Расчет проветривания подземной горной выработки

РАЗРАБОТКА ПАСПОРТА ПРОВЕТРИВАНИЯ

Исходные данные

1. Протяженность выработки – 900м

2. Площадь поперечного сечения вчерне – 7,5м²

1. Выбор схемы проветривания

Основной задачей проветривания тупиковых выработок является поддерживание установленных Правилами безопасности параметров рудничной атмосферы. Исходя из горнотехнических и горно-геологических условий данной штольни, наиболее приемлемым будет является комбинированный способ проветривания (выработка не опасна по газу и пыли). Комбинированный способ проветривания рекомендуется Правилами безопасности как основной. Его используют в выработках протяжённостью более 300 м. Комбинированный способ проветривания тупиковых выработок представляет собой сочетание нагнетательного и всасывающего способов. Он позволяет до максимума сократить время удаления газов и особенно целесообразен для проветривания протяжённых выработок большой площадью сечения, а также при скоростных проходках.

Основным недостатком этого способа в обычных условиях является наличие двух вентиляторных установок. Необходимость регулирования режимов их работы и увеличение эксплуатационных затрат.

Учитывая то, что заданная горная выработка имеет большую протяжённость (900м), площадь поперечного сечения – 7,5 м², и неопасна по газу и пыли, принимаем комбинированный способ проветривания. При его использовании по всей длине трубопровода прокладывается только всасывающий трубопровод, а в призабойной части выработки – трубопровод, по которому в рабочую зону подается воздух из незагрязненной части выработки.

Нагнетательный вентилятор устанавливается в штреке и должен располагаться от забоя выработки на расстоянии не менее длины зоны отброса газов L_з.о..

Найдём длину зоны отброса газов по формуле:

Где - количество одновременно взрываемого ВВ, кг (40 кг);

- площадь поперечного сечения выработки в свету, м² (7,5 м²);

- подвигание забоя за один цикл, м (1,2 м);

- плотность горной породы, кг/м³ (2700 кг/м³).

Тогда L_З.О. = 90м

По Правилам безопасности отставание трубопровода от забоя допускается в горизонтальной выработке не более чем на 10 м. Исходя из этого, длина нагнетательного трубопровода будет равна. L_Н.Т. = 90 – 10 = 80м

Всасывающий вентилятор монтируется в устье проектируемой штольни. Принимаем длину всасывающего трубопровода 900 м, так как всасывающий трубопровод устанавливается на расстоянии не менее 18÷20 м от забоя, а всасывающий вентилятор должен располагаться не ближе чем в 10 м от устья выработки во избежание подсасывания загрязнённого воздуха.

2. Расчёт подачи свежего воздуха для разжижения вредных газов от взрывных работ при комбинированном способе проветривания

Количество воздуха необходимого для проветривания (подаваемое в забой), исходя из разбавления газов после взрывных работ по сухим породам, по формуле В.И. Воронина для нагнетательного вентилятора:

Q_З = 2,3 * (А*S²*L² _З.О. * b_Ф)^1/3/t = 2,3*(40*7,5² * 90² *40)^1/3/1800 = 1,15 м³/с

- длина зоны отброса газов при взрыве, равная 90 м;

- фактическая величина газовости ВВ, т.е. объём условной окиси углерода, выделяемой при взрыве 1 кг ВВ, л/кг (40 л/кг);

- продолжительность проветривания, мин (в соответствии с ПБ , ).

А- масса ВВ, взрываемого в одном цикле проходки;

- площадь поперечного сечения выработки в свету.

3. Количество воздуха, удаляемого из забоя всасывающим вентилятором при отсутствие перемычки на границе зоны отброса газов

Q_З.ВС = 1,3*Q_З = 1,3*1,15 = 1,5 м³/сек = 90 м³/мин

4. Определим количество воздуха исходя из минимальной скорости движения воздуха

Q_З = 0,3*60*S_СВ = 0,3*60*7,5 =135 м³/мин = 2,25 м³/сек

5. Количество воздуха по числу людей одновременно работающих в забое

Если в выработке не ведутся работы, связанные с пылеобразованием и отсутствуют другие вредные вещества, подача воздуха должна составлять не менее 6 м³/мин на каждого человека, считая по наибольшему числу людей в выработке:

,

- количество людей в забое

Таким образом, для дальнейших расчётов принимаем количество воздуха на забой, исходя из условия минимальной скорости движения воздуха

Q_З = 2,25 м³/сек

Количество воздуха, удаляемого из забоя всасывающим вентилятором, при отсутствии перемычки на границе зоны отброса газов (во избежание рециркуляции воздуха):

Q_З.ВС = 1,3*Q_З = 1,3*2,25 = 2,92 м³/сек = 175,2 м³/мин

6. Выбор типа и диаметра вентиляционного трубопровода

Тип вентиляционных труб должен соответствовать площади поперечного сечения и длине выработки. Диаметр вентиляционных труб выбирается из расчёта, чтобы скорость движения воздушной струи по трубопроводу не превышала 20 м/с. Для нагнетательного вентилятора принимаем текстовинитовые гибкие вентиляционные трубы. Их главное достоинство – небольшая масса и невысокое аэродинамическое сопротивление.

