0. 5.3. Расчет количества воздуха, необходимого для проветривания шахты.

Расход воздуха для проветривания шахты определяется по формуле

Q_ш =1.1(, м³/мин, (5.13)

где 1.1 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок;

- расход воздуха для проветривания вентиляционных участков;

- суммарное количество воздуха для обособленного проветривания тупиковых выработок, расположенных за пределами вентиляционных участков;

- расход воздуха для обособленного проветривания поддерживаемых выработок, расположенных за пределами вентиляционных участков;

- расход воздуха для обособленного проветривания камер расположенных за пределами вентиляционных участков;

-утечки воздуха через вентиляционные сооружения расположенные за пределами вентиляционных участков.

Обособленное проветривание тупиковых и поддерживаемых выработок расположенных за пределами вентиляционных участков проектом не предусматривается. Проектом предусматривается обособленное проветривание зарядных камер и камер склада ВМ.

Расход воздуха для проветривания зарядных камер определяется по формуле

Q_з.к=, (5.14)

где Е_i – емкость аккумулятора А*ч;

n_ai – число аккумуляторов в батарее;

n_б – число одновременно заряжаемых аккумуляторных батарей.

Для обслуживания каждой панели принимаем два электровоза и два электровоза для выполнения маневровых работ в околоствольном дворе. Общее число электровозов по шахте 10. С учетом резерва число заряжаемых батарей 12. Тип батареи 66 ТНЖШ-300, число аккумуляторов в батарее 66, емкость аккумулятора 300 А*ч.

Температуру воздуха в выработке перед камерой в наиболее теплый месяц года (t_вх) принимаем равной температуре воздуха в околоствольном дворе t_вх=19.9.(см.п.5.3).

Q_з.к=м³/мин

Расход воздуха, рассчитанный по формуле (5.14) должен удовлетворять условию

Q_з.к=≥(5.15)

де k_эi – коэффициент, учитывающий тип заряжаемой батареи; принимается по табл. 8.1 [1].

Для батарей типа 66 ТНЖШ-300 k_эi=0.6

Q_з.к=30 12 0.6=216 м³/мин

Условие не выполняется, следовательно, для проветривания зарядных камер принимаем расход воздуха 216 м³/мин

Расход воздуха для проветривания склада ВМ определяется по формуле

Q_к.вм=0.07 V_к (5.16)

где V_к.вм – суммарный объем выработок склада ВМ,м³

Q_к.вм=0.07 1200=84 м³ /мин

Общий расход воздуха для проветривания камер, расположенных в околоствольном дворе

Q_к=216+84 =300 м³/мин

Места утечек воздуха через вентиляционные сооружения расположенные за пределами вентиляционных участков определяем на основании анализа схемы проветривания шахты. Такие утечки будут через глухие перемычки бремсбергов и ходков ранее отработанных панелей, а также через загрузочные устройства породного и угольного скипов.

В бремсбергах и ходках предусматриваем сооружение перемычек из шлакоблоков. Тогда согласно табл.8.2 [1] утечки воздуха через перемычку составят 27 м³/мин. Общее число перемычек по шахте 12. Суммарные утечки через глухие перемычки составят 27*12=324 м³/мин.

Утечки воздуха через загрузочные устройства породного и угольного скипов определяем по нормам, согласно [1] табл.8.4. Они составят 300 м³/мин.

Суммарные утечки воздуха за пределами вентиляционных участков составят

=324+300=624 м³/мин

Определяем расход воздуха по шахте

Q_ш =1.1 (14529+0+0+300+624) = 16998, м³/мин

4. Расчет депрессии шахты

Для выбора вентиляторов главного проветривания необходимо определить минимальную и максимальную депрессию шахты за время отработки бремсберговой части шахтного поля. Минимальную и максимальную депрессию шахты рассчитываем по струе наибольшего сопротивления. Струю наибольшего сопротивления выбираем на основе анализа схемы проветривания шахты. Горные выработки пластов k₂, k₃ являются параллельными струями. Поэтому струя наибольшего сопротивления будет проходить по пласту k₃, так как расход воздуха для проветривания пласта k₃ значительно больше, чем по пласту k₂.

