наружного, из всасывающего трубопровода 4 пульпа (вода и твердый материал) поступает в смеситель 3, откуда потоком воздуха перемещается по подъемной трубе 5 в воздухоотделитель 6, где происходит раздел фракций, т.е. воздух выбрасывается в атмосферу, а пульпа, отражаясь от крышки воздухоотделителя, направляется в его нижнюю часть, откуда по сливному трубопроводу поступает в дальнейшую схему транспортирования. Дозирование твердого материала в пульпе, подаваемой в подъемную трубу эр-

16

лифта, осуществляется всасывающим устройством. Подъемная труба эрлифта 5 – это трубопровод длиной (H + h), где h – абсолютная глубина геометрического погружения смесителя, H – возможная высота подъема транспортируемой пульпы.

6 1

Рис.  2.1. Схема одноступенчатой эрлифтной установки: 1 – компрессор; 2 – воздухопровод; 3 – 3смеситель; 4 – всасывающий трубопровод; 5 – подъемная труба; 6 – воздухоотделитель

Эрлифтный подъем характеризуется несколькими безразмерными параметрами, среди которых основными являются:

–  относительное погружение

–  удельный расход воздуха

гдеQв – объемный расход воздуха, м3/мин;

Qэ – производительность (подача) эрлифта, м3/ч.

17

Относительное погружение смесителя эрлифта α с постоянной высотой подъема, диаметром и сопротивлением подъемной трубы будет изменяться при изменении геометрического погружения смесителя h, и, соответственно, при одинаковом расходе сжатого воздуха подача эрлифта будет различной. При увеличении геометрического погружения, а следовательно, и относительного подача эрлифтной установки растет, при уменьшении погружения – снижается. Для одного и того же эрлифта изменение уровня воды в зумпфе (водоеме) приводит к изменению его расходной характеристики (рис.  2.2). Это свойство эрлифта называется саморегулированием и имеет большое значение при работе эрлифта в системах с переменным притоком жидкости.

Рис.  2.2. Схема эрлифтной установки с изменяющимся притоком жидкости (а); расходные характеристики эрлифта при различных относительных и геометрических погружениях смесителя эрлифта (б)

В настоящее время в различных отраслях народного хозяйства используется большое количество разнообразных эрлифтных установок. Классификация эрлифтов (рис.  2.3) в настоящее время производится по следующим их основным признакам: тип нагнетателя сжатого воздуха; гидравлический; схемный; вид транспортируемой среды; производственное назначение.

18

Гидросмеси жидкости с

твердыми материалами

Производственное Транспортирование гидросмесей

назначение

Добыча полезных ископаемых

Водоотлив, водопонижение

Циркуляция, барботаж

Рис.  2.3. Классификация эрлифтов

19

Гидравлическая классификация эрлифтов подразделяет их на длинные, короткие и глубинные. К коротким эрлифтам относятся те, у которых

при ограничении по h = 4–10 м,

гдеH – высота подъема пульпы над уровнем зеркала воды, м; h – глубина геометрического погружения смесителя, м; D – диаметр подъемной трубы эрлифта, м;

рсм – давление в смесителе, кПа; рвых – давление на выходе из подъемной трубы эрлифтной установки (атмосферное), кПа.

К длинным эрлифтам относятся те, у которых

при ограничении по h = 40–120 м.

Классифицирующие показатели глубинных эрлифтов изменяются в следующих пределах:

при ограничении по h = 20–200 м.

По результатам экспериментальных исследований были установлены зависимости для определения удельного расхода воздуха при относительном погружении смесителя эрлифта от 0,15 до 0,5:

–  для длинных эрлифтов

при h = 40–120 м,

гдее – основание натурального логарифма;

–  для коротких эрлифтов

q =0,767 α−2,2 (2.7)

при h = 4–10 м;

20