В.А. Колмаков Расчет газообильности и расхода воздуха для проветривания выработок действующих угольных шахт
.pdfМинистерство образования Российской Федерации Кузбасский государственный технический университет Кафедра аэрологии, охраны труда и природы
Расчет газообильности и расхода воздуха для проветривания выработок действующих угольных шахт
Методические указания к практической работе по курсу "Вентиляция шахт" для студентов специально-
сти 090200 дневной и заочной форм обучения
Составитель В.А. Колмаков
Утверждены на заседании кафедры Протокол №3 от 27.10.2000
Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 090200 Протокол №1 от 16.11.2000
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ
Кемерово 2001
|
1 |
|
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ |
Jш.ф |
– общая фактическая абсолютная газообильность |
|
шахты, м3/мин; |
Jоч |
– абсолютное газовыделение из очистного забоя, м3/мин; |
Jст |
– абсолютное газовыделение из старых выработанных |
|
пространств, м3/мин; |
Jв |
– абсолютное газовыделение из обособленно проветриваемых |
|
выработок, м3/мин; |
lоч.р, lоч |
– соответственно длина очистной выработки, для которой |
|
рассчитывается ожидаемое метановыделение и длина |
|
очистной выработки, для которой определяется |
|
фактическое, м3/мин; |
Ар, А |
– оответственно планируемая добыча угля и средняя, |
|
при которой определялось фактическое газовыделение, т; |
Kс.р, Kн.о |
– соответственно коэффициенты, учитывающие изменение |
|
систем разработки (0,6–0,8) и изменение газообильности |
|
с глубиной (0,5–0,7); |
Jоч.ф |
– газовыделение очистной выработки, м3/мин; |
Jо |
– газовыделение, поступающее в очистную |
|
выработку, м3/мин; |
Ji |
– средняя газообильность в пункте замера, м3/мин; |
n |
– число наблюдений; |
Qi |
– расход воздуха в пункте замера, м3/мин; |
Сai, Cni |
– соответственно концентрация газа по данным лабораторного |
|
анализа и переносных приборов, %; |
nл, nп |
– число определений лабораторными и переносными |
|
приборами; |
Со |
– концентрация газа во входящей струе, %; |
Qi |
– расход воздуха при отдельных замерах, м3/мин; |
Jn |
– ожидаемая метанообильность всей подготовительной |
|
выработки, м3/мин.; |
Jз.п |
– ожидаемое метановыделение на призабойном участке, |
|
м3/мин; |
Jс |
– ожидаемое метановыделение с обнаженных поверхностей |
|
пласта на основной длине выработки, м3/мин; |
Jпр.ф
Vп.р
Vп
Kт
К”н
Jni
Qni
С, Со
Qо.в
Jобщ
Jисх
Qисх
2
–приведенное метановыделение в действующей подготовительной выработке (соответствует
метановыделению в выработке через 1 мес. после начала ее проведения), м3/мин;
–планируемая скорость проведения выработки, для которой рассчитывается ожидаемое метановыделение, м/мес.;
–средняя скорость проведения действующей выработки, для которой определено Jз.п, м/мес.;
–коэффициент, зависящий от времени Т, прошедшего от начала проведения до момента определения газообильности (0,4–2);
–коэффициент, учитывающий изменение газообильности с глубиной (0,8–1);
–фактическое метановыделение при отдельных замерах, м3/мин;
–расход воздуха в вентиляционной выработке в 10–15 от ее устья, м3/мин;
–концентрация метана соответственно в исходящей струе из выработки и в поступающей струе, %;
–расход воздуха обособленно проветриваемой выработки, м3/мин.;
–общая газообильность вентиляционного участка, м3/мин.;
–газообильность исходящей струи к вентилятору, м3/мин.;
–исходящая струя воздуха из шахты, м3/мин.;
С– средняя концентрация газа в исходящей струе из шахты
|
за период замеров, %; |
Qш |
– расход воздуха для проветривания шахты, м3/мин.; |
Qуч, Qn, |
|
Qк, Qпв, |
– соответственно расход воздуха для проветривания |
Qут |
|
|
выемочных участков, обособленно проветриваемых |
|
подготовительных выработок, камер, обособленно |
|
проветриваемых выработок, утечек через вентиляционные |
|
сооружения за пределами выемочных участков, м3/мин; |
Kн |
– коэффициент неравномерности газовыделения (1,3–3,4); |
Kо.з |
– коэффициент, учитывающий движение воздуха по части |
|
выработанного пространства, прилежащего |
|
к призабойному (1,05–1,3); |
|
3 |
Kд |
– коэффициент доставки воздуха участка (1,05–4,8); |
Т |
– время проветривания выработки, мин; |
В– количество одновременно взрываемого ВВ, кг;
Vоч
S
Vmin
Кэф
Qоч Кн.п
Кп.в.
