- •Министерство образования и науки украины
- •2. Меры борьбы с метаном в шахтах 25
- •Часть вторая
- •6.3 Аналитические методы расчета простейших вентиляционных соедине-
- •7. Методика расчета распределения воздуха в сложных вентиляционных
- •8. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть
- •9.3. Расчет величины депрессии естественной тяги гидростатическим
- •10.2. Регулирование подачи воздуха в шахту изменением режима работы главного вентилятора 127
- •Часть третья вентиляция шахт
- •13.4 Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по фактической газообильности
- •14.4 . Схемы проветривания шахт 235
- •Тема №1 предмет и задачи курса
- •Краткая история развития рудничной аэрологии как науки
- •Часть первая рудничная атмосфера.
- •1.2 Постоянные составные части рудничного воздуха и их свойства
- •1.3 Ядовитые примеси рудничного воздуха
- •При концентрации 0.4 % -смертельное отравление после кратковременного воздействия;
- •1.4.1 Физико-химические свойства метана
- •При недостатке кислорода
- •1.Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.
- •1.4.5. Требования правил безопасности к содержанию метана в горных выработках и трубопроводах
- •2.1. Борьба с метаном средствами вентиляции
- •2. Подача на участки и в очистные забои необходимого количества воздуха.
- •3. Изолированный отвод метана в исходящую струю или за пределы выемочного участка
- •3 1. Схемы проветривания выемочных участков с изолированным отводом метана из выработанных пространств по неподдерживаемым выработкам (рис.2.4)
- •2.2 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка про изолированном отводе метана за его пределы, выбор средств отвода и меры безопасности
- •2.3 Меры безопасности при эксплуатации газоотсасывающих установок.
- •3. Управление метановыделением средствами дегазации
- •3.1 Общие положения по дегазации угольных шахт
- •3.2 Способы дегазации неразгруженных от горного давления пластов и вмещающих пород.
- •3.2.1 Дегазация при проведении капитальных и подготовительных выработок
- •3.2.2 Дегазация при проведении горизонтальных и наклонных выработок по угольным пластам.
- •3.2.3 Дегазация разрабатываемых угольных пластов скважинами, пробуренными из выработок
- •3.3 Дегазация сближенных угольных пластов (спутников) и вмещающих пород при их подработке, надработке.
- •3.3.1 Основы теории дегазации спутников.
- •3.3.2 Схемы дегазации сближенных угольных пластов и вмещающих пород.
- •4.1 Основы теории внезапных выбросов угля и газа
- •4.2 Мероприятия по борьбе с внезапными выбросами угля и газа.
- •4.2.1 Способы борьбы с внезапными выбросами их назначение и область применения.
- •4.3. Региональные мероприятия по борьбе с внезапными выбросами угля и газа
- •4.3.1 Профилактическое увлажнение угольных пластов, опасных по внезапным выбросам
- •4.3.2 Разработка защитных пластов
- •4.4 Локальные мероприятия по борьбе с внезапными выбросами
- •4.4.1 Гидрорыхление угольного пласта
- •4.4.3 Гидровымывание опережающих полостей
- •Іі раздел Тема №6 5. Основные законы рудничной аэродинамики
- •5.1 Виды давления в движущемся воздухе. Понятие о депрессии.
- •5.2 Измерение давления и депрессии в движущемся потоке
- •5.3 Основные законы аэродинамики
- •5.3.1 Закон сохранения массы
- •5.3.2 Закон сохранения энергии
- •5.3.3 Режимы движения воздуха в шахтах
- •5.3.4 Типы воздушных потоков
- •Тема №75.4 Аэродинамическое сопротивление горных выработок
- •5.4.1 Природа и виды аэродинамического сопротивления
- •5.4.2 Сопротивление трения
- •Определение сопротивления трения
- •Определение лобового сопротивления
- •5.4.4. Местные сопротивления в горных выработках
- •Расчет местных сопротивлений.
- •Единицы аэродинамического сопротивления
- •Тема №8
- •Расчет последовательно-параллельных соединений
- •Последовательное соединение и его свойства.
