Задача №5 тема: расчет проветривания ствола.

Цель работы: Закрепить знания теоретического курса и получить практические навыки по проектированию проветривания стволов.

Рассчитать количество воздуха и выбрать необходимое оборудование для проветривания ствола. Составить схему проветривания ствола в соответствии с требованиями ПБ.

Исходными данными для расчета являются:

-глубина ствола, Н_см;

-диаметр ствола в свету, Д; и проходке, Д₁, м;

-масса одновременно взрываемых ВВ по породе В, кг;

-приток воды в ствол, Vм³/час;

-мощность пласта пересекаемого стволом на максимальной глубине, m_п, м;

-метаноносность пласта пересекаемого стволом X, и остаточная газоносность угля Х₀, м³/т;

-выход летучих веществ, V^daf, %;

-объемный выход летучих веществ V^daf_об, мг/т.с.б.м.;

-пластовая зольность угля, А_з % и пластовая влажность угля W^р, %;

-плотность угля, γ т/м^3;

-марка угля;

-температура t_В, ⁰С и относительная влажностьφ, % воздуха в забое ствола, наибольшее число людей, одновременно работающих в стволе,n_{чел.з.с.}.

• При решении задачи №5 параметры X, Х₀ V^daf,V^daf_об, А_з, W^р, γ, t_В, φ и марку угля принимайте по данным табл.4.2 (задача№4), остальные исходные данные по табл.5.2

Методика проектирования проветривания стволов представлена в разделах 3.2, 5.2, 5.3 «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт» [3]

Пример расчета

Исходные данные для расчета:

1.Глубина ствола, H_C=500 м;

2.Диаметр ствола в свету Д=5.5 м:

3..Диаметр ствола в проходке Д₁=6.0 м:

4.Расход ВВ по породе В_ПОР=150 кг

4.Приток воды в ствол V_В=2.0 м³/час:

5.Мощность пласта пересекаемого стволом на максимальной глубине m_П=1.25 м;

6.Газоносность пласта X=13.94 м³/т;

7.Остаточная газоносность угля Х₀=1.56 м³/т;

8.Найбольшее число людей в стволе-16 чел;

9.Выход летучих веществ из угля V^daf=42.0 %;

10.Температура воздуха в забое ствола-25 ⁰С;

11.Относительная влажность воздуха-70%.

Решение задачи производим по методике /3/. Согласно /3/, количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола определяется:

-по метановыделению;

-по средней минимально допустимой скорости в соответствии с требованиями ПБ;

-по минимальной скорости в призабойном пространстве ствола в зависимости от температуры;

-по газам, образующимся при взрывных работах;

-по наибольшему числу людей одновременно работающих в забое ствола.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола по метановыделению определяется по формуле

Q_з.п=, м³/мин, (5.1)

где-I_з.с- ожидаемое метановыделение в призабойном пространстве ствола при пересечении пласта стволом, м³/мин;

С- допустимая ПБ концентрация метана в исходящей струе ствола,%;

С₀- концентрация метана в поступающей струе,%.

Метановыделение в забое ствола определяется по формуле

I_з.с.=I_пов.с.+I_о.у.с., (5.2)

I_з.с.- метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта,

м³/мин;

I_о.у.с- метановыделение из отбитого угля, м³/мин.

Метановыделение I_пов.с.,I_о.у.сопределяется по формулам

I_пов.с.=3.3*10^-2*m_п*Д₁*Х [ 0.0004(V^daf)²+0.16] ; (5.3)

I_о.у.с=2.0*10^-3*m_п*Д*(Х-Хо) . (5.4)

В нашем примере

I_пов.с.=3.3*10^-21.25*6.0*13.94[0.0004*42²+0.16]=3.0 м³/мин;

I_о.у.с=2.0*10^-3*1.25*6.0²*1.35(13.94-1.56)=1.5 м³/мин;

I_з.с.=3.0+1.5=4.5 м³/мин;

Q_з.п=м³/мин.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по средней минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке, определяем по формуле (4.6). Согласно ПБ минимально допустимая скорость движения воздуха в стволе 0.15 м/с

Q_з.п=60*0.15*23.74=356 м³/мин.

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве ствола в зависимости от температуры, определяем по формуле (4.7). Согласно исходным данным температура воздуха равна 25 ⁰С, а влажность 70%, тогда согласно табл.8.3 ПБV_з._min=0.5 м/c

Q_з.п=20*0.5*23.74=237.4 м³/мин.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей работающих в забое

Q_з.п=6*n, м³/мин (5.5)

Q_з.п=6*16=96 м³/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ствола по газам, образующимся при взрывных работах, определяем по формуле (4.9). Объем вредных газов, образующихся после взрывания по породе

V_вв=40*150=6000 л.