Кс.т
Uк. Ni
Кзг.i
t0
Еi.
na nб
Qут.н.
h
кпер.
Jв.у.
–проветриваемый объем очистной выработки, м3;
–сечение выработки, м2;
–минимально допустимая скорость движения воздуха,м/с;
–требуемый коэффициент удаления газа дегазацией или вентиляцией;
–расход воздуха очистного забоя, м3/мин;
–коэффициент неравномерности газовыделения
вподготовительной выработке (1,1; 2,4; 3,3);
–коэффициент неравномерности газовыделения
вподдерживаемой выработке (1,4 – 3,3);
–коэффициент неравномерности газовыделения из старых выработанных пространств (1,4 – 3,3);
–объем склада ВМ, м3;
–мощность электроустановки;
–коэффициент загрузки в течение суток;
–температура воздуха, поступающего в камеру в наиболее теплый месяц года, град.;
–емкость батареи;
–число аккумуляторов в батарее;
–число батарей;
–норма утечек воздуха через подземные вентиляционные сооружения, м3/мин., м2 (7 – 75);
–фактический перепад давления, даПа;
–коэффициент, зависящий от числа перемычек (0,76; 0,66; 0,57);
–газообильность вентиляционного участка, м3/мин.
4
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться рассчитывать абсолютную газообильность и расход воздуха для проветривания выработок действующих угольных шахт.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Расчет расхода воздуха для проветривания действующих угольных шахт производится в соответствии с “Инструкцией по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт”, М.: Недра, 1975.
Основными исходными материалами для расчета расхода воздуха являются: планы развития горных работ, схема вентиляции шахты, результаты замеров расхода воздуха и концентрации газов в горных выработках.
Расчету расхода воздуха для действующих шахт, как и для проектируемых, должен предшествовать расчет газообильности.
2.1 Расчет газообильности выработок действующих шахт
Абсолютная газообильность действующих шахт складывается из суммы абсолютных газообильностей шахтопластов
Jш = Σ Jшп , |
(1) |
Абсолютная газообильность каждого шахтопласта складывается из газообильностей вентиляционных участков
Σ Jшп = Σ Jв. у. , |
(2) |
Абсолютная газообильность вентиляционного участка складывается из газообильностей очистных или выемочных участков, подготовительных, обособленно проветриваемых выработок и старых выработанных пространств вентиляционного участка
Σ Jв. у. = Σ Jоч + Σ Jn + Σ Jо.в. + Σ Jст , |
(3) |
2.2 Определение газообильности очистных выработок
Расчет ожидаемого среднего метановыделения из очистной выработки производят по формуле
5
|
|
l |
оч. р |
|
|
|
|
||
Jоч = |
Jоч.ф. |
|
|
|
lоч. |
||||
|
|
0,4 |
|
A |
р |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
Kс. р Kн.о , |
(4) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||
|
|
A |
|
|
Среднее фактическое газовыделение очистной выработки без учета газа, поступающего со входящей струей, равно:
Jоч.ф. = Jоч.ф. − J0 , |
(5) |
Средний фактический дебит газа очистного забоя при наблюдениях в течении нескольких суток рассчитывается по формуле
J |
' |
= |
Σ |
Ji |
, |
(6) |
оч.ф. |
|
n |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Средний фактический дебит газа очистного забоя при одном наблюдении за сутки (не менее 10 замеров концентрации газа и один – расхода воздуха) рассчитывается по формуле
|
|
3 Σ Cлi + Σ Cni |
Ji = |
|
|
|
||
0,01 Qi |
3 nл + ni |
|
|
|
, (7)
Дебит газа, поступающего в очистную выработку, определяется по формуле
J0 |
= 0,01 |
C0 Σ Qуч.i |
, |
(8) |
|
n |
|||||
|
|
2.3. Определение газообильности подготовительных вырабо-
ток
Ожидаемое метановыделение во всю подготовительную выработку по фактическому метановыделению определяется по формуле
J |
|
= J |
|
|
Vп. р. |
K |
|
K " |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
n |
|
пр.ф. |
|
Vп |
Т |
Н , |
(9) |
Приведенное фактическое метановыделение определяется по формуле
Jпр.ф. = |
1 |
Σ |
Jni |
, |
(10) |
|
n |
KТi |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
Фактическое газовыделение в подготовительную выработку опре- |
||||||
деляется по формуле |
|
|
|
|||
Jni = 0,01 Qni |
(C − C0) , |
|
(11) |
|||
Ожидаемое метановыделение на призабойном участке подготови- |
||||||
тельной выработке определяется по формуле |
|
|||||
J з.п. = |
4,4 |
Jпр.ф |
Vп. р |
KН" |
, |
(12) |
|
Vn |
|
||||
Ожидаемое метановыделение с обнаженных поверхностей пласта |
||||||
на основной длине выработки определяется как разность |
|
|||||
Jc. = Jn − J з.п. , |
|
|
|
(13) |
2.4. Определение метановыделения из обособленно проветриваемых выработок
Расчет метановыделения из обособленно проветриваемых выработок производится по фактической метанообильности
Jо.в. = Σ Jо.в.i , |
(14) |
2.5. Определение метанообильности вентиляционного участка
Под вентиляционным участком понимается выемочное поле, включающее: очистные, подготовительные забои, оконтуривающие их выработки, обособленно проветриваемые и погашаемые выработки, ходки, уклоны, бремсберги с примыкающими к ним старыми выработанными пространствами, образующие в совокупности схему вентиляционных соединений, ограниченную точками разделения и слияния струй с общешахтными.
