РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА ДЛЯ Проветривания действующих горных предприятий

РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА ДЛЯ Проветривания действующих горных предприятий

Учебно-практическое пособие для выполнения

практических занятий и дипломного проектирования

по дисциплине «Вентиляция шахт и Аэрология горных предприятий»

для студентов всех форм обучения горных специальностей

Новокузнецк

УДК 654.345:622(07)

П 372

Рецензент

Генеральный директор ООО «Недра»

д.т.н., профессор И.А. Шундулиди

П 372 Расчёт количества воздуха для проветривания действующих горных предприятий: учебно-практическое пособие. / Сост.: В.В. Мячин, О.М. Стрелковская, М.А. Вишняков, Д.С. Беляева; СибГИУ.– Новокузнецк, 2010. – 93 с.

Даются теоретические положения соответствующие нормативным и правовым актам, термины и определения устойчивости проветривания промышленных объектов при добыче полезных ископаемых. Предложена методика расчёта количества воздуха для проветривания промышленного предприятия.

Предназначены для выполнения практических занятий и дипломного проектирования по дисциплинам «Безопасность жизнедеятельности», «Вентиляция шахт», «Аэрология горных предприятий», «Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело», для студентов всех форм обучения горных специальностей.

Учебно-практическое пособие по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих горнорудных предприятий.

В учебно-практическом пособии излагаются порядок и методика расчета количества воздуха, необходимого для проветривания шахт и отдельных выработок, а также приводятся указания по определению значений газовыделения, используемых при расчетах.

Выполнение требований пособия является обязательным при расчетах количества воздуха, необходимого для проветривания горных выработок действующих шахт.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Расчеты количества воздуха, необходимого для проветривания отдельных выработок и шахты в целом, должны выполняться ежегодно на следующий год и раз в пять лет на будущее пятилетие в соответствии с производственными программами развития горных работ.

При ежегодных расчетах количество воздуха определяется на начало года, а также для положения горных работ, при котором возникает наибольшая потребность в воздухе.

При изменении по сравнению с принятыми при расчетах, геологических или горнотехнических условий (газообильности, добычи, скорости проведения выработок, количества одновременно взрываемых взрывчатых веществ, мощности установленного оборудования и т. п.) расчеты по отдельным объектам и при необходимости по шахте должны производиться повторно.

Для новых очистных и подготовительных выработок, выемочных участков и камер расчеты производятся при разработке проектов или паспортов. В тех случаях, когда ожидаемое метановыделение определялось по природной метаноносности, по мере накопления данных о фактическом метановыделении должен производиться повторный расчет количества воздуха.

Расчет на пятилетие выполняется для периода наибольшей потребности в воздухе.

Выполнение расчетов количества воздуха возлагается на участок вентиляции и техники безопасности (ВТБ), начальника вентиляции шахты или лицо, выполняющее его функции. Результаты расчетов должны быть утверждены главным инженером шахты.

Основными исходными материалами для расчетов количества воздуха являются: производственная программа развития горных работ, схема вентиляции шахты, результаты замеров количества воздуха и концентрации газов в горных выработках, выполняемых согласно Правилам безопасности в угольных шахтах (ПБ). При наличии должны использоваться также данные газовых, воздушных и депрессионных съемок.

Расчеты количества воздуха производятся для очистных выработок, выемочных участков, обособленно проветриваемых подготовительных выработок и камер, а также поддерживаемых и погашаемых выработок.

Общее количество воздуха для шахты определяется как сумма результатов этих расчетов и расчета утечек воздуха.

Приведенные в указании значения коэффициентов неравномерности газовыделения, коэффициентов утечек воздуха через выработанные пространства выемочных участков, а также коэффициентов, учитывающих поступление метана из выработанных пространств в очистные выработки, могут уточняться для конкретных условий на основании газовых и воздушных съемок, выполненных ВАСЧ, или по рекомендациям научно-исследовательских организаций.

Для практического расчёта берутся данные проектируемой шахты из задания дипломного проекта.

