Для подготовительных выработок

Количество воздуха, необходимое для проветривания подготовительных выработок, должно рассчитываться по выделению метана или углекислого газа, по газам, образующимся при взрывных работах, числу людей и должно проверяться по допустимой скорости движения воздуха. Окончательно принимается наибольший результат.

Для выработок протяженностью до 300 м расчет выполняется сразу для максимальной длины выработки. Для выработок большей протяженности допускается расчет на отдельные периоды для промежуточных значений длины 300, 600, 900 м и т, д., включая максимальную длину.

4.1 Расчет по выделению метана (углекислого газа) производится следующим образом.

4.1.1 При проведении выработок при помощи комбайнов, отбойных молотков или выбуривания пласта, м³/мин:

, (4.1)

где: – количество воздуха, которое необходимо подавать в призабойное пространство подготовительной выработки, м³/мин;

– ожидаемое выделение метана на призабойном участке выработки, м³/мин; определяется согласно п. 10.15;

– допустимая концентрация метана в исходящей из подготовительной выработки вентиляционной струе, %; принимается согласно ПБ;

– концентрация метана в струе воздуха, поступающей в подготовительную выработку, %; определяется по результатам замеров.

4.1.2 При взрывном способе выемки угля (для шахт, опасных по газу), м³/мин:

, (4.2)

где – площадь поперечного сечения выработки в свету на призабойном участке, м²;

– расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя выработки; принимается равным 8 м;

– коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1,0 для выработок с площадью поперечного сечения до 10 м² и 0,8 для выработок с площадью поперечного сечения более 10 м²;

– максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, м³/мин; определяется согласно п. 10.16;

– допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания по углю, %; принимается равной 2% для пластов, опасных по пыли, и 3% для пластов, не опасных по пыли.

Для формулы (4.2) построена номограмма (рисунок 4.1). При использовании номограммы предварительно следует рассчитать значение , м³.

Рисунок 4.1 – Номограмма для определения количества воздуха для призабойного пространства подготовительной выработки по максимальному метановыделению при взрывном способе выемки угля

4.1.3 Количество воздуха для проветривания всей подготовительной выработки при любых способах проведения определяется по формуле, м³/мин:

, (4.3)

где – среднее ожидаемое газовыделение в подготовительной выработке, м³/мин; определяется согласно п.п. 10.17 и 10.18;

– коэффициент неравномерности газовыделения в подготовительной выработке; принимается равным 1,1, а в условиях Подмосковного бассейна – 2,4 для выработок, проводимых в угольном массиве, и 3,3 для выработок, проводимых вприсечку к выработанному пространству;

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

– концентрация газа в струе воздуха, поступающей в подготовительную выработку, %; определяется по результатам замеров. Для шахт Подмосковного бассейна при обособленном проветривании подготовительных выработок вместо следует принимать концентрацию углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты.

4.2 Расчет по газам, образующимся при взрывных работах, м³/мин:

, (4.4)

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

– количество одновременно взрываемых ВВ, кг;

– газовость ВВ, л/кг; принимается равной 100 л/кг при взрывании по углю и 40 л/кг при взрывании по породе;

– средняя площадь поперечного сечения тупиковой, части подготовительной выработки в свету, м²; для выработок переменного сечения определяется по формуле, м²:

, (4.5)

где – площади поперечных сечении отдельных участков выработки, м²;

– длины этих участков, м;

– длина тупиковой части выработки, м; для выработок большой протяженности вместо подставляется критическая длина , определяемая согласно п. 4.2.1;

– коэффициент, учитывающий обводнённость выработки; принимается по таблице 4.1;

– коэффициент утечек воздуха в вентиляционных трубах; определяется согласно п. 4.5.

