Значения коэффициента а3 в зависимости от выхода летучих веществ
Остаточная метаноносность углей
1.2. Метановыделение из стенок выработки в выработку со свежей струей воздуха, поступающей в очистной забой Iпов = 4·10-4mnbVnа3(X - XО)2kТ, м3/мин (3.15) где mn - полная мощность угольных пачек пласта, м; Vn - скорость проведения подготовительной выработки, м/сут. Для подготовленных к отработке выемочных участков принимается фактическая, а для проектируемых - проектная; b - коэффициент, учитывающий условия фильтрации метана; для тонких и средней мощности пластов принимается 1,0; для мощных пластов определяется по таблице 3.4; а3 - коэффициент, характеризующий газоотдачу угля в массиве. Определяется по таблице 3.2; kТ - коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени. Определяется по формуле , (3.16) где Tост - время, прошедшее с момента остановки работ по проведению выработки до начала очистных работ, сут; Tпр - время проведения выработки, сут. Метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта в подготовительную выработку, пройденную по надработанному пласту, определяется по формуле (3.15), в которую вместо Х подставляется Х'0, определенное по формуле (3.29), с учетом времени, прошедшего с момента надработки пласта до начала проведения выработки. Таблица 3.4 Значения коэффициента b
Общее газовыделение в очистной забой составит Iоч = Iпл+Iпов, м3/мин (3.17) При отработке лавы с одновременной выемкой межлавного целика ожидаемое абсолютное газовыделение в очистной забой в зоне межлавного целика определяется по формуле (3.18) где Iмл.ц - метановыделение в очистной забой в зоне межлавного целика, м3/мин; lмл.ц - ширина межлавного целика, м. 2. Определение метанообильности обособленно проветриваемых конвейерных выработокМетанообильность обособленно проветриваемых конвейерных выработок в пределах выемочного участка определяется метановыделением из отбитого угля, транспортируемого ленточными и скребковыми конвейерами, и метановыделением из стенок выработки, по которой производится транспортировка угля. 2.1. Метановыделение из отбитого угля в обособленно проветриваемые конвейерные выработки Метановыделение из отбитого угля в обособленно проветриваемые конвейерные выработки определяется по формуле (3.19) при (3.20) где lТ.Л - участок конвейерной выработки со скоростью транспортирования угля VТ, проветриваемый последовательно с очистным забоем, м; в3 - коэффициент, зависящий от технологической схемы выемки угля: - при односторонней выемке угля в3 = 0,6; - при челноковой выемке угля в3 = 1. 2.2. Метановыделение из стенок выработки в обособленно проветриваемые конвейерные выработки Метановыделение из стенок выработки в обособленно проветриваемые конвейерные выработки определяется по методике, изложенной в разделе 1.2. Общее метановыделение в обособленно проветриваемую выработку составит Iоб = Iоу+Iпов, м3/мин (3.21) 3. Определение метанообильности выработанного пространства3.1. Расчет метановыделения в выработанное пространство по природной метаноносности сближенных пластов (спутников) и вмещающих горных пород Ожидаемое метановыделение в выработанное пространство определяется по формуле где qВ.П - относительное метановыделение в выработанное пространство, м3/т; Асут - плановая суточная нагрузка на очистной забой, т/сут. Определяется технической возможностью элементов производственного процесса выемки и транспортирования угля из очистного забоя или экономической (социальной) целесообразностью. При отработке лавы с одновременной выемкой межлавного целика ожидаемое абсолютное газовыделение в выработанное пространство определяется по формуле (3.23) где Iмл.ц - метановыделение в очистной забой в зоне межлавного целика, м3/мин; При отработке пласта без разделения на слои и схемах проветривания выемочных участков с последовательным разбавлением метана по источникам выделения относительное метановыделение в выработанное пространство qВ.П рассчитывается по формуле qВ.П = (qс.п+qпор)(1-Kд.сп)+qс.н(1-Kд.сн)+kэ.п(Х-XО)(1-Kд.пл), (3.24) где qс.п - относительное метановыделение из подрабатываемых пластов-спутников, м3/т; qпор - относительное метановыделение из вмещающих пород, м3/т; Kд.сп - коэффициент, учитывающий эффективность дегазации подрабатываемых сближенных угольных пластов и вмещающих пород, доли единицы; qс.н - относительное метановыделение из надрабатываемых пластов-спутников, м3/т; Kд.сн - коэффициент, учитывающий эффективность дегазации надрабатываемых сближенных угольных пластов, доли единицы; kэ.п - коэффициент, учитывающий метановыделение из эксплуатационных потерь угля в пределах выемочного участка, доли единицы; Х - природная метаноносность разрабатываемого пласта, м3/т; XО - остаточная метаноносность угля (оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и др.), м3/т; Kд.пл - коэффициент, учитывающий эффективность дегазации разрабатываемого пласта, доли единицы. 3.1.1. Относительное метановыделение из сближенных пластов (спутников) Относительное метановыделение из сближенных пластов (спутников) определяется по формуле qсп = Σqсп.пi+Σqсп.нi. (3.25) Относительное метановыделение как из подрабатываемых Sqсп.пi так и из надрабатываемых Sqсп.нi пластов (спутников) определяется по формуле где mспi - суммарная мощность угольных пачек отдельного (i-того) спутника, м; Xспi - природная метаноносность i-го спутника, м3/т; X0i - остаточная метаноносность угля i-го спутника, м3/т; определяется так же, как X0. При различной в пределах выемочного столба метаноносности сближенных пластов при расчете метановыделения в выработанное пространство принимается максимальное значение метаноносности спутников. Если природная метаноносность спутника не определена при разведке месторождения, то она принимается равной метаноносности ближайшего рабочего пласта с введением поправки на зольность и влажность спутника, то есть (3.27) где Аз.с, Wс - соответственно зольность и пластовая влажность спутника, %. При подработке пологих и наклонных пластов Мр определяется по формуле Mp = kу.кmв.пр(1,2+cosαпл) (3.28) Значение kу.к при полном обрушении кровли принимается равным 40, а при закладке выработанного пространства - 30. Если при вынимаемой мощности пласта (или слоя) более 3,5 м величина Мр при расчете по формуле (3.28) получается более 300 м, то в дальнейших расчетах Мр принимается равной 300 м. При надработке пологих и наклонных угольных пластов значение Мр принимается 35 м. Если разрабатываемый или сближенный угольные пласты до их разработки были подработаны или надработаны, то в расчетные формулы вместо Х подставляется остаточная метаноносность, величина которой определяется по формуле Если велась заблаговременная дегазация пласта (углепородной толщи), то в формулу (3.26) вместо Х подставляется Х(1-Kд.пл). Значение kд принимается в соответствии с Методическим документом, определяющим порядок проведения работ по дегазации угольных шахт. Если Х £ X0 или X¢0 £ X0, то метан из пласта не выделяется. 3.1.2. Метановыделение из вмещающих пород Относительное метановыделение из вмещающих пород определяется по формуле qпор = knqпл (3.30) где kn - коэффициент, учитывающий выделение метана из боковых пород; qпл - относительное метановыделение из разрабатываемого пласта, м3/т. Коэффициент kn принимается равным: - до глубины разработки 500 м от поверхности при Vdaf > 20% и полном обрушении пород кровли - 0,15, а при полной закладке - 0,06, при Vdaf £ 20% kn = 0; - на глубинах более 500 м от поверхности kn = kn.500+0,001(Hпов-500), (3.31) где kn.500 - соответствующее значение kn для глубин разработки до 500 м; Hпов - глубина разработки, м. Относительное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле 3.2. Расчет метановыделения в выработанное пространство по данным фактического метановыделения лав-аналогов Расчет ожидаемого метановыделения в выработанное пространство выемочного участка определяется по формуле (3.33) IУЧ = Iоч(2-KВ)+IВ.П, (3.34) где IВ.П.Ф - фактическое метановыделение в выработанное пространство по данным лавы-аналога; м3/мин; l, и n - коэффициенты (расчетные и фактические) определяются по формулам (3.35) (3.36) При расчете по лавам-аналогам n1, mв, lоч, g и KТ.У принимаются по фактическим данным. Однако при таких расчетах аналог в дополнение к приведенным выше условиям должен соответствовать проектируемым лавам относительно одинаковой схемы выемки угля (односторонняя, двухсторонняя), а фактическая эффективность дегазации пласта и выработанного пространства должны быть не ниже проектных значений. 4. Определение метанообильности выемочного участкаОжидаемое абсолютное метановыделение на выемочный участок определяется по формуле где Iоч - абсолютное метановыделение в очистной забой, м3/мин; IВ.П. - метановыделение в выработанное пространство, м3/мин. Пример расчета метанообильности выемочного участка приведен в приложении № 11. Приложение 4к Инструкции Расчет параметров проветривания выемочного участка
|
Способ погашения штрека |
Примыкание погашаемого штрека |
|
к массиву угля |
к выработанному пространству |
|
Изолируется связывающим материалом |
0,03 |
0,03 |
Крепь извлекается полностью |
0,1 |
0,05 |
Крепь извлекается более 50% при креплении: |
|
|
деревянными рамами |
0,13 |
0,08 |
металлическими рамами |
0,17 |
0,11 |
анкерной крепью |
0,21 |
0,14 |
Крепь не извлекается при креплении: |
|
|
деревянными рамами |
0,25 |
0,18 |
металлическими рамами |
0,35 |
0,22 |
анкерной крепью |
0,45 |
0,27 |
Огражден органной крепью, кострами или специальными стенками, но за время отработки столба сечение штрека изменяется по отношению к первоначальному на: |
|
|
80% |
0,55 |
0,55 |
60% |
0,65 |
0,65 |
40% |
0,75 |
0,75 |
20% |
1,0 |
1,0 |
На период работы лавы до первичной посадки основной кровли для обеспечения значений коэффициента K*ут.в соответствующего установившемуся шагу посадки кровли должны приниматься меры для повышения сопротивления выработанного пространства вплоть до принудительной посадки основной кровли. Принудительная посадка кровли должна производиться по специально разработанным проектам, прошедшим экспертизу промышленной безопасности.
Для очистных забоев с нагрузкой 5 тыс. т/сутки и более разупрочнение пород кровли должно производиться до начала очистных работ.