Пример для расчёта: Разрабатывается газоносный пласт мощностью 1,5 м с углом падения 6 – 8°. Кровля пласта – глинистый сланец, почва – песчанистый сланец. В кровле и почве пласта имеются сближенные пласты.

Шахтное поле вскрыто тремя вертикальными стволами. Схема подготовки – панельная, системы разработки – сплошная и столбовая. При выемке угля используются узкозахватные комбайны с индивидуальной крепью и комплексы КМ-87Д.

Способ управления кровлей – полное обрушение. Подготовительные выработки проводятся буровзрывным или механизированным способом.

Схема вентиляции шахты берётся из задания дипломного проекта. Шахта отнесена к сверхкатегорным по газу, пласт опасен по пыли.

Действующие лавы: №1,2, 3, 4, 5.

Проводимые подготовительные выработки: западный откаточный и восточный вентиляционный полевые штреки гор. I, восточный бремсберг, конвейерный штрек лавы № 2, конвейерный штрек № 12.

Камеры: склад ВМ, насосная, два электровозных гаража с оборудованием для зарядки аккумуляторных батарей, четыре камеры электроподстанций.

Поддерживаемые выработки: лавы № 6, 7, 10, конвейерный штрек № 11, главный откаточный штрек, ходок для чистки зумпфа.

Погашаемые выработки: лавы № 8 и 9.

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА

ДЛЯ ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТОК

Количество воздуха, необходимое для проветривания очистных выработок, должно рассчитываться по выделению метана, углекислого газа, газов, образующихся при взрывных работах, по числу людей и должно проверяться по допустимой скорости движения воздуха, а при последовательном проветривании подготовительных и очистных выработок – также по производительности вентиляторов местного проветривания (ВМП). Окончательно принимается наибольший результат.

При разработке антрацитовых пластов и температуре воздуха 16 °С и выше количество воздуха должно быть дополнительно рассчитано из условия оптимальной по пылевому фактору скорости, если для разбавления вредных газов или по температурным условиям не требуется большая скорость движения воздуха.

Примечание. При возвратноточной схеме проветривания с примыканием свежей и исходящей струй к целику, когда ожидаемое газовыделение определяется для выемочного участка в целом, расчет по выделению метана (углекислого газа) следует вести сразу для выемочного участка по формуле (2.7).

1.1 Расчет по выделению метана (углекислого газа):

, (1.1)

где – количество воздуха, необходимое для проветривания очистной выработки, м³/мин;

– ожидаемое среднее газовыделение в очистной выработке, м³/мин, определяется согласно указаниям раздела 10;

– коэффициент неравномерности газовыделения; определяется согласно п. 1.1.1;

– допустимая концентрация газа в исходящей из очистной выработки вентиляционной струе, %; принимается согласно ПБ;

– концентрация газа в поступающей на выемочный участок вентиляционной струе, %, определяется по

результатам замеров;

– коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства, непосредственно прилегающей к призабойному в тех случаях, когда ожидаемое газовыделение определено по фактическому, принимается по таблице 1.1. Если ожидаемое метановыделение рассчитано по природной метаноносности, то принимается равным 1.

Таблица 1.1 – Таблица для определения коэффициента, учитывающего движение воздуха по части выработанного пространства

Способ управления кровлей	Породы непосредственной кровли
полное обрушение	песчаник	1,30
полное обрушение	песчанистый сланец	1,25
полное обрушение	глинистый сланец	1,20
плавное опускание	–	1,15
частичная закладка	–	1,10
полная закладка	–	1,05

1.1.1 Значения коэффициентов неравномерности газовыделения определяются согласно Инструкции по отбору проб рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт (согласно ПБ), по метану или принимаются по таблицам 1.2 и 1.3.