Минимальная и максимальная депрессия шахты по струе наибольшего сопротивления определяется по формуле

h_н=h_к.в+h_п.в+h_к+h_кк , (6.1)

где h_к.в – депрессия канала вентиляционной установки, даПа; принимается равной 0.11 h_п.в;

h_п.в – депрессия подземных выработок направления, даПа; находится как сумма депрессий отдельных последовательно соединенный ветвей, входящих в направление, от устья воздухоподающего ствола до входа в канал вентиляционной установки;

h_п.в=1.1(h₁+h₂+ +h_n), (6.2)

1. – коэффициент, учитывающий влияние местных сопротивлений;

h_к – депрессия воздухонагревателей, даПа;

h_к.к – депрессия канала воздухонагревательной установки;

При расчете депрессии направления депрессию воздухонагревателей и канала воздухонагревательной установки не учитываем, так как проектом предусматриваем специальный вентилятор для подачи воздуха через воздухонагреватели в шахту.

Депрессия капитальных и подготовительных выработок рассчитывается по формуле

h=(6.3)

где k_н.р.в- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок; для общешахтных выработок k_н.р.в=1.563, для других выработок k_н.р.в=1.

-коэффициент аэродинамического сопротивления кг*с²/м⁴; принимается по приложению 7 [1]/

Р- периметр выработки, м; для выработок закрепленных арочной крепью Р=3.86;

L-длина выработки;

Q- расход воздуха, м³/с.

Депрессия лавы подсчитывается по формуле

h_оч=R_очQ(6.4)

где R_оч -общее аэродинамическое сопротивление лавы, кг*с²/м⁸.

Для лав оборудованных механизированными крепями,

(6.5)

где r₁₀₀ – удельное аэродинамическое сопротивление (при длине 100 м) лав с механизированными крепями, k; принимается по табл.6.5 [1]; r₁₀₀ =0.039 k;

- коэффициенты местного сопротивления входа и выхода лавы; определяются по табл.9.1 [1]; 1014.

k

Результаты расчетов максимальной и минимальной депрессии по направлениям на шурф №1 и №2, представлены в табл. 6.1, 6.2, 6.3, 6.4.

Минимальную и максимальную депрессию шахты по направлениям на шурф №1 и №2 определяем по формуле (6.1) :

Минимальная депрессия шахты шурф №1

h_ш.min.№1=0.11 190+190+0+0 =211 ДаПа

Максимальная депрессия шахты шурф №1

h_ш.max.№1=0.11 273.2+273.2+0+0 =303 ДаПа

Минимальная депрессия шахты шурф №2

h_ш.min.№2=0.11 176.9+176.9+0+0 =196 ДаПа

Максимальная депрессия шахты шурф №2

h_ш.max.№2=0.11 243.5+243.5+0+0 =270 ДаПа

Для расчета депрессии вентилятора необходимо учесть депрессию естественной тяги. Поэтому выполняем расчет естественной тяги для зимнего (январь) и летнего (июль) периода года.

4. Расчет депрессии естественной тяги

Депрессию естественной тяги рассчитываем по методике [3], согласно которой депрессия естественной тяги определяется по формуле

, даПа, (7.1)

где Р₀ – атмосферное давление, мм.рт.ст; для условий Донбасса Р₀≈750 мм.рт.ст;

Н – глубина шахты, м;

- коэффициенты, зависящие от средней температуры воздуха в стволах шахты,

(7.2)

(7.2)

где R – газовая постоянная, равная для сухого воздуха 29.27 м/⁰С;

- средняя температура воздуха в воздухоподающих выработках от поверхности до максимальной глубины шахты ⁰K;

- средняя температура воздуха в выработках выдающих исходящую струю от максимальной глубина шахты до поверхности ⁰K;

=,⁰К (7.3)

где - температура воздуха на входе в воздухоподающий ствол,⁰С; для зимних условий принимается согласно ПБ не ниже +2 ⁰С, а для летних- принимается по данным , приведенным в «Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах». Для условий Донбасса для июля t₁=21.4 ;

- температура воздуха в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, ⁰С.

Эта температура может быть определена по приближенной формуле А.Н.Щербаня

, ⁰С (7.4)

где А – коэффициент, зависящий от времени года (для января А=432, для июля А=1470) [3],

=3.3⁰ С

=19.9⁰ С.

Средняя температура воздуха в выработках с исходящей струей воздуха определяется по формуле

⁰С (7.5)

t₃ – температура воздуха в околоствольном дворе вентиляционного ствола определяется по формуле, ⁰С

, ⁰C (7.6)

где t_п – температура пород на глубине зоны постоянных температур, ⁰С; для Донбасса t_п=810⁰С;

Н₀ – глубина зоны постоянных температур, м; для Донбасса Н₀=25-30 м;

Н_г – геотермический градиент, м/град; для Донбасса Н_г=26-33 м/град;

t₀ – разница между температурой воздуха и пород, ⁰С.