Метановыделение из вентиляционных участков рассчитывается по формуле
Jв. у. = Σ Jв. у.i , |
|
|
|
|
(16) |
|
Метановыделение отдельного выемочного участка рассчитывается |
||||||
по формуле |
|
(C − |
C0) |
|
|
|
Jв. у.i = |
0,01 Qв. у.i |
|
||||
|
n |
|
, |
(17) |
||
|
|
|
7
2.6. Определение метановыделения из старых выработанных пространств
Определение метановыделения из старых выработанных про-
странств производится по формуле |
|
Jст = Jв. у. − (Jоч. + Jn + Jо.в.) , |
(18) |
2.7. Определение газообильности шахты
Газообильность шахты может определяться и как сумма газообильностей, исходящих из шахты вентиляционных струй к вентиляторам
Jш |
= Σ |
Jисх. , |
|
|
|
|
|
(19) |
|||
|
|
Газообильность каждой вентиляционной струи, исходящей из |
|||||||||
шахты, определяется по формуле |
|
|
|
||||||||
J |
в. |
= |
Σ 0,01 Qисх.i |
(C − |
C |
0 |
) |
, |
(20) |
||
|
|||||||||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
||||
|
|
Средняя концентрация газа в исходящей струе определяется по |
|||||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
||||
__ |
|
|
Σ |
CЛ |
|
|
|
|
|
|
|
С = |
|
|
, |
|
|
|
|
|
(21) |
||
|
nЛ |
|
|
|
|
|
8
3. Расчет расхода воздуха для проветривания действующих угольных шахт
Общий расход воздуха, необходимого для проветривания действующей шахты, определяется по формуле
Qш = 1,1 (Σ Qуч. + Σ Qn + Σ Qк + Σ Qп.в. + Σ Qут. ), |
(22) |
3.1. Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка
Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка производится по формуле
Qуч. = Qоч. кg , |
(23) |
Расчет воздуха для проветривания очистных забоев производится по следующим факторам: метану, углекислому газу, газам ВВ, людям и проверяется по скорости движения воздуха и пыли.
Расчет расхода воздуха по метану (углекислому газу)
Qоч. |
= |
100 Jоч. кН |
, |
(24) |
||
(С − |
С0) ко.з. |
|
||||
|
По газам ВВ для лав |
|
||||
Q |
= 34 |
В V |
|
|
||
оч. |
|
Т |
оч. |
, |
(25) |
|
|
По людям |
|
|
|||
Qоч. |
= 6 nч , |
|
|
|
(26) |
|
|
По пыли |
|
|
|||
Qоч. |
= 96 S , |
|
(27) |
|||
|
Проверка по минимальной скорости |
|
||||
Qоч.min ≥ 60 S Umin , |
|
(28) |
||||
|
Проверка по максимальной скорости движения воздуха |
|
||||
Qоч.max = 60 S Umax , |
|
(29) |
Если Qоч>Qоч.max , то определяется требуемый коэффициент удаления газа дегазацией или вентиляцией
|
|
|
9 |
|
Kэф. = |
Qоч. − Qоч.max |
, |
(30) |
|
Qоч. |
||||
|
С учетом полученного коэффициента определяется максимально допустимый расход воздуха
Qоч. (1− Kэф. ) = Qоч.max , |
(31) |
3.2. Расчет расхода воздуха для проветривания всей подготовительной выработки
Расчет расхода воздуха для проветривания всей подготовительной выработки производится по формуле
Qn = |
100 Jn KН .П. |
, |
(32) |
|
С − С0 |
||||
|
3.3. Расчет расхода воздуха для проветривания призабойного пространства
Расчет расхода воздуха для проветривания призабойного пространства при любых способах проходки выработки
Qз.п. = |
100 J з.п. |
, |
|
|
|||
|
С |
− С0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
3.4. Расчет воздуха для проветривания камер |
||||||
|
Для склада взрывчатых материалов |
||||||
Qк = 0,07 Uк , |
|
|
|
||||
|
Для электромашинных камер |
||||||
Qк = |
|
50 Ni (1− η |
i ) Kэгi |
|
|||
|
|
|
26 − |
t0 |
, |
||
|
|
|
|
(33)
(34)
(35)
Для зарядных камер