- •Параллельное соединение и его свойства
- •6.3.2. Диагональное соединение горных выработок и его свойства.
- •Расчет простого диагонального соединения
- •Воздухораспределение в простом диагональном соединении
- •Способ последовательных приближений
- •Графический метод
- •Пример расчета
- •Пример расчета
- •Решение задачи.
- •Тема №9 8. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть.
- •8.2 Анализ совместной работы вентиляторов на сеть
- •1. Анализ последовательной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик.
- •3. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети
- •4. Анализ параллельной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик
- •5. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик.
- •6. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети.
- •9.1 Общие сведения о естественной тяге.
- •9.2 Измерение депрессии естественной тяги
- •9.3. Расчет величины депрессии естественной тяги гидростатическим методом.
- •9.4 Влияние естественной тяги на работу вентилятора
- •10.1. Задачи и способы регулирования.
- •2. Регулирование подачи воздуха в шахту изменением режима работы главного вентилятора.
- •10.3 Регулирование распределения воздуха в вентиляционной сети шахты.
- •10.3.1. Регулирование увеличением сопротивления выработок.
- •10.3.2. Решение задачи о целесообразности отрицательного регулирования.
- •10.3.3. Отрицательное регулирование вентиляционными окнами.
- •10.3.4. Регулирование распределения воздуха положительными способами.
- •10.3.5 Регулирование распределения воздуха по крыльям шахтного поля при фланговой схеме проветривания шахты методом настройки вентиляторов.
- •Решение задачи №1
- •Решение задачи №2
- •Решение задачи
- •Решение задачи № 3 Для схемы представленной на рис.10.9, определим настройку вентиляторов, для обеспечения максимально возможной и равной подачи воздуха в оба крыла шахты.
- •Решение задачи №4
- •Тема №12 11. Утечки воздуха в шахтах
- •11.1 Общие сведения об утечках и их классификация.
- •11.2. Расчет утечек воздуха в шахтах
- •11.3 Мероприятия по снижению утечек воздуха
- •12. Проектирование вентиляции шахт
- •12.1.1 Общие положения и некоторые особенности проветривания тупиковых выработок и стволов
- •12.1.2 Способы подачи воздуха в забои тупиковых выработок и стволов.
- •12.1.3 Вентиляторы и воздухопроводы установок местного проветривания
- •12.1.4 Методы расчета расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок и стволов
- •12.1.5 Выбор вентиляторов для проветривания тупиковых выработок и стволов
- •12.1.6 Примеры расчетов проветривания тупиковой выработки и ствола Расчет проветривания тупиковой выработки
- •Расчет проветривания ствола
- •12.1.7 Проветривание длинных тупиковых выработок и стволов несколькими вентиляторами
- •Пример расчета проветривания длинной тупиковой выработки рассредоточенной установкой вентиляторов
- •Решение задачи
- •13.1 Схемы проветривания выемочных участков и требования к ним.
- •13.2 Классификация, область применения и выбор схем проветривания выемочных участков
- •Классификация схем проветривания выемочных участков
- •13.3 Прогноз метанообильности очистных забоев и выемочных участков
- •13.3.1 Общие положения
- •13.3.2 Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по природной метаноносности пласта
- •13.3.2.1 Метановыделение из разрабатываемого пласта
- •13.3.2.2 Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)
- •13.3.2.3 Расчет метановыделения из вмещающих пород
- •13.4 Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по фактической газообильности
- •13.5.1 Расчет расхода воздуха для проветривания очистных выработок
- •13.5.2.2 Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка по другим факторам
- •13.5.2.3 Расход воздуха для выемочного участка с учетом влияния падающего угля при выемке угля комбайнами на крутых пластах
- •Пример расчета проветривания выемочного участка Исходные данные для проведения расчетов.
- •Перечень вопросов, подлежащих разработке:
- •Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка
- •Метановыделение из разрабатываемого пласта
- •Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)
- •Расчет метановыделения из вмещающих пород
- •Расчет депрессии выработок выемочного участка
- •14.1 Исходные данные для разработки проекта вентиляции шахты.
