НПАОП 10.0-7.08-93 Керівництво щодо проектування вентиляції вугільних шахт

2.1.9. Производится расчет и выбор воздухонагревательной установки (см.раздел 12).

2.1.10. Для каждого этапа отработки и соответствующей ему схемы проветривания рассчитывается депрессия шахты и выбирается способ проветривания (см.раздел 9).

2.1.11. В соответствии с Руководством производится анализ устойчивости проветривания шахты (см.раздел 11).

2.1.12. Выбираются способы и средства проветривания ту­пиковых выработок (см.раздел 5).

2.1.13. Выбираются вентиляционные установки главного проветривания, приводные электродвигатели и определяются режимы работы вентиляционных установок (см.раздел 10).

2.1.14. На период строительства шахты:

• составляется прогноз метанообильности (углекислотообильности) тупиковых выработок (см.разделы 3 и 4);

• выбираются варианты схем проветривания стволов при их проходке, армировке, а также при проведении горизонталь­ных и наклонных выработок с учетом календарного плана работ;

• выбираются схемы и средства для проветривания башенных копров;

• производится расчет расхода воздуха для каждой тупиковой выработки, выбор трубопроводов и средств проветривания по периодам развития горных работ, которые определяются соединением новых выработок в замкнутую сеть, позволя­ющую увеличить число подготовительных выработок, про­ветриваемых за счет общешахтной депрессии;

• в каждый период развития горных работ определяются рас ход воздуха для проветривания горных выработок в соответствии с Руководством (см. разделы 3, 6 и 8) и осуществляется тепловой расчет в соответствии с Единой методикой прогнозирования температурных условий в угольных шахтах и дополнениями к разделу 4 Единой методики, если естественная температура горных пород для проектируемой глубины разработки достигла 30°С и более;

• производится расчет воздухонагревателъной установки и вы бор места для нее;

• определяются режимы работы вентиляционной установки период проходки стволов и проведения тупиковых вы работок. Выбор вентиляционной установки может осуществляться по периодам развития горных работ.

2.2.Проектирование вентиляции реконструируемых шахт и новых горизонтов на действующих шахтах

При проектировании вентиляции реконструируемых шахт необходимо, кроме указанных в подразделе

2.1 требований, выполнение дополнительных работ.

2.2.1. Для определения источников и величины метановыделения, то есть для составления газового баланса по шахте, следует проводить специальные газовые съемки на выемочных участках и по шахте в целом по методике, изложенной в Руководстве по производству депрессионных и газовых съемок в угольных шахтах.

2.2 2. Для определения фактических аэродинамических сопротивлений ветвей, мест утечек и их величины использу­ются также данные депрессионной съемки выработок шахты, а при необходимости проводятся дополнительно депрессионные съемки. Аэродинамическое сопротивление существующих вы­работок, используемых при реконструкции, принимается рав­ным фактическому, если выработки находятся в удовлетвори­тельном состоянии.

2.2.3. При изменении схем проветривания для повышения устойчивости вентиляции следует избегать диагоналей или стремиться к уменьшению их числа, правильно размещать отрицательные регуляторы, сокращать число вентиляционных установок главного проветривания (до одной на крыло, блок).

3. ПРОГНОЗ МЕТАНООБИЛЬНОСТИ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ

3.1. Общие положения

Ожидаемая метанообильность горных выработок для вновь проектируемых и новых горизонтов действующих шахт опре­деляется по метаноносности угольных пластов и вмещающих пород, а для действующих шахт — по фактической метано-обилъности выработок — аналога данного шахтопласта. В тех случаях, когда сведения о фактической метанообильности от­сутствуют или не могут быть использованы (при вскрытии новых пластов, при изменении системы разработки, способа у правления кровлей, при подработке или надработке пласта), допускается расчет ожидаемого метановыделения по природной метаноносности угольных пластов и пород.

Природная метаноносностъ пласта для действующих шахт принимается по данным геологоразведочных или научно-ис­следовательских организаций, а при отсутствии таких данных определяется по результатам газовых съемок в тупиковых выработках в соответствии с пунктом 3.2.2.