Независимо от условий минимальное расчетное значение K*ут.в = 1,2.
Значения расхода воздуха Qоч и коэффициентов K*ут.в определяется по формулам:
где kн - коэффициент неравномерности газовыделения. Определяется по формуле (4.3) при метановыделении из источника метановыделения до 20 м3/мин (включительно) или принимается kн = 1,28 при метановыделении 20 и более м3/мин;
Iоч - абсолютное метановыделение в очистной забой, м3/мин;
Kв - коэффициент, учитывающий вынос метана утечками воздуха из призабойного в выработанное пространство; рассчитывается по формуле
(4.4)
С - допустимая концентрация метана в исходящей из очистного забоя вентиляционной струе,%;
Со - концентрация метана в поступающей в очистной забой вентиляционной струе, определяемая наличием метана во входящей струе Iвх, %;
Iвх - количество метана, поступающее на выемочный участок со свежей струей из-за пределов выемочного участка, м3/мин; определяется по фактическим данным лав-аналогов или рассчитывается в соответствии с разделом 1.2 приложения № 3;
lоч - длина очистного забоя, м. При отработке межлавного целика - включая межлавный целик;
lП.В - длина вентиляционной выработки, поддерживаемой в выработанном пространстве для увеличения утечек воздуха из очистного забоя, м;
Sоч - площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки, м2. Определяется по таблице 4.2;
fср - средневзвешенный коэффициент крепости подработанного горного массива по шкале проф. М.М. Протодьяконова на расстоянии от вынимаемого пласта, равном восьми его мощностям; определяется по данным геологических отчетов в соответствии с формулой
(4.6)
где f1, fi - крепость слоев пород в кровле пласта по шкале проф. Протодьяконова. Берется из геологических отчетов;
m1, mi - мощность слоев пород в кровле пласта, м;
а - коэффициент, зависящий от значений fср;
а = 0,30+0,09fср, (4.7)
Kсх - коэффициент, зависящий от lП.В. Для определения коэффициентов Kсх и K*ут.в без сохранения начального участка расчетное значение lП.В в формулах (4.5) и (4.8) равно 0, а при поддержании (за счет усиления крепления) должно соблюдаться условие - при lП.В/lоч > 1 данное отношение принимается равным 1;
mв - вынимаемая мощность пласта (с учетом прослойков), м.
Площадь поперечного сечения призабойных пространств очистных выработок с механизированными крепями Sоч (в свету)
Тип крепи (механизированного комплекса) |
Вынимаемая мощность пласта, м |
Сечение Sоч (в свету), м2 |
1ОКП 70 |
1,9-2,5 |
3,35-4,6 |
2ОКП 70 |
2,3-3,3 |
4,2-6,4 |
3ОКП 70Б |
2,8-4,0 |
5,5-8,0 |
4ОКП 70Б |
1,6-2,2 |
2,5-4,0 |
1УКП |
1,3-2,5 |
2,0-4,5 |
2УКП |
2,5-4,5 |
4,0-8,0 |
УКП 4 |
2,4-4,1 |
3,8-8,1 |
УКП 5 |
2,9-4,25 |
5,2-8,6 |
КМ 81 |
2,0-3,2 |
7,0-10,5 |
1КМ 87 |
1,05-1,95 |
2,3-4,6 |
2КМ 87, КМ 88С |
1,25-1,95 |
2,75-4,6 |
1КМ-97Д |
0,7-1,2 |
1,5-3,4 |
КМ 130 |
2,0-3,65 |
4,5-9,7 |
4КМ 130, 4КМТ 130 |
2,8-4,15 |
6,8-11,1 |
КМ 138 |
1,4-2,2 |
2,93-5,15 |
КМ 142 |
2,7-5,0 |
6,4-11,8 |
1КМ 144К |
2,05-2,8 |
4,53-7,13 |
МК 75Б |
1,6-2,2 |
2,8-4,7 |
1МК 85БТ |
1,4-2,2 |
3,2-4,3 |
2КМТ |
1,35-2,0 |
3,0-4,7 |
МКЮ |
1,8-3,8 |
6,2-16,1 |
JOY |
1,15-3,2 |
2,2-10,7 |
"Пиома" |
3,1-4,0 |
5,6-8,0 |
"Глиник" |
0,8-2,6 |
1,4-5,0 |
"Фазос" |
1,4-3,0 |
2,4-5,8 |
50W-09/17-PZ |
1,05-1,6 |
1,6-2,7 |
50W-13/24-PZ |
1,4-2,3 |
2,4-4,4 |
Для новых модернизированных комплексов Sоч принимается по технической характеристике.
Проверка расхода воздуха по скорости производится по следующим формулам:
по минимальной скорости воздуха в очистной выработке
Qоч ³ 60Sоч maxVminkо.з, (4.10)
где Sоч max - максимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2.Принимается согласно таблицы 4.2;
Vmin - минимально допустимая скорость воздуха в очистной выработке, м/с. Принимается согласно ПБ;
по максимальной скорости воздуха в очистной выработке
Qоч £ Qоч maxkо.з = 60Sоч minVmaxkо.з, (4.11)
где Vmax - максимально допустимая скорость воздуха в очистной выработке, м/с. Принимается согласно нормативных документов;
kо.з - коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства, непосредственно прилегающей к призабойному пространству. Принимается по таблице 4.3.
Значение коэффициента kо.з
Способ управления кровлей |
Породы непосредственной кровли |
kо.з |
Полное обрушение |
Песчаники |
1,30 |
То же |
Песчанистые сланцы |
1,25 |
-"- |
Глинистые сланцы |
1,20 |
-"- |
Сыпучие |
1,05 |
Плавное опускание |
Глинистые сланцы |
1,15 |
2. Расчет расхода воздуха для изолированного отвода
Расход воздуха, необходимого для изолированного отвода метана из прилегающих к лаве выработанных пространств в газоотводящие (дренажные) выработки, определяется по формулам
Qв.п = Qг.в = Qвх - Qоч = Qоч(K*ут.в+Kп.ш-1), (4.12)
(4.13)
3. Расчет расхода воздуха для обособленно проветриваемых конвейерных выработок
(4.14)
4. Расчет расхода воздуха для разжижения метановоздушной смеси в смесительной камере
Расчет расхода воздуха в выработке, оборудованной смесительной камерой для разжижения метана, поступающего в нее из выработанного пространства, производится с учетом особенностей применяемых схем проветривания выемочных участков.
4.1. Расчет расхода воздуха за смесительной камерой при ее оборудовании в выработке, по которой не проходит исходящая струя выемочного участка
(4.15)
где С - допустимая ПБ концентрация метана в выработке за смесительной камерой, %;
Со - концентрация метана в поступающей к смесительной камере вентиляционной струе, %.
4.2. Расчет расхода воздуха за смесительной камерой при ее оборудовании в выработке с исходящей струей лавы (выемочного участка)
(4.16)
4.3. Расчет расхода воздуха за смесительной камерой при ее оборудовании в выработке с исходящей струей лавы и обособленно проветриваемой в пределах выемочного участка выработкой
(4.17)
Пример расчета параметров проветривания выемочного участка приведен в приложении № 11.
5. Расчет параметров проветривания выемочного участка при бесцеликовой технологии отработки
При отработке лавы с одновременной выемкой межлавного целика расчет расхода воздуха для проветривания очистного забоя производится по формуле
(4.18)
Hасчет расхода воздуха для проветривания МЛЦ определяется по формуле
(4.19)
Расчет расхода воздуха, отводимого по вентиляционному штреку, определяется по формуле
Qв.ш = Qоч - Qмл.ц, м3/мин (4.20)
Приложение 5
к Инструкции
Расчет параметров газоотводящей сети
1. Расчет депрессии в выработанном пространстве
Расчет депрессии в выработанном пространстве hв.п производится по формуле
где Re - безразмерный параметр (аналог критерия Рейнольдса для выработанного пространства); определяется по формуле
(5.2)
F - площадь фильтрационного потока, м2; определяется по формуле
rл, rкв - соответственно удельное линейное и удельное квадратичное сопротивления выработанного пространства, даН·с/м4 и даН·с2/м5; принимаются по таблице 5.1;
аф - размерный параметр, характеризующий крутизну изменения границ площадей фильтрации с линейным и квадратичным законами сопротивления, 1/м; принимается по таблице 5.1;
x0 - расстояние от забоя лавы до зоны подбучивания пород кровли, равное четырем первичным шагам обрушения основной кровли, м; принимается по данным геологической службы шахт;
Kр.п - коэффициент разрыхления пород кровли; принимается по таблице 5.1;
Qв.п - расход воздуха, отводимого через выработанное пространство, м3/с.
Значения параметров для определения hв.п в зависимости от средневзвешенной крепости пород кровли
fср |
rл |
rкв |
Kр.п |
аф |
до 3 |
100 |
8400 |
1,3 |
0,011 |
3-5 |
51 |
6600 |
1,5 |
0,01 |
5-7 |
23 |
4800 |
1,8 |
0,008 |
7-9 |
10 |
3200 |
2,0 |
0,005 |
2. Расчет депрессии в газоотводящих (дренажных) выработках
Депрессия в поддерживаемых газоотводящих выработках hг.в определяется по формуле
где Rуд.г.в - удельное аэродинамическое сопротивление газоотводящей выработки, даПа·с2/м7. Для поддерживаемых выработок Rуд.п.в определяется в соответствии с рисунком 5.1;
Lг.в - длина выработки, м;
Qг.в - расход воздуха, отводимого по газоотводящей выработке, м3/с.
где Qдоп - притечки воздуха в газоотводящие выработки, трубопроводы или скважины из старых выработанных пространств или действующих выработок, м3/с.
Qпод - необходимый расход воздуха на подсвежение, отводимой по газоотводящей выработке метановоздушной смеси до концентрации 3,5%, м3/с.
Значение притечек воздуха Qдоп принимается по данным лав-аналогов или результатам моделирования вентиляционной сети.
где Св.доп - концентрация метана в газоотводящем трубопроводе (выработке),%;
(5.7)
Рисунок 5.1
Удельное аэродинамическое сопротивление поддерживаемых газоотводящих выработок
Кривые на рисунке 5.1 соответствуют выработкам:
1. Закрепленные бетоном, кирпичом, бетонитами.
