Расчет проветривания подземной горной выработки
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… Читать ещё >
Расчет проветривания подземной горной выработки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
РАЗРАБОТКА ПАСПОРТА ПРОВЕТРИВАНИЯ Исходные данные
1. Протяженность выработки — 900 м
2. Площадь поперечного сечения вчерне — 7,5 м2
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. = 90 м 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 = 80 м Всасывающий вентилятор монтируется в устье проектируемой штольни. Принимаем длину всасывающего трубопровода 900 м, так как всасывающий трубопровод устанавливается на расстоянии не менее 18ч20 м от забоя, а всасывающий вентилятор должен располагаться не ближе чем в 10 м от устья выработки во избежание подсасывания загрязнённого воздуха.
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 ,).
Амасса ВВ, взрываемого в одном цикле проходки;
— площадь поперечного сечения выработки в свету.
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 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 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 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 | 0,4 м | |
Тип | МУ | |
Тканевая основа | Чефер | |
Покрытие двустороннее | негорючей резиной | |
Масса 1 м трубы, кг | 1,6 | |
Длина, м | ||
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 10 м
Расстояние от конца всасывающего трубопровода принимаем: 20 м
Техническая характеристика металлических труб
Диаметр, м | 0,6 | |
Материал | металл | |
Длина звена, м | ||
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.
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*R½]/ + 1)2 = (0,1*0,002*0,6*[900*225½]/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*R½]/ + 1)2 = (0,1*0,0016*0,4*[80*127½]/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/*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.
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 | ||
Диаметр рабочего колеса | мм | ||
Подача: | м3/мин | ||
— оптимальная | |||
— в рабочей зоне | 48 — 156 | ||
Полное давление: | Па | ||
— оптимальное | |||
— 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 | ||
Размеры: | мм | ||
— длина | |||
— ширина | |||
— высота | |||
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 — 8 М
Сечение проветриваемых выработок; м2 не более | ||
Длина проветриваемых выработок; м не более При работе одного вентилятора При последовательной работе вентиляторов | ||
Диаметр рабочего колеса; мм | ||
Частота вращения колеса; об/мин | ||
Производительность; м3/мин | ||
Давление; кгс/м3 | ||
Полный КПД Вентилятора Вентиляторного агрегата | 0,80 0,72 | |
Мощность электродвигателя; кВт | ||
Длина; мм | ||
Ширина; мм | ||
Высота; мм | ||
Масса; кг | ||
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)/1000 = (5,6*3845)/1000*0,65 = 33 кВт
Проверочный расчёт мощности потребляемой электродвигателем привода вентилятора ВМ-4М
Р = (QН * hТ.Н)/1000 = (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.
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 100 м | |
длина проветриваемой выработки… 900 м | |
Второй раздел: Характеристика системы проветривания.
1. Способ проветривания — комбинированный.
2. Расход воздуха поступающего к забою (м3/с)
Q 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:
= 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 = 40 кг — 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.