Для расчета ожидаемой метанообилъности по метанонос­ности необходимые исходные материалы предоставляются в соответствии с подразделом 1.1.Кроме того, для составления прогноза необходимо иметь данные о последовательности от­работки пластов, системе разработки и ее основных парамет­рах, в том числе: о порядке отработки выемочных копей (прямое, обратное); количестве подэтажей в этаже (при раз­работке пласта по простиранию); длине и скорости подвигания очистных и тупиковых забоев (стволов, уклонов, штреков и т д ); способе выемки угля в очистных и тупиковых забоях; величине заходки при проведении тупиковых выработок, про­должительности времени, прошедшего от отбойки до выдачи угля из участка, шахты; эксплуатационных потерях угля: способах управления кровлей; способах поддержания вентиляционных выработок на выемочных участках; способах про­ведения тупиковых выработок (одинарными или параллель­ными забоями, широким ходом, проходке стволов бурением и т.д.); размерах тупиковых выработок (в свету, вчерне); ширине целиков между параллельными тупиковыми выработ­ками; подработке (надработке) пласта; длине очистного забоя,

который подработал или надработал пласт, и для него рассчи тывается ожидаемая метанообильность выемочного участка вынимаемой мощности подрабатываемого пласта.

Фактическое метановыделение рассчитывается на основании измерений расхода воздуха и концентраций газов, выполняемых участком ВТБ (вентиляционной службой) при помог переносных приборов, и телеинформации о концентрации метана и расходе воздуха, выдаваемой аппаратурой аэрогазового контроля (АГК).

Телеинформация, выдаваемая аппаратурой АГК, исполь­зуется при определении фактической метанообильности вы­емочных участков, тупиковых выработок, крыла и шахты в целом.

Частота и пункты измерений концентрации метана и рас хода воздуха выбираются согласно требованиям ПБ. Фактическое метановыделение определяется в соответствии с Инструкцией по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану по изложенной в пункте 3.3.2 методике на основании обработки результатов измерений за период устойчивой работы выемочного участка по добыче после посадки основной кровли менее чем за три месяца, предшествующих расчету, а при наличии телеизмерений расхода воздуха с записью на само пишущем приборе — не менее чем за месяц.

3.2. Прогноз метанообильности тупиковых выработок .

3.2.1. По природной метаноносности пласта

Метановыделение в тупиковую выработку (1п, м3/мин), проводимую по угольному пласту, определяется по формуле

In=Inов+Iо.у.п. (3.1.)

где Inов — метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта, м3/мин; Iо.у.п.— метановыделение из отбитого угля, м3/мин.

Метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта определяется по формуле

Inов = 2.3 *10–2mn vn (x-x)kT(3.2)

Гдеmn — полная мощность угольных пачек пласта, м; если в сечении выработки выше пласта, по которому она прово­дится, имеется угольный пропласток, то вmnследует включить

мошность этого пропластка:

vn— проектная скорость подвигания забоя тупиковой виработки, м/сут;X— природная метаноносность пласта, м3/т; определяется по формуле

X=XгkWA з(3.3)

гае Хг— природная метаноносность пласта, м3/т с.б.м; зна­чение Хгпринимается по данным геологической разведки.

При расчете метановыделения в наклонные тупиковые выра­ботки значение Хгпринимается для восстающих выработок на глубине устья выработки, а для нисходящих — на глубине проектной длины выработки;

Х— остаточная метаноносность угля, м3/т; для каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществVdafоб>165 мл/г с.б.м. определяется по формуле (3.4), а для антрацитов сVdafобот 100 до 165 мл/г с.б.м. — по формуле

(3.34);

Хо=X о.г kWA з;(3.4)

Хо.г— остаточная метаноносность угля, м 3 /т с.б.м.; при­нимается по табл. 3.1 в зависимости от выхода летучих веществ или определяется по формуле