Согласно [3], значение величины t₀ принимается равной при отсутствии или незначительных подсосах холодного воздуха из околоствольного двора воздухоподающего ствола 1-2 ⁰С, а при значительных подсосах- летом 2-5 ⁰С, зимой 5-10 ⁰С.

При центрально отнесенной схеме проветривания утечек воздуха не будет, поэтому значение величины t₃ для летних и зимних условий будет одинаково.

, C;

t₄ – температура воздуха в верхней части вентиляционного ствола, ⁰С. Эта температура может быть определена, если учесть, что при поднятии воздуха его температура понижается за счет расширения в среднем на 0.4-0.5⁰ С на каждые 100 м высоты

t₄ =t₃-0.5 H/100 (7.7)

t₄ =16.4-0.5 309/100=14.9⁰ С

Определяем среднее значение температуры воздуха в клетьевом стволе:

для зимнего периода

=,⁰К,

для летнего периода

=,⁰К.

Определяем среднее значение температуры воздуха в воздуховыдающих выработках

=,⁰К.

Согласно [3] коэффициенты определяются по формуле

(7.8)

Определяем значение коэффициента :

для зимних условий

,

для летних условий

.

Определяем значение коэффициента

,

Определяем значение депрессии естественной тяги по формуле (7.1):

для зимнего периода

даПа,

для летнего периода

даПа.

4. Расчет необходимой производительности, депрессии вентиляторов главного проветривания и их выбор

Согласно разработанной схеме шахта проветривается тремя вентиляторами. Проветривание выработок околоствольного двор осуществляется вентилятором, установленным на скиповом стволе. Необходимую производительность вентилятора определяем по формуле

Q_в.с.с=Q_с.с k_ут.вн, (8.1)

где Q_с.с - расход воздуха в исходящей струе скипового ствола, м³/мин;

k_ут.вн – коэффициент, учитывающий внешние утечки воздуха; принимается согласно [1] стр 168.

Q_в.с.с=600 1.25=750- м³/мин

Проветривание горных работ осуществляется двумя вентиляторами, установленными на шурфах №1 и №2. Через шурф №1 предусматриваем проветривания панели по пласту k₂, в которой расположены одна действующая и одна погашаемая лавы, и панели по пласту k₃ в которой расположены два действующих забоя. Через шурф №2 предусматриваем проветривания панели по пласту k₃, в которой расположены одна действующая и одна погашаемая лавы, и панели по пласту k₂ в которой расположены два действующих забоя. Расход воздуха в исходящей струе шахты на каждый вентиляционный шурф определяем пропорционально расходу воздуха необходимого для проветривания вентиляционных участков данного направления.

Определяем расход воздуха в исходящей струе шурфа №1

Q_ш.№1=(8.2)

Q_ш.№1=м³/мин

Q_ш.№2=м³/мин

Необходимую производительность вентиляторов определяем по формулам (8.1)

Q_в.№1= Q_ш.№1 k_ут.вн (8.3)

Q_в.№2= Q_ш.№2 k_ут.вн (8.4)

Q_в.№1= 8400 1.3=10920 м³/мин; Q_в.№1=182 м³/с,

Q_в.№2= 7998 1.3=10397 м³/мин, Q_в.№2=173 м³/с.

Необходимая минимальная и максимальная депрессия вентилятора определяется по формуле

H_в=h_ш ± h_е, (8.5)

где h_ш – депрессия шахты по направлению, даПа;

h_е, - депрессия естественной тяги, даПа.

Знак «+» в формуле (8.5) берется если h_е<0 и суммируется с максимальным значением депрессии по направлению, а знак «-» если h_е>0 и вычитается из минимального значения депрессии по направлению.

Определяем необходимую депрессию вентиляторов:

минимальная депрессия вентилятора на шурфе №1

H_в.min.№1= h_ш.min.№1-h_е.з =211-16.2=194.8 даПа;

максимальная депрессия вентилятора на шурфе №1

H_в.max.№1= h_ш.max.№1-h_е.л =303+7=310 даПа;

минимальная депрессия вентилятора на шурфе №2

H_в.min.№2= h_ш.min.№2-h_е.з =196-16.2=179.8 даПа;

максимальная депрессия вентилятора на шурфе №2

H_в.max.№2= h_ш.max.№2-h_е.л =270+7=277 даПа.

