П.5.7. Расчет утечек воздуха через вентиляционные сооружения
При определении норм утечек значение фактических перепадов давления через вентиляционные сооружения принимаем по данным депрессионной съемки. Рассчитываем норму утечек через шлюз в сбойке 1 восточного крыла гор.1. Шлюз состоит из двух бетонитовых перемычек с одностворчатыми деревянными дверями площадью 3,8 м2. Фактический перепад давления через шлюз равен 10 даПа. Согласно табл. 8.3 и формуле (8.14) норма утечек через одну перемычку с дверями
dQym = 96 √ 10 /50=43 м3/мин.
По формуле (8.15) норма утечки через шлюз
Qуmшл = 0,76 * 43 = 33 мЗ/мин.
Рассчитываем норму утечек через два глухие чураковые перемычки площадью 2 м2 каждая, установленные в сбойке 2 восточного крыла гор. 1. Фактический перепад давления через обе перемычки равен 8 даПа. Принимаем, что перепад давления через одну перемычку равен половине общего перепада, то есть 4 даПа. Согласно табл. 8.2 и формуле (8.14) норма утечек через перемычки составит
Qym = 15 √ 8/50 = 6 мЗ/мин.
Расчет утечек рекомендуется выполнять по табл. П.5.6.
Таблица П.5.6
Расчет утечек воздуха
|
Название вентиляционного сооружения, место установки
|
Число перемычек или дверей
|
Площадь перемычек или дверей, м2 |
Фактический перепад давления, даПа
|
Норма утечек воздуха, м 3/мин
|
|
Восточное крыло гор. 1 |
|
|
|
|
|
Шлюз с одностворчатыми дверями, сбойка 1 |
2
|
3,8
|
10
|
33
|
|
Глухие чураковые перемычки, сбойка 2 |
2 |
2 |
8 |
6 |
|
|
276 |
|||
|
Западное крыло гор. 1 Глухие чураковые перемычки, сбойка 1 |
2
|
7
|
35
|
23
|
|
|
218 |
|||
|
Восточное крыло гор. II Глухие бетонитовые перемычки, сбойка 1 |
2
|
7,5
|
47
|
18
|
|
|
385 |
|||
|
Западное крыло гор. II Глухие чураковые перемычки, сбойка 1 |
2
|
7
|
44
|
26
|
|
|
292 |
|||
|
Околоствольный двор Загрузочное устройство скипового ствола с бункером |
-
|
-
|
195
|
296
|
|
|
956 |
В табл. П.5.6 иллюстрируется лишь порядок расчетов. В ней приведены результаты для отдельных вентиляционных сооружений и суммы норм утечек воздуха по крыльям каждого из горизонтов.
Согласно табл. П.5.6 утечки воздуха на гор. 1 составляют 494 м3/мин, на гор. II (с околоствольным двором) — 1633 м3/мин, Qуm.щл = 2127 м3/мин.
Определим внешние утечки воздуха для вентиляционной установки скипового ствола. Общая площадь наружных стен и перекрытий надшахтного здания, включая копер, равна 3950 м2. Площадь поперечного сечения вентиляционного канала 17 м2, фактические перепады давлений соответственно составляют 265 и 292 даПа. Согласно табл. 8.5 и формуле (8.19) норма утечек через надшахтное здание
Qуm.щл = l400 √265/200 = l6l2 м3/мин.
По табл. 8.6 и формуле (8.19) норма утечек через вентиляционный канал
Qуm.вн = 600√292/200 = 725 мЗ/мин.
Общая норма внешних утечек для вентиляционной установки скипового ствола
1612 + 725 = 2337 м3/мин.
В результате аналогичных расчетов для вентиляционного ствола получаем общую норму внешних утечек 1120 м3/мин.
П. 5.8. Расчет расхода воздуха для проветривания шахты
Предварительно по данным лабораторных анализов и измерений расхода воздуха определяем средний расход газа в исходящих из шахты вентиляционных струях.
Среднюю концентрацию метана в исходящей вентиляционной струе гор. 1 рассчитываем по формуле (3.86)
_
С= (0,5+0,6+0,5+0,6+0,5+0,5 + 0,6 + 0,6 + 0,5 ) / 9 =0,54%
Средний расход газа в исходящей вентиляционной струе гор. 1 определяем по формуле (3.85)
_
Iисх1 = 1/9 * [0,01 (8000 + 7980 + 8100 + 8300 + 8150 + + 8070 + 8100 + 8250 + 8050) • (0,54 - 0) ] = 43,8 мЗ/мин.
Аналогичным путем определяем средний расход газа в исходящей вентиляционной струе гор. II
_
Iисх11 =41,0 мЗ/мин.
По формуле (8.1) определяем расход воздуха для проветривания шахты
Qш= 1,1(5412+1856+846+1167+2225+2127)=14996 мЗ/мин.
В околоствольный двор гор. II должен поступать полученный расход воздуха за вычетом расхода воздуха на проветривание насосной камеры, то есть 14996 - 293 = 14703 м3/мин.
