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
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/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:
- 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.