Таблица 1.2 – Таблица для определения коэффициента неравномерности выделения углекислого газа

Среднее выделение углекислого газа в очистной выработке, м3/мин	Значение коэффициента неравномерности выделения углекислого газа для условий Кузнецкого, Карагандинского, Печорского и других восточных бассейнов
0,3	2,1
0,6	1,53
0,9	1,32
1,2	1,2
1,5	1,14
1,8	1,1
2,1 и более	1,07

Таблица 1.3 – Таблица для определения коэффициента неравномерности метановыделения

Среднее метановыделение в очистной забой, м3/мин	Значение коэффициента неравномерности метановыделения для условий
Донецкого	Кузнецкого бассейна и Воркутинского месторождения Печорского бассейна	Карагандинского бассейна	Интинского и Юньягинского месторождений Печорского бассейна
0,2	2,14	3,44	–	2,6
0,4	2,02	2,73	–	2,2
0,8	1,84	2,2	–	1,7
1,2	1,72	2,03	2,2	1,4
1,6	1,65	1,93		1,38
	1,6	1,87	1,85	1,35
	1,47	1,7	1,55	1,35
	1,45	1,59	1,45	1,35
	1,44	1,51	1,4	1,35
	1,43	1,44	1,38	1,35
12 и более	1,43	1,43	1,35	1,35

Коэффициент неравномерности выделения углекислого газа для шахт Донецкого бассейна может приниматься равным 1,6.

1.2 Расчет по выделению метана при последовательном проветривании лав:

, (1.2)

при или

, (1.3)

при

где – количество воздуха, которое необходимо подавать в n- ю лаву, м³/мин;

– число последовательно проветриваемых лав;

– допустимая концентрация метана в воздухе, поступающем в n-ю лаву, %, принимается согласно ПБ;

– ожидаемое среднее выделение метана в лавах 1,2,…n, считая от выработки с поступающей струей воздуха, м³/мин.

Значения коэффициента неравномерности газовыделения принимаются по суммарному газовыделению в последовательно проветриваемых лавах.

1.3 Расчет по выделению углекислого газа при последовательном проветривании лав:

, (1.4)

где – ожидаемое среднее выделение углекислого газа в лавах 1,2,…n, считая от выработки с поступающей струей воздуха, м³/мин.

1.4 Расчет по газам, образующимся при взрывных работах, производится следующим образом.

Для лав:

, (1.5)

где – время проветривания выработки, мин; принимается согласно ПБ;

– количество одновременно взрываемых взрывчатых веществ (ВВ), кг;

– проветриваемый объем очистной выработки, м³;

, (1.6)

– вынимаемая мощность пласта (высота слоя), м;

– максимальная ширина призабойного пространства, м. Принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей, а для лавообразных выработок с большим шагом обрушения (закладки) – равной ширине трех рабочих лент (дорожек);

– длина лавы, м.

Длина камерообразных очистных выработок:

, (1.7)

Проветриваемый объем при щитовой системе разработки с четырьмя секциями в щите длиной 6 м каждая и ширине щитового перекрытия 2,5 – 10 м принимается в соответствии с таблицей 1.4.

Таблица 1.4 – Таблица для определения проветриваемого объема при щитовой системе разработки

Ширина щита, м	Проветриваемый объем (м3) при угле падения пласта (градус)
							75 – 90
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0

Примечание. Для сдвоенных щитов проветриваемый объем подщитового пространства равен сумме объемов двух одинарных.

Для других условий проветриваемый объем подщитового пространства определяется по формуле, м³:

, (1.8)

где – высота подщитового пространства, м. Определяется по графику (рисунок 1.1);

– число секций щитового перекрытия;

– длина секции по простиранию, м;

– коэффициент, характеризующий отношение мощности пласта к средней обнаженной ширине щита; определяется по графику (рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 – График для определения коэффициента

Проветриваемый объем при комбинированной системе разработки с гибким перекрытием для лав нижнего слоя при отработке подэтажами по простиранию и лав монтажного слоя определяется по формуле:

, (1.9)

где – проветриваемый объем при комбинированной системе разработки, м³;

– средняя площадь поперечного сечения поддерживаемого призабойного пространства, м³ ;

– длина очистного забоя, м.

Рисунок 1.2 – График для определения коэффициента

Для очистных выработок нижнего слоя при отработке столбами по падению:

, (1.10)

где – площадь поперечного сечения наклонно-поперечной канавы, м²;

– длина наклонно-поперечной канавы, м;

– число наклонно-поперечных канав;

– площадь поперечного сечения продольного прохода под гибким перекрытием, м²;

– длина продольного прохода, м.

