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
Диаметр
|
0,4м
|
Тип
|
МУ
|
Тканевая
основа
|
Чефер
|
Покрытие
двустороннее
|
негорючей
резиной
|
Масса 1 м
трубы, кг
|
1,6
|
Длина, м
|
10
|
Коэффициент
аэродинамического сопротивления, Нс2/м4
|
0,0025
|
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
Диаметр, м
|
0,6
|
Материал
|
металл
|
Длина звена, м
|
4
|
Масса 1 м
трубы, кг
|
35,7
|
Коэффициент
аэродинамического сопротивления, Н*с2/м4
|
0,0030
|
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
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:
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
Показатель
|
Ед. изм
|
Значение
|
Номинальный
диаметр трубопровода
|
мм
|
400
|
Диаметр
рабочего колеса
|
мм
|
398
|
Подача:
|
м3/мин
|
|
- оптимальная
|
|
114
|
- в рабочей
зоне
|
|
48 - 156
|
Полное
давление:
|
Па
|
|
- оптимальное
|
|
1300
|
- в рабочей
зоне
|
|
700 - 1450
|
Максимальный
полный К.П.Д
|
|
|
- вентилятора
|
|
0,72
|
- агрегата
|
|
0,61
|
Потребляемая
мощность в рабочей области
|
кВт
|
2,8 – 3,8
|
Масса агрегата
|
кг
|
140
|
Размеры:
|
мм
|
|
- длина
|
|
740
|
- ширина
|
|
550
|
- высота
|
|
560
|
Электродвигатель
|
|
ВАОМ32-2
|
Напряжение
|
В
|
380/660
|
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
Сечение проветриваемых выработок; м2
не более
|
20
|
Длина
проветриваемых выработок; м не более
При работе
одного вентилятора
При
последовательной работе вентиляторов
|
1000
1600
|
Частота вращения колеса; об/мин
|
2960
|
Производительность;
м3/мин
|
600
|
Давление;
кгс/м3
|
320
|
Полный КПД
Вентилятора
Вентиляторного
агрегата
|
0,80
0,72
|
Мощность
электродвигателя; кВт
|
55
|
Длина; мм
|
1460
|
Ширина; мм
|
880
|
Высота; мм
|
1000
|
Масса; кг
|
650
|
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
наименование
выработки………………… штрек
|
площадь поперечного
сечения в свету… 7,5 м2
|
глубина
выработки 100м
|
длина
проветриваемой выработки…… 900 м
|
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:
- 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.