Выбор вентиляторов производим на основе анализа их аэродинамических характеристик (приложение 4 [4]). Принимаем к установке на шурфах №1 и №2 вентилятор ВОД-30 (600 об/мин) (рис. 8.1)

7

Рис.8.1 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВОД-30 и режим работы на вентиляционную сеть

. Принятые к установке вентиляторы должны обеспечивать резерв по производительности не менее 15% на случай перевыполнения плана добычи угля или увеличения метанообильности выработок. Для определения резерва вентиляторов по производительности необходимо на аэродинамической характеристике вентилятора выполнить построение характеристики вентиляционной сети. Характеристика вентиляционной сети описывается равенством

H_в.с=R_в.с , (8.6)

где H_в.с – депрессия вентиляционной сети, даПа;

R_в.с – аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, kμ;

- производительность вентилятора, м³/с.

Следовательно, аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети определится по формуле

R_в.с=(8.7)

По уравнению (8.7) определяем минимальное и максимальное сопротивление вентиляционной сети для вентиляторов установленных на шурфах №1 и №2:

минимальное сопротивление вентиляционной сети вентилятора установленного на шурфе №1

R_{в.с.min.№1}==0.00588 kμ;

максимальное сопротивление вентиляционной сети вентилятора установленного на шурфе №1

R_{в.с.max.№1}==0.00936 kμ;

минимальное сопротивление вентиляционной сети вентилятора установленного на шурфе №2

R_{в.с.min.№2}==0.006 kμ;

максимальное сопротивление вентиляционной сети вентилятора установленного на шурфе №2

R_{в.с.max.№2}==0.00925 kμ.

Построение характеристик вентиляционной сети вентиляторов установленных на шурфах №1 и №2 при минимальном и максимальном значении депрессии производим по формулам:

H_{в.с.min.№1}=0.00588 ; (8.8)

H_{в.с.max.№1}=0.00936 , (8.9)

H_{в.с.min.№2}=0.0060 , (8.10)

H_{в.с.max.№2}=0.00925 . (8.11)

Равенства (8.8, 8.11) показывают, что минимальные и максимальные сопротивления вентиляционной сети вентиляторов установленных на шурфах №1 и №2 практически одинаковы. Поэтому кривая 1 на рис.8.1 характеризует минимальное сопротивление сети для обоих вентиляторов установленных на шурфах №1 и №2, а кривая 2 максимальное сопротивление.

Для построения характеристики вентиляционной сети вентиляторов установленных на шурфах №1 и№2 при минимальном и максимальном значении депрессии задаемся произвольными значениями Q_в и определяем значения Н_в. По полученным данным выполняем построение. Исходные данные для построения характеристик вентиляционной сети при минимальном и максимальном значении депрессии представлены в табл.8.1

Таблица 8.1

Исходные данные для построения характеристик вентиляционной сети

Шурф №1
Qв, м3/с	50	100	150	200	250
Hв.с.min.№1=0.00588 ;	15	59	132	235	367
Hв.с.max.№1=0.00936 ,	23	93	210	375	585
Шурф №2
Qв, м3/с	50	100	150	200	250
Hв.с.min.№2=0.0060 ;	15	60	135	240	375
Hв.с.max.№2=0.00925 ,	23	93	208	370	578

Точки 3,4 на графике (рис.8.1) определяет расчетный режим работы вентиляторов установленных на шурфах №1, №2 при минимальной депрессии, а точки 5,6 при максимальной.

Резерв вентилятора по производительности определяется по формуле

K_Q=(8.12)

где Q_max – максимально возможная производительность вентилятора при его работе на сеть с максимальным аэродинамическим сопротивлением, м³/с;

Q_р – расчетная производительность вентилятора, м³/с.

Максимально возможная производительность вентиляторов определяется абсциссой точки пересечения характеристики вентилятора с максимальным углом установки лопаток рабочего колеса (направляющего аппарата) и характеристики сети при ее максимальном сопротивлении (точка 7).

K_Q=

Литература:

1.Руководство по проектированию угольных шахт- К.: Издательско-производственное объединение «ОСНОВА» 1994-310с;

2. Я.И. Тютюнник, С.П. Коптилов и др. Альбом околоствольных дворов и стволов шахт – М.: «Недра», 1996;

3. Ушаков К.З, Бурчаков А.С, и др. Аэрология горных предприятий,-М.: Учебное пособие-,1987,-412 с;

4.Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1, М. – М.: Типография ИГД им. А.А Скочинского, 1979 -331 с;

5. Г. Л. Пигида, Е. А. Будзило, Н.И. Горбунов Аэродинамические расчеты по рудничной аэрологии в примерах и задачах – К.: УМК ВО 1992 – 398 с.

6. Правила безопасности в угольных шахтах. К.: 2000 -484 с.

75