Пример расчета проходческой вентиляторной установки

2.2 Пример расчета проходческой вентиляторной установки

Исходные данные

Длина тупиковой выработки – L_выр, м; сечение выработки – S, м²; расход ВВ за 1 цикл – А, кг; время проветривания выработки – t = 30 мин; в забое работают m человек.

Определение необходимого количества воздуха на забое (Q_З).

Количество воздуха по числу людей, одновременно работающих в забое

Q_З = 6m, м³/мин

где 6 м³/мин - норма воздуха на одного работающего рабочего.

Количество воздуха по минимальной скорости воздушной струи

Q_З = Sυ_min, м³/с

где υ_min = 0,4 м/с - минимальная скорость воздушной струи при мокром бурении одним перфоратором.

Количество воздуха, исходя из разбавления вредных газов, образовавшихся после взрыва по формуле В. Н. Воронина для нагнетательного способа проветривания, определяется

Q_З = (7,8/t)(AS²L²_выр)^1/3, м³/мин

Таким образом, для расчета принимаем максимальное количество воздуха.

Диаметр вентиляционных труб выбирается из расчета, чтобы скорость воздуха по трубопроводу не превышала υ = 20 м/с

d_ТР = (4Q_З/πυ)^1/2, м

Принимаем диаметр вентиляционного трубопровода, равным из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,8 и 1,0 м. Диаметр трубопровода необходимо округлить до номинального значения внутреннего диаметра присоединительного патрубка вентилятора. (Технические данные вентиляторов местного проветривания см. табл. 5 прил.).

Проверка на допустимую скорость движения вентиляционной струи по выработке

υ_ВОЗД = Q_З/S > 0,4, м/с

Расстояние от конца трубопровода до забоя должно быть не более

l < 4√S, м

Для проветривания необходимо применять брезентовые трубы с длиной звена

l = 10 м.

Коэффициент аэродинамического сопротивления

а = 0,0046 Hc²/м⁴

Способы проветривания

Выработки большой протяженности проветриваются с использованием:

одного вентилятора, работающего на общий трубопровод;

каскадной установки вентиляторов (по мере проходки выработки в начале трубопровода устанавливается ещё вентилятор рядом с первым и т.д.);

рассредоточенной установки вентиляторов.

Проветривание горных выработок с помощью одного вентилятора используется на рудных шахтах при проведении выработок большого сечения, используется трубопровод диаметром d_ТР >1,0 м.

Каскадное расположение вентиляторов используется на газовых шахтах и все механическое, и электрическое оборудование устанавливается в одном месте.

Каскадное расположение вентиляторов

Расчет проветривания длинных выработок при каскадном расположении вентиляторов рекомендуется производить по методике Вепрева В. С.

Определяется аэродинамическое сопротивление трубопровода по заданному типу труб, их диаметру, длине звеньев, качеству и сборке и полной расчетной длине трубопровода L_m = L_выр – l, м.

R_m = 6,45aL_m/d_ТР⁵, H c/м⁸

Вычисляются коэффициенты потерь (Р) и доставки воздуха (δ)

Р = [1/3k_bd_ТР(L_m/l)√Rм + 1]²

δ = 1/Р

где k_b = 0,002 – коэффициент качества сборки трубопровода.

Определяется подача вентиляторной установки на полную длину трубопровода по уравнению

Q_В = PQ_З, м³/с

Рассчитывается максимальная депрессия (Па) для полной расчетной длины трубопровода по выражению, если выработка небольшой длины

h_max = R_mQ_В², Па

Для довольно протяженной выработки необходимо максимальную депрессию рассчитывать по уравнению

h_max = РR_mQ_В², Па

По индивидуальным характеристикам (см. рис. 4) вентиляторов местного проветривания выбирается вентилятор, который при высоких значениях к.п.д. обеспечивает подачу расчетного количества воздуха с учетом его утечек. Останавливаемся на вентиляторе ВМ……. На индивидуальной характеристике вентилятора ВМ….. из точки, соответствующей его подаче Q_В, м³/с, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой. Точка пересечения соответствует депрессии вентилятора ВМ….., h_В1 = ……, кПа.

Потребное количество вентиляторов для проветривания всей выработки рассчитывается по уравнению

n_В = h_max/h_В1

Принимаем n вентиляторов типа ВМ…… в каскаде, работающих последовательно.

При последовательной работе вентиляторы имеют одинаковую подачу.

Суммарная характеристика определяется путем суммирования индивидуальных характеристик по депрессии при заданной общей производительности (суммирование трех кривых по их ординатам), рис. 4. Рабочий режим последовательной работы двух вентиляторов соответствует координатам точки А₂ на их суммарной характеристике (см. рис. 4), т. е. h_p2 =4500 Па и Q_р2 = 210 м³/мин, при работе трех вентиляторов - соответствует координатам точки А₃ (h_р3 = 5900 Па и Q_р3 = 240 м³/мин). Ему соответствуют парциальные депрессии: для первого вентилятора I h₁ = 1967 Па (точка А₁) и двух вентиляторов h₂ = 3934 Па (точка А_II). Если один из вентиляторов будет отключен от вентиляционной сети, то режим двух вентиляторов будет соответствовать точке А₂ (h₂; Q₂), а если будет работать только один вентилятор, то его режим будет соответствовать точке A_I (h₁; Q₁).

Рис. 4. График к расчету каскадной установки вентиляторов ВМ-5М: I, II, III - характеристики одного, двух и трех вентиляторов; L1 - L4 - характеристики трубопровода при длине соответственно 100 - 400 м

Длина трубопровода, при которой к сети подключается очередной вентилятор, определяется графоаналитическим способом. В осях координат h и Q строятся суммарные характеристики вентиляторов при их последовательной работе на сеть (I, II, III) и характеристики трубопроводов (Z₁; Z₂; Z₃; Z₄) (рис. 5). Количество воздуха, поступающего на начало каждого трубопровода при индивидуальной и совместной работе вентилятора на сеть, определяется абсциссой точки пересечения трубопровода с соответствующими характеристиками вентиляторов. Количество воздуха (м³/мин), поступающее к концу 1-го трубопровода, определяется по формуле

Q_ki = Q_H/P_i

где Q_H - количество воздуха, поступающее к началу трубопровода, м³/с .

Данные расчетов сведены в табл. 4.

Таблица 4

№	Длина трубопровода, м Zm	Подача вентилятора в начале трубопровода, м3/мин QH			Коэф. утечек, Р	Расход воздуха на конце трубопровода, м3/мин, Qкi
		QI	QII	QIII		QI	QII	QIII
1
2
3
4

Затем по расчетным данным строятся графики зависимостей Q_K = f (Z_m) (где Z_m - длина трубопровода) для вентиляторов (одного, двух и т. д.), по которым находится предельная длина трубопровода для данного числа работающих вентиляторов, рис. 5.

Рис. 5. График к определению длины трубопровода, при которой необходима установка следующего вентилятора в каскаде

Точки пересечения прямой Q с кривыми Q_ki соответствуют значениям длины трубопровода, при которых необходимо устанавливать последующие вентиляторы. Второй вентилятор необходимо устанавливать при прохождении горной выработки длиной Z₁ = 268 м; третий вентилятор соответственно устанавливается при длине горной выработки Z₂ = 348 м. Из рис. 5 следует, что с увеличением числа вентиляторов, работающих в каскаде, приращение длины трубопровода уменьшается при снижении эффективности работы вентиляторов.