Критическая длина выработки при проходке стволов определяется по формуле

l_п.кр=12.5*V_вв*К_т.с*К_с.1/Sм , (5.6)

где К_т.с.- коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по табл.5.2 в зависимости от величиныl_з.тр./d_тр.п.;

l_з.тр- расстояние от конца трубопровода до забоя ствола, м; согласно ПБ это расстояние должно быть не более 15 м, а при погрузке грейфером 20 м;

d_тр.п.- приведенный диаметр трубопровода, м; при расположении трубопровода в углу выработки равен 2*d_тр, а при расположении у стенки выработки или у стенки ствола 1.5*d_тр

Для проветривания ствола принимаем металлические трубы диаметром 0.7 м, длина звена l_зв.=4.0 м, тогдаd_тр.п.=1.05 м,l_з.тр./d_тр.п.=15.0, а К_т.с.=0.65;

К_с.1- коэффициент, учитывающий влияние обводненности и глубины ствола, а также температуры пород в стволе на процесс разбавления вредных газов; определяется по формуле

К_с.1=, (5.7)

К_с.2- коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола; зависит от притока воды в забой и определяется согласно[3] стр.77. В нашем примере приток воды в ствол 2.0 м³/час, тогда К_с.2=18.4;

t_п- температура пород на глубине Н_с, определяется по формуле

t_п=t₁+,С , (5.8)

t₁-температура пород на глубине зоны постоянных температур Н₀,;для

Донбасса t₁=8-10 ,а Н₀=26-33 м;

Н_г- геотермический градиент, м/град; для Донбасса Н_г=25-30 м/град.

t_п=9+;

t₀- среднемесячная температура атмосферного воздуха для июля,; принимается по данным , приведенным в «Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах». Для Донбассаt₀=21.4;

К_с.1=

l_п.кр=м

Так как l_п.крl_пв формулу (4.9) при расчетеQ_з.п.подставляемl_п.=500 м.

Определяем значение коэффициента утечек воздуха. Согласно [3] для жестких вентиляционных труб он определяется по формуле

К_ут.тр=(, (5.9)

где К_уд.ст- коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости при фланцевом соединении трубопровода; принимается по табл.5.5 [3].

Уплотнение стыков производим при помощи резиновых прокладок с дополнительным уплотнением пеньковым жгутом, тогда К_уд.ст.=0.0004;

R_тр.ж.- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по формуле

R_тр.ж.=1.2R_тр.+R_мк, (5.10)

где 1.2- коэффициент, учитывающий нелинейность трубопровода и несоответствие стыков;

R_тр.- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по табл.5.7 [3]. При диаметре труб 0.7 м и длине 500 мR_тр.=5.8 к;

R_м- аэродинамическое сопротивление фасонных частей, к; принимается по табл.5.9.R_м=0.30 к.

R_тр.ж.=1.2*5.8+0.30=7.26 к.

К_ут.тр.=(

Q_з.п=637 м³/мин

Для выбора вентилятора принимаем наибольшее из полученных Q_з.п.=637 м³/мин и определяем необходимую производительность вентилятора

Q_в=Q_з.п*К_ут.тр.(5.11)

Q_в=637.0*1.06=675 м³/мин илиQ_в=11.2 м³/с.

Определяем давление вентилятора работающего на жесткий трубопровод по формуле

h_в=кг/м², (5.12)h_в=кг/м².

Выбор вентилятора производим путем нанесения расчетного режима его работы Q_в,h_вна графики аэродинамических характеристик вентиляторов. Принимаем к установке вентилятор ВЦ-9. Точка с координатамиQ_в=11.2

Рисунок 5.1 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ-9 и режим его работы

м³/с иh_в=860 кг/м²ложится на характеристику вентилятора в зону между углами установки лопаток направляющего аппарата -40⁰и 60⁰(Рис.5.1).

Для определения фактической производительности и депресси вентилятора на его аэродинамической характеристике строим характеристику трубопровода по уравнению (5.13). Для этого задаемся произвольными значениями Q=,3, 6, 9, 12 м³/с и определяем соответствующие им значенияh_в.Расчетные данные для построения характеристики трубопровода представлены в табл.5.1

Таблица 5.1

Q, м3/с	3	6	9	12
hВ	61	246	555	986

Точка «А»на графике (рис.5.1) характеризует расчетный, а точка «Б»фактический режим работы вентилятора. Фактический режим работы вентилятора характеризуется параметрамиQ_в.Ф=11.85 м³/с,h_в.Ф=900 кг/м². Фактическое количество воздуха, которое будет поступать в забой ствола

Q_з.с=Q_в.Ф/К_ут.тр (5.14)

Q_з.с=11.85/1.06=11.18 м³/с.

Схема проветривания ствола представлена на рис.5.2

Варианты заданий к задаче №5 представлены в табл. 5.2

Рисунок 5.2 Схема проветривания ствола