1.5 Расчет по числу людей:

, (1.11)

где – необходимое количество воздуха на одного человека, м³/мин;

– наибольшее число людей, одновременно работающих в очистной выработке.

1.6 Проверка по скорости движения воздуха производится по следующим формулам.

По минимально допустимой скорости движения воздуха в очистной выработке:

, (1.12)

где – площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м². При механизированных крепях принимается согласно таблице 1.5, а при индивидуальной крепи рассчитывается по формуле (1.13);

– минимально допустимая скорость движения воздуха в очистной выработке, м/с, принимается согласно ПБ.

, (1.13)

где – коэффициент, учитывающий загроможденность призабойного пространства; принимается равным 0,9;

– мощность пласта, м;

По максимально допустимой скорости движения воздуха в очистной выработке:

, (1.14)

, (1.15)

где – максимальное количество воздуха, которое можно падать в очистную выработку, м³/мин;

– максимально допустимая скорость движения воздуха в очистной выработке, м/с; принимается согласно ПБ.

Таблица 1.5 – Таблица для определения площади поперечного сечения очистной выработки

Тип крепи (комплекса)	Вынимаемая мощность пласта (высота крепи), м	Площадь поперечного сечения призабойного пространства в свету, м2
МК-97	0,72 1,3	1,41 3,4
2МК-97	0,62 1,2	1,52 2,17
«Донбасс»	0,72 1,1	1,56 2,5
М-101Т	0,6 0,8	1,2 1,6
М-87Д и М-87Э	1,18 1,9	2,7 4,6
М-87м	1,0 1,2	2,3 2,7
1МКМ	1,5 1,75	3,0 3,8
ПМКЭ	1,7 2,2	2,9 4,4
Т-1 (комплекс ОМКТМ)	1,85 3,0	2,7 3,4
Т-13 (комплекс ОКП)	1,85 3,5	2,7 3,4
2М-81Э	2,0 3,2	3,54 6,32
Агрегат СА	1,5 2,0	2,2 3,1
Комплекс КТУ-2.М	2,6	2,3
Агрегат АМС	2,2	6,0
М-87ДН	1,25 1,95	2,5 4,6
2КГД	0,75 1,2	1,85 3,12
«Днепр-3»	0,85 1,3	1,04 1,89

Продолжение таблицы 1.5

Тип крепи (комплекса)	Вынимаемая мощность пласта (высота крепи), м	Площадь поперечного сечения призабойного пространства в свету, м2
МКТ	0,6 0,9	1,0 1,4
АЩК	1,4 2,2	1,8 3,2
Агрегат АНШ	0,7 1,1	1,05 2,32
Агрегат АГП	–	3,0
Агрегат АМСК	–	2,9
Комплекс КГСП	–	5,6
Комплекс KCHI	–	6,3

Площадь при механизированных крепях принимается по таблице 1.5, а при индивидуальной крепи рассчитывается по формуле:

,(1.16)

где – минимальная ширина призабойного пространства, м. Принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей.

По минимально допустимой скорости движения воздуха в промежуточных штреках с подсвежающими струями при последовательном проветривании лав:

, (1.17)

где – сумма площадей поперечных сечений промежуточных штреков, по которым подаются подсвежающие струи, м².

1.7 Проверка по производительности ВМП при последовательном проветривании подготовительных и очистных выработок производится по соблюдению условия:

, (1.18)

где – количество воздуха, которое необходимо подавать к всасу ВМП, м³/мин; определяется согласно п. 4.8.

1.8 Расчет по оптимальной по пылевому фактору скорости движения воздуха:

, (1.19)

где принимается по таблице 1.5.

1.9 Пример расчёта:

Ожидаемое метановыделение определяем на примере лавы № 3. Схема проветривания выемочного участка – прямоточная, с примыканием свежей и подсвежающей вентиляционных струй к целику, а исходящей – к выработанному пространству. Длина лавы 190 м. Ожидаемое метановыделение рассчитываем по фактическому. Фактическое метановыделение определяем по результатам замеров, выполненных в течение квартала.