- •14.2 Содержание проекта проветривания шахт.
- •14.3 Способы проветривания шахт
- •Нагнетательное проветривание и область его применения
- •Нагнетательно-всасывающее проветривание
- •14.4.1 Центральные схемы проветривания шахт их преимущества и недостатки
- •14.4.2 Диагональные схемы проветривания
- •14.5 Выбор схемы проветривания шахты
- •15. Расчет расхода воздуха для проветривания шахты
- •16. Расчет депресси шахты
- •17. Расчет производительности, депрессии вентилятора и его выбор
- •18.1 Особенности проветривания шахт при пожарах
- •18.2 Выбор вентиляционного режима при пожаре
- •18.3 Устойчивость и стабилизация вентиляции при пожаре
- •19.1 Требования правил безопасности к контролю вентиляции шахт
- •19.2 Контроль расхода и скорости движения воздуха
- •19.3 Контроль концентрации метана в горных выработках
- •Требования пб к контролю концентрации метана.
- •19.4 Контроль вентиляции шахт методом депрессионных съемок
- •19.5 Контроль вентиляции шахт методом газовых съемок
- •19.5.1 Цель проведения газовых съемок
- •19.5 2 Выбор выемочного участка для проведения газовой съемки
- •Выбор мест расположения замерных станций
12.1.4 Методы расчета расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок и стволов
Согласно [5], расход воздуха, необходимый для проветривания тупиковых выработок и стволов, определяется:
-по выделению метана или углекислого газа;
-по газам, образующимся при взрывных работах;
-по наибольшему числу людей, находящихся в забое;
-средней минимальной скорости воздуха в выработке и минимальной скорости в призабойном пространстве выработки с учетом температуры и относительной влажности воздуха. Окончательно принимается наибольший результат.
Для тупиковых выработок протяженностью до 300 м и стволов расчет выполняется сразу для максимальной длины. Для тупиковых выработок большей протяженности допускается расчет на отдельные периоды для промежуточных значений длины 300, 600, 900, и т. д., включая максимальную длину.
Расчет расхода воздуха производится для призабойного пространства (Qз.п) и в целом для выработки (Qп).
Расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа) производится следующим образом.
При выемке угля в тупиковой выработке комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием пласта, а также при проходке стволов, количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по выделению метана, определяется по формуле
Qз.п=, (12.3)
где Qз.п. – расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, ствола, м3/мин ;
Iз.п – метановыделение на призабойном участке тупиковой выработки длиной 20 м (для стволов принимается Iз.с), м3/мин;
С- допустимая Правилами безопасности концентрация метана в исходящей из выработки вентиляционной струе, %;
С0 – концентрация метана в струе воздуха, поступающего в тупиковую выработку, %. Определяется для тупиковых выработок действующих шахт по результатам измерений, для проектируемых – принимается равной 0.05 %, а для стволов С0=0.
Метановыделение на призабойном участке выработки определяется по формуле
Iз.п=Iпов + Iо.у.п (12.4)
где Iпов – метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта на призабойном участке выработки длиной 20 м., м3/мин;
Iо.у.п – метановыделение из отбитого угля, м3/мин.
Согласно [5],
Iпов=2.3 10-2 mп*Vп (х-х0)*kт (12.5)
где mп – полная мощность угольных пачек пласта, м;
Vп - проектная скорость подвигания выработки, м/сут;
х - природная метаноносность пласта, м3/т
х0 – остаточная метаноносность угля, м3/т;
kт – коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени; определяется по табл. 3.2 [5].
Природная метаноносность пласта определяется по формуле
х=хг kW.Aз (12.6)
где хг - природная метаноносность пласта, м3/т.с.б.м (тонну сухой беззольной массы) ; значение хг принимается по данным геологической разведки.
