Подсчет общешахтной депрессии и выбор вентилятора главного проветривания

ЛЕКЦИЯ 6 Подсчет общешахтной депрессии и выбор вентилятора главного проветривания Ввиду того, что работа вентилятора экономична лишь в определенных границах изменения эквивалентного отверстия шахты, при расчете сети должны быть выявлены возможные границы этого изменения, т.е. подсчитаны Qи h, соответствующие наиболее легким и трудным условиями проветривания. Так как срок службы вентиляторов главного проветривания составляет 10 – 15 лет, то для подсчета общешахтной депрессии выбирается та часть шахтного поля, которая будет разрабатываться в течение этого времени. Подсчитывается минимальная депрессия для случая, когда очистные забои находятся у стволов при отработке верхнего этажа, и максимальная депрессия при расположении очистных работ у границ шахтного поля последнего этажа, отрабатываемого в конце расчетного периода. Кроме того должна быть подсчитана максимальная депрессия за весь срок существования шахты, т.е. при расположении очистных работ у границ шахтного поля при отработке нижнего этажа шахты. Это необходимо для проверки правильности решения вопросов вскрытия шахты для более поздних сроков ее существования. Для каждого случая подсчета депрессии должна быть составлена расчетная схема, на которой указывается распределение воздуха по отдельным выработкам. Расчетная схема составляется в прямых линиях, на ней указываются все действующие и резервные забои, выработки, используемые для вентиляции, направление движения воздуха и количество проходящего воздуха по выработкам. Распределение общего для шахты количества воздуха по отдельным направлениям и участкам сети производят соответственно потребностям. При этом из подготовительных забоев в схеме следует учитывать только те забои, которые проветриваются обособленно. Для подсчета депрессии в каждом периоде необходимо выбирать вентиляционную струю с наибольшей депрессией. Это обычно бывает струя с наибольшим количеством воздуха и наиболее протяженная. При подсчете суммируются депрессии всех последовательно соединенных выработок, образующих выбранную струю – от устья воздухопадающего ствола до канала вентилятора, Па: где , , … , – депрессия отдельных, последовательно соединенных между собой выработок, вычисляемые по формуле где – коэффициент аэродинамического сопротивления выработки, кг/; L– длина выработки, м; P– периметр, м; S– площадь поперечного сечения, ; Q – количество воздуха, Значение коэффициента аэродинамического сопротивления для вентиляционных стволов принимать равными: для круглых стволов, закрепленных бетоном без армировки 0,002 ( чисто вентиляционные стволы ) то же, для стволов, закрепленных камнем или кирпичом 0,004 то же, для стволов, закрепленных тюбингами 0,0085 для стволов круглого сечения с канатными направляющими 0,006 (без лестничного отделения при бетонном креплении) то же, при железобетонных тюбингах 0,01 Таблица 2.12 Расчет необходимого количества воздуха для проветривания шахты Горизонт Наименование блоков, забоев, камер Количество блоков, забоев, камер Необходимое количество воздуха для блоков, забоев, камер рабочих резервных и поддерживаемых рабочих резервных А Камеры ( камерная система с открытым пространством) 3 1 396 150 Горизонтальные слои с закладкой 4 2 162 162 Восстанавливающие 3 2 177 58 Орты 2 - 75 - Склад ВМ - 1 - 72 Б Блоки с системой поэтажного обрушения 2 1 586 150 Восстающие 3 2 177 58 Орты 2 - 75 - Орты-заезды 2 111 - Буровые орты 2 2 135 135 Откаточные штреки 2 - 238 - Квершлаги 1 - 245 - Скиповой ствол - 1 - 176 Склад ВМ - 1 - 72 При наличии лестничного отделения к коэффициенту вводится поправочный коэффициент где S – полное сечение ствола всету, ; – то же, за исключением лестничного отделения, . Для горизонтальных незакрепленных выработок, пройденных по простиранию, значения в зависимости от сечения принимать равными 0,01 – 0,013. Меньшие значения относятся к выработкам большого сечения. Для выработок, пройденных вкрест простирания, указанные