При расчете фактического метановыделения в очистной выработке используем данные лабораторных анализов проб воздуха и результаты замеров концентрации метана переносными приборами; расчет фактического метановыделения на выемочном участке выполняем на основании данных лабораторных анализов и телеинформации, выдаваемой аппаратурой АГК.

Средняя добыча за прошедший квартал составила 1108 т/сут, планируемая добыча – 1150 т/сут.

Определяем фактическое метановыделение в очистной выработке.

Дебит метана в вентиляционном ходке в 10 м от забоя лавы^* при первом замере количества воздуха рассчитываем по формуле (10.5), м³/мин:

(* Здесь и далее под термином «лава» подразумевается выемочный участок.)

Аналогичным образом по данным остальных замеров количества воздуха рассчитаны следующие значения дебита метана: 5,80; 6,93; 5,93; 6,74; 5,74; 8,48; 9,69 м³/мин.

Средний за квартал дебит метана в вентиляционном ходке в 10 м от забоя лавы определяем, м³/мин:

,

Среднее фактическое метановыделение в очистной выработке определяем по формуле (10.1), м³/мин:

,

Ожидаемое среднее метановыделение в очистной выработке, рассчитанное по формуле (10.8), при =1, =1 и не изменяющейся длине лавы составляет, м³/мин:

,

Определяем фактическое метановыделение на выемочном участке.

Дебит метана в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе при первом замере количества воздуха рассчитываем по формуле (10.6), м³/мин:

По данным остальных замеров количества воздуха рассчитаны следующие значения дебита метана: 12,66; 12,71; 9,93; 11,43; 12,25; 10,25; 12,64; 13,91 м³/мин.

Средний за квартал дебит метана в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе определяем по формуле (10.4), м³/мин:

,

Среднее фактическое метановыделение на выемочном участке, согласно формуле (10.3), м³/мин:

,

Ожидаемое метановыделение на выемочном участке рассчитываем по формуле (10.9), м³/мин:

,

По остальным выемочным участкам приведены конечные результаты расчетов (таблица 1.6).

Таблица 1.6 – Результаты расчетов по остальным выемочным участкам

Номер лавы (выемочного участка)	Планируемая добыча, т/сут	Ожидаемое метановыделение, м3/мин
в очистной выработке	на выемочном участке
		3,02	4,29
		5,89	9,14
		7,2	12,03
		2,84
		5,00	6,69

НА ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ

Исходными данными для расчета максимально допустимой нагрузки являются: максимальное количество воздуха, которое можно подать в очистную выработку, , м³/мин; определяется по формуле (1.15); среднее метановыделение в очистной выработке и на выемочном участке , м³/мин; добыча , при которой определены и , т/сут; длина очистного забоя , для которого известны , , , м; длина очистного забоя , для которого рассчитывается максимально допустимая нагрузка, м.

Значения и определяются согласно указаниям, приведенным в разделе 11. Если расчет выполняется по фактическому метановыделению в очистной выработке и на участке то = , = , при этом и – фактические длина очистного забоя и добыча.

Для вновь вводимых очистных выработок в тех случаях, когда ожидаемое метановыделение определяется по природной метаноносности, следует задаться величиной скорости подвигания очистного забоя и рассчитать по формулам (10.18) и (10.19) соответствующие этой скорости значения и , а по формуле (3.1) – добычу, т/сут:

, (3.1)

где: – объемная масса угля, т/м³;

– скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

– коэффициент извлечения угля, доли единицы; принимается согласно проекту.

3.2. Максимально допустимая по газовому фактору нагрузка на очистной забой рассчитывается по формуле, т/сут:

, (3.2)

где: – коэффициент возможного увеличения добычи, определяемый при помощи номограмм (рисунок 3.1; 3.2; 3.3 и 3.4) по величинам , и ;

– количество воздуха, которое может быть использовано для разбавления выделяющегося в очистной выработке или на выемочном участке метана, м³/мин;

– метановыделение в очистной выработке или на выемочном участке, м³/мин.