Таблица 4.1 – Определение коэффициента, учитывающего обводненность выработок

Характеристика выработок
Стволы сухие (приток до 1 м3/ч) и обводненные глубиной более 200 м. Горизонтальные и наклонные выработки проводятся по сухим породам	0,8
Стволы обводненные (притоком до 6 м3/ч) глубиной более 200 м. Горизонтальные и наклонные выработки частично проводятся по водоносным породам (влажные выработки)	0,6
Стволы обводненные (приток от 6 до 15 м3/ч), капеж в виде дождя. Горизонтальные и наклонные выработки на всю длину проводятся по водоносным породам или с применением водяных завес (обводненные выработки)	0,3
Стволы обводненные (притоком более 15 м3/ч); капеж в виде ливня	0,15

При ведении взрывных работ в несколько приемов расчет должен производиться для взрывания, при котором образуется наибольшее количество ядовитых газов.

Для формулы (4.4) построена номограмма (рисунок 4.2). При использовании номограммы предварительно следует рассчитать количество ядовитых газов , л, и объем тупиковой части выработки , м³.

4.2.1. Критическая длина выработки определяется по формуле, м:

, (4.6)

где – коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по таблице 4.2 в зависимости от величины ;

– расстояние от конца вентиляционных труб до забоя выработки, м; принимается согласно ПБ;

– приведенный диаметр вентиляционных труб, м; при расположении вентиляционных труб в углу выработки равен , а при расположении у стенки, посредине высоты или ширины выработки равен ;

– действительный диаметр вентиляционных труб, м.

Рисунок 4.2 – Номограмма для определения количества воздуха для призабойного пространства подготовительной выработки по ядовитым газам, образующимся при взрывных работах

Таблица 4.2 – Определение коэффициента турбулентной диффузии полной свободной струи

3,22	0,247	7,72	0,460
3,57	0,262	9,60	0,529
3,93	0,276	12,10	0,600
4,28	0,287	15,80	0,672
4,80	0,300	21,85	0,744
5,40	0,335	30,80	0,810
6,35	0,395	48,10	0,873

4.3 Расчет по числу людей, м³/мин:

, (4.7)

где: – наибольшее число людей, одновременно работающих в подготовительной выработке.

4.4 Проверка по скорости движения воздуха производится по следующим факторам.

4.4.1 По скорости движения воздуха в призабойном пространстве подготовительной выработки, м³/мин:

, (4.8)

где: – минимально допустимая скорость движения воздуха в призабойном пространстве подготовительной выработки, м/с; принимается согласно ПБ в зависимости от температуры воздуха.

4.4.2 По средней скорости движения воздуха в выработке, м³/мин:

, (4.9)

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

4.5 Значения коэффициента утечек воздуха для гибких вентиляционных труб диаметром 400 – 600 мм при длине звеньев 20 м принимаются по таблице 4.3, а при увеличении числа стыков за счет применения 5- и 10-метровых звеньев и фасонных частей – по таблице 4.4.

Таблица 4.3 – Определение коэффициента утечек воздуха для гибких вентиляционных труб диаметром 400 – 600 мм, при длине звеньев 20 м

Длина трубопровода, м		Длина трубопровода, м
	1,04		1,35
	1,07		1,39
	1,11		1,43
	1,14		1,54
	1,16		1,76
	1,19		2,09
	1,25		2,63
	1,30

Таблица 4.4 – Определение коэффициента утечек воздуха для гибких вентиляционных труб диаметром 400 – 600 мм, при длине звеньев 5- и 10-метровых звеньев и фасонных частей

Общее число стыков в трубопроводе		Общее число стыков в трубопроводе
до 4	1,04	18 – 20	1,23
	1,05	21 – 25	1,30
6 – 8	1,07	26 – 35	1,33
9 – 11	1,11	36 – 45	1,43
12 – 14	1,15	46 – 55	1,54
15 – 17	1,19

Значение коэффициента утечек воздуха для гибких вентиляционных труб диаметром 700 – 1000 мм при длине звена 10 м принимаются по таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Определение коэффициента утечек воздуха для гибких вентиляционных труб диаметром 700 – 1000 мм, при длине звена 10 м

Длина трубопровода, м		Длина трубопровода, м
	1,07		2,27
	1,13		2,63
	1,22		3,23
	1,32		4,00
	1,41		4,75
	1,54		6,25
	1,72		7,15
	1,96

Коэффициент утечек воздуха для металлических трубопроводов определяется но формуле:

, (4.10)

где – удельный стыковой коэффициент воздухопроницаемости условного трубопровода диаметром 1 м; для фланцевых соединений с резиновыми прокладками принимается равным 0,002 – 0,005 при удовлетворительном качестве сборки и 0,001 при хорошем;

– длина трубопровода, м;

– длина звена, м;

– аэродинамическое сопротивление трубопровода без учета утечек, км:

, (4.11)

где – коэффициент аэродинамического сопротивления трубопровода; принимается по таблице 4.6.