2. Незакрепленные выработки или выработки с анкерной крепью.
3. Закрепленные металлической аркой (l = 1 м).
4. Закрепленные металлической аркой (l = 0,5 м).
5. Неполные рамы из круглого леса (D=2) или ЖБС с металлическим верхняком (D=2) (D- продольный калибр крепи. Равен отношению расстояния между стойками крепи к ширине стойки).
6. Неполные рамы из круглого леса (D=4).
7. Неполные рамы из ЖБС (D=4) или металлическая арка (l = 1 м) с конвейером.
8. Металлическая арка с конвейером (l = 0,5 м).
3. Расчет депрессии в вентиляционных скважинах
Расчет депрессии в вентиляционной скважине производится по формуле
(5.8)
где Rуд.с - удельное аэродинамическое сопротивление скважин, даПа·с2/м7; представлены в таблицах 4.2, 4.3;
Lскв - длина скважины, м;
Qс - расход воздуха, отводимого по скважине из газоотводящих выработок Qг.в с учетом притечек воздуха Qдоп, м3/с,
Значения удельного аэродинамического сопротивления скважин Rуд.с, закрепленных металлическими трубами
Срок службы скважины, лет |
Удельное аэродинамическое сопротивление скважин Rуд.с, даПа·с2/м7, диаметром, м |
|||||||
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,5 |
2,0 |
|
1 |
0,056 |
0,022 |
0,01 |
0,005 |
0,002 |
0,0006 |
0,00008 |
0,000004 |
2 |
0,062 |
0,024 |
0,011 |
0,006 |
0,002 |
0,0007 |
0,00009 |
0,000004 |
3 |
0,073 |
0,028 |
0,012 |
0,006 |
0,002 |
0,0007 |
0,00008 |
0,000003 |
4 |
0,083 |
0,032 |
0,014 |
0,007 |
0,002 |
0,0008 |
0,00009 |
0,000003 |
5 |
0,093 |
0,035 |
0,015 |
0,008 |
0,002 |
0,0009 |
0,00009 |
0,000003 |
6 |
0,104 |
0,039 |
0,017 |
0,009 |
0,003 |
0,0010 |
0,00012 |
0,000005 |
7 |
0,114 |
0,043 |
0,018 |
0,009 |
0,003 |
0,0011 |
0,00013 |
0,000005 |
8-10 |
0,122 |
0,046 |
0,02 |
0,01 |
0,003 |
0,0011 |
0,00012 |
0,000004 |
Значения удельного аэродинамического сопротивления скважин, не закрепленных или закрепленных бетоном
Способ проведения скважин |
Удельное аэродинамическое сопротивление скважин, Rуд, даПа·с2/м7, диаметром, м |
|||||
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
|
Скважины без крепления |
||||||
По породе: |
|
|
|
|
|
|
по простиранию |
0,166 |
0,0667 |
0,0158 |
0,0052 |
0,0007 |
0,0001 |
вкрест простирания |
0,207 |
0,0833 |
0,0198 |
0,0065 |
0,0008 |
0,0002 |
По углю |
0,166 |
0,0667 |
0,0158 |
0,0052 |
0,0007 |
0,0001 |
Закрепленные бетоном |
||||||
Любой |
- |
- |
- |
0,0016 |
0,0002 |
0,0001 |
При использовании нескольких (куста) скважин их общее удельное сопротивление определяется по формуле
где Rуд.с(m), Rуд.с(i) - удельное сопротивление соответственно m-й и i-й скважин из общего числа скважин в кусте i = 1, ... , n (принимаются по данным таблиц 5.2, 5.3).
Для диаметров скважин, не указанных в таблицах 4.2, 4.3, удельное сопротивление определяется по формуле
Rуд.с = 6,5a/d5, (5.11)
где a - коэффициент аэродинамического сопротивления скважин, даПа·с2/м2. Принимается по таблице 5.5. Для диаметров скважин, не представленных в таблице, принимается в соответствии со справочным материалом.
4. Расчет депрессии в жестком газоотсасывающем трубопроводе
Определение депрессии в жестком газоотсасывающем трубопроводе производится по формуле
hтр = Rобщ.тр·Q2тр, (5.12)
где Rобщ.тр - общее аэродинамическое сопротивление жесткого трубопровода, даПа·с2/м6;
Qтр - расход воздуха, отводимого по трубопроводу из выработанного пространства Qв.п с учетом притечек воздуха Qдоп из старых выработанных пространств и из действующих горных выработок или из условия разжижения газа в трубопроводе (при отводе метановоздушной смеси от сопряжения лавы)
(5.14)
где Rуд - удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода, даПа·с2/м7; принимается по таблице 5.2;
lв, lн - длина соответственно всасывающего и нагнетательного участков трубопровода, м;
Kп.тр, Kут.тр - коэффициенты, соответственно подсосов и утечек МВС в трубопроводе; определяются по формуле (5.15);
SRмв, SRмн - аэродинамическое сопротивление фасонных частей, соответственно на всасывающем и нагнетательном участках трубопровода, даПа·с2/м7; принимается по таблице 5.4.
Коэффициент притечек (утечек) воздуха в трубопровод определяется из выражения
где Kут.ст - коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости трубопровода (принимается равным 0,001);
dтр, lтр, lзв - диаметр, м; длина трубопровода, м; длина звена трубопровода, м. При расчете притечек воздуха Kп.тр соответствуют всасывающей части става трубопровода, а при расчете утечек Kут.тр - нагнетательной;
Rуд - удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода, даПа·с2/м7; определяется по формуле (5.9) при значениях коэффициента a, соответствующих данным таблицы 5.5, или принимается по данным таблицы 5.2 (как для обсаженных металлическими трубами скважин со сроком службы 5 лет и более).
Аэродинамическое сопротивление
фасонных частей жесткого трубопровода
Типы фасонных частей
Аэродинамическое сопротивление фасонных
частей жесткого трубопровода Rм, даПа·с2/м7
диаметром, м
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
1,5
2,0
Колено составное под углом
30°
0,17
0,08
0,05
0,03
0,02
0,01
0,004
0,001
0,0001
45°
0,27
0,13
0,07
0,04
0,02
0,02
0,01
0,002
0,0002
60°
0,28
0,14
0,08
0,04
0,03
0,02
0,01
0,002
0,0002
90°
1,16
0,58
0,30
0,17
0,11
0,07
0,03
0,005
0,0004
Отвод
под углом 45°
0,46
0,25
0,14
0,09
0,06
0,03
0,007
0,0007
Тройник с разветвлением под углом 60°
0,54
0,29
0,17
0,11
0,07
0,03
0,007
0,0006
Типы фасонных частей |
Аэродинамическое сопротивление фасонных частей жесткого трубопровода Rм, даПа·с2/м7 диаметром, м |
|||||||||
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
1,5 |
2,0 |
||
Колено составное под углом |
30° |
0,17 |
0,08 |
0,05 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
0,004 |
0,001 |
0,0001 |
45° |
0,27 |
0,13 |
0,07 |
0,04 |
0,02 |
0,02 |
0,01 |
0,002 |
0,0002 |
|
60° |
0,28 |
0,14 |
0,08 |
0,04 |
0,03 |
0,02 |
0,01 |
0,002 |
0,0002 |
|
90° |
1,16 |
0,58 |
0,30 |
0,17 |
0,11 |
0,07 |
0,03 |
0,005 |
0,0004 |
|
Отвод под углом 45° |
|
0,46 |
0,25 |
0,14 |
0,09 |
0,06 |
0,03 |
0,007 |
0,0007 |
|
Тройник с разветвлением под углом 60° |
|
0,54 |
0,29 |
0,17 |
0,11 |
0,07 |
0,03 |
0,007 |
0,0006 |
Значения коэффициентов a для жесткого трубопровода
Диаметр труб, м |
Значения коэффициентов a, даПа·с2/м7, для труб |
|
новых |
бывших в употреблении |
|
0,3 |
0,00037 |
0,00046 |
0,4 |
0,00036 |
0,00045 |
0,5 |
0,00035 |
0,00044 |
0,6 |
0,00035 |
0,00044 |
0,7 |
0,00031 |
0,00039 |
0,8 |
0,00029 |
0,00036 |
0,9 |
0,00027 |
0,00034 |
1,0 |
0,00025 |
0,00031 |
1,2 |
0,00023 |
0,00029 |
1,5 |
0,00019 |
0,00024 |
2,0 |
0,00014 |
0,00018 |
Значения аэродинамических сопротивлений вентиляционных скважин и трубопроводов могут приниматься по данным прямых замеров.
При использовании нескольких газоотсасывающих трубопроводов их общее аэродинамическое сопротивление Rобщ.тр определяется по формуле (5.16).
(5.16)
где n - общее число газоотсасывающих трубопроводов.
Приложение 6
к Инструкции
Определение режима работы и выбор газоотсасывающего
вентилятора
1. Расчет депрессии газоотсасывающей установки
Расчет депрессии газоотсасывающего вентилятора Hв.р производится по формуле
Hв.р = hв.п-(±hл)+hтр+hг.в+hвс, (6.1)
где hл - действующий напор на сопряжении воздухоотводящей выработки и очистного забоя (знак "минус" при всасывающем способе проветривания и "плюс" - при нагнетательном), даПа;
hвс - депрессия в вентиляционной скважине с учетом потерь депрессии на огнепреградитель, если данное устройство применяется, даПа;
hтр - депрессия в жестком газоотсасывающем трубопроводе, даПа;
hг.в - депрессия в поддерживаемых газоотводящих выработках, даПа;
hв.п - депрессия в выработанном пространстве, даПа.
2. Выбор газоотсасывающей установки
По найденным значениям Hв.р и Qтр или Qс определяется расчетная точка работы установки.
В случае если расчетная точка расположена между двумя кривыми характеристик работы в ГОУ, соответствующими определенному углу установки лопаток или принятому режиму работы, то принимается угол установки (режим работы), соответствующий верхней характеристике. При предельном угле, когда рабочая точка расположена выше кривых характеристик предполагаемого к установке агрегата, режим его работы пересчитывается с учетом увеличения диаметра планировавшихся скважин (трубопроводов) или их количества, либо принимается установка нескольких агрегатов в комбинации параллельно-последовательного соединения или их замены на более мощную ГОУ.