Хо.г= 18,3 ( Vdaf)–6;

Vdaf — выход летучих веществ, %;

kWA з — коэффициент пересчета метаноносности пласта на уголь, (доли ед.) находим по формуле

kWA з = 100- W-A 3 (3.6)

100

W,A 3- соответственно пластовая влажность и зольность угля, %;

kT — коэффициент, учитывающий изменение метановы-деления во времени, долиtд.; зависит от времени Т np , про­шедшего от начала выработки до момента определения Iпов

принимается по табл.3.2 или рассчитывается по формуле

kT = 1 - 0,91 охр (- 0,022 Тпр). (3.7)

Таблица 3

Остаточная метаноносность углей

Таблица 3.2

Значения коэффициентаkT в зависимости от Тпр

При определении метановыделения из неподвижных обнаженных поверхностей пласта остановленной выработки

I ост повв формулу (5.2) подставляется величинаkT , определяемая

как разность между значениями этого коэффициента, рассчитанными для времени Тпр+ Тости Тост, где Тост— время, прошедшее с момента остановки работ по проведению выработки до их возобновления, сут.

Метановыделение из отбитого угля зависит от способа выемки и определяется следующим образом. При выемке угля комбайнами, буровым способом (выбуриванием) или отбойными молотками по формуле

I о.y.n=Jkmy (X-X ) (3.8)

гдеj— техническая производительность комбайна, бурового станка или суммарная производительность проходчнхов по выемке угля, т/мин. Принимается для комбайнов по табл.5.3. ,для буровых станков — по их техническим характеристикам. а при выемке угля отбойными молотками определяется по формуле

j= n np Nв(3.9)

60 Тсм

где n np — число проходчиков, одновременно работающих в смене по выемке угля;

N в— норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;

Тсм — время работы проходчиков в смене по выемке угля,ч.

km у — коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля, доли од.; находим по формуле

km у =аТву(3.10)

где Ту— время нахождения (дегазации) угля в призабойномпространстве, мин;

a , b— коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимаются при дегазации отбитого угля (вре­мя транспортирования угля)

Ту <6 мин. соответственно рав­ными 0,052 и 0,71, а при Ту > 6 мина= 0,118, а в = 0,25.

ЗначениеТу рассчитывается по формуле

Ty= Sуг L ц γ(3-11)

j

где Sуг — площадь сечения выработки по углю в проходке, м2;

L ц — подвигание забоя за цикл непрерывной работы ком­байна бурового станка, отбойных молотков, м: принимается для комбайнов при мощности пласта, меньшей диаметра рез­цовой коронки (барабана), равным длине коронки (барабана), а при мощности пласта, большей диаметра резцовой корон­ки, — расстоянию между арками (ранами), но не менее одного метра, при выбуривании пласта — подвиганию забоя за цикл,

а при выемке угля отбойными молотками — шагу установка крепи.

Таблица 3.3

Техническая производительность нарезного и проходческих комбайнов

При проведении выработок буровзрывным способом Iо.у.п.определяется по формуле

Iо.у.п.= 9*10–3 S уг Lвз γ (X-X )(3.12)

гдеLвз— подвигание угольного забоя за взрывание, м;

γ— плотность угля, т/м3.

Максимальное метановыделение в призабойное пространство при ведении буровзрывных работ по углю определяется по формуле

Iз.п.max= 0,05SугL в.з γ(Х-Х)(3.13)

Метановыделение в призабойное пространство тупиковой выработки ( Lв.з)при выемке угля комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием определяется по формуле (3.1).

В этом случае при определении Iповпо формуле (3.2) длина призабойного участка выработки принимается равной 20 м при нагнетательном способе проветривания и 50 м — при нагнетательно-всасывающем с применением пылеулавливающих ус­тановок. Время проведения участка выработкиТпррассчиты­вается как частное от деления длины призабойного участка на скорость проведения выработки, Io.у.пи коэффициентkmy определяются соответственно по формулам (3.8), (3.10), а Ