Аэрология горных предприятий

Депрессия капитальных и подготовительных выработок рассчитывается по формуле

h= (6.3)

где k_н.р.в- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок; для общешахтных выработок k_н.р.в=1.563, для других выработок k_н.р.в=1.

-коэффициент аэродинамического сопротивления кг*с²/м⁴; принимается по приложению 7 [1]/

Р- периметр выработки, м; для выработок закрепленных арочной крепью Р=3.86;

L-длина выработки;

Q- расход воздуха, м³/с.

Депрессия лавы подсчитывается по формуле

h_оч=R_очQ (6.4)

где R_оч -общее аэродинамическое сопротивление лавы, кг*с²/м⁸.

Для лав оборудованных механизированными крепями,

(6.5)

где r₁₀₀ - удельное аэродинамическое сопротивление (при длине 100 м) лав с механизированными крепями, k; принимается по табл.6.5 [1]; r₁₀₀ =0.29 k;

- коэффициенты местного сопротивления входа и выхода лавы; определяются по табл.9.1 [1]; 3 14.

k

Результаты расчетов максимальной и минимальной депрессии по направлениям, представлены в табл. 6.1, 6.2. Минимальную и максимальную депрессию шахты определяем по формуле (6.1)

h_ш.min.=0.11 193.6+193.6+0+0 =215 ДаПа

h_ш.max.=0.11 445+445+0+0 =494 ДаПа

Для расчета депрессии вентилятора необходимо учесть депрессию естественной тяги. Поэтому выполняем расчет естественной тяги для зимнего (январь) и летнего (июль) периода года.

7. Расчет депрессии естественной тяги

Депрессию естественной тяги рассчитываем по методике [3], согласно которой депрессия естественной тяги определяется по формуле

, даПа, (7.1)

где Р₀ - атмосферное давление, мм.рт.ст; для условий Донбасса Р₀?750 мм.рт.ст; Н - глубина шахты, м;

- коэффициенты, зависящие от средней температуры воздуха в стволах шахты,

(7.2)

(7.3)

где R - газовая постоянная, равная для сухого воздуха 29.27 м/⁰С;

- средняя температура воздуха в воздухоподающих выработках от поверхности до максимальной глубины шахты ⁰K; - средняя температура воздуха в выработках выдающих исходящую струю от максимальной глубина шахты до поверхности ⁰K;

=, ⁰К (7.4)

где - температура воздуха на входе в воздухоподающий ствол, ⁰С; для зимних условий принимается согласно ПБ не ниже +2 ⁰С, а для летних- принимается по данным , приведенным в «Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах». Для условий Донбасса для июля t₁=21.4 ;

- температура воздуха в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, ⁰С.

Эта температура может быть определена по приближенной формуле А.Н. Щербаня

, ⁰С (7.4)

где А - коэффициент, зависящий от времени года (для января А=432, для июля А=1470) [3],

=5⁰ С

=20.9⁰ С.

Средняя температура воздуха в выработках с исходящей струей воздуха определяется по формуле

⁰С (7.5)

t₃ - температура воздуха в околоствольном дворе вентиляционного ствола определяется по формуле, ⁰С

, ⁰C (7.6)

где t_п - температура пород на глубине зоны постоянных температур, ⁰С; для Донбасса t_п=810 ⁰С;

Н₀ - глубина зоны постоянных температур, м; для Донбасса Н₀=25-30 м;

Н_г - геотермический градиент, м/град; для Донбасса Н_г=26-33 м/град;

t₀ - разница между температурой воздуха и пород, ⁰С.

Согласно [3], значение величины t₀ принимается равной при отсутствии или незначительных подсосах холодного воздуха из околоствольного двора воздухоподающего ствола 1-2 ⁰С, а при значительных подсосах- летом 2-5 ⁰С, зимой 5-10 ⁰С.

При центральной схеме проветривания утечки воздуха будут большими, поэтому определяем значение величины t₃ для летних и зимних условий:

, C;

, C;

t₄ - температура воздуха в верхней части вентиляционного ствола, ⁰С. Эта температура может быть определена, если учесть, что при поднятии воздуха его температура понижается за счет расширения в среднем на 0.4-0.5⁰ С на каждые 100 м

t₄ =t₃-0.5 H/100 (7.7)

t_4.л =24.8-0.5 590/100=21.8⁰ С

t_4.з =20.8-0.5 590/100=17.8⁰ С

Определяем среднее значение температуры воздуха в клетьевом стволе:

для зимнего периода

=, ⁰К,

для летнего периода

=, ⁰К.

Определяем среднее значение температуры воздуха в скиповом стволе для летних и зимних условий:

для зимнего периода

=, ⁰К.

для летнего периода

=, ⁰К.

