книги / Рудничная вентиляция
..pdfских и горнотехнических условий известны законы распределе ния случайных изменений сопротивлений R различных типов выработок и вентиляционных сооружений, а также напоров Н источников тяги. Кроме этого, для всех элементов ШВС предпо лагаются известными их среднее время безотказной работы T Ri и эмпирические зависимости времени восстановления от величины случайного изменения аэродинамических параметров tBi = ft (ARt, ДHi). Получаемые в результате моделирования отдельные реали зации расхода воздуха Qt в каждом элементе ШВС сравниваются
с интервалом его допустимых значений [Q", Q®]. Отношение числа реализаций, попавших в этот интервал, к общему числу моделируемых реализаций принимается в качестве оценки ве роятности безотказной работы (надежности) данного элемента ШВС. Если дополнительно предположить, что для всех случай ных потоков повышенных газовыделений известны законы рас пределения их параметров [интервала времени между повышен ными газовыделениями tni, приращения интенсивности газовыдедения Д/j, скорости изменения интенсивности газовыделения vlt И продолжительности повышенного газовыделения тп< = срг (Д1и Vu)], то аналогичным образом можно оценить вероятность взрыво опасных загазований горных выработок.
Блок-схема алгоритма оценки надежности ШВС и вероятности загазований горных выработок приведена на рис. 16.1.
Оценка включает в себя следующие операторы: |
|
||
1 — ввод |
исходных данных: топологии |
и аэродинамических |
|
параметров |
ШВС; законов распределения |
расходов |
воздуха QHi |
И газовыделений / н{, соответствующих нормальному |
протеканию |
||
технологического процесса; характеристик надежности элемен тов ШВС (Гдь законов распределения ДR t и ДHt); характеристик повышенного газовыделения по источникам (среднего интервала
времени между повышенными газовыделениями tnu законов рас
пределения ДIi и |
Vu); |
2 — расчет для |
выбранной совокупности ненадежных и кон |
тролируемых элементов ШВС коэффициентов чувствительности
Stj = |
àQj/ARi |
путем моделирования естественного |
воздухорас- |
|||
пределения; |
|
повышенных газовыделений |
и ненадеж |
|||
3—4 — выбор потока |
||||||
ного |
элемента |
ШВС; |
заданным законам распределения |
QBi, |
||
5 — формирование по |
||||||
ДR it |
ДЯ{, / Н(, Д/j и »1 {ИХ конкретных значений, а также расчет |
|||||
tBi = |
ft |
(ÂRt, |
ДH t), тпг = <рг (Д/tt Vu) и абсолютного газовыде |
|||
ления |
It = Iat + Д/*; |
|
|
|
||
6 — выбор |
контролируемого элемента ШВС; |
|
QHj |
|||
7 — формирование по |
заданному закону распределения |
|||||
его конкретного значения и расчет расхода воздуха в /-м элементе ШВС по формуле
Qj = QH.J “b Su& Ri St] ДЯt/(2RiQB. iStt); |
(16.38) |
Рис. 16. 1. Блок-схема алгоритма оценки надежности ШВС и вероятности загазований горных выработок методом статистического моделирования
8 — расчет абсолютной газообильности в /-м элементе ШВС по специальной подпрограмме на основе величины абсолютного газовыделения 7t;
9 — выбор одного из трех моделируемых сочетаний режимов газовыделения и воздухораспределения : нормальное газовыделение и аварийное воздухораспределение (Н. А.), повышенное газовыделение и нормальное воздухораспределение (П.Н.)> повышен
ное газовыделение и аварийное воздухораспределение (П. |
А.). |
10 — расчет продолжительности опасного загазования |
/-го |
элемента ШВС т8 по соответствующим для каждого случая сов мещения режимов соотношениям;
11—14 — расчет оценки вероятности загазования /-го эле мента ШВС в результате действия t-ro потока повышенного газо выделения или (и) отказа t-ro ненадежного элемента ШВС при различных сочетаниях режимов газовыделения и воздухораспре
деления (К0 — 3): |
|
Гц. а. п = (mtj/.N) (Твi/THt)* |
(16.39) |
|
(16.40) |
|
(16.41) |
где N — заданное число моделируемых для оценки |
вероятности |
загазования контролируемого элемента ШВС реализаций газовы |
|
деления и воздухораспределения; mtj — число реализаций, при |
|
которых отмечалось загазование контролируемого элемента ШВС |
|
(т. е. <с8 > 0 ); Т ъ1 — среднее время восстановления |
i-ro нена |
дежного элемента; |
|
15—23 — проверки: перебора всех контролируемых элемен |
|
тов ШВС п ; формирования заданного числа моделируемых реали заций N или числа загазований, достаточного для удовлетвори
тельной |
оценки вероятности загазования, т 0; перебора |
всех |
|
ненадежных элементов ШВС m и всех видов потоков повышенного |
|||
газовыделения 1г; |
1) п, в ко |
||
24 |
— вывод таблицы результатов размерности (m + |
||
торой на пересечении i-й строки (t = 1 , m) и /-го столбца (/ = |
1 , п) |
||
стоят два |
числа — оценки вероятностей загазования /-го |
контро |
|
лируемого элемента ШВС в результате отказа t-ro ненадежного элемента ШВС как при нормальном, так и при повышенном газо-
выделении, |
а на |
пересечении |
последней строки |
(t = m + 1) и |
/-го столбца |
(J = |
1 , п) — одно |
число — оценка |
вероятности за- |
газования /-го контролируемого элемента ШВС в результате повышенного газовыделения при нормальном воздухораспределении.
