CC BY
13
© B.C. Елькин, 2012
УДК 622.4 B.C. Елькин
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕТРИВАНИЯ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА ПРИ БЕСЦЕЛИКОВОЙ ОТРАБОТКЕ
Рассмотрен способ проветривания концевого участка лавы, расположенного на границе с выработанным пространством. Приведены варианты способа с проветриванием за счет общешахтной депрессии и с дополнительным источником тяги (вентилятором).
Ключевые слова: технология отработки бесцеликовая, выработанное пространство, метан, количество воздуха, сопротивление аэродинамическое, депрессия, газообильность.
К числу перспективных технологий отработки мощных пологих пластов на газовых шахтах относится бесцеликовая технология, описанная в работах [1, 2]. Сущность данной технологии (рис. 1) заключается в подготовке выемочных столбов парными штреками с оставлением между ними целиков угля шириной г, отработке целиков на одной линии с лавой и проветривании тупикового участка лавы (АВ, рис. 1) с использованием труб 7', укладываемых на почву погашаемого штрека 2.
Одним из основных параметров при применении данного способа является диаметр трубопровода 7' (7), предназначенного для отвода исходящей струи.
В данной статье приведены результаты расчетов количества воздуха, проходящего по трубопроводу при различных его диаметрах для двух ситуаций:
• при проветривании только за счет общешахтной депрессии;
• при присоединении к трубопроводу всасывающего вентилятора типа ВЦ-7.
Проветривание за счет общешахтной депрессии
Необходимо определить диаметр трубопровода, при котором количество воздуха в нем будет соответствовать необходимому для проветривания тупикового участка лавы АВ. Рассмотрим участок вентиляционной сети, состоящий из вентиляционного штрека 3 и става труб; участок представляет собой две параллельные ветви.
В соответствии с законами движения воздуха по вентиляционным сетям [4]:
Qt =
(i)
В формуле приняты следующие обозначения: Яь — сопротивление верхнего участка лавы длиной АВ, кц; Ят — сопротивление трубопровода, кц; Яп — сопротивление вентиляционного штрека, кц; Япан — сопротивление панельной выработки длиной АВ, кц; Qт — количество воздуха в трубопроводе, м3/с; Q — полное количество воздуха на участке, м3/с.
Методы расчета сопротивлений, входящих в (1) подробно изложены в [3, 4].
Рис. 1. Технологическая схема отработка пласта без оставления целиков между выемочными столбами: 1 — конвейерный штрек, 2 — вспомогательный штрек, 3 — вентиляционный штрек, 4 — завал (бывший конвейерный штрек), 5 — забой, 6 — выработанное пространство, 7, 7' — став труб
Исследуем зависимость количества воздуха в трубопроводе от его диаметра. Все параметры задачи можно разделить на три группы: постоянные, переменные и функция. Постоянными величинами являются: коэффициент сопротивления выработки, количество воздуха в лаве, мощность пласта, площадь сечения выработки, его периметр, длина участка АВ, коэффициент местного сопротивления поворота струи на 90°.
К переменным величинам относятся длина столба Ь, диаметр трубы О, коэффициент аэродинамического сопротивления трубопровода и коэффициент внезапного сужения потока при входе в трубопровод. По формуле (1) выполнены расчеты Qx для различных значений О и Ь, график зависимости Qx от О показан на рис. 2.
Полученная зависимость позволяет определить необходимый диаметр трубы для обеспечения тупикового участка лавы АВ расчетным количеством воздуха и наоборот.
Проветривание с вентилятором
Если количества воздуха, подаваемого в верхний участок лавы за счет общешахтной депрессии, окажется недостаточно для его проветривания, в панельной выработке можно установить всасывающий вентилятор.
Определим количество воздуха в трубопроводе при такой схеме на примере вентилятора местного проветривания ВЦ-7 с углом установки лопаток -10° [3]. Поскольку в трубопроводе общешахтная депрессия и депрессия вентилятора действуют последовательно в одном направлении, то согласно свойствам последовательной работы источников тяги и закону сопротивления:
0™ Ч 0 + 01. (2)
где Qxв — количество воздуха в трубопроводе за счет действия общешахтной депрессии и депрессии вентилятора — искомое, м3/с; Qв — то же за счет действия только депрессии вентилятора, м /с.