Согласно [3] коэффициенты определяются по формуле

(7.8)

Определяем значение коэффициента :

для зимних условий

,

для летних условий

,

Определяем значение коэффициента :

для зимних условий

,

для летних условий

Определяем значение депрессии естественной тяги по формуле (7.1):

для зимнего периода

даПа,

для летнего периода

даПа,

8. Расчет необходимой производительности, депрессии вентиляторов главного проветривания и их выбор

Согласно разработанной схеме шахта проветривается вентилятором установленным на скиповом стволе. Необходимую производительность вентилятора определяем по формуле

Q_в.=Q_ш k_ут.вн, (8.1)

где Q_ш - расход воздуха в исходящей струе шахты, м³/мин; k_ут.вн - коэффициент, учитывающий внешние утечки воздуха; принимается согласно [1] стр 168.

Q_в=7731 1.25=9664 м³/мин. Необходимая минимальная и максимальная депрессия вентилятора определяется по формуле

H_в=h_ш ± h_е, (8.3)

где h_ш - депрессия шахты по направлению, даПа;

h_е, - депрессия естественной тяги, даПа. Знак «+» в формуле (8.5) берется если h_е<0 и суммируется с максимальным значением депрессии по направлению, а знак «-» если h_е>0 и вычитается из минимального значения депрессии по направлению. Определяем необходимую депрессию вентилятора: минимальная депрессия вентилятора

H_в.min.= h_ш.min.-h_е.з =215-39.8=175.2 даПа;

максимальная депрессия вентилятора

H_в.max.= h_ш.max.-h_е.л =494+4.4=498.4 даПа;

Выбор вентилятора производим на основе анализа их аэродинамических характеристик (приложение 4 [4]). Принимаем к установке вентилятор ВЦД-40. Принятый к установке вентилятор должен обеспечивать резерв по производительности не менее 15% на случай перевыполнения плана добычи угля или увеличения метанообильности выработок. Для определения резерва вентиляторов по производительности необходимо на аэродинамической характеристике вентилятора выполнить построение характеристики вентиляционной сети. Характеристика вентиляционной сети описывается равенством

H_в.с=R_в.с , (8.4)

где H_в.с - депрессия вентиляционной сети, даПа;

R_в.с - аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, k?;

- производительность вентилятора, м³/с.

Следовательно аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети определится по формуле

R_в.с= (8.5)

По уравнению (8.5) определяем минимальное и максимальное сопротивление вентиляционной сети

R_в.с.min.==0.00676 k?;

R_в.с.max.==0.01922 k?;

Построение характеристики вентиляционной сети вентилятора при минимальном и максимальном значении депрессии производим по формулам:

H_в.с.min.=0.00676 ; (8.6)

H_в.с.max.=0.01922 , (8.7)

Для построения характеристики вентиляционной сети вентилятора при минимальном и максимальном значении депрессии задаемся произвольными значениями Q_в и определяем значения Н_в. По полученным данным выполняем построение. Исходные данные для построения характеристик вентиляционной сети при минимальном и максимальном значении депрессии представлены в табл.8.1

Таблица 8.1 Исходные данные для построения характеристик вентиляционной сети

Точка 1 на графике (рис.8.1) определяет режим работы вентилятора при минимальной депрессии (300 об/мин), а точка 2 при максимальной депрессии (425 об/мин).

Резерв вентилятора по производительности должен удовлетворять условию

K_Q= (8.12)

где Q_max - максимально возможная производительность вентилятора при его работе на сеть с максимальным аэродинамическим сопротивлением, м³/с;

Q_р - расчетная производительность вентилятора, м³/с.

Максимально возможная производительность вентилятора определяется абсциссой точки пересечения характеристики вентилятора с максимальным углом установки лопаток рабочего колеса (направляющего аппарата) и характеристики сети при ее максимальном сопротивлении (точка 3). Максимально возможная производительность вентилятора Q_в.max=200 м³/с, тогда

K_Q=

Условие (8.12) выполняется

Список литературы

1. Руководство по проектированию угольных шахт- К.: Издательско-производственное объединение «ОСНОВА» 1994-310с;

2. Я.И. Тютюнник, С.П. Коптилов и др. Альбом околоствольных дворов и стволов шахт - М.: «Недра», 1996;

3. Ушаков К.З, Бурчаков А.С, и др. Аэрология горных предприятий,-М.: Учебное пособие-,1987,-412 с;

4. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1, М. - М.: Типография ИГД им. А.А Скочинского, 1979 -331 с;

5. Г.Л. Пигида, Е.А. Будзило, Н.И. Горбунов Аэродинамические расчеты по рудничной аэрологии в примерах и задачах - К.: УМК ВО 1992 - 398 с.

6. Правила безопасности в угольных шахтах. К.: 2000 -484 с.

Размещено на Allbest.ru