16.5. Метод оценки эффективности функционирования вентиляционных систем шахт
За уровень безопасности труда, создаваемый ВС шахты и представляющий собой ее выходной эффект, принимается
* = ( £ « « • ) / ( jj& p ) = Jî |
(16.42) |
где п — число выработок в шахте; Ql(t) — фактический расход воздуха в t-й выработке; Qip — требуемый расход воздуха в t-й вы
работке; |
ô| = <Згф J ^ 2 |
Qipj |
— «вклад» t-й выработки в уровень |
|||||
безопасности |
труда, |
создаваемый |
всей |
ВС |
шахты. Причем, если |
|||
в некоторой |
t-й выработке |
Qi(J) |
Qip, |
то |
в (16.42) принимаем |
|||
Qi<P = Qip. |
и, |
следовательно, |
имеем т |
< |
1 . |
|||
Выражение (16.42) означает, что ВС шахты рассматривается |
||||||||
как аддитивная система, |
т. е. система, выходной эффект которой |
|||||||
представляет |
собой |
сумму |
выходных |
эффектов составляющих |
||||
ее элементов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Предполагается также, что ВС шахты можно считать так на зываемой системой кратковременного действия, т. е. системой, которая за все время своего функционирования практически до стоверно остается в одном и том же состоянии.
При этих предположениях для оценки эффективности функ ционирования ВС шахт предполагается использовать известное выражение для оценки эффективности функционирования адди
тивных систем кратковременного |
действия: |
|
П |
|
|
Е = 1] SiO. |
(16.43) |
|
i=l
где в данном случае rt — надежность t-й выработки. 16.6. Надежность систем местного проветривания
Системой местного проветривания (СМП) называется совокуп ность вентиляторной установки местного проветривания и уст ройств ее энергоснабжения.
244
Характеристика схем резервирования систем местного проветривания
Показатели надежности СМП определяются через показатели надежности составляющих ее функциональных блоков, статисти ческие оценки которых могут быть получены по данным натурных наблюдений об отказах блоков (см. разд. 16.3). Для условий
Карагандинского бассейна |
надежность СМП за |
1 мес |
(720 ч) |
гСмп = 0,202 4-0,336, а для |
условий Кузбасса |
(720 ч) |
гСмп = |
= 0,41-ИЗ,57 [231. |
|
|
|
Применяемые для повышения надежности СМП схемы ее ре зервирования приведены в табл. 16.8, в которой введены следу ющие обозначения: ЛЭП — линия электропередачи; КТПН — комплексный трансформаторный пункт наружный и кабель, про ложенный по скважине; Скв — фидерные автоматы под скважи ной и реле утечки; РП — магнитный пускатель вентилятора и участок кабеля от фидерного автомата до пускателя; ВМП — вентилятор местного проветривания; Тр — трубопровод [23].
Часть третья ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ
17.СХЕМЫ И СПОСОБЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ
17.1.Основные требования к схемам вентиляции
иуправления газовыделением на выемочных участках
Схема проветривания должна обеспечивать:
наиболее полное обособленное разбавление метана, выделив шегося из всех источников, и возможность ведения работ по их эффективной дегазации;
полное использование свежей струи, проходящей по рабочему пространству очистной выработки, для разбавления метана, вы деляющегося из обнаженной поверхности пласта и отбитого угля. Газ, выделяющийся из выработанного пространства, должен раз бавляться и отводиться обособленными струями воздуха, а также за счет применения средств дегазации;
обособленность проветривания, предусматриваемую и для дру гих выработок на участке, в которых отмечается или может на блюдаться повышенное газовыделение из транспортируемого по ним угля и обнаженных поверхностей пласта;
необходимую степень устойчивости вентиляционных струй по направлению и расходу как при нормальном, так и при аварий ном режиме;
максимально благоприятные санитарно-гигиенические условия в очистных выработках и возможность устранения нагревания и загрязнения свежей струи газом и пылью по пути ее движения к забоям;
максимальное снижение бесполезных утечек воздуха путем уменьшения числа вентиляционных сооружений;
обособленность проветривания очистных забоев при разра ботке выбросоопасных пластов;
безопасные условия ведения горноспасательных работ и ма неврирования вентиляционными струями;
минимальное число диагоналей, регулирующих устройств и дополнительных источников тяги;
необходимый контроль вентиляционных параметров и возмож ность оперативного управления ими;
высокие допустимые нагрузки на очистной забой по газовому фактору;
обособленное проветривание наклонных конвейерных выра боток.
На пластах самовозгорающегося угля выбранная схема про ветривания, кроме того, должна обеспечивать:
минимальную ширину проветриваемой зоны выработанного пространства с тем, чтобы время ее перемещения было Меньше продолжительности инкубационного периода самовозгорания угля;
надежную изоляцию выработанных пространств по мере по-
двигания |
очистной |
выработки; |
|
исключение, |
в |
случае возникновения пожара, выемочного |
|
поля из |
общей |
сети горных выработок. |
|
Схемы проветривания и управления газовыделением с различ ными вариантами прямоточных с подсвежением схем проветрива ния участков и схем с изолированным отводом газа из выработан ного пространства по газодренажным и неподдерживаемым выра боткам предназначены для применения на выемочных участках, отрабатывающих высокогазоносные пласты с газообильностью более 3 м3/мин. Эти схемы особенно эффективны при преоблада ющем выделении метана из выработанного пространства.
Схемы проветривания, предназначенные для пластов само возгорающегося угля, кроме предотвращения образования мест ных скоплений метана в выработках участка, должны обеспечи вать пожаробезопасные условия ведения горных работ.
Выбор схем проветривания и управления газовыделением производится поэтапно.
В соответствии с горно-геологическими и горнотехническими условиями вначале выбирается наиболее эффективный по технико экономическим показателям порядок ведения горных работ. Устанавливаются необходимые нагрузки на очистную выработку и параметры системы разработки. Определяются расход воздуха
для |
проветривания |
выемочного |
поля Q„. п и соответствующая |
|||
депрессия Я„. п. Если принятые |
значения |
Q„. „ и |
„ |
обеспе |
||
чиваются, то определяется количество воздуха, которое |
может |
|||||
быть |
использовано |
для проветривания |
очистных |
выработок. |
||
В том случае, когда конкретная сеть шахты не обеспечивает реализации QB. „ и Я в. ш количество воздуха для проветривания очистных выработок должно быть скорректировано в соответ ствии с имеющимися возможностями и нагрузки на них должны быть также пересмотрены. При классической возвратноточной на целик схеме проветривания, являющейся базовым вариантом для любой совокупности схем, количество воздуха обеспечивает нормальную атмосферу в выработках участка при заданной (максимальной) нагрузке, если выполняются два условия:
