С учетом различных факторов

Расчет параметров процесса проветривания

Количество воздуха для проветривания забоя горно-разведочной выработки можно рассчитать по количеству ВВ, взрываемого за один прием, по количеству пыли, образующейся в забое, по числу людей, одновременно находящихся в выработке, по выделению метана и пр.

1. Количество воздуха (м3/с), необходимое для разжижения и выноса вредных газов, образующихся после взрывных работ, определяется по формуле

,

где nз – количество выработок (забоев), в которых в течение смены производятся буровзрывные работы одновременно; Qз− количество воздуха, которое необходимо подавать в каждую выработку, м3/с.

Значение Qз для нагнетательного способа проветривания рассчитывается по формуле В.Н. Воронина:

где А – количество одновременно взрываемого ВВ, кг; Sпр – площадь поперечного сечения выработки в проходке, м2; L – длина выработки, проветриваемой нагнетательным способом, м; bф – объем вредных газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, л/кг; t – нормальное время проветривания выработки, мин; t < 1800 с; φ – коэффициент, учитывающий обводненность выработки (для сухих выработок φ = 0,8; влажных φ = 0,6 и для выработок, проводимых по водоносным породам или с применением водяных заслонов, φ = 0,3).

При комбинированном способе проветривания при наличии перемычки, отстоящей от забоя до 50 м, количество воздуха можно определить по формуле А.И. Ксенофонтовой (для нагнетательного вентилятора):

при расстоянии до перемычки более 50 м:

или по формуле:

где lп – длина от забоя до перемычки, м.

При отсутствии перемычки расстояние зоны отброса газов равно

Подача всасывающего вентилятора должна быть на 10–15% больше, чем нагнетательного при наличии перемычки, и на 20–30% больше без перемычки.

 

2. Расчет количества воздуха по пылевому фактору:

а) при отсутствии сдувания пыли с отбитой породы и поверхности выработки в зону дыхания бурильщиков должно подаваться количество воздуха, определяемое по формуле

Для проветривания всей выработки количество воздуха рассчитывается по формуле

б) при наличии сдувания пыли в зоне смешения с отбитой породы и стенок выработки и отсутствия сдувании в остальной части выработки

для остальной части выработки

где V – объем зоны смешения, м; К – коэффициент турбулентной диффузии (табл. 74); Кс − коэффициент процесса при наличии сдувания пыли (Кс= 0,2–0,3); n0 − начальная концентрация пыли в зоне смешения после взрывных работ, мг/м3; − начальная запыленность вентиляционной струи, мг/м3; n – допустимая концентрация пыли в выработке, мг/м3; t – время проветривания выработки, с; l – расстояние от забоя до конца вентиляционного трубопровода, м.

Таблица 74

 

Значения коэффициента турбулентной диффузии
dl1/dпр К dl1/dпр К dl1/dпр К dl1/dпр К
0,495 0,393 1,930 0,780 0,845 0,600 5,050 0,912
0,520 0,430 2,160 0,810 0,973 0,636 5,900 0,925
0,540 0,460 2,550 0,832 1,100 0,672 8,450 0,943
0,605 0,495 2,950 0,855 1,300 0,710 10,950 0,955
0,670 0,529 3,350 0,873 1,500 0,744 13,500 0,965
0,758 0,565 4,200 0,896        

Принятые обозначения: dnр – приведенный диаметр трубопровода при расположении вентиляционного трубопровода примерно в средней части выработки на высоте h =1,5d; d – диаметр вентиляционного трубопровода, м; α – коэффициент структуры круглой свободной струи, действующей в проветриваемой выработке, равный 0,06–0,08 (большие значения для более шероховатых трубопроводов); l1− расстояние от конца вентиляционной трубы до забоя.

В условиях непрерывного пылевыделения в зоне работы бурильщика для доведения пыли до допустимой концентрации необходимо следующее количество воздуха:

где N′ –интенсивность пылеобразования, мг/с; ξ – коэффициент пропорциональности, зависящий от числа работающих перфораторов; ξ = 0,8 для одного перфоратора и ξ = 0,5 – для двух.

Для доведения запыленного воздуха до нормы за счет скорости смывания забоя необходимо количество воздуха

Qзаб= v Sпр,

где v – скорость воздушной струи (для шахт она принимается от 0,5 до 7 м/с).

Для геологоразведочных выработок ЦНИГРИ предложили формулу

Qзаб=0,35 Sпр.

Количество воздуха по максимальному числу людей m, одновременно находящихся в забое, определяется по формуле

Qзаб=6·m.

В дальнейшем в расчетах следует принимать наибольшее значение Q, рассчитанное по одной из приведенных выше формул.

Энергия, которой обладает движущийся воздух, проявляется в виде давлений − статического, гидростатического и динамического.

Основным уравнением, выражающим энергию движущегося потока газов (и жидкостей), является уравнение Бернулли:

или

где P1, Р2 – статические давления воздуха в начальном и конечном сечениях воздуховода, Па (МПа); ρ1, ρ2 – плотность воздуха в сечении 1 и 2 (у устья и в забое выработки), кг/м3; v1, v2 – средние скорости движения воздуха в начальном и конечном сечениях (у устья и в забое выработки), м/мин; К1 и К2 − коэффициенты кинетической энергии, учитывающие неравномерность распределения скоростей движения воздуха в начальном и конечном сечениях воздуховода (для штрекообразных выработок К1=0, 81+282α, где α – коэффициент аэродинамического сопротивления); q – ускорение силы тяжести, м/с2.

