Расчет проветривания подземной горной выработки

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 Lз.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 LЗ.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. LН.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:

QЗ = 2,3 * (А*S2*L2 З.О. * bФ)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

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

4.                 Определим количество воздуха исходя из минимальной скорости движения воздуха

QЗ = 0,3*60*SСВ = 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

QЗ = 2,25 м3/сек

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

QЗ.ВС = 1,3*QЗ = 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:

RТ1 = 225

Где  - коэффициент аэродинамического сопротивления;

 - диаметр вентиляционной трубы для всасывающего вентилятора.

- для нагнетательного вентилятора:

RТ2 = 127

 - коэффициент аэродинамического сопротивления;

 - диаметр вентиляционной трубы для нагнетательного вентилятора.

Найдём воздухопроницаемость трубопроводов:

- коэффициент подсосов для всасывающего трубопровода:

ку = (0,1* кп *dт *[LТ*R1/2]/l + 1)2 = (0,1*0,002*0,6*[900*2251/2]/4 + 1)2 = 1,97

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

- длина одной трубы, м;

LТ = 900- длина всасывающего трубопровода, м;

 - диаметр труб, м;

RТ1=225 - аэродинамическое сопротивление всасывающего трубопровода ;

- коэффициент утечек для нагнетательного трубопровода:

ку = (0,1* кп *dт *[LТ*R1/2]/l + 1)2 = (0,1*0,0016*0,4*[80*1271/2]/10 + 1)2 = 1,01

 - коэффициент, характеризующий плотность соединения звеньев трубопровода.

- длина одной трубы, м;

LТ = 80- длина нагнетательного трубопровода, м;

 - диаметр труб, м;

RТ2=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

hвс ст = 1,97*2,922 *225 = 3780 Па

- для нагнетательного трубопровода

hН 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:

hМ = 0,2* hН 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:

hд = 10,32 * 1,222/2 = 65 Па

- для нагнетательного трубопровода:

hд = 17,92 * 1,222/2 = 196 Па

Теперь подсчитаем общую депрессию для всасывающего и нагнетательного трубопровода:

- для всасывающего трубопровода:

hТ.ВС = 3780 +65 = 3845 Па

- для нагнетательного трубопровода:

hТ.Н = 649 + 130 + 196 = 975 Па

Необходимая производительность вентиляторов:

- для всасывающего трубопровода

QВС = КУ*QЗ.ВС = 1,97*2,92 = 5,6 м3/сек = 336 м3/мин

КУ - коэффициент воздухопроницаемости всасывающего трубопровода;

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

- для нагнетательного трубопровода

QН = КУ*QЗ = 1,01*2,25 = 2,27 м3/сек = 136,2 м3/мин

КУ-коэффициент воздухопроницаемости нагнетательного трубопровода;

QЗ - 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 = hТ.ВС/0,85* hВЕН = 3845/0,85*4600 =0,98 » 1шт

где hТ.ВС - депрессия всасывающего трубопровода;

hВЕН - оптимальное давление вентилятора, Па.

- нагнетательный вентилятор:

n = hТ.Н/0,85* hВЕН = 975/0,85*1300 =0,88 » 1шт

где hТ.Н - депрессия нагнетающего трубопровода;

hВЕН - 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 = (QВС * hТ.ВС)/1000h = (5,6*3845)/1000*0,65 = 33 кВт

Проверочный расчёт мощности потребляемой электродвигателем привода вентилятора ВМ-4М

Р = (QН * hТ.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*QВС = 1,43*5,6 = 8 м3/с

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

QН = 2,27 м3/с

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

QВС = 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):

QВП = Q – QН = 8,0 – 2,27 = 5,73

Скорость движения воздуха в 25 метрах от забоя:

n = QВП/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 = qц/V = 40/9 = 4,45

qц = 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.