На начало горных работ после запуска ГОУ угол разворота лопаток или число работающих вентиляторов уменьшают в соответствии с расчетом, чтобы достигнуть соответствия фактических параметров проветривания участка расчетным значениям (по расходу воздуха и концентрации метана в исходящей струе лавы). При обеспечении концентрации метана в исходящей струе лавы в пределах установленных норм отклонения фактического расхода воздуха от расчетного не должно превышать ±10%. Затем, по мере развития горных работ, режим работы ГОУ, наоборот, интенсифицируют при этих же условиях безопасности. При этом в обоих случаях, если такое регулирование режимов работы установки приводит к большему изменению расхода воздуха на исходящей лавы, для выполнения этого условия должна производиться соответствующая подача дополнительного количества воздуха через регулировочное окно перед всасом вентилятора или перемычку, используемую для подсвежения метановоздушной смеси.
Режим работы ГОУ определяется в соответствии с заводской аэродинамической характеристикой каждой конкретной установки.
Для проектируемых шахт в качестве исходной информации для определения режимов работы ГОУ используются аэродинамические характеристики, представленные в приложении № 12.
Приложение 7
к Инструкции
Проверка концентрации метана в метановоздушной смеси, поступающей к газоотсаcывающей установке
Безопасная эксплуатация ГОУ обеспечивается предельно допустимой концентрацией метана в газоотводящем трубопроводе (скважине) или газодренажной выработке
При подземной установке ГОУ при допустимой концентрации метана в газоотводящем трубопроводе перед регулировочным окном 3,5% предельно допустимая концентрация метана на вентиляторной установке должна составлять Св.доп = 3%.
На действующих установках значение Св принимается по данным прямых замеров, а на стадии проектирования определяется по формуле
(7.2)
где IВ.П - метановыделение в выработанное пространство (с учетом коэффициента дегазации выработанного пространства), м3/мин. Определяется по фактическому метановыделению лав-аналогов или по природной газоносности пластов согласно разделу 3 приложения № 3 настоящего документа;
Qв - производительность вентилятора, соответствующая принятому углу установки лопаток вентилятора, м3/мин; определяется путем построения в соответствии с рисунком 7.1.
kн - коэффициент неравномерности, определяется по формуле (4.3).
При невыполнении данного условия, когда 3 < СВ < 25% при подземной установке и 3,5 < СВ < 25% при поверхностной установке ГОУ, должно производиться разбавление метановоздушной смеси, отсасываемой установкой из выработанного пространства, путем увеличения производительности вентилятора за счет изменения угла установки лопаток с одновременным подсвежением метановоздушной смеси в системе подземных горных выработок через ближайшую к выработанному пространству изолирующую перемычку отделяющую газодренажную сеть от действующих горных выработок.
Необходимое для этого увеличение производительности ГОУ определяется по формуле 5.6.
Такая необходимость может возникнуть сразу после запуска ГОУ при выборе начального угла разворота лопаток или числа агрегатов установки.
С этой целью на характеристику установки по расчетным значениям Hв.р и Qтр, соответствующим начальному режиму ее работы, обеспечивающему требуемые параметры проветривания участка, наносится рабочая точка 1. Определяют аэродинамическое сопротивление газоотводящей сети на этот период работы установки Rг.с, даПа·с2/м6, по формуле
где Hв.р, Qтр - соответственно расчетные депрессия (даПа) и производительность (м3/с) агрегата установки для рабочей точки 1.
Затем, подобно приведенным на рисунке 7.1 построениям, на характеристику установки по существующим правилам наносится общая характеристика газоотсасывающей сети, и определяются фактические параметры работы ГОУ соответствующие ближайшему наибольшему углу установки лопаток рабочего колеса (точка 2).
При отклонении фактической производительности установки от расчетных режимов ее работы более чем на ±10% должна производиться корректировка режима работы установки путем подачи дополнительного количества воздуха к вентилятору через регулировочное окно.
Допустимая величина подсвежения через регулировочное окно определяется построением (точка 3).
Q´под = Q´в-Qтр, м3/с (7.4)
Рисунок 7.1
Определение допустимой величины подсвежения отсасываемой метановоздушной смеси
Приложение
№ 8
(рекомендуемое)
к Инструкции
Область применения схем проветривания выемочных участков с отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства
При выборе схем проветривания выемочных участков, в первую очередь необходимо ориентироваться на применение возвратноточной схемы проветривания в сочетании с обратным порядком отработки выемочных столбов, исходя из известных ее преимуществ, особенно в отношении обеспечения пожаробезопасности горных работ.
Область применения данной схемы определяется возможностью предотвращения формирования опасных местных скоплений метана на сопряжении очистного забоя с вентиляционной выработкой и характеризуется критерием kо, который рассчитывается по формуле
(8.1)
где kо - коэффициент, учитывающий опасность местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой;
ĪВ.П - среднее фактическое (ожидаемое) метановыделение в выработанное пространство с учетом дегазации выработанного пространства, м3/мин;
S - проектная площадь поперечного сечения вентиляционной выработки в свету, м2;
Qоч - расчетный расход воздуха в очистной выработке, м3/мин;
kУТ.В - коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство; определяется согласно указаниям п. 4.1.
При значения K0 > 1, когда все возможности по подаче воздуха в очистной забой и обеспечению необходимой эффективности дегазации выработанного пространства исчерпаны предусматривается применение прямоточных схем проветривания с подсвежением вентиляционной струи или схем проветривания с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства выемочных участков средствами вентиляции по контролируемым и неконтролируемым дренажным выработкам.
Прямоточные и комбинированные схемы проветривания позволяют исключить возможность формирования местных и слоевых скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой за счет исключения возврата утечек воздуха в очистной забой.
Эти схемы имеют единый классифицированный признак - полное обособление разбавления метана по источникам его поступления в горные выработки участка.
Существенным ограничением области применения прямоточных схем проветривания является допустимый расход воздуха, который необходимо подавать на подсвежение вентиляционной струи выходящей из очистного забоя.
(8.2)
где Qвх - количество воздуха, поступающего в очистную выработку по воздухоподающей выработке, м3/мин;
Kут.в - коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство.
(8.3)
(8.4)
Исходя из условия ограниченного расхода воздуха для подсвежения исходящей из очистного забоя струи воздуха и разбавления метана, выделяющегося из выработанного пространства в поддерживаемую выработку до концентрации 1%, применение прямоточных схем проветривания по газовому фактору будет ограничиваться условием
Qвх.max ³ Qвх+Qпод.оч, (8.5)
Qпод.оч ³ 100(IВ.П+Iпов). (8.6)
Таким образом, вентиляционные возможности прямоточной схемы проветривания зависят от метановыделения в выработанное пространство и наличия достаточного расхода воздуха для его разбавления.
Помимо ограничений по газовому и вентиляционному факторам необходимо учитывать и технологические возможности реализации данной схемы проветривания, а именно, возможность поддержания вентиляционной выработки в выработанном пространстве.
В случае невозможности обеспечения указанных выше условий применения возвратноточной и прямоточной схем проветривания должны применяться схемы проветривания с отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства.
Приложение
№ 9
(рекомендуемое)
к Инструкции
Классификация схем проветривания выемочных участков с отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства
Схема проветривания выемочного участка с отводом метана - схема проветривания, обеспечивающая аэрогазодинамическую изоляцию очистного забоя от выработанного пространства путем управляемого отвода части свежего воздуха, поступающего в очистной забой, через выработанное пространство, тем самым, предотвращая вынос метана из выработанного пространства в очистной забой.
Классификация схем производится на основе разнообразия способов отвода метановоздушной смеси по выработанному пространству.
Схемы проветривания условно подразделяются на пять групп.
I группа. Схемы проветривания выемочного участка с отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства по специальному газоотводящему трубопроводу, проложенному в действующей выработке выемочного участка.
Типовая схема проветривания представлена на рисунке 9.1.
Разнообразие схем данной группы может заключаться в месте размещения подземной ГОУ и трубопровода для изолированного газоотвода в горных выработках и возможности вывода подземного трубопровода по скважине на поверхность с установкой поверхностной газоотсасывающей установки.
II группа. Схемы проветривания выемочных участков с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству действующего выемочного участка.
Типовые схемы проветривания представлены на рисунках 9.2, 9.3.
Основная особенность схем проветривания данной группы заключается в отводе метановоздушной смеси через выработанное пространство всего или большей части выемочного столба.
Отличие схем данной группы от типовых может заключаться:
для схем без фланговых выработок - в применении одной или нескольких по длине выемочного столба вентиляционных (газоотводящих) скважин;
для схем с фланговыми выработками - в расположении газоотсасывающей установки;
для схем с контролируемой или изолированной фланговой (газодренажной) выработкой - в сохранение или без поддержания выработок в выработанном пространстве; и др.
III группа. Схемы проветривания выемочных участков с отводом метановоздушной смеси по выработанным пространствам действующего и ранее отработанного выемочных участков.
Типовая схема проветривания представлена на рисунке 9.4.
Отличительная особенность схем данной группы заключается в месте установки подземной газоотсасывающей установки в системе горных выработок или в месте заложения вентиляционной (газоотсасывающей) скважины при поверхностной установке ГОУ.
IV группа. Схемы проветривания выемочных участков с отводом метановоздушной смеси по ограниченной части выработанного пространства действующего выемочного столба в действующие или изолированные газодренажные выработки.
Типовые схемы проветривания данной группы представлены на рисунках 9.5-9.10.
Условно схемы проветривания данной группы можно разбить на две подгруппы:
схемы с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству в контролируемую горную выработку (рисунки 9.5-9.7);
схемы с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству в газодренажную выработку (рисунки 9.8-9.10).
Общей особенностью схем проветривания данной группы является возможность контроля размера активно проветриваемой зоны выработанного пространства с целью обеспечения эндогенной пожаробезопасности выемочного участка при условии эффективного удаления из выработанного пространства метана с высокой концентрацией средствами дегазации.
Отличительной особенностью схем проветривания первой подгруппы от типовых может являться: расположение подземной ГОУ и трубопровода (скважины) при отводе метановоздушной смеси на поверхность; размещение и конструкция камеры смешивания; организация подачи свежего воздуха к месту разбавления метановоздушной смеси.
