2.2.1.4 Расчет метановыделения из вмещающих пород

Согласно [1] метановыделение из пород определяется по формуле

q_пор=1,14v(2.28)

где k_с.п- коэффициент, учитывающий способ управления кровлей и литологиче­ский состав пород, доли ед. При полном обрушении q_сп=0.00106.

q_пор=1,14*3.2^-0.4(14.2-3.22) 0.00106 (309-140)=1.78 м³/т

Определяем относительную метанообильность выемочного участка по пласту k₃

q_уч=5.65+8+1.78=15.43 м³/т

Определяем абсолютную метанообильность очистного забоя и выемочного участка по пласту k₃. Так как выемочный участок проветривается по схеме типа 1-М, то метанообильность очистного забоя равна метанообильности выемочного участка

I_оч=I_уч=м³/мин (2.29)

I_оч= I_уч=м³/мин

2.3.1 Метановыделение при отработке пласта k2

Проектом предусматривается опережающая отработка пласта k₃ по отношению к горным работам по пласту k₂.

Определяем остаточную метаноносность пласта k₂ после его надработки пластом k₃

(2.30)

где - расстояние по нормали между пластами k₂ k₃

м³/т

Определяем остаточную метаноносность пласта-спутника k₄ после подработки его пластом k₃ по формуле

м³/т

2.3.1.1 Метановыделение из разрабатываемого пласта

Относительное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле (2.11), из очистного забоя по формуле (2.13), а из отбитого угля по формулам (2.17), (2.18)

q=0.85*8.6*0.86*ехр(-1.57) =1.31 м³/т

=8.6*0.86 [1-0.85ехр(-1.57)]*(1.0 0.11+0)=0.67 м³/т

=8.6*0.86 [1-0.85ехр(-1.57) ]1.0*0.104=0.63 м³/т

q_о.у=0.67+0.63=1.3 м³/т

Определяем метановыделение из разрабатываемого пласта

q_пл=1.31+1.3+0.03 (8.6-3.22)=2.77 м³/т

2.3.1.3 Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)

Определяем величину М_р для пласта k₂ по формуле (2.27)

М_р=1.3 200 1.0 1.49 =382 м

Определяем метановыделение из подрабатываемого спутника К₄

q_сп.К4 =1.14*3.2^-0.40.45 м³/т

Определяем метановыделение из надрабатываемого спутника К₁

q_сп.К1 =1.14*3.2^-0.4 м³/т

Суммарное метановыделение из спутников в выработки участка по пласту k₂ составит

q_сп=0.45+1.14=1.59 м³/т

2.3.1.4 Расчет метановыделения из вмещающих пород

Определяем относительное метановыделение из пород по формуле (2.28)

q_пор=1,14*3.2^-0.4(8.6-3.22) 0.00106 (309-140)=0.81 м³/т

Определяем относительную метанообильность выемочного участка по формуле (2.10)

q_уч=2.77+1.19+0.81=4.77 м³/т

Определяем абсолютную метанообильность выемочного участка и очистного забоя по пласту k₂ по формуле (2.28)

I_оч= I_уч=м³/мин

4. Прогноз относительной и абсолютной метанообильности шахты

Метанообильность шахты определяется как суммарное метановыделение горных выработок шахтопласта

м³/т (2.31)

где q_шп.i – относительная метанообильность выработок i-го шахтопласта, м³/т;

А_з.i – зольность угля i-го пласта, %;

А_з.г.i – зольность горной массы при разработке i-го пласта, %.