Остаточная метаноносность угля х0, для каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ V>165 мл/г с.б.м. определяется по формуле (6.7), а для антрацитов с V от 100 до 165 мл/г с. б. м. - по формуле (6.8)
х0=хо.г kW.Аз (12.7) х1= kW Аз (0.15 V-13.6) (12.8)
хо.г – остаточная метаноносность угля, м3/т. с. б. м.; принимается по табл.3.1 [5] или определяется по формуле
хо.г=18.3 (V)-0.6 (12.9)
kW.Аз – коэффициент пересчета метаноносности пласта на уголь, (доли ед.) определяется по формуле
kW.Аз =(12.10)
kт – коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени, доли ед.; зависит от времени Тпр, прошедшего от начала проведения выработки до момента определения Iпов; принимается по табл.3.2 [5] или рассчитывается по формуле
kт=1-0.91 exp (-0.022 Тпр) (12.11)
При расчете метановыделения на призабойном участке выработки длиной 20 м., время проведения выработки будет равно Тпр=20/Vп, суток. При расчете метанообильности всей выработки Iп. по формуле (12.4), метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта Iпов, определяется по формуле (12.5), но значение коэффициента kт, определяется по времени проведения всей выработки т.е. Тпр=lп/Vп суток (lп- проектная длина выработки, м).
Метановыделение из отбитого угля зависит от способа проведения выработки и определяется следующим образом. При выемке угля комбайнами, выбуриванием или отбойными молотками по формуле
Iо.у.п=(х-х0) j kту (12.12)
где j – техническая производительность комбайна, бурового станка или суммарная производительность проходчиков по выемке угля, т/мин. Принимается для комбайнов по табл.5.3 [5], для буровых станков – по их техническим характеристикам, а при выемке угля отбойными молотками, определяется по формуле
j=(12.13)
nпр – число проходчиков, одновременно работающих в смене по выемке угля;
Nв – норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;
Тсм – время работы проходчиков в смене по выемке угля, ч.
Kту - коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля, доли ед.; определяется по формуле
Kту=а T (12.14)
где а, b – коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля (время транспортирования угля) Ту≤ 6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Ту> 6 мин а=0.118, а b=0.25.
Значение Ту рассчитывается по формуле
Ту=(12.15)
Sуг- площадь сечения выработки по углю в проходке, м2;
- подвигание забоя за цикл непрерывной работы комбайна, бурового станка, отбойных молотков, м; принимается для комбайнов при мощности пласта, меньшей диаметра резцовой коронки (барабана), равным длине коронки (барабана), а при мощности пласта, большей диаметра резцовой коронки, - расстоянию между арками (рамами), но не менее одного метра, при выбуривании пласта – подвиганию забоя за цикл, а при выемке отбойными молотками – шагу установки крепи;
-плотность угля, т/м3.
При проведении выработки буровзрывным способом Iо.у.п определяется по формуле
Iо.у.п=9 10-3 Sуг lвз (х-х0) (12.16)
Lвз – подвигание забоя за взрывание, м.
При взрывном способе выемки в тупиковых выработках, проводимых по угольным пластам (для шахт, опасных по газу), расход воздуха, который необходимо подавать в забой определяется по формуле
Qз.п=(12.17)
где S – площадь поперечного сечения выработки в свету, м2;
lз.тр – расстояние от конца трубопровода до забоя выработки, м; принимается согласно требованиям ПБ;
kт.д – коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1.0 при S≤10 м2 и 0.8 при большем сечении выработки в свету;
Сmax – допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания по углю, %; принимается равной 2 %;
Iз.п.max – максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, определяется по формуле
Iз.п. max =0.05 Sуг lвз (х-х0) (12.18)
При проведении вертикальных выработок (стволов, шурфов), количество воздуха для их проветривания по выделению метана, определяется по формуле
Qз.п.=(12.19)
где-Iз.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, %.
Метоновыделение в забое ствола определяется по формуле
Iз.с.= Iпов.с + Iо.у.с. (12.20)
Iпов.с- метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта, м3/мин;
Iо.у.с- метановыделение из отбитого угля, м3/мин.