Отличительной особенностью схем проветривания второй подгруппы - в дополнение к указанным для первой группы - порядок изоляции сбоек (скважин).
Основные требования к схемам данной группы заключается в обязательной изоляции действующей сбойки (скважины) при проходе очистным забоем очередной сбойки.
Порядок вскрытия и изоляции сбоек (скважин) определяется мероприятиями, которые должны являться составной частью Паспорта (Проекта).
V группа. Схемы проветривания выемочных участков с отводом метановоздушной смеси по выработанным пространствам действующего и ранее отработанного выемочного столба при применении схем отработки выемочных столбов с выемкой межлавного целика.
Типовые схемы проветривания данной группы представлены на рисунках 9.11-9.13.
Общей особенностью схем проветривания данной группы является невозможность контроля активно проветриваемой зоны выработанного пространства действующего и ранее отработанного выемочного столба, что ограничивает возможность их применения на пластах склонных и весьма склонных к самовозгоранию.
Типовые схемы данной группы по фактору организации проветривания очистного забоя в зоне межлавного целика можно разбить на две подгруппы.
1. Схемы с проветриванием очистного забоя в зоне межлавного целика за счет ГОУ (рисунки 9.11-9.12).
2. Схема с проветриванием очистного забоя в зоне межлавного целика за счет общешахтной депрессии (рисунок 9.13).
Отличительной особенностью схем проветривания первой подгруппы (рисунки 9.11-9.12) от типовых может являться: расположение ГОУ в системе горных выработок или на поверхности, направление движения метановоздушной смеси по выработанному пространству (к центру или на фланг); конструкция и расположение смесительных камер и др.
Отличительной особенностью схем проветривания второй подгруппы (рисунок 9.13) от типовых может являться источник тяги для изолированного отвода метановоздушной смеси через выработанного пространство (ГОУ, общешахтная депрессия), место расположения ГОУ или вентиляционной скважины, пробуренной с поверхности.
Условные обозначения к схемам проветривания выемочных участков
Рисунок 9.1
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и жесткому вентиляционному трубопроводу (и скважине), проложенному в горной выработке, подземной (поверхностной) ГОУ
Рисунок 9.2
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и вентиляционной скважине поверхностной ГОУ
Рисунок 9.3
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и фланговой дренажной выработке поверхностной (подземной) ГОУ
Рисунок 9.4
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанным пространствам действующей и смежной лав и вентиляционной скважине поверхностной (подземной) ГОУ
Рисунок 9.5
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству в камеру смешивания, оборудованную в контролируемой горной выработке
Рисунок 9.6
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству в сохраненную горную выработку, изолированную от выработанного пространства монолитной изолирующей полосой, за счет общешахтной депресии
Рисунок 9.7
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству подземной ГОУ с ее поэтапным перемонтажем вслед за подвиганием очистного забоя
Рисунок 9.8
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и дренажным выработкам поверхностной ГОУ
Рисунок 9.9
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси через выработанное пространство по газоотводящей сбойке и дренажной выработке подземной ГОУ
Рисунок 9.10
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и дренажной выработке, пройденной по верхнему слою, для схем отработки пластов с выпуском подкровельной пачки угля
Рисунок 9.11
Схема проветривания выемочного участка с изолированным отводом метановоздушной смеси через выработанное пространство действующего и ранее отработанного выемочного столба и проветриванием части очистного забоя в районе межлавного целика за счет ГОУ
Рисунок 9.12
Схема проветривания выемочного участка с комбинированным изолированным отводом метановоздушной смеси и проветриванием очистного забоя за счет общешахтной депрессии и ГОУ
Рисунок 9.13
Схема проветривания выемочного участка с изолированным отводом метановоздушной смеси через выработанное пространство и сохраняемую в выработанном пространстве выработку за счет общешахтной депрессии или ГОУ
Приложение
№ 10
(рекомендуемое)
к Инструкции
Методика расчета скорости подачи очистного комбайна
1. Расчет скорости подачи комбайна при выемке
верхнего уступа
Скорость подачи выемочного комбайна при отбойке угля в верхнем уступе (при условии mв>Дш) определяется по формуле [4]:
(10.1)
где N - мощность электродвигателя рабочего органа, кВт;
hp - КПД редуктора исполнительного органа. Для очистных комбайнов принимается hp = 0,95;
n1л - количество резцов в одной линии резания, принимается в зависимости от конструкции шнека n = 2, 3, 4;
Kп - коэффициент, учитывающий затраты мощности на перемещение комбайна. Если комбайн перемещается двигателем, вращающим шнеки Kп = 0,9-0,95, в противном случае Kп = 1;
А - средневзвешенная сопротивляемость пласта угля резанию, кН/м. Определяется по формуле:
A = (Aуmу + Aпрmпр)/(mу + mпр), кН/м, (10.2)
где Aу - сопротивляемость резанию угольных пачек пласта, кН/м;
Aпр - сопротивляемость резанию породных прослоев пласта, кН/м;
mу - суммарная мощность чистых угольных пачек по пласту, м;
mпр - суммарная мощность породных прослоев, м;
Дш - диаметр шнеков комбайна, м;
n3 - количество резцов, разрушающих забой одновременно. Для большинства очистных комбайнов равно половине всех резцов на исполнительном органе; n3 изменяется от 14 до 50 шт.;
Kот - коэффициент отжима, учитывающий уменьшение сил резания вследствие горного давления. Для очистного забоя Kот определяется по формуле
(10.3)
где Kот.0 - коэффициент отжима на поверхности забоя, для углей марок К, Ж, ОС, Т, А - Kот.0 = 0,35; для других марок Kот.0 = 0,45;
r - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м;
mв - вынимаемая мощность пласта (по угольным пачкам), м;
Ka - коэффициент, учитывающий изменение угла резания комбайнового резца по сравнению с резцом ДКС-2, имеющим угол резания 50°. Значения Ka определяются по таблице 10.1;
Kb - коэффициент, учитывающий влияние ширины резца по сравнению с резцом ДКС-2, имеющий ширину 2 см. Принимается Kb = 1;
Для радиальных резцов типа ЗР4-80 Kb предлагается определить по формуле
Kb = 0,35×b + 0,3, (10.4)
где b - ширина режущей кромки резцов, для ЗР4-80 b = 1,3 см;
Kзр - коэффициент, учитывающий затупление резцов, Kзр = 1,2…1,3;
Kфр - коэффициент, учитывающий формы резцов на поверхности забоя, для серийных комбайнов принимается Kфр = 1,0.
Угол резания, a, ° |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
Ka |
1,00 |
1,17 |
1,34 |
1,50 |
1,67 |
2. Расчет скорости подачи комбайна при выемке нижнего уступа
Если мощность нижнего уступа меньше половины диаметра шнека, то скорость подачи при выемке нижнего уступа принимается равной
Vпк = 0,85×Vп max, (10.5)
где Vп max - маневровая скорость подачи комбайна, м/мин.
Приложение
№ 11
(рекомендуемое)
к Инструкции
Пример расчета параметров проветривания выемочных участков
Схема проветривания выемочного столба с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и дренажным выработкам поверхностным газоотсасывающим вентилятором представлена на рисунке 11.1.
Рисунок 11.1
Схема проветривания выемочного столба лавы 20-20 с отводом метановоздушной смеси по выработанному пространству и дренажным выработкам поверхностным газоотсасывающим вентилятором
1. Расчет скорости подачи комбайна
Исходные данные для расчета скорости подачи комбайна представлены в таблице 11.1.
Таблица 11.1
Исходные данные для расчета
скорости подачи комбайна
Наименование показателей
Условные обозначения
Ед. измерения
Количество
Наименование
выемочного участка
Лава 20-20
Комбайн очистной
SL-500
Мощность электродвигателя рабочего
органа
N
кВт
500
КПД редуктора исполнительного органа
hр
0,95
Количество резцов в одной линии
резания, принимается в зависимости от конструкции шнека n=2, 3, 4
n1л
шт.
3
Коэффициент, учитывающий затраты
мощности на перемещение комбайна
Kп
1
Сопротивляемость резанию угольных пачек
пласта, кН/м
Ау
кН/м
160
Сопротивляемость резанию породных
прослоев пласта, кН/м
Апр
кН/м
250
Суммарная мощность чистых угольных
пачек по пласту
nу
м
2,00
Суммарная мощность породных прослоев
mпр
м
0,15
Диаметр шнеков комбайна
Дш
м
3
Количество резцов, разрушающих забой
одновременно
n3
шт.
29
Коэффициент отжима на поверхности забоя
Kот.о
0,35
Ширина захвата исполнительного органа
комбайна
r
м
0,8
Вынимаемая мощность пласта
mв
м
2,15
Коэффициент, учитывающий изменение угла
резания комбайнового резца по сравнению с резцом ДКС-2, имеющим угол резания
50°
Ka
1
Коэффициент, учитывающий влияние ширины
резца по сравнению с резцом ДКС-2, имеющий ширину 2 см
Kb
1
Коэффициент, учитывающий затупление
резцов
Kзр
1,2
Коэффициент, учитывающий формы резцов
на поверхности забоя
Kфр
1,0
Наименование показателей |
Условные обозначения |
Ед. измерения |
Количество |
Наименование выемочного участка |
Лава 20-20 |
||
Комбайн очистной |
SL-500 |
||
Мощность электродвигателя рабочего органа |
N |
кВт |
500 |
КПД редуктора исполнительного органа |
hр |
|
0,95 |
Количество резцов в одной линии резания, принимается в зависимости от конструкции шнека n=2, 3, 4 |
n1л |
шт. |
3 |
Коэффициент, учитывающий затраты мощности на перемещение комбайна |
Kп |
|
1 |
Сопротивляемость резанию угольных пачек пласта, кН/м |
Ау |
кН/м |
160 |
Сопротивляемость резанию породных прослоев пласта, кН/м |
Апр |
кН/м |
250 |
Суммарная мощность чистых угольных пачек по пласту |
nу |
м |
2,00 |
Суммарная мощность породных прослоев |
mпр |
м |
0,15 |
Диаметр шнеков комбайна |
Дш |
м |
3 |
Количество резцов, разрушающих забой одновременно |
n3 |
шт. |
29 |
Коэффициент отжима на поверхности забоя |
Kот.о |
|
0,35 |
Ширина захвата исполнительного органа комбайна |
r |
м |
0,8 |
Вынимаемая мощность пласта |
mв |
м |
2,15 |
Коэффициент, учитывающий изменение угла резания комбайнового резца по сравнению с резцом ДКС-2, имеющим угол резания 50° |
Ka |
|
1 |
Коэффициент, учитывающий влияние ширины резца по сравнению с резцом ДКС-2, имеющий ширину 2 см |
Kb |
|
1 |
Коэффициент, учитывающий затупление резцов |
Kзр |
|
1,2 |
Коэффициент, учитывающий формы резцов на поверхности забоя |
Kфр |
|
1,0 |
A = (160×2,0+250×0,15)/(2,0+0,15) = 166,3 кН/м;
2. Расчет газовыделения из разрабатываемого пласта
Исходные данные для расчета газовыделения из разрабатываемого пласта выемочного участка лавы 20-20 представлены в таблице 11.2.