Принимаем для нагнетательного вентилятора трубы из прорезиненной ткани (тип МУ) диаметром 0,4 м. У гибкого трубопровода в один из швов вмонтированы специальные крючки, с помощью которых он подвешивается к протянутому вдоль выработки тросу.

Техническая характеристика гибких труб

Для всасывающего вентилятора принимаем металлические вентиляционные трубы. Учитывая длину всасывающего трубопровода, для приведения аэродинамического сопротивления в оптимальный предел значений принимаем диаметр всасывающего трубопровода равным 0,6 м.

Расстояние от конца нагнетательного трубопровода до забоя должно быть не более 10м

Расстояние от конца всасывающего трубопровода принимаем: 20м

Техническая характеристика металлических труб

Для стыковки гибких труб друг с другом в их концы вмонтированы стальные разрезные пружинящие кольца. Для соединения соседних звеньев пружинное кольцо одного звена сжимают и вводят внутрь другого. При включении вентилятора стык самоуплотняется.

7. Расчёт аэродинамических параметров трубопроводов

Проветривание проектируемой горной выработки при её проведении осуществляется с помощью вентиляторов местного проветривания.

Аэродинамическими параметрами трубопровода являются аэродинамическое сопротивление, воздухопроницаемость и депрессия. По трубам воздух движется за счет разности давлений у их концов, которая затрачивается на преодоление сопротивлений, оказываемых ими. Аэродинамическое сопротивление трубопровода при любой форме его сечения определяется по формуле:

где

- коэффициент аэродинамического сопротивления,;

- длина трубопровода, м;

- диаметр трубопровода, м.

Найдём аэродинамическое сопротивление трубопровода:

- для всасывающего вентилятора:

R_Т1 = 225

Где - коэффициент аэродинамического сопротивления;

- диаметр вентиляционной трубы для всасывающего вентилятора.

- для нагнетательного вентилятора:

R_Т2 = 127

- коэффициент аэродинамического сопротивления;

- диаметр вентиляционной трубы для нагнетательного вентилятора.

Найдём воздухопроницаемость трубопроводов:

- коэффициент подсосов для всасывающего трубопровода:

к_у = (0,1* к_п *d_т *[L_Т*R^1/2]/l + 1)² = (0,1*0,002*0,6*[900*225^1/2]/4 + 1)² = 1,97

- коэффициент, характеризующий плотность соединения звеньев трубопровода (при хорошем качестве сборки).

- длина одной трубы, м;

L_Т = 900- длина всасывающего трубопровода, м;

- диаметр труб, м;

R_Т1=225 - аэродинамическое сопротивление всасывающего трубопровода ;

- коэффициент утечек для нагнетательного трубопровода:

к_у = (0,1* к_п *d_т *[L_Т*R^1/2]/l + 1)² = (0,1*0,0016*0,4*[80*127^1/2]/10 + 1)² = 1,01

- коэффициент, характеризующий плотность соединения звеньев трубопровода.

- длина одной трубы, м;

L_Т = 80- длина нагнетательного трубопровода, м;

- диаметр труб, м;

R_Т2=127 - аэродинамическое сопротивление нагнетательного трубопровода ;

Депрессия вентиляционных трубопроводов:

Общая депрессия, которую должен преодолеть вентилятор:

Где - статическая депрессия, Па;

- депрессия за счёт местных сопротивлений (уменьшение диаметра, повороты трубопровода), Па;

- динамическая депрессия, Па.

Под депрессией вентиляционного трубопровода понимаются потери напора.

Статическая депрессия трубопровода (статистический напор вентиляторов):

Где - коэффициент воздухопроницаемости трубопровода;

- необходимая подача свежего воздуха, м³/с.

- аэродинамическое сопротивление трубопровода.

Депрессия вентилятора, необходимая для преодоления сопротивления трубопровода определяется по формуле:

- для всасывающего трубопровода

h_вс ^ст = 1,97*2,92² *225 = 3780 Па

- для нагнетательного трубопровода

h_Н ^ст = 1,01*2,25² *127 = 649 Па

Депрессия на преодоление местных сопротивлений в гибком трубопроводе – зависит от степени турбулентности воздушного потока и количества стыков между отдельными звеньями:

Где - число стыков по всей длине трубопровода;

- коэффициент местного сопротивления одного стыка;

- скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с;

- плотность воздуха, кг/м³.