В соответствии со схемой вентиляции в выработки гор.1 необходим расход воздуха
Qгор1 =1,1(1839+1416+420+429+755+494) = 5882 м3/мин.
Для проверки по формуле (8.3) определяем расходы воздуха по отдельным вентиляционным установкам. Расход воздуха в вентиляционном стволе
Qш1 = 1,1(3471 + 1416+420+423+755+494) = 7677 м3/мин.
Расход воздуха в скиповом стволе
Qш2 = 1,1(1941+440+423+756+1470+1633) = 7329 м3/мин.
По формуле (8.3) получаем
Qш1 = 7677 мЗ/мин > (100 * 1,1 * 43,8) / (0,75 – 0) = 6440 мЗ/мин,
Qш2 = 7329 мЗ/мин > (100 * 1,1 * 41,0) / (0,75 – 0) = 6440 мЗ/мин.
П. 5.9. Расчет подачи вентиляционных установок
Подачу вентиляторов рассчитываем по формуле (8.16). Для вентилятора, установленного на вентиляционном стволе получаем
Qвy1 = 7677 + 1120 = 8797 мЗ/мин.
Для вентилятора, установленного на скиповом стволе,
Qвy2 = 7329 + 2337 = 9666 мЗ/мин.
Подачу вентиляционной установки с учетом резерва определяем по формуле (8.18).
Для вентиляционной установки на вентиляционном стволе
Qв.y.р= 1,14*8797 = 10029 мЗ/мин.
Для вентиляционной установки на скиповом стволе
Qв.y.р = 1,14 *9666 = 11019 м3/мин.
П.5.10. Расчет нагрузки на очистной забой по газовому фактору
Пример 1. Определить максимально допустимую по газовому фактору нагрузку на очистную выработку длиной 180 м, оборудованную механизированным комплексом 1КМ97Д, для
следующих условий: система разработки — столбовая; схема проветривания выемочного участка — прямоточная с подсвежением со стороны целика; способ управления кровлей — полное обрушение; непосредственная кровля — глинистый сланец; вынимаемая мощность пласта 1,3 м; среднее фактическое метановыделение из очистной выработки составляет 4,4 м3/мин, а фактическая добыча — 500 т/сут; воздух поступает на участок с концентрацией 0,1 %.
Решение.
Параметр Qp определяем по формуле (см.табл.7.2)
Qp = Qочmax (С - Со)k0.3 = 60 Sочmin vmах (С - С0)k0.3 = = 60*3,4*4*(1- 0,1)*1,20 ≈880 м3/мин.
Значение Sочmin для комплекса 1КМ97Д принимается по табл. 6.5 и равно 3,4 м2, a ko3 — по табл. 6.4 и равно 1,2.
Максимально допустимая нагрузка на очистной забой рассчитывается по формуле (7.2)
А max = АIоч.ф-1,67 (Qp / 194) 1,93 (lоч.p / lоч.ф) 0,67 = 500 *4,4-1,67 (880/194)1,93 (180/180)-0,67 ~ 735 т/сут
Пример 2.
Определить возможную нагрузку по газовому фактору, если расход воздуха в очистной выработке снизился до 600 м3/мин. Остальные параметры выемочного участка соответствуют примеру 1.
Решение.
А воз = АIp-1,67 (Qф / 194) 1,93 (lоч.p / lоч.ф) 0,67 = 500 *4,4-1,67 (600/194)1,93 (180/180)-0,67 ~ 371 т/сут
ПРИЛОЖЕНИЕ 6.
Расчет депрессии каналов вентиляционной и воздухонагревательной установок
Депрессия канала вентиляционной установки hk равна сумме депрессий, обусловленных сопротивлением трения воздуха о стенки канала и сопротивлением сопряжения ствола шахты с каналом. Если в канале имеется поворот или несколько поворотов, то следует учитывать их сопротивление.
Сопряжение ствола шахты с каналом вентилятора представляет собой поворот с одновременным сужением струи при всасывающем проветривании и поворот с одновременным расширением струи при нагнетательном проветривании.
Таким образом, в общем случае
hk = Rk Q2в ; (П.6.1)
при всасывающем проветривании
Rk = Rm + Σ Rni + Rnc (П.6.2)
при нагнетательном проветривании
Rk = Rm + Σ Rni + Rnр (П.6.3.)
где RK , Rm , Σ Rni, Rnc , Rnр — аэродинамические сопротивления соответственно канала в целом, трения, поворотов, поворота с одновременным сужением, поворота с одновременным расширением, кμ;
Qв — подача вентиляционной установки, м3/с.
Депрессия канала воздухонагревательной установки при всасывающем проветривании
h k.k = (Rm + Σ Rni + Rnр) Qв 2 + R в.y Q1 2 (П.6.4)
при нагнетательном проветривании
h k.k = (Rm + Σ Rni) Qв 2 + R в.y Q1 2 (П.6.5)
где R в.y — аэродинамическое сопротивление воздухораспределяющего устройства на входе в канал, кμ;
Q1 — расход воздуха, проходящего через воздухонагреватели, м3/с.