Относительная метанообильность выработок ш-го пласта определяется по формуле

q_ш.п.i=м³/т (2.32)

где n_уч – число одновременно действующих участков в пределах шахтопласта;

q_уч.i – относительная метанообильность i-го выемочного участка, м³/т;

А_уч.i - среднесуточная добыча из участка, т;

K_ст – коэффициент, учитывающий метановыделение из пространств ранее отработанных этажей. Согласно [1], если вентиляционная выработка примыкает к выработанному пространству ранее отработанных этажей k_ст=0.35;

- метановыделение из выработок проводимых за пределами выемочных участков, м³/мин;

- метановыделение из одновременно погашаемых выемочных участков, м³/мин; принимается для каждого выемочного участков в размере 50 % от метановыделения действующего выемочного участка;

- метановыделение из монтажных выработок, м³/мин;

q_под – метановыделение в поддерживаемые транспортные выработки из отбитого угля за пределами выемочных участков, м³/т.

При расчете относительной метанообильность шахты принимаем:

1. Зольность горной массы на 25 % выше зольности угольного пласта (21 %);

2. Три действующих очистных забоев по каждому пласту;

3. Один погашаемый очистной забой по каждому пласту;

4. Монтажных выработок не предусматриваем;

5.Метановыделение в поддерживаемых транспортных выработках из отбитого угля за пределами выемочных участков не учитываем, так как при принятой схеме проветривания шахты оно незначительно.

Определяем относительную метанообильность пласта k₂

q_ш.п.k.2= м³/т

Определяем относительную метанообильность пласта k₃

q_ш.п.k.2= м³/т

Определяем относительную метанообильность шахты по формуле (2.31)

q_ш==18.5 м³/т

Абсолютная метанообильность шахты определяется по формуле

I_ш=м³/мин (2.33)

I_ш=м³/мин

Проектируемая шахта относится к сверхкатегорным по выделению метана.

2. Расчет максимально допустимой нагрузки на очистной забой по метановыделению

Расчет максимально-допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фак­тору производим согласно пункту 7.1[1]. Максимально допустимая нагрузка определяется по формуле

А_max=A_p(3.1)

где Q_р- максимальный расход воздуха в очистной выработке, который может быть использован для разбавления метана до допустимых ПБ норм, м³/мин; принимается по табл. 7.1[1]

Q_р=60 S_оч.min V_max k_ут.в (3.2)

где S_оч.min – минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистного забоя, м²; принимается по табл.6.5 [1]. Для комплекса КМ-137 минимальное поперечное сечение призабойного пространства по пласту k₂ S_оч.min.k2=2.51 м², а по пласту k₃ S_оч.min.k3 =3.44 м²;

k_ут.в- коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство в пределах выемочного участка; определяется по номограмме (рис.6.12[1]). По пласту k₂ k_{ут.в k2}=1.65, а по пласту k₃ k_{ут.в k3}=1.7.

Q_р.k2=60 2.51 4.0 1.65=994 м³/мин

Q_р.k3=60 3.44 4.0 1.7=1403 м³/мин

Максимальная нагрузка на очистной забой по метановыделению по пластам составит

А_max.k2=720 2.4^-1.67=3550 т.сут

А_max.k2=800 8.57^-1.67=912 т.сут

Максимальная нагрузка на очистные забои по пластам больше расчетной нагрузки, поэтому мероприятия по снижению метановыделения не предусматриваем.

4. Расчет количества воздуха и выбор средств проветривания для тупиковых выработок.

Выполняем расчет проветривания для ярусных штреков по пластам k₂, k₃, как наиболее типичных для заданных условий выработок.

Расчет выполняем по методике /1/,согласно которой количество воздуха, которое необходимо подавать в забой выработки определяется по следующим факторам:

-по метановыделению;

по газам, образующимся при взрывных работах;

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

-по наибольшему числу людей;

-по минимально допустимой скорости движения воздуха в призабойном пространстве с учетом температуры и относительной влажности.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой выработки по метановыделению при взрывном способе выемки угля в выработке проводимой по пласту угля, определяется по формуле

Q_з.п=м³/мин (4.1)

где l_з.тр- расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя выработки, м: Принимается согласно требованиям ПБ:

K_т.д..- коэффициент турбулентной диффузии. Принимается равным 1.0 при

S10 м² и 0.8 при большем сечении выработки:

С_max- допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания по углю; принимается равной 2%;

С₀-концентрация метана в струе воздуха поступающей в выработку, %; принимается в соответствии с /1/ равной 0.05 %:

I_з.п.max- максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, м³/мин.; I_{з.п.max. k2}=2.24 м³/мин, I_{з.п.max. k3}= 6.49 м³/мин (см. п.2)

Определяем количество воздуха, которое необходимо подавать в забой ярусных штреков по пластам k₂, k₃

Q_з.п.k2.==64.1 м³/мин

Q_з.п.k3.==283.6 м³/мин

Определяем расход воздуха по средней минимально допустимой скорости движения воздуха

Q_з.п=60*V_п.min*S, м³/мин (4.2)

где V_п.min-минимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в выработке, м/с; для шахт опасных по метану V_п.min=0.25 м/с

Q_з.п=60*0.25*12.8=192.0 м³/мин

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве с учетом температуры и относительной влажности воздуха определяется по формуле

Q_з.п=20*V_з.min*S, м³/мин (4.3)

где V_з.min-минимально допустимая ПБ скорость воздуха в призабойном пространстве выработки в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха, м/с; принимается по табл.8.3 ПБ.

Температуру воздуха в призабойном пространстве выработки определяем по формуле

t_в=t_п-3 ,C (4.4)

t_п- температура пород на глубине ведения горных работ Н_п, определяется по формуле

t_п=t₁+,С (4.5)

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+;

t_в=18.3-3 ,=15.3C

Относительную влажность воздуха принимаем 80 %, тогда V_з.min=0.25 м/с

Q_з.п=20*0.25*12.8=64 м³/мин

Расход воздуха, который необходимо подавать в забой по наибольшему числу людей определяется по формуле

Q_з.п.=6 n м³/мин (4.6)

Q_з.п=6*8=48 м³/мин

Количество воздуха, которое необходимо подавать в забой по ядовитым газам, образующимся при взрывных работах, определяется по формуле

Q_з.п=м³/мин (4.7)

где Т-время проветривания выработки, мин;

Для шахт опасных по внезапным выбросам угля и газа Т30 мин, для прочих шахт не нормируется; Принимаем Т=30 мин.;

V_вв- объем вредных газов, образующихся после взрывания, л;

V_вв=100*В_уг+40*В_пор, л (4.8)

В_уг, В_пор -масса одновременно взрываемых ВВ по углю и по породе, соответственно, кг; Если взрывание по углю и по породе производится раздельно то при расчете Q_з.п. принимается большее из произведений входящих в формулу (4.8). Предусматриваем одновременное взрывание по углю и по породе. Расход ВВ по углю при проведении ярусных штреков по пластам k₂ , k₃ принимаем 10 кг, а по породе по пласту k₂ 24 кг, а k₃ 26 кг, тогда

V_вв.k2=100*10+40*24 =1960 л,

V_вв.k3=100*10+40*26=2040 л;

-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 случаеменьше 500м, подставляется.В нашем примере= 1000 м;

К_об- коэффициент, учитывающий обводненность выработки; принимается по табл.5.1 К_об=0.8

К_ут.тр- коэффициент ,учитывающий утечки воздуха в вентиляционном трубопроводе; определяется согласно пункту 5.3.3 (табл.5.4).При длинеменьше критической длины, значение К_ут.тр принимается для длины , и при l_п.кр для критической длины l_п.кр. Принимаем гибкие матерчатые трубы типа 1А по пласту k₂ диаметром 0.8 м, а по пласту k₃ диаметром 1.0 м. Тогда, принимая во внимание наибольшие значения полученных ранее расходов воздуха по пластам Q_з.п.k2=156.0 м³/мин, Q_з.п.k3=283.6 м³/мин К_ут.тр.k2=1.85, а К_ут.тр.k3=1.58

Расход воздуха, который необходимо подавать в забои ярусних штреков по пластам k₂, k₃ по ядовитым газам образующимся при ведении взрывных работ

Q_з.п.k2==172 м³/мин

Q_з.п.k3==192 м³/мин

Для выбора ВМП принимаем по пласту k₂ Q_з.п.k2=192 м³/мин по минимально допустимой скорости , а по пласту k₃ Q_з.п.k3=283.6 м³/мин , по выделению метана.