подаваемое в очистную выработку количество воздуха должно обеспечивать разбавление метана, выделяющегося из всех источ
ников, до допустимой концентрации, |
т. е. |
|
|
I |
/ QQ4 max (с — со) |
(17.1) |
|
1 оч. ф |
100 |
|
|
где |
/ оч. $ — фактическая |
или ожидаемая газообильность очист |
ной |
выработки, м3/мин; |
Q04.max — максимальный расход воз |
духа, который может проходить по очистной выработке по ее
пропускной |
способности, |
м3/мин; с — допустимая |
объемная доля |
||
метана |
в |
исходящей |
струе участка |
(с = 1 |
%); с0 — объ |
емная |
доля |
метана в |
поступающей на |
участок струе возду |
|
ха, %; не должны образовываться местные скопления метана с кон
центрацией выше допустимой. Это условие оценивается расчетом коэффициента Ко по формуле
„ _.0,11 (Лрч?в. п Ч~ |
. |
(17.2) |
|
|
®Qo4 ПМХ (^ут. В---1)
где Аоч — планируемая или фактическая |
нагрузка на очистную |
||
выработку, |
т/сут; qB. п — относительное |
газовыделение из |
вы |
работанного |
пространства (фактическое |
или по прогнозу), |
мя/т; |
Ку — коэффициент, учитывающий различия в условиях движения утечек воздуха через выработанное пространство вблизи венти
ляционной |
выработки; |
при мощности |
пласта т |
2 м К7 = |
|||||||
= 300 |
м/сут; |
при т > |
2 м К7 = 500 |
м/сут; |
0 , 1 1 — размерный |
||||||
коэффициент, |
сут/мин; |
S„ — проектируемая |
или |
фактическая |
|||||||
площадь |
|
поперечного |
сечения |
вентиляционной |
выработки |
||||||
в свету, |
ма; |
К7Т. в — коэффициент, |
учитывающий |
утечки |
воз |
||||||
духа |
через |
выработанное |
пространство |
(определяется |
по |
||||||
табл. 6.3.3 |
[361). |
|
(17.1) и |
(17.2) |
выбранная техно |
||||||
При |
выполнимости условий |
||||||||||
логическая схема реализуется при возвратноточной схеме прове тривания — никаких мер по управлению газовыделением приме нять не следует.
При невыполнимости условия (17.2), когда газообильность выемочного участка не превосходит 3 м3/мин, для борьбы с мест ными скоплениями метана на сопряжении лавы с вентиляцион ными выработками могут применяться различные средства турбулизации воздуха (эжекторы, ВМП и т. п.) и отсоса газа от сопря жений с помощью газоотсасывающих вентиляторов.
При невыполнении условия (17.2) при газообильности участка более 3 м3/мин необходимы дегазация выработанного простран ства и применение для борьбы с местными скоплениями специаль ных способов управления газовыделением средствами вентиляции, предусматривающих обособленный отвод газа из выработанных пространств за счет общешахтной депрессии: различных вариан тов прямоточных схем проветривания и схем проветривания с дре нажными выработками.
После выбора наиболее эффективного способа и схемы дегаза ции в соответствии с условиями отработки и определения коэф фициента эффективности дегазации выработанного пространства
Рис. 17.1. Прямоточная схема проветривания при нисходящем порядке отра ботки ярусов:
I — главный |
вентиляционный штрек; 2 — фланговый ходок; 8 — конвейерный штрек; |
|
4 — ярусный |
штрек; |
б — воздухоподающий бремсберг; 6 — конвейерный бремсберг; |
7 — людской ходок; |
8 —• главный транспортный штрек |
|
/Сдет. в. п рассчитывается новое значение |
коэффициента безопас |
|
ности для сравнения о критическим по формуле |
||
0,11 [ J404<7b> п (1 — Кдег. в. п) 4* Ку^вЗ . |
||
Ко. ДвР — |
|
(17.3) |
Q o 4 max С^ут. в — 1) |
Чч |
|
Указанные вентиляционные способы |
на |
основе прямоточных |
схем и дренажных выработок применяются при Ко. дег > 1 . После установления необходимости применения вентиляцион
ных способов управления газовыделением оцениваются конкрет ные условия отработки.
Наиболее простыми и эффективными являются схемы с отво дом метана из выработанного пространства по неподдерживае мым выработкам действующего или отработанных смежных стол бов. Однако их применение ограничивается. При неустойчивых боковых породах и большой (свыше 500 м) длине выемочного поля эти схемы, как правило, не применяются.
Возможность реализации прямоточных схем проветривания определяется с учетом технической возможности и экономической целесообразности поддержания дополнительной вентиляционной выработки в выработанном пространстве. При этом должно выполняться условие
I уч. ф Qyy. шах (с — с0)/100, (17.4)
где 7 уч. ф — фактическая или ожидаемая газообильность выемоч ного участка, м8/мин.