Рис. 2. Зависимость количества воздуха в трубопроводе от его диаметра при длинах столба 200 и 1000 м: сплошные линии — проветривание за счет общешахтной депрессии; штрихпунктирные линии — проветривание с вентилятором
Величина Qx находится по выражению (1) в предположении, что вентилятор отсутствует. Прочие вычисления ведутся в следующем порядке:
1. Задаются параметры трубопровода — диаметр О и длина Ь.
2. Рассчитывается Qx (см. методику выше).
3. По О и L рассчитывается сопротивление трубопровода, после чего строится его характеристика в плоскости Ь) и по точке пересечения ее с характеристикой вентилятора находится Qв.
4. Вычисляется Qтв по выражению (2).
На рис. 2 показаны графики зависимостей Qxв от О при различной длине столба.
С практической стороны следует отметить, что при работе вентилятора ВЦ-7 с углом установки лопаток -10° на трубопровод диаметром уже 0,5 м и более количество воздуха в нем для проветривания верхнего участка лавы имеет уже достаточно большое значе-
ние. В данном случае мощность вентилятора завышена настолько, что его производительность в 10 раз больше, чем количество воздуха без него.
Аналогичным способом может быть выбран вентилятор на существующий трубопровод или наоборот определены параметры трубопровода при наличии вентилятора.
Поскольку максимально допустимая концентрация метана в трубопроводе по ПБ 3,5 %, в панельной выработке в месте выхода метановоз-душной струи из трубы должно осуществляться разбавление ее до концентрации метана 1 %. На основании полученных количеств воздуха в трубопроводе построены графики зависимостей концентрации метана в нем при различных значениях абсолютной газообильности забоя: 15, 25 и 35 м3/мин. График концентрации при проветривании за счет общешахтной депрессии приведен на рис. 3, за счет вентилятора — на рис. 4.
£
к ^
гс
а.
£
I и з-
14
12
10
-15
--25
----Й
0,7
0,8
0,9
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5 1,6
Диаметр трубы, м
Рис. 3. Зависимости концентрации метана в трубопроводе от его диаметра при различной абсолютной газообильности забоя при проветривании за счет общешахтной депрессии.
Рис. 4. Зависимости концентрации метана в трубопроводе от его диаметра при различной абсолютной газообильности забоя при проветривании за счет вентилятора
Как видно из рис. 3, при проветривании за счет общешахтной депрессии для обеспечения в трубопроводе концентрации метана меньше допустимой при газообильности лавы 15 м3/мин достаточно трубопровода диаметром 1 м; при газообильности 25 м3/мин — 1,25 м, а при газообильности 35 м3/мин необходим трубопровод диаметром
1. Зубов В.П., Козовой Г.И., Зайденварг В.Е. Способ разработки пластов полезных ископаемых. Заявка на изобретение № 97100392/03 от 08.01.1997.
2. Зубов В.П., Лазченко К.Н., Мель-ков А.Д., Иванов A.A. Методические рекомендации по предотвращению вывалов пород из кровли в лавах, отрабатываемых на больших глубинах в условиях
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
1,5 м. При проветривании с помощью вентилятора концентрация метана в трубопроводе не превышает 3,5 % уже при диаметре 0,4—0,45 м при любой газообильности в рассмотренных пределах. Поэтому использование трубопроводов большего димаметра позволит создать запас на случай внезапного увеличения дебита метана.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
шахт Восточного района Донбасса (утверждены Минуглепромом СССР). г. Шахты. 1986.
3. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка — Донбасс, МакНИИ, 1989. 319с.
4. Скочинский A.A., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. М.: Углетехиздат, 1959. 632 с.
Елькин B.C. — аспирант, sign.87@mail.ru.
Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru
ГОРНАЯ КНИГА-2012
ГЕОМЕХАНИКА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Геомеханика открытых горных работ
А.М. Гальперин Год: 2012 Страниц: 480 ISBN: 978-5-98672-300-6 UDK: 622.015
Рассмотрены природно-геологические и технологические факторы, определяющие состояние бортовых и отвальных массивов. Приведен анализ процессов нарушения устойчивости бортов карьеров, отвальных насыпей, дамб гидроотвалов и хвостохранилищ. Изложены теоретические основы прогноза геомеханическпх процессов в бортовых и отвальных массивах, инженерные методы расчета устойчивости карьерных откосов, описаны технологические и специальные мероприятия по направленному изменению состояния массива. Освещены вопросы геомеханического обоснования технологии формирования и рекультивации отвальных насыпей и намывных горно-технических сооружений с учетом требовании обеспечения промышленной и экологической безопасности. Дана характеристика методов и средств геомеханического контроля на карьерах. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Горное дело».