Таблица 11.2
Исходные данные для расчета
газовыделения из разрабатываемого пласта
Наименование показателей
Условные обозначения
Ед. измерения
Количество
Наименование
выемочного участка
Лава 20-20
Плановая суточная нагрузка на очистной
забой
Асут
т/сут
5476
Природная метаноносность разрабатываемого
пласта (с учетом фактического или необходимого коэффициента эффективности
дегазации разрабатываемого пласта Kдег.пл)
X
м3/т
16,8
Длина очистного забоя
lоч
м
300
Скорость транспортирования угля по
очистному забою
VТ.ОЧ
м/с
1,3
Длина ПТК
lПТК
м
45
Скорость транспортирования угля по
перегружателю
VТ.ПТК
м/с
1,3
Длина конвейера, расположенного в
конвейерном штреке
lК.Ш
м
305
Скорость транспортирования угля по
конвейерному штреку
VТ.К.Ш
м/с
2,5
Время нахождения отбитого угля в лаве
при односторонней выемке угля, мин. Численно равно времени работы комбайна по
выемке полосы угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции
tт.п.л
мин
13,8
Выход летучих
Vdaf
%
38,8
Влажность угля
Wа
%
2,3
Зольность угля
Ас
%
19,3
Плотность угля
g
т/м3
1,28
Вынимаемая мощность пласта
mв
м
2,15
Коэффициент уменьшения нагрузки в
зависимости от длины геологического нарушения лавы
kг.н
1,0
Коэффициент готовности комбайна
kк
1,0
Максимально возможная для данных
условий скорость подачи очистного комбайна в соответствии с его технической
характеристикой
Vn.к
м/мин
4,48
Продолжительность рабочей смены
Tсм
мин
360
Коэффициент, характеризующий схему
выемки угля
Kм
0,5
Число рабочих смен по добыче угля
nсм
3
Коэффициент, учитывающий
метановыделение из эксплуатационных потерь угля в пределах выемочного
участка, принимается по проекту;
kэ.п
доли ед.
0,141
Глубина разработки от поверхности
Hпов
м
410-520
Наименование показателей |
Условные обозначения |
Ед. измерения |
Количество |
Наименование выемочного участка |
Лава 20-20 |
||
Плановая суточная нагрузка на очистной забой |
Асут |
т/сут |
5476 |
Природная метаноносность разрабатываемого пласта (с учетом фактического или необходимого коэффициента эффективности дегазации разрабатываемого пласта Kдег.пл) |
X |
м3/т |
16,8 |
Длина очистного забоя |
lоч |
м |
300 |
Скорость транспортирования угля по очистному забою |
VТ.ОЧ |
м/с |
1,3 |
Длина ПТК |
lПТК |
м |
45 |
Скорость транспортирования угля по перегружателю |
VТ.ПТК |
м/с |
1,3 |
Длина конвейера, расположенного в конвейерном штреке |
lК.Ш |
м |
305 |
Скорость транспортирования угля по конвейерному штреку |
VТ.К.Ш |
м/с |
2,5 |
Время нахождения отбитого угля в лаве при односторонней выемке угля, мин. Численно равно времени работы комбайна по выемке полосы угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции |
tт.п.л |
мин |
13,8 |
Выход летучих |
Vdaf |
% |
38,8 |
Влажность угля |
Wа |
% |
2,3 |
Зольность угля |
Ас |
% |
19,3 |
Плотность угля |
g |
т/м3 |
1,28 |
Вынимаемая мощность пласта |
mв |
м |
2,15 |
Коэффициент уменьшения нагрузки в зависимости от длины геологического нарушения лавы |
kг.н |
|
1,0 |
Коэффициент готовности комбайна |
kк |
|
1,0 |
Максимально возможная для данных условий скорость подачи очистного комбайна в соответствии с его технической характеристикой |
Vn.к |
м/мин |
4,48 |
Продолжительность рабочей смены |
Tсм |
мин |
360 |
Коэффициент, характеризующий схему выемки угля |
Kм |
|
0,5 |
Число рабочих смен по добыче угля |
nсм |
|
3 |
Коэффициент, учитывающий метановыделение из эксплуатационных потерь угля в пределах выемочного участка, принимается по проекту; |
kэ.п |
доли ед. |
0,141 |
Глубина разработки от поверхности |
Hпов |
м |
410-520 |
Ожидаемое абсолютное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по методике, изложенной в приложении № 3 с использованием формул (3.5)-(3.14).
Kпл = (lоч-2вз.д)/lоч = (300-2×10)/300 = 0,93;
jпр = 2,15×1,28×4,48×1×1 = 12,33 т/мин;
Aр = 360×12,33×0,5×3 = 6658 т/сут;
n1 = 0,21×1×[0,002×(27-38,8)2+1] = 0,268;
x0 = 0,01×2,5×(100-19,3-2,3) = 1,96 м3/т;
a2 = 0,25a3 = 0,25×0,36 = 0,090;
3. Расчет метановыделения в выработанное пространство
Исходные данные для расчета метановыделения из пластов-спутников в выработанное пространство выемочного участка лавы 20-20 представлены в таблице 11.3.
Таблица 11.3
Характеристика пластов-спутников, попадающих в зону под-, надработки при отработке проектируемого выемочного участка
Пласт-спутник |
Мощность пласта-спутника mсп, м |
Мощность междупластья Mсп, м |
Метаноносность спутника, м3/т с.б.м |
Зольность, Ас, % |
Влаж ность, Wа, % |
Метаноносность спутника, м3/т |
||
природная Хсп, |
остаточная XОГ |
природная Хсп, |
остаточная XОГ |
|||||
Подрабатываемые пласты |
||||||||
Пласт 23 |
0,3 |
72,7 |
16,2 |
2,5 |
26,3 |
2,2 |
11,58 |
1,79 |
Пласт 22 |
1,79 |
67,8 |
16,3 |
2,5 |
26,3 |
2,2 |
11,65 |
1,79 |
Пласт 21 |
0,3 |
28,6 |
16,6 |
2,5 |
26,3 |
2,2 |
11,87 |
1,79 |
Надрабатываемые пласты |
||||||||
Пласт 19 |
0,55 |
15 |
16,8 |
2,5 |
26,3 |
2,2 |
12,01 |
1,79 |
Абсолютное метановыделение в выработанное пространство определяется по методике, изложенной в приложении № 3 с использованием формул (3.22)-(3.32).
Mp = 40×2,15×(1,2+cos12°) = 187 м;
qсп = qсп.1+qсп.2+qсп.3 = 0,84+8,05+1,19 = 10,08, м3/т;
Расчет относительного метановыделения из вмещающих пород производится с использованием формул (3.29)-(3.32).
Относительное метановыделение в очистной забой, соответствующее максимально возможной суточной нагрузке Асут = 6658 т/сут, составит
qпор = 0,15×2,39 = 0,36 м3/т;
qВ.П = (10,08+0,36)×(1-0)+1,49×(1-0)+0,141×(16,8-1,79)×(1-0) = 14,03 м3/т;
Для проектируемого выемочного участка 20-20 предусматривается применение дегазации выработанного пространства с коэффициентом эффективности, равным 0,4.
IВ.П.дег = 54,35×(1-0,6) = 32,61 м3/мин.
4. Расчет метановыделения на выемочный участок
Ожидаемое абсолютное метановыделение на выемочный участок определяется по методике, изложенной в приложении № 3 использованием формулы (3.37)
Iуч = Iпл+IВ.П = 11,04+54,35 = 65,39 м3/мин
с учетом коэффициента эффективности дегазации выработанного пространства
Iуч = Iпл+IВ.П.дег = 11,04+32,61 = 43,65 м3/мин.
5. Расчет расхода воздуха на выемочный участок по метановыделению в очистной забой
Исходные данные для расчета расхода воздуха на выемочный участок по метановыделению в очистной забой выемочного участка лавы 20-20 представлены в таблицах 11.4 и 11.5.