Метановыделение Iпов.с , Iо.у.с определяется по формулам
Iпов.с, =3.3 10-2 mп Д1 Х [ 0.0004(Vdaf)2+0.16] (12.21)
Iо.у.с =2.0 10-3 mп Д (х-х0) (12.22)
При пересечении нескольких пластов, расчет ожидаемого метановыделения производится для каждого пласта и к дальнейшим расчетам принимается наибольшее из полученных значений.
Расход воздуха по средней минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке
Qз.п=60 Vп.min S, (12.23)
где Vп.min- минимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в выработке, м/с; принимается в соответствии с требованиями ПБ.
Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве с учетом температуры и относительной влажности воздуха определяется по формуле
Qз.п=20 Vз.min S, (12.24)
где Vз.min-минимально допустимая ПБ скорость воздуха в призабойном пространстве м/с; принимается по табл.8.3 ПБ.
Расход воздуха, который необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей определяется по формуле
Qз.п = 6 n м3/мин (12.25)
где n – наибольшее число людей, работающих в забое.
Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по ядовитым газам, образующимся при взрывных работах, определяется по формуле
Qз.п=, (12.26)
где Т-время проветривания выработки, мин;
Для шахт опасных по внезапным выбросам угля и газа Т30 мин, для прочих шахт не нормируется;
Vвв- объем вредных газов, образующихся после взрывания, л;
Vвв=100 Вуг.+40 Впор., л (12.27)
Вуг., Впор -масса одновременно взрываемых ВВ по углю и по породе, соответственно, кг;
Если взрывание по углю и по породе производится раздельно, то при расчете Qз.п. принимается большее из произведений входящих в формулу (12.27).
-длина тупиковой части выработки, м; для горизонтальных и наклонных тупиковых выработок длиной 500 м. и более в место подставляется критическая длина равная 500 м, а в том случае меньше 500м, подставляется . При расчете величины Qз.п для проветривания стволов по формуле (12.26), критическая длина выработки определяется расчетом;
Kоб- коэффициент, учитывающий обводненность выработки; принимается по табл.5.1 [5].
Кут.тр.- коэффициент ,учитывающий утечки воздуха в вентиляционном трубопроводе; для гибких труб определяется по табл.5.4 [5], а для жестких определяется расчетом. При длине меньше критической длины, значение Кут.тр. принимается для длины , и при lп.кр для критической длины.
Критическая длина выработки для расчета проветривания стволов определяется по формуле
Lп.кр=12.5 Vвв Кт.с Кс.1/S, м (12.28)
где Кт.с- коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по таблице 5.2 [5] в зависимости от величины lз.тр/dтр.п;
lз.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;
dтр.п- приведенный диаметр трубопровода, м; при расположении трубопровода в углу выработки равен 2 dтр, а при расположении у стенки выработки или у
стенки ствола 1.5 dтр
Кс.1- коэффициент, учитывающий влияние обводненности и глубины ствола, а также температуры пород в стволе на процесс разбавления вредных газов; определяется по формуле
Кс.1=(12.29)
Кс.2- коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола; зависит от притока воды в забой и определяется согласно [5] стр.77. tп- температура пород на глубине Нc, определяется по формуле
tп=t1+,С (12.30)
t1-температура пород на глубине зоны постоянных температур Н0,; для Донбассаt1=8-10 , а Н0=26-33 м;
Нг- геотермический градиент, м/град; для Донбасса Нг=25-30 м/град;
t0- среднемесячная температура атмосферного воздуха для июля, ; принимается по данным , приведенным в «Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах». Для Донбассаt0=21.4 с;
Значение коэффициента утечек воздуха для жестких вентиляционных труб определяется по формуле
Кут.тр.=( (12.31)
где Куд.ст- коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости при фланцевом соединении трубопровода; принимается по табл.5.5. [5];
Rтр.ж- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по формуле
Rтр.ж=1.2 Rтр.+ Rм, к (12.32)
где 1.2-коэффициент, учитывающий нелинейность трубопровода и несоответствие стыков;
Rтр- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, к; определяется по табл.5.7 [5].
Для выбора ВМП принимается наибольшее из полученных Qз.п..