Таблица 4.6 – Определение коэффициента аэродинамического сопротивления трубопровода

, м		, м
0,4	3,6	0,8	2,9
0,5	3,5	0,9	2,8
0,6	3,0	1,0	2,5
0,7	3,0

Примечание.Для старых труб коэффициент следует увеличивать на 25%.

4.6 Расчет производительности ВМП, м³/мин:

, (4.12)

при этом должно выполняться условие, м³/мин:

, (4.13)

где – производительность ВМП, м³/мин;

– коэффициент утечек воздуха в вентиляционных трубах на участке от ВМП до устья подготовительной выработки; при установке ВМП не далее 50 м от устья принимается равным 1, а при больших расстояниях определяется по таблице 4.3; 4.4; 4.5 или формуле (4.10).

4.7 Количество воздуха, поступающее к всасу ВМП, должно удовлетворять следующим условиям:

для любого отдельно установленного ВМП, м³/мин:

, (4.14)

для любой группы ВМП, работающих на разные трубопроводы и установленных в одном месте:

, м³/мин (4.15)

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%.

м³/мин,

Количество воздуха, необходимое для разбавления ядовитых газов при взрывных работах, определяем по формуле (4.4) для следующих условий: = 75 м, небольшое количество ядовитых газов выделяется при взрывании по породе, = 14 кг, = 40 л/кг, = 30 мин, = 0,8, трубопровод собран из гибких вентиляционных труб диаметром 800 мм с длиной звеньев 10 м, общая длина трубопровода 100 м и = 1,07. Тогда:

м³/мин,

Расчет по числу людей выполняем по формуле (4.7); при = 5.

м³/мин.

Производим проверку по скорости движения воздуха по формулам (4.8) и (4.9); при температуре воздуха в призабойном пространстве +24°С, относительной влажности 85 %, = 0,5 м/с, = 0,25 м/с.

м³/мин;

м³/мин.

Принимаем м³/мин.

Производительность ВМП определяем по формуле (4.12):

м³/мин.

Проверяем производительность ВМП по условию (4.13), предварительно определив по формуле (4.3) , при = 1,1:

м³/мин,

м³/мин > м³/мин.

Принимаем м³/мин.

Количество воздуха, которое необходимо подавать к всасу ВМП, определяем по формуле (4.14):

м³/мин.

По остальным подготовительным выработкам приведены окончательные результаты расчетов (таблица 4.8).

Таблица 4.8 – Результаты расчетов по остальным подготовительным выработкам

Выработка	количество воздуха, подаваемое в призабойное пространство, м3/мин	производительность ВМП, м3/мин	минимальное количество воздуха, которое необходимо подавать к всасу ВМП, м3/мин
конвейерный штрек лавы №2
западный полевой откаточный штрек гор.I
восточный полевой вентиляционный штрек гор.I
восточный бремсберг
конвейерный штрек №12

Из выработок, перечисленных в таблице 4.8, последовательно проветривается только конвейерный штрек лавы №2. Поэтому при определении суммарного количества воздуха для обособленного проветривания подготовительных выработок учитываем четыре выработки. В соответствии со схемой вентиляции (см. рисунок) расход воздуха для проветривания западного откаточного и восточного вентиляционного полевых штреков гор. I, а также восточного бремсберга определяется минимальным количеством воздуха, которое необходимо подавать к всасу ВМП. Расход воздуха для проветривания конвейерного штрека №12 равен производительности ВМП. Поэтому суммарное количество воздуха для обособленного проветривания подготовительных выработок, проводимых за пределами выемочных участков, равно:

м³/мин.