Исходные данные для расчета
расхода воздуха на выемочный участок
Наименование показателей
Условные обозначения
Ед. измерения
Количество
Вынимаемая мощность
пласта
mв
м
2,15
Длина очистного забоя
lоч
м
300
Протяженность вентиляционной выработки
от призабойного пространства очистного забоя, поддерживаемой для целей
газоотвода, м;
lв
м
0
Площадь поперечного сечения
призабойного пространства очистной выработки
Sоч
м2
6,7
Количество метана, поступающего из-за
пределов выемочного участка со свежей струей
Iвх
м3/мин
0,0
Метановыделение из стенок
воздухоподающих выработок
Iпов
м3/мин
0,0
Метановыделение из разрабатываемого
пласта при максимальной скорости подачи комбайна, м3/мин
Iпл
м3/мин
11,04
Средневзвешенный коэффициент крепости
подработанного горного массива по шкале проф. М.М. Протодьяконова
fср
5,2
Коэффициент, учитывающий расход воздуха
или его утечки по поддерживаемой или погашаемой части воздухоподающей
выработки в выработанном пространстве
Kп.ш
0,1
Наименование показателей |
Условные обозначения |
Ед. измерения |
Количество |
Вынимаемая мощность пласта |
mв |
м |
2,15 |
Длина очистного забоя |
lоч |
м |
300 |
Протяженность вентиляционной выработки от призабойного пространства очистного забоя, поддерживаемой для целей газоотвода, м; |
lв |
м |
0 |
Площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки |
Sоч |
м2 |
6,7 |
Количество метана, поступающего из-за пределов выемочного участка со свежей струей |
Iвх |
м3/мин |
0,0 |
Метановыделение из стенок воздухоподающих выработок |
Iпов |
м3/мин |
0,0 |
Метановыделение из разрабатываемого пласта при максимальной скорости подачи комбайна, м3/мин |
Iпл |
м3/мин |
11,04 |
Средневзвешенный коэффициент крепости подработанного горного массива по шкале проф. М.М. Протодьяконова |
fср |
|
5,2 |
Коэффициент, учитывающий расход воздуха или его утечки по поддерживаемой или погашаемой части воздухоподающей выработки в выработанном пространстве |
Kп.ш |
|
0,1 |
Характеристика пород кровли
пласта 20
Слой
Мощность, м
Крепость
Уголь пласта 26
2,15
0,9
Углистый черный алевролит
0,3
3
Алевролит слоистый от мелко- до
крупнозернистого
4
4,5
Песчаник
6,0
7,5
Алевролит разнозернистый слоистый
9
4
Слой |
Мощность, м |
Крепость |
Уголь пласта 26 |
2,15 |
0,9 |
Углистый черный алевролит |
0,3 |
3 |
Алевролит слоистый от мелко- до крупнозернистого |
4 |
4,5 |
Песчаник |
6,0 |
7,5 |
Алевролит разнозернистый слоистый |
9 |
4 |
Расчет расхода воздуха на выемочный участок по метановыделению в очистной забой производится по методике, изложенной в приложении № 4, с использованием формул (4.1)-(4.8), (4.12)-(4.13).
H8т = 8mв = 8×2,15 = 17,2 м.
а = 0,30+0,09×5,2 = 0,77;
Kсх = 0,125×2,15×[2,968×1+1,176] = 1,11;
Принимаем K*ут.в = 1,2.
kн = 1,94×11,04-0,14 = 1,39;
Qвх = 1390×(1,2+0,1) = 1807 м3/мин;
Qв.п = 1807-1390 = 417 м3/мин.
6. Расчет депрессии в выработанном пространстве
Исходные данные для расчета депрессии в выработанном пространстве выемочного участка лавы 20-20 представлены в таблице 11.6.
Таблица 11.6
Исходные данные для расчета
расхода воздуха на выемочный участок
Наименование показателей
Условные обозначения
Ед. измерения
Количество
Вынимаемая мощность
пласта
mв
м
2,15
Длина очистного забоя
lоч
м
300
Длина выработанного пространства
Lв.п
м
1800
Количество воздуха, отводимого через
выработанное пространство
Qв.п
м3/м
6,95
Расстояние от забоя лавы до зоны
подбучивания пород кровли, равное четырем первичным шагам обрушения основной
кровли
x0
м
240
Средневзвешенный коэффициент крепости
подработанного горного массива по шкале проф. М.М. Протодьяконова
fср
5,2
Удельное линейное сопротивление
выработанного пространства
rл
даН·с/м4
23
Удельное квадратичное сопротивление
выработанного пространства
rкв
даН·с2/м5
4800
Размерный параметр, характеризующий
крутизну изменения границ площадей фильтрации с линейным и квадратичным
законами сопротивления
a
1/м
0,008
Коэффициент разрыхления пород кровли
Kр.п
1,8
Наименование показателей |
Условные обозначения |
Ед. измерения |
Количество |
Вынимаемая мощность пласта |
mв |
м |
2,15 |
Длина очистного забоя |
lоч |
м |
300 |
Длина выработанного пространства |
Lв.п |
м |
1800 |
Количество воздуха, отводимого через выработанное пространство |
Qв.п |
м3/м |
6,95 |
Расстояние от забоя лавы до зоны подбучивания пород кровли, равное четырем первичным шагам обрушения основной кровли |
x0 |
м |
240 |
Средневзвешенный коэффициент крепости подработанного горного массива по шкале проф. М.М. Протодьяконова |
fср |
|
5,2 |
Удельное линейное сопротивление выработанного пространства |
rл |
даН·с/м4 |
23 |
Удельное квадратичное сопротивление выработанного пространства |
rкв |
даН·с2/м5 |
4800 |
Размерный параметр, характеризующий крутизну изменения границ площадей фильтрации с линейным и квадратичным законами сопротивления |
a |
1/м |
0,008 |
Коэффициент разрыхления пород кровли |
Kр.п |
|
1,8 |
Расчет падения депрессии по выработанному пространству производится по методике, изложенной в приложении № 5 с использованием формул (5.1)-(5.3).
7. Проверка концентрации метана в метановоздушной смеси, поступающей в газодренажную выработку
Проверка концентрации метана в метановоздушной смеси, поступающей в газодренажную выработку, производится по методике, изложенной в приложении № 7 с использованием формул (7.1)-(7.3).
Притечки воздуха в выработанное пространство по данным лав-аналогов составляют 100 м3/мин. При количестве воздуха, необходимого для изолированного отвода метана из прилегающих к лаве выработанных пространств в газоотводящие выработки Qв.п = 417 м3/мин, получим
Qв.п = 417+100 = 517 м3/мин;
kн = 1,94·32,61-0,14 = 1,19.
Принимаем kн = 1,28.
Необходимое увеличение расхода воздуха в дренажной выработке Qпод составит
Таким образом, расход воздуха в газодренажной выработке должен быть не менее
Qг.в = Qв.п+Qпод = 517+676 = 1193 м3/мин = 19,9 м3/с.
Для обеспечения концентрации метана в метановоздушной смеси, поступающей в газодренажную выработку не более 3,5%, воздух добавляется через перемычку, установленную в выработке, используемой в качестве газодренажной.
8. Расчет депрессии в газоотводящих (дренажных) выработках
Расчет депрессии в газоотводящих (дренажных) выработках производится по методике, изложенной в приложении № 5 с использованием формул (5.4)-(5.5).
Исходные данные для расчета падения депрессии в газоотводящих (дренажных) выработках представлены в таблице 11.7.
Таблица 11.7
Исходные данные для расчета падения
депрессии в газоотводящих выработках
Наименование показателей
Условные обозначения
Ед. измерения
Количество
Длина
выработки
Lг.в
м
2000
Сечение
газоотводящих выработок
S
м2
7
Удельное
аэродинамическое сопротивление газоотводящих выработок
Rуд.г.в
даПа·с2/м7
0,00005
Количество
воздуха, отводимого по газоотводящим выработкам
Qг.в
м3/мин
1193
Притечки
воздуха в газоотводящие выработки из старых выработанных пространств или
действующих выработок
Qдоп
м3/мин
800
Наименование показателей |
Условные обозначения |
Ед. измерения |
Количество |
Длина выработки |
Lг.в |
м |
2000 |
Сечение газоотводящих выработок |
S |
м2 |
7 |
Удельное аэродинамическое сопротивление газоотводящих выработок |
Rуд.г.в |
даПа·с2/м7 |
0,00005 |
Количество воздуха, отводимого по газоотводящим выработкам |
Qг.в |
м3/мин |
1193 |
Притечки воздуха в газоотводящие выработки из старых выработанных пространств или действующих выработок |
Qдоп |
м3/мин |
800 |
Тогда расход воздуха в газоотводящей выработке перед всасывающим трубопроводом газоотсасывающей установки равен
Qг.в = 1193+800 = 1993 м3/мин = 33,2 м3/с;
hг.в = 0,00005·2000·33,22 = 110,3 даПа.
9. Расчет падения депрессии в жестком газоотсасывающем трубопроводе
Расчет падения депрессии в жестком газоотсасывающем трубопроводе производится по методике, изложенной в приложении № 5 с использованием формул (5.10)-(5.13).
Исходные данные для расчета падения депрессии в жестком газоотсасывающем трубопроводе представлены в таблице 11.8.
Таблица 11.8
Исходные данные для расчета падения депрессии в жестком газоотсасывающем трубопроводе
Наименование показателей |
Условные обозначения |
Ед. измерения |
Количество |
Длина жесткого газоотсасывающего трубопровода |
lтр |
м |
100 |
Длина всасывающего участка трубопровода |
lв |
м |
100 |
Диаметр жесткого газоотсасывающего трубопровода |
dтр |
м |
1,0 |
Длина звена трубопровода |
lзв |
м |
5 |
Коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости трубопровода |
Кут.ст |
|
0,001 |
Удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода |
Rуд |
даПа·с2/м7 |
0,002 |
Количество воздуха перед всасом газоотсасывающего трубопровода |
Qтр |
м3/с |
33,2 |
Коэффициент притечек (утечек) воздуха в трубопровод составит
hтр = 0,239·33,22 = 263,2 даПа.
10. Расчет депрессии газоотсасывающего вентилятора
Расчет депрессии газоотсасывающего вентилятора производится по методике, изложенной в приложении № 6 с использованием формулы (6.1).
По данным депрессионной съемки действующий напор на сопряжении воздухоотводящей выработки и очистного забоя hл = 10 даПа.
Hв.р = 198,3-(+10)+110,3+263,2 = 561,7 даПа.
По найденным значениям депрессии газоотсасывающего вентилятора Hв.р = 561,7 даПа и расхода воздуха Qг.в = 33,2 м3/с производится выбор газоотсасывающей установки, в качестве которой в соответствии с полученным режимом работы принимается ГОУ типа УВЦГ-15 с характеристикой, представленной на рисунке 11.2.
Рисунок 11.2
Аэродинамическая характеристика вентилятора УВЦГ-15
Для определения необходимого режима работы ГОУ на данную характеристику наносится рабочая точка соответствующая расчетным значениям Hв.р и Qг.в.
Затем определяется аэродинамическое сопротивление газоотводящей сети
(11.1)
Затем на характеристику ГОУ по существующим правилам наносится общая характеристика газоотсасывающей сети. При переходе на ближайший наибольший угол установки лопаток определяется фактический режим работы ГОУ, который будет характеризоваться параметрами Hв = 640 даПа и Qв = 35,4 м3/с.
