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 (Q_з.п) и в целом для выработки (Q_п).

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

Q_з.п= (9.3)

где Q_з.п – расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, ствола, м³/мин;

I_з.п – метановыделение на призабойном участке тупиковой выработки длиной 20 м (для стволов принимается I_з.с), м³/мин;

С – допустимая согласно ПБ 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

I_з.п=I_пов+I_о.у.п (9.4)

где I_пов – метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта на призабойном участке выработки длиной 20 м., м³/мин;

I_о.у.п – метановыделение из отбитого угля, м³/мин.

Согласно [5],

I_пов=2.3*10^-2*m_п*V_п*(х-х₀)*k_т (9.5)

где m_п – полная мощность угольных пачек пласта, м;

V_п – проектная скорость подвигания выработки, м/сут;

х – природная метаноносность пласта, м³/т;

х₀ – остаточная метаноносность угля, м³/т;

k_т – коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени; определяется по табл. 3.2 [5].

Природная метаноносность пласта определяется по формуле

х=х_г*k_W.Aз (9.6)

где х_г – природная метаноносность пласта, м³/т.с.б.м; значение х_г 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 (9.7), а для антрацитов сV от 100 до 165 мл/г с. б. м. - по формуле (9.8)

х₀=х_о.г*k_W.А (9.7)

х₁=k_{W Аз}*(0.15*=V -13.6) (9.8)

х_о.г – остаточная метаноносность угля, м³/тсбм.; принимается по табл.3.1 [5] или определяется по формуле

х_о.г=18.3*(V )^-0.6 (9.9)

k_W.Аз – коэффициент пересчета метаноносности пласта на уголь, (доли ед.) определяется по формуле

k_W.Аз= (9.10)

k_т – коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени, доли ед.; зависит от времени Т_пр, прошедшего от начала проведения выработки до момента определения I_пов; принимается по табл.3.2 [5] или рассчитывается по формуле

k_т=1-0.91*exp (-0.022*Т_пр) (9.11)

При расчете метановыделения на призабойном участке выработки длиной 20 м., время проведения выработки будет равно Т_пр=20/V_п, суток. При расчете метанообильности всей выработки I_п по формуле (9.4), метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пласта I_пов, определяется по формуле (9.5), но значение коэффициента k_т, определяется для времени проведения всей выработки т.е. Т_пр=l_п/V_п суток (l_п-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

I_о.у.п=(х-х₀) j k_ту (9.12)

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= (9.13)

n_пр – число проходчиков, одновременно работающих в смене по выемке угля;

N_в – норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;

Т_см – время работы проходчиков в смене по выемке угля, ч;

K_ту – коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля, доли ед.; определяется по формуле

K_ту=а*T (9.14)

где а, b – коэффициенты характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля (времени транспортирования угля) Т_у≤ 6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Т_у> 6 мин а=0.118, а b=0.25.

Значение Т_у рассчитывается по формуле

Т_у= (9.15)

S_уг – 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 I_о.у.п определяется по формуле

I_о.у.п=9*10^-3*S_уг*l_вз* (х-х₀) (9.16)

L_вз – 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

Q_з.п= (9.17)

где S – площадь поперечного сечения выработки в свету, м²;

l_з.тр – расстояние от конца 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 в свету;

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

I_з.п.max – максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, определяется по формуле

I_з.п.max =0.05*S_уг*l_вз*(х-х₀)* (9.18)

При проведении вертикальных выработок (стволов, шурфов). количество воздуха для их проветривания по выделению метана, определяется по формуле

Q_з.п.= , м³/мин (9.19)

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.

Метоновыделение в забое ствола определяется по формуле

I_з.с.=I_пов.с+ I_о.у.с. (9.20)

I_пов. – 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.с определяется по формулам

I_пов.с=3.3*10^-2*m_п*Д₁*Х [ 0.0004(V^daf)²+0.16] (9.21)

I_о.у.с=2.0*10^-3* m_п*Д *g (Х-Хо) (9.22)

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

Q_з.п=60*V_п.min*S (9.23)

где V_п.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

Q_з.п=20*V_з.min*S (9.24)

где V_з.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

Q_з.п=6 n м³/мин (9.25)

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

Q_з.п= (9.26)

где Т - время проветривания выработки, мин;

Для шахт опасных по внезапным выбросам угля и газа Т £ 30 мин, для прочих шахт не нормируется;

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

V_вв=100*В_уг.+40*В_пор., л (9.27)

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 (9.27).

- 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 Q_з.п для проветривания стволов по формуле (9.26), критическая длина выработки определяется расчетом;

К_об - коэффициент, учитывающий обводненность выработки; принимается по табл, 5.1 [5].

К_ут.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 К_ут.тр. принимается для длины , и при ³ l_п.кр для критической длины.

Критическая длина выработки для расчета проветривания стволов определяется по формуле

L_п.кр=12.5*V_вв*К_т.с*К_с.1/S, м (9.28)

где К_т.с - коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по табл.5.2 [5] в зависимости от величины l_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;

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= (9.29)

К_с.2 - коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола; зависит от притока воды в забой и определяется согласно [5] стр.77. t_п- температура пород на глубине Н_c, определяется по формуле

t_п=t₁+ , ⁰С (9.30)

t₁- температура пород на глубине зоны постоянных температур Н₀, ; для Донбас са t₁=8-10 , а Н₀=26-33 м;

Н_г - геотермический градиент, м/град; для Донбасса Н_г=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 Донбасса t₀=21.4 С;

Значение коэффициента утечек воздуха для жестких вентиляционных труб определяется по формуле

К_ут.тр.=( (9.31)

где К_уд.ст- коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости при фланцевом соединении трубопровода; принимается по табл.5.5. [5];

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

R_тр.ж=1.2 R_тр.+R_м, кm (9.32)

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

R_тр- аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода без утечек воздуха, кm; определяется по табл.5.7 [5].

Для выбора ВМП принимается наибольшее из полученных Q_з.п..