Приближённо депрессия на преодоление местных сопротивлений в гибком трубопроводе может приниматься равной 20% от статической депрессии:

h_М = 0,2* h_Н ^ст = 0,2*649 = 130 Па

В металлическом трубопроводе депрессия на преодоление сопротивлений на стыках невелика, и ею можно пренебречь.

Динамическая депрессия гибких трубопроводов:

Где - средняя скорость движения воздуха в трубопроводе на прямолинейном участке; V = 4Q/p*d²

- плотность воздуха, кг/м³.

- для всасывающего трубопровода:

h_д = 10,3² * 1,222/2 = 65 Па

- для нагнетательного трубопровода:

h_д = 17,9² * 1,222/2 = 196 Па

Теперь подсчитаем общую депрессию для всасывающего и нагнетательного трубопровода:

- для всасывающего трубопровода:

h_Т.ВС = 3780 +65 = 3845 Па

- для нагнетательного трубопровода:

h_Т.Н = 649 + 130 + 196 = 975 Па

Необходимая производительность вентиляторов:

- для всасывающего трубопровода

Q_ВС = К_У*Q_З.ВС = 1,97*2,92 = 5,6 м³/сек = 336 м³/мин

К_У - коэффициент воздухопроницаемости всасывающего трубопровода;

Q_З.ВС - наибольшая расход воздуха в забой, с учётом различных факторов.

- для нагнетательного трубопровода

Q_Н = К_У*Q_З = 1,01*2,25 = 2,27 м³/сек = 136,2 м³/мин

К_У-коэффициент воздухопроницаемости нагнетательного трубопровода;

Q_З - наибольшая подача воздуха в забой, с учётом различных факторов.

8. Выбор типа вентиляторов

Производительность вентиляторов определяем с учётом количества воздуха, необходимого для проветривания выработок, и коэффициента воздухопроницаемости.

Выбор типа нагнетательного вентилятора

2 – характеристики вентилятора ВМ-4М Нагнетательный вентилятор располагается не ближе 90 метров от забоя проектируемой штольни. Длина нагнетательного трубопровода 80 метров.

Депрессия нагнетательного трубопровода 975 Па.

Необходимая производительность вентилятора 136,2 м³/мин. Поэтому принимаем осевой вентилятор местного проветривания с электроприводом ВМ-4М.

Это означает, что вентилятор ВМ-4М способный создавать максимальную подачу равную 156 м³/мин при максимальной депрессии 1450 Па, обеспечивает требуемую подачу необходимого количества воздуха 136,2 м³/мин, при депрессии 975 Па и КПД (0,7) лежащим в оптимальной зоне.

Техническая характеристика ВМ-4М

Выбор типа всасывающего вентилятора

Всасывающий вентилятор располагается не ближе 920 метров от забоя. Длина всасывающего трубопровода 900 метров. Депрессия всасывающего трубопровода 3845 Па. Необходимая производительность вентилятора 336 м³/мин. Поэтому принимаем осевой вентилятор с электроприводом ВМ-8М.

Это означает, что вентилятор ВМ-8М способный создавать максимальную подачу равную 600 м³/мин при максимальной депрессии 4600 Па, обеспечивает требуемую подачу необходимого количества воздуха 336 м³/мин, при депрессии 3845 Па и КПД (0,65) лежащим в оптимальной зоне.

Техническая характеристика вентилятора ВМ – 8М

Определение необходимого числа вентиляторов.

Потребное количество вентиляторов для проветривания всей выработки рассчитывается по уравнению:

- всасывающий вентилятор:

n = h_Т.ВС/0,85* h_ВЕН = 3845/0,85*4600 =0,98 » 1шт

где h_Т.ВС - депрессия всасывающего трубопровода;

h_ВЕН - оптимальное давление вентилятора, Па.

- нагнетательный вентилятор:

n = h_Т.Н/0,85* h_ВЕН = 975/0,85*1300 =0,88 » 1шт

где h_Т.Н - депрессия нагнетающего трубопровода;

h_ВЕН - оптимальное давление вентилятора, Па.

Коэффициент 0,85 в формуле вводится для того, чтобы исключить возможность образования зон разрежения в трубопроводе.