Из уравнения следует, что затраченная энергия 1 м3 воздуха на преодоление сопротивлений слагается из разности давлений:

– статического Р1 Р2 = h, создаваемого вентилятором;

– гидростатического ρ1Н1–ρ2Н2=hдин (естественная тяга), создаваемого столбами воздуха разного удельного веса;

– динамического (скоростного)

.

Величины h и ∆hск могут быть со знаком (+) и (−). Общую разность давлений (или энергию), затрачиваемую на преодоление всех сопротивлений шахтных выработок (или выработки) движению по ним воздуха, можно представить в общем виде:

h = hст± h дин± ∆hск.

При небольшой скорости движения воздуха значениями ∆hскможно пренебречь. Окончательно сопротивление, которое должен преодолеть воздушный поток (депрессию, которую необходимо создать вентилятору), равно

hв= hст+ h динили hв=β(ρ/2q)·(PL/Sпр) v2.

Выразив

v =Qзаб/Sпр, β(ρ/2q) =α,

запишем уравнение в виде

h =(α P·L/) ,

где α= h /LP− коэффициент аэродинамического сопротивления (для металлических труб α = 0,003 – 0,0005; для труб из прорезиненной ткани α = 0,00025−0,00035).

В свою очередь выражение α P·L/можно представить через аэродинамическое сопротивление

R PL/.

Так как периметр P =2πd/2, а сечение трубопровода S r2, то

R =64(α L)/(π2d5) или R =6,4(α L)/ d5.

Окончательно h = R .

Значения аэродинамического сопротивления 100-метрового прорезиненного трубопровода даны в табл. 75.

Таблица 75

 

 

 

 

 

Значения аэродинамического сопротивления и доставочного коэффициента
Длина трубопровода L Доставоч-ный коэффициент η R (кμ) для диаметра трубопровода, м Длина трубопровода L Доставоч-ный коэффициент η R (кμ) для диаметра трубопровода, м
0,5 0,6 0,5 0,6
0,93 0,70
0,88 0,66
0,84 0,61
0,8 0,57
0,77 0,48
0,74 0,38
0,72        

Примечание. Влияние степени натяжения прорезиненных труб на величину аэродинамического сопротивления нужно учитывать путем умножения на поправочный коэффициент с, равный: для сильнонатянутых труб с небольшими складками, изломами и изгибами – 0,65; для нормально натянутых труб, почти прямолинейных с небольшими складками и изгибами – 1; для слабонатянутых труб со складками – 1,25.

Подача вентилятора рассчитывается по формуле

Qв= P Qзаб,

где Р – коэффициент потерь в трубопроводе. Его значение можно определить по формуле

где d – диаметр вентиляционных труб, м; К – удельный стыковый коэффициент воздухопроводности труб (для металлических труб при хорошем уплотнении стыков К = 0,001÷0,002; при среднем – К = 0,003÷0,0005; для труб из прорезиненной ткани К = 0,003÷0,0004; L – длина трубопровода, м; m – длина отдельной трубы, м.

По полученным величинам Q и h подбирают вентиляторы.

Расстояние от забоя до первого вентилятора (каскада вентиляторов) и между последующими вентиляторами определяется совместным решением двух уравнений методом приближений (селекции):

где Qзаб – расход воздуха, необходимый для проветривания призабойного пространства или подача предыдущего вентилятора, м3/с; Н – напор вентилятора; К – коэффициент воздухопроницаемости трубопровода (табл. 76).

Коэффициент воздухопроницаемости 100-метрового трубопровода определяется как отношение расхода воздуха в начале Qн к расходу в конце Qк 100-метрового участка трубопровода: К = Qн/Qк.

Воздухопроводность стенок и стыков вентиляционного става характеризуется коэффициентом воздухопроводности всего трубопровода, определяемым по формуле

KL= K0,01L,

К – коэффициент воздухопроводности; ,

где Qн и Qк – расход воздуха соответственно в начале и конце 100-метрового участка трубопровода. Значения его даны в табл. 76.

Таблица 76

Протяженность трубопровода, м Коэффициент воздухопроницаемости 100-метрового трубопровода при его диаметре 0,4–0,8 м Протяженность трубопровода, м Коэффициент воздухопроницаемости 100-метрового трубопровода при его диаметре 0,4–0,8 м
1,212 1,025
1,122 1,019
1,075 1,017
1,059 1,025
1,035 1,022
1,042 1,020
1,029 1,018

Для решения уравнений используют напорно-расходную характеристику вентилятора и подбирают такие значения Н и Qb, при которых для принятия величин Qр, К и R полученные значения LQ и Lн в уравнениях будут примерно равны между собой (расхождение +0,5%). Расстояние между вентиляторами определяют также по этим уравнениям, в которые вместо Qз; Qb и Н подставляют значения Qpm, Qb(n-1) и Н, где n – порядковый номер вентилятора.

При работе вентиляторов на гибкий трубопровод значение Н заменяют на (Н1 h), где h – потеря напора на раздув труб на всасывающей стороне от забоя вентилятора, равная примерно 200 Па.

Подача первого (от забоя выработки) вентилятора

Q1= Qзаб K0,01L.

Подача n-го вентилятора

Qn-1= K0,01Ln(n-1),

где Qn-1 – подача предыдущего вентилятора; Ln(n-1)–расстояние между последующим и предыдущим вентиляторами, м.

Диаметр общего участка вентиляционного трубопровода, работающего одновременно на две выработки, определяется по формуле

где vmax = 16 – максимально допустимая скорость воздушного потока в шахтном трубопроводе, м/с.