Определяем необходимую производительность вентиляторов

Q_в=Q_з.п.*К_ут.тр, м³/мин (4.9)

Q_в.k2=192*1.85=355 м³/мин Q_в.k2=5.9 м³/с,

Q_в.k3=283.6*1.58=448 м³/мин Q_в=7.5 м³/с

Определяем необходимое давление вентиляторов

h_в=,кг/м² (даПа) (4.10)

где R_тр.г- аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода, к; определяется по формуле

R_тр.г=r_тр*(l_тр+20 d_трn₁+10d_трn₂) (4.11)

r_тр- удельное аэродинамическое сопротивление гибкого трубопровода без утечек воздуха к/м; Для труб диаметром 1.0 м r_тр=0.0053 к/м, а для труб диаметром0.8 м r_тр=0.0161 к/м (/1/,стр.87);

d_тр- диаметр гибкого трубопровода, м;

n₁, n₂-число поворотов трубопровода, соответственно под углом 90⁰ и 45⁰ .

R_тр.г.k2=0.0161 (1000+20 0.8 1.0*0+10 1.0 0)=16.35 к

R_тр.г.k3=0.0053 (1000+20 0.8 1.0*0+10 1.0 0)=5.4 к

h_в.k2=5.9²*16.35=300 кг/м²

h_в.k3=7.5²*5.4=185 кг/м²

Выбор вентиляторов производим путем нанесения расчетного режима их работы Q_в, h_в на аэродинамические характеристики вентиляторов (приложение 1[1]). На основании анализа аэродинамических характеристик вентиляторов принимаем ярусных штреков по пластам k₂, k₃ вентилятор ВМ-6 (рис.4.1)

Точка с координатами Q_в=5.9 м³/с и h_В=303 кг/м² точно ложится на характеристику вентилятора с углом установки лопаток направляющего аппарата 45⁰.Поэтому уточнение режима работы вентилятора и проветривания выработки по пласту k₂ не производим.

Точка с координатами Q_в=7.5 м³/с и h_В=185 кг/м² ложится на характеристику вентилятора между углами установки лопаток направляющего аппарата 20⁰ и 45⁰.

Поэтому, для определения фактического режима работы вентилятора и расхода воздуха подаваемого в забой ярусного штрека по пласту k₃ на аэродинамической характеристике вентилятора строим характеристику трубопровода по формуле (4.10).

Данные для построения характеристики трубопровода представлены в таблице

Qзп	2	4	4.5	4.9
Кут.тр	1.45	1.55	1.58	1.6
Qв	2.9	6.2	7.11	7.84
hв	30.3	129.6	167	201

Точка 1 на графике (рис.4.1) характеризует расчетный и фактический режим работы вентилятара при проветривании ярусного штрека по пласту k₂. Точка 2 на графике характеризует расчетный, а точка 3 фактический режим работы вентилятора при проветривании ярусного штрека по пласту k₃. Фактический режим работы вентилятора характеризуется параметрами Q_в.ф=7.7 м³/с и h_в.ф=195 кг/м².

Определяем количество воздуха, которое будет поступать в забой по формуле

Q_З.П.Ф=1.69-0.69Q_В.Ф, м³/с (4.12)

Q_З.П.Ф=1.69-0.69*7.7=4.85 м³/с Q_З.П.Ф=291 м³/мин

Рис.4.1 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВМ-6М и режим его работы на трубопровод

4. Расчет количества воздуха, необходимого проветривания очистных забоев, выемочных, вентиляционных участков и шахты.