Аэродинамическое сопротивление трения (Rm, кμ) определяется по формуле
Rm = α (Рвlв / S 3) (П.6.6)
Аэродинамическое сопротивление поворота — по формуле
Rm = ε n (γ / 2g S2 k) (П.6.7)
где ε n — коэффициент местного сопротивления поворота;
γ — плотность воздуха, кг/м3;
g — ускорение силы тяжести, м/с2;
SK — площадь поперечного сечения прямолинейного участка канала за поворотом, м2.
Коэффициент местного сопротивления ε n при любом угле
поворота канала с острыми кромками при отношении высоты выработки Нв к ее ширине b равном 0,2-1,0
ε n = (ε n.гл + 280 а) ( χ / ( 0,35 +0,65Hв / b ) (П.6.8)
при Нв/ b = 1-2,5
ε n = (ε n.гл + 280 а) (b / Нв) χ (П.6.9)
где ε n.гл — коэффициент местного сопротивления поворота гладкого трубопровода;
ε n.гл =0,57 δ , (П.6.10)
δ - угол поворота, рад;
а— коэффициент аэродинамического сопротивления канала;
χ — коэффициент, учитывающий угол поворота струи.
Значения коэффициента %
|
Угол поворота, град.
|
10
|
30
|
45
|
60
|
90
|
110
|
120
|
140
|
|
χ
|
0,05
|
0,19
|
0,33
|
0,51
|
1,0
|
1,63
|
1,93
|
2,43
|
Формулы для определения аэродинамического сопротивления сложного местного сопротивления имеют следующий вид:
• при повороте с одновременным сужением струи в шероховатой выработке
Rnc = ε nc (γ / 2g S2 k) (П.6.11)
• при повороте с одновременным расширением струи в шероховатой выработке
Rnp = ε np (γ / 2g S2 k) (П.6.12)
где ε nc , ε np — коэффициенты местного сопротивления соответственно поворота с одновременным сужением и поворота с одновременным расширением струи.
Коэффициенты местного сопротивления ε nc и ε np рассчитываются по формулам (П.6.8) и (П.6.9), как для обычных поворотов с постоянным сечением выработки. Коэффициенты местных сопротивлений трубопроводов с гладкими стенками ε nc.гл и ε np.гл для подстановки в формулы (П.6.8) и (П.6.9) берутся по табл.П.6.1 и П.6.2.
Таблица П.6.1
Значения коэффициента местного сопротивления ε nc.гл при повороте струи с одновременным сужением
|
Характеристика местного сопротивления
|
Значения ε nc.гл при отношении S/S1,равном
|
||||
|
|
0,2
|
0,4
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
|
Поворот без кутка:
|
|
|
|
|
|
|
с обеими острыми кромками
|
0,46
|
0,51
|
0,64
|
0,81
|
1,04
|
|
с внутренней кромкой, скошенной под углом 14°
|
0,19
|
0,21
|
0,26
|
033
|
0,42
|
|
с внутренней кромкой, скошенной под углом 27°
|
0,10
|
0,11
|
0,13
|
0,17
|
0,21
|
|
Поворот с кутком:
|
|
|
|
|
|
|
с острыми кромками
|
0,67
|
0,72
|
0,83
|
0,98
|
1,16
|
|
с внутренней кромкой, скошенной под углом 27°
|
0,18
|
0,19
|
0,22
|
0,26
|
0,30
|
|
с внутренней кромкой, скошенной под углом 45°
|
0,24
|
0,26
|
0,29
|
0,34
|
0,41
|
|
со скругленным внутренним углом
|
0,24
|
0,26
|
0,28
|
0,33
|
0,41
|
Таблица П.6.2
Значения коэффициента местного сопротивления ε nр.гл при повороте струи с одновременным расширением
|
Характеристика местного сопротивления
|
Значения ε nc.гл при отношении S/S1,равном
|
|||||||
|
|
1,0
|
1,4
|
13
|
2,2
|
2,6
|
3,0
|
3,4
|
4,0
|
|
Прямые — внутренний и внешний углы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с острыми кромками
|
1,03
|
1,62
|
2,80
|
4,06
|
5,85
|
8,10
|
11,40
|
16,70
|
|
со скруглением радиусом, равным, м:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,125
|
0,81
|
1,42
|
2,45
|
3,50
|
5,15
|
7,06
|
9,10
|
12,80
|
|
0,25
|
0,61
|
1,18
|
2,05
|
3,05
|
4,43
|
6,10
|
7,85
|
10,90
|
|
0,50
|
0,45
|
0,93
|
1,63
|
2,60
|
3,80
|
530
|
7,00
|
9,90
|
|
0,75
|
037
|
0,61
|
135
|
2,35
|
3,50
|
4,85
|
6,30
|
9,60
|