величины надлежит увеличивать на 0,003 – 0,005. Для незакрепленных выработок, пройденных по падению, значения принимать равными 0,02 – 0,022. Для выработок, закрепленных бетоном или кирпичом, = 0,003 – 0,004. Для закрепленных выработок значения коэффициента принимать: крепление деревом – 0,01 – 0,02; железобетонной крепью – 0,01 – 0,016; двутавровыми балками – 0,01 – 0,044. Для искривленных закрепленных и незакрепленных выработок значения следует увеличивать на 0,002 – 0,005; для выработок, на которые выходят люди восстающих – на 25 – 30 %; для выработок загроможденных лесом, оборудованием и т. п. в зависимости от степени загромождения – на 0,001 – 0,01; для выработок с конвейерной доставкой – на 0,015 – 0,02. Таблица 3.1 Коэффициент для восстающих Характеристика восстающей выработки Восстающий, закрепленный сплошной венцовой крепью. Воздух идет по трем отделениям из трех. Полки в ходовом отделении отсутствуют 25 То же, но воздух идет по двум отделениям из трех. Третье отделение перекрыто полками 50 То же, но воздух идет по одному отделению из трех. В двух остальных отделениях имеются полки или лестницы, или в одном из них полки и лестницы, а второе является закладочным 65 Восстающий с двумя отделениями. Воздух идет по одному отделению. Во втором отделении полки и лестницы 60 Вентиляционный восстающий, закрепленный болтовым креплением без полков и лестниц 20 Коэффициенты для восстающих приведены в табл. 3.1. Подсчитывать депрессию удобно по особому формуляру, в который записывают по порядку все выработки, входящие в состав выбранной струи, и все данные, относящиеся к этим выработкам. Таблица 3.2 Формуляр для подсчета общешахтной депрессии Участок расчетной схемы Наиме- нование Тип креп- ления S, , P, м L, м Q, /с h, Па V, м/с Приме- чание 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 В столбце 11 подводят итог. Это будет общешахтная депрессия. К этой депрессии прибаляют 15 – 25 % на неучтенные местные сопротивления. Депрессия шахты не должна превышать 3000 – 4500 Па. В тех случаях, когда посчитанная депрессия превышает указанные пределы, необходимо тщательно посмотреть депрессии отдельных выработок и снизать депрессию путем увеличения сечения соответствующих выработок или уменьшения коэффициента аэродинамического сопротивления. Если скорость вентиляционной струи превышает допустимую по ПБ норму, необходимо увеличить сечение выработки. Учет естественной тяги Абсолютная величина наибольшей отрицательной естественной тяги прибавляется к расчетной максимальной депрессии шахты ( абсолютная величина наибольшей положительной естественной тяги не учитывается. При проветривании шахты несколькими вентиляторами подсчет и учет естественной тяги должен быть сделан для каждого из них. Формула для подсчета естественной тяги, Па: где Н – глубина шахты, м; и – средние температуры воздуха, поступающего в шахту и выходящего из нее, ; и рассчитываются как средние арифметические значения температур воздуха вверху и внизу воздухоподающего и воздуховыдающего ствола. Температура воздуха вверху воздухоподающего ствола, – это минимальная ( зимняя ) или максимальная ( летняя ) температура. Принимается по данным главной геофизической обсерватории. При подогреве воздуха, подаваемого в шахту в зимний период, = 2 . Температура воздуха внизу воздухоподающего ствола рассчитывается по формуле: Значение Aпринимается равным 432 для зимнего периода и 1470 для летнего периода. Температуру воздуха внизу воздуховыдающего ствола можно принимать равной первоначальной температуре горных пород, уменьшенной на 2 – 3 летом и на 4 – 5 зимой. Температура воздуха вверху воздуховыдающего ствола рассчитывается из условия, что на каждые 100 м высоты ствола она снижается на 0,4 – 0,5 . Выбор главного вентилятора и электродвигателя Основа для выбора вентилятора главного проветривания – это производительность вентилятора и депрессия вентилятора Дебит вентилятора определяется по формуле, : где – коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные сооружениия и каналы вентиляторов; он принимается равным: при установке вентилятора на скиповом стволе – 1,25; на клетевом стволе – 1,20; на стволах и шурфах, используемых для подъема и спуска материалов – 1,30; – общешахтное количество воздуха, . Кроме того, при выборе вентилятора необходимо предусматривать запас по производительности не менее 20 %. Депрессия вентилятора складывается из депрессии шахты и депрессии вентиляторной установки ( канал вентилятора, потери собственно в вентиляторе и в диффузоре), Па: Зная и по имеющимся характеристикам выбирают вентилятор с наиболее высоким КПД во всем диапазоне изменения дебита и депрессии. Выпускаемые отечественными заводами вентиляторы главного проветривания – как осевые, так и центробежные – обладают достаточно широким диапазоном по производительности и депрессии. Если депрессия не превышает 3000 Па, то обычно предпочтение отдают осевым вентиляторам; при большей депрессии ( до 450 – 500 гПа ) следует выбирать центробежный вентилятор. Если один вентилятор не обеспечивает необходимой производительности, то устанавливают два вентилятора параллельно. Мощность двигателя вентилятора определяется по формуле, кВт. где – дебит вентилятора, ; – его депрессия, Па; – КПД вентилятора; – КПД двигателя ( 0,9 – 0,95 ); – КПД передачи от двигателя к вентилятору ( 0,95 ), при отсутствии передачи принимается = 1. В качестве электропривода главных вентиляторов рекомендуется применять: при мощности до 200 кВт – асинхронный электродвигатель, свыше 200 кВт – синхронный или при соответствующем обосновании асинхронный с регулируемым каскадом. Для повышения надежности и экономичности работы вентиляторных установок в проекте шахты необходимо предусматривать централизованное управление вентиляторами главного проветривания с элементами автоматизации. 5. Экономическая часть Экономическая часть к разделу «Вентиляция шахты» включает в себя определение капитальных затрат, необходимых для создания оборудования вентиляционного комплекса шахты, и подсчет эксплуатационных затрат на проветривание шахты. Капитальные затраты складываются из стоимости: 1. горных выработок, предназначенных для вентиляции ( вентиляционные стволы, шурфы и скважины, камеры для подземных вентиляторов, кроссинги ); 2. строительных сооружений ( здания вентиляторов, фундаменты под вентиляторы, диффузоры, каналы вентиляторов, здания калориферов, калориферные каналы ); 3. оборудования вентиляции ( все вентиляторы, вентиляционные трубы, калориферы ). Эксплуатационные расходы на проветривание ( за год на 1 т добычи ) включают в себя следующие элементы: • основная и дополнительная зарплата с начислениями на нее; • стоимость материалов ( смазка и пр. ); • стоимость электроэнергии, расходуемой на вентиляцию; • стоимость вентиляционных сооружений и оборудования ( не относящаяся к числу капитальных затрат ); • расходы на текущий ремонт вентиляционного оборудования и сооружения; • амортизационные отчисления ( погашение капитальных затрат по всему вентиляционному комплексу ). Расход электроэнергии для главного вентилятора определяется по формуле, кВт ∙ ч/год: где – средняя депрессия вентилятора за год, Па, n – число часов работы вентиляторов сутки; T – число дней работы вентиляторов в году; – КПД регулирования работы вентилятора ( учитывает потери энергии при регулировании – 0,8 ); – КПД электрической сети ( 0,95 ). При определении стоимости электроэнергии, расходуемой на проветривание, необходимо учитывать также расход электроэнергии вентиляторами местного проветривания. Для уменьшения стоимости проветривания следует принимать меры к снижению депрессии шахты, применить дренаж газа, бороться с утечками воздуха, выбирать вентиляторы с более высокими КПД и т. д. Одним из мероприятий, способствующих снижению общешахтнойдепрессии до регламентированной величины, является увеличение поперечных сечений выработок по сравнению с минимально возможными их значениями по условиям подземного транспорта и в соответствии с требованиями Правил безопасности.