При схемах проветривания без подсвежения исходящей из выемочного участка вентиляционной струи значения , и определяются но формулам:

а) если вентиляционный штрек примыкает к выработанному пространству,

при ; ; , (3.3)

при ; ; , (3.4)

Рисунок 3.1 – Номограмма для определения коэффициента возможного увеличения добычи в условиях Донецкого бассейна

Рисунок 3.2 – Номограмма для определения коэффициента возможного увеличения добычи в условиях Кузнецкого бассейна и Воркутинского месторождения Печорского бассейна

Рисунок 3.3 – Номограмма для определения коэффициента возможного увеличения добычи в условиях Карагандинского бассейна

Рисунок 3.4 – Номограмма для определения коэффициента возможного увеличения добычи в условиях Интинского и Юньягинского месторождений Печорского бассейна

б) если вентиляционный штрек примыкает к целику угля,

; (3.5)

При схеме проветривания, предусматривающей подсвежение исходящей из выемочного участка вентиляционной струи,

; (3.6)

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА

Примечание

1. ВМП, работающие последовательно на один трубопровод, следует рассматривать как один вентилятор.

2. ВМП считаются установленными в одном месте, если расстояние между ними не превышает 10 м; при расстоянии от ближайшего ВМП более 10 м вентилятор считается установленным отдельно.

4.7 При проведении параллельных выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии и при помощи ВМП, расчет количества воздуха для тупиковых частей выработок производится согласно пп. 4.2 – 4.7, а количество воздуха, подаваемое к всасу ВМП, должно соответствовать требованиям п. 4.8 и следующему условию, м³/мин:

, (4.16)

где – выделение метана в параллельной выработке от ее начала до места установки ВМП, м³/мин; определяется на основании замеров.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в устье параллельной выработки, рассчитывается по формуле, м³/мин:

, (4.17)

где – число перемычек от устья параллельной выработки до места установки ВМП;

– приведенные утечки воздуха; принимаются по таблице 4.7

– коэффициент приведения площади перемычки; определяется в зависимости от площади перемычки по графику (рисунок 4.3).

Таблица 4.7 – Определение приведенных утечек воздуха

Типы перемычек
Шлако и бутобетонные	1,05
Каменные	1,20
Шлакоблочные	1,40
Чураковые	1,75
Дощатые	2,45

Рисунок 4.3 – График для определения коэффициента приведения площади перемычки

Пример расчёта

Определим ожидаемое метановыделение в тупиковой части конвейерного штрека лавы № 2, опережающего очистной забой. Штрек проводится буровзрывным способом.

4.8.1 Ожидаемое метановыделение в тупиковую часть штрека определяем по фактическому. Для расчета последнего обрабатываем результаты замеров количества воздуха и анализов проб за квартал.

Количество газа, выделяющегося в выработку при отдельных замерах, определяем по формуле (10.38); при = 0.

м³/мин.,

По результатам остальных замеров рассчитаны следующие значения дебита метана: 0,42; 0,19; 0,38; 0,39; 0,19; 0,2; 0,21; 0,4.

По формуле (10.37) рассчитываем приведенное метановыделение. Время, прошедшее от начала проведения выработки, составляет 3 месяца и = 1,75. В данном случае для всех замеров одинаков, т.к. длина тупиковой части штрека не изменяется и равна трехмесячному подвиганию очистной выработки. Тогда:

м³/мин,

Ожидаемое метановыделение в тупиковую часть штрека определяем по формуле (10.45); при = 25 м/мес, = 35 м/мес, = 1.

м³/мин,

4.8.2 Максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю рассчитываем по природной метаноносности пласта при = 1,5 м.

Природную метаноносность пласта определяем по формуле (10.35); при = 1,8%; = 28%; = 26,3%; = 2,5 м³/т горючей массы (согласно графику, приведенному на рисунке 10.4), = 1.

м³/т,

По формуле (10.44):

м³/мин,

4.8.3 Произведем расчет количества воздуха.

По максимальному метановыделению в призабойном пространстве после взрывания по углю, согласно формуле (4.2), при = 11 м², = 8 м, = 0,8, = 2,0%.

<