Учитывая, что фактическая производительность ГОУ Qв = 35,4 м3/с превышает расчетную величину Qг.в = 33,2 м3/с на 6%, чем обеспечивается требование приложения № 6 Инструкции в части соблюдения отклонения фактического расхода воздуха от расчетного не более чем на ±10% дальнейшего изменения режимов работы ГОУ не предусматривается.
Приложение
№ 12
(рекомендуемое)
к Инструкции
Аэродинамические характеристики газоотсасывающих вентиляторных установок
Рисунок 12.1
Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦГ-7М
Рисунок 12.2
Аэродинамическая характеристика вентилятора УВЦГ-9
Рисунок 12.3
Аэродинамическая характеристика вентилятора УВЦГ-15
Приложение
№ 13
(обязательное)
к Инструкции
Форма журнала оператора АГК для контроля пылевого
фактора на участке _____________________
Но мер датчика
Место установки
датчика
ТДУ запыленности
воздуха, мг/м3
Средние
почасовые значения запыленности воздуха, мг/м3 (время от начала
смены, час)
Максимально разовые
концентрации, мг/м3
Превышение ТДУ
по максимально разовым концентрациям, мг/м3 (время превышения)
Среднее
значение запыленности, мг/м3
Интенсивность
пылеотложений, г/м2
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
смена
сутки
смена
сутки
Приложение
№ 14
(обязательное)
Но мер датчика |
Место установки датчика |
ТДУ запыленности воздуха, мг/м3 |
Средние почасовые значения запыленности воздуха, мг/м3 (время от начала смены, час) |
Максимально разовые концентрации, мг/м3 |
Превышение ТДУ по максимально разовым концентрациям, мг/м3 (время превышения) |
Среднее значение запыленности, мг/м3 |
Интенсивность пылеотложений, г/м2 |
|||||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
смена |
сутки |
смена |
сутки |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(обязательное)
к Инструкции
Расчет молниезащиты поверхностной газоотсасывающей
установки
1. Конструкция молниеотводов
Пример выполнения молниезащиты поверхностной ГОУ показан на рисунке 14.1.
Рисунок 14.1
Устройство молниезащиты газоотсасывающей установки
Конструкция искусственного заземлителя должна быть выполнена не менее чем из трех стальных труб диаметром 32-56 мм с толщиной стенки не менее 2,5 мм или из уголка № 4 (40×40 мм) с толщиной полки не менее 4 мм. Расстояние между вертикальными электродами не менее 6 м. На глубине не менее 0,5 м от уровня земли концы забитых электродов заземлителя должны быть соединены горизонтальной стальной полосой шириной 40 мм и толщиной 4 мм с помощью сварки. Для защиты от перекрытий в грунте и от скользящих разрядов по поверхности грунта, к этому соединительному горизонтальному электроду должен быть присоединен горизонтальный стальной луч из полосы таких же размеров, длиной не менее 3 м в противоположном направлении от защищаемого объекта, его коммуникаций и зон взрывоопасности.
Опоры молниеотводов могут быть выполнены из стальных труб, допускается изготовление из некондиционных стальных труб, и железобетонных пасынков. При высоте молниеотводов более 20 м рекомендуется использовать типовые конструкции отдельно стоящих молниеотводов, например: железобетонных марки МЖ, стальных марки МС, стальных мачтовых конструкций с тросовым молниеотводом марки ПТМТ или ПМС.
Металлические части опор должны быть предохранены от коррозии на весь период эксплуатации.
Опоры стержневых молниеотводов необходимо рассчитывать на механическую прочность, как свободно стоящую конструкцию, а тросовые - с учетом натяжения троса, на ветровую и гололедную нагрузки на трос, без учета динамических усилий от токов молнии.
У стержневых молниеотводов на верхнем конце устанавливается молниеприемник - стержень длиной от 0,2 м до 1,5 м. Стержень может быть выполнен из круглой, квадратной или шестигранной стали сечением не менее 100 мм2 или из стальной трубы, толщина стенок которой должна обеспечивать сечение не менее 100 мм2. Конец трубчатого молниеприемника должен быть расплющен.
Лакокрасочное или битумное покрытие заземляющих электродов не допускается. Железобетонные фундаменты опор молниеотводов следует, как правило, использовать в качестве заземлителей молниезащиты при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к токоотводу и искусственному заземлителю.
В зависимости от конструкции колпаков, установленных на обрезе трубы сброса, факелы метановоздушной смеси имеют различные формы и габаритные размеры.
Для трубы сброса, у которой на обрезе отсутствует колпак или имеется колпак конструкции, указанной на рисунке 14.2а, форма факела взрывоопасной зоны - круглый усеченный конус с радиусом у основания (обрез трубы) 5 м, у вершины - 2 м, высотой 10 м.
Для трубы сброса, имеющей на обрезе колпак конструкции, указанной на рисунке 14.2б, форма факела взрывоопасной зоны - круглый прямой цилиндр радиусом 5 м от оси трубы, высотой 7 м.
Для трубы сброса, имеющей на обрезе колпак конструкции, указанной на рисунке 14.2, а также для трубы самотечного отвода метановоздушной смеси без колпака и с колпаком любой конструкции ("свеча"), форма факела взрывоопасной зоны - полушарие с радиусом 5 м от оси трубы.
При использовании оттяжек для усиления механической устойчивости опор молниеотводов должны быть выдержаны расстояния по воздуху Sв не менее 5 м между оттяжками и элементами конструкции установки и зоной взрывоопасности.
Для предупреждения возникновения искровых разрядов на обрезе труб сброса, не оборудованных колпаками, необходимо устанавливать металлический экран. Экран может быть выполнен в виде тора из стальной трубы наружным диаметром не менее 200 мм. Экран соединяется с выхлопной трубой сваркой. Примеры установки экрана приведены на рисунке 14.3.
Рисунок 14.2
Конструкции колпаков
Рисунок 14.3
Тороидальный экран на обрезе трубы сброса
2. Расчет зон защиты молниеотводов
В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов. Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь типовыми зонами защиты стержневых и тросовых молниеотводов. Минимально допустимый уровень надежности молниезащиты от прямых ударов молнии устанавливается Pз = 0,999.
2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода
Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h0 < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рисунок 14.4). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h0 и радиусом конуса на уровне земли r0.
Для зоны защиты требуемой надежности (рисунок 14.4) радиус горизонтального сечения rx на высоте hx определяется по формуле
(14.1)
Рисунок 14.4
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
Зоны защиты несущих опор рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в таблице 14.1.
Расчет зоны защиты одиночного
стержневого молниеотвода
Надежность
защиты Рз
Высота
молниеотвода h, м
Высота конуса h0,
м
Радиус конуса r0,
м
0,999
От 0 до 30
0,7h
0,6h
От 30 до 100
[0,7-7,14×10-4·(h-30)]h
[0,6-1,43×10-3·(h-30)]h
2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода
Надежность защиты Рз |
Высота молниеотвода h, м |
Высота конуса h0, м |
Радиус конуса r0, м |
0,999 |
От 0 до 30 |
0,7h |
0,6h |
От 30 до 100 |
[0,7-7,14×10-4·(h-30)]h |
[0,6-1,43×10-3·(h-30)]h |
Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h0 < h и основанием на уровне земли 2r0 (рисунок 14.5).
Рисунок 14.5
Зона защиты одиночного тросового
молниеотвода
L - расстояние между точками подвеса тросов
В приведенных в таблице 14.2 формулах расчета зоны защиты одиночного тросового молниеотвода под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).
Полуширина rx зоны защиты требуемой надежности (рисунок 14.5) на высоте hx от поверхности земли определяется выражением
(14.2)
При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в таблице 14.1.
Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода
Надежность защиты Рз |
Высота молниеотвода h, м |
Высота конуса h0, м |
Радиус конуса r0, м |
0,999 |
От 0 до 30 |
0,75h |
0,7h |
От 30 до 100 |
[0,75-4,28×10-4·(h-30)]h |
[0,7-1,43×10-3·(h-30)]h |
2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рисунке 14.6. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h0, r0) производится по формулам таблицы 14.1 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hc, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L £ Lc граница зоны не имеет провеса (hc = h0). Для расстояний Lc £ L ³ Lmax высота hc определяется по выражению
Рисунок 14.6
Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
(14.3)
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам таблицы 14.3.
Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
Надежность защиты Рз |
Высота молниеотвода h, м |
Lmax, м |
L0, м |
0,999 |
От 0 до 30 |
4,25h |
2,25h |
От 30 до 100 |
[4,25-3,57×10-3·(h-30)]h |
[2,25-0,01007·(h-30)]h |
Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам:
максимальная полуширина зоны rx в горизонтальном сечении на высоте hx:
(14.4)
Длина горизонтального сечения Lx на высоте hx ³ hc
(14.5)
причем при hx < hc Lx = L/2;
ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2rсx на высоте hx£hc:
(14.6)
2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между тросами L не превышает предельной величины Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) представлена на рисунке 14.7. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h0, r0) производится по формулам таблице 14.2 для одиночных тросовых молниеотводов.
Рисунок 14.7
Зона защиты двойного тросового молниеотвода
Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hс, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между тросами. При расстоянии между тросами L £ Lс граница зоны не имеет провеса (hс = h0). Для расстояний Lc £ L ³ Lmax высота hс определяется по выражению
(14.7)
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lс вычисляются по эмпирическим формулам таблицы 14.4.
Таблица 14.4
Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Надежность защиты Рз |
Высота молниеотвода h, м |
Lmax, м |
Lс, м |
0,999 |
От 0 до 30 |
4,75h |
2,25h |
От 30 до 100 |
[4,75-3,57×10-3·(h-30)]h |
[2,25-3,57×10-3·(h-30)]h |
Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте hx определяется по формулам
lx=L/2 при hс ³ hx
(14.8)
Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше Lmax, вычисленного по формулам таблице 14.3. В противном случае опоры должны рассматриваться как одиночные стержневые молниеотводы.
Когда тросы не параллельны или разновысоки, либо их высота изменяется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Также рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, чтобы избежать излишних запасов по надежности защиты.
После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомендуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов.
Текст документа и нумерация формул приводится в соответствии с источником
Приказ 325 расположен в сборниках: |
Нравится
Твитнуть |