Проверочный расчёт мощности потребляемой электродвигателем привода вентилятора ВМ-8М:

Р = (Q_ВС * h_Т.ВС)/1000h = (5,6*3845)/1000*0,65 = 33 кВт

Проверочный расчёт мощности потребляемой электродвигателем привода вентилятора ВМ-4М

Р = (Q_Н * h_Т.Н)/1000h = (2,27*975)/1000*0,7 = 3,2 кВт

По произведенным расчётам мощности видно, что тип и марка вентилятора выбраны правильно, а установленные на вентиляторах двигатели обеспечивают их нормальную работу.

9. Составление паспорта проветривания

Проветривание горизонтальных горных выработок, их проведение осуществляется в соответствии с паспортом проветривания. Паспорт проветривания составляется руководителем горных работ и утверждается главным инженером экспедиции или партии. Все работающие в выработке должны быть ознакомлены с паспортом под роспись.

В текстовой части паспорта 6 разделов:

Первый раздел: Характеристика выработки

Второй раздел: Характеристика системы проветривания.

1. Способ проветривания – комбинированный.

2. Расход воздуха поступающего к забою (м³/с)

Q ³ 1,43*Q_ВС = 1,43*5,6 = 8 м³/с

3. Производительность вентилятора, работающего на нагнетание (м³/с)

Q_Н = 2,27 м³/с

4. Производительность вентилятора, работающего на всасывание (м³/с):

Q_ВС = 5,6 м³/с

5. Средняя скорость воздушного потока в выработке в 25 метрах от забоя (м³/с). Количество воздуха, проходящего по выработке в 25 метрах от забоя (м³/с):

Q_ВП = Q – Q_Н = 8,0 – 2,27 = 5,73

Скорость движения воздуха в 25 метрах от забоя:

n = Q_ВП/S = 5,73/7,5 = 0,76 м/с

6. Количество вентиляторов в системе проветривания – 2 шт.

7. Общая мощность вентиляторов, кВт: 36,2

8. Максимальный расход взрывчатых веществ (кг/м³):

q = q_ц/V = 40/9 = 4,45

q_ц = 40кг - расход ВВ на один цикл;

V = 7,5*1,2 = 9 м³- объём взорванной породы за цикл.

9. Время проветривания после взрыва ВВ, по истечению которого в забой допускаются люди, мин:

Третий раздел: Характеристика вентиляционных трубопроводов.

1. Назначение трубопровода:

- для подачи воздуха нагнетательным вентилятором;

- для подачи воздуха всасывающим вентилятором.

2. Материал вентиляционных труб:

- для нагнетательного трубопровода - МУ;

- для всасывающего трубопровода - листовая сталь.

3. Диаметр вентиляционных труб, м:

- гибкие - 400 мм;

- металлические - 600 мм.

4. Способ соединения звеньев:

- гибкие - пружинящими стальными кольцами;

- металлические - фланцевым болтовым соединением с прокладкой в стыке.

5. Способ подвески трубопроводов в выработке:

- гибкие к тросу, протянутому по выработке;

- металлические - при помощи подвесок.

Четвёртый раздел: Характеристика вентиляторов.

1. Марка вентиляторов:

- работающего на нагнетание - ВМ-4М;

- работающего на всас - ВМ-8М.

2. Производительность (при проектной протяжённости), м³/с:

- работающего на нагнетание – 2,27 м³/с;

- работающего на всас – 5,6 м³/с.

3. Депрессия при проектной протяжённости (Па)

- работающего на нагнетание - 975 Па;

работающего на всас - 3845 Па.

4. Диаметр рабочего колеса, мм:

- ВМ – 4М – 398 мм;

- ВМ – 8М – 800 мм.

5. Мощность электродвигателя:

- ВМ – 4М – 4 кВт;

- ВМ – 8М – 55 кВт.

Пятый раздел: Режим работы системы в случае пожара (излагаются мероприятия согласно плану ликвидации аварии)

Шестой раздел: Дополнительные сведения о средствах и способах проветривания и борьбы с запылённостью воздуха в призабойном пространстве.

1. Интенсивная вентиляция.

2. Бурение шпуров с промывкой водой.

3. Орошение водой поверхности призабойного пространства выработки (длиной 20 метров) перед выниманием. Поверхность выработки орошать за 30 минут до взрывания. Расход воды на 1 м² выработки 1,5 – 1,8 л.

4. Для подавления пылегазового облака при ведении взрывных работ устанавливать водяные завесы в 20 м от забоя. Для создания водяных завес используются два конусных туманообразователя ТК – 1.

5. Орошение водой взорванной породы до и во время погрузки при помощи механических разбрызгивателей.

6. Использование средств индивидуальной защиты – респираторов.

В графической части паспорта проветривания приводится схема проветривания на плане выработки в масштабе 1:100 и поперечный разрез выработки в масштабе 1:50.

Даются также эскизы монтажа вентилятора и способы подвески трубопроводов.