Расчет проветривания подземной горной выработки

Выбор типа и диаметра вентиляционного трубопровода. Расчёт подачи свежего воздуха для разжижения вредных газов от взрывных работ при комбинированном способе проветривания. Необходимая производительность вентиляторов для всасывающего трубопровода.

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

- 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, Нс24

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*с24

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

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

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

Диаметр рабочего колеса; мм

800

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

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

QН = 2,27 м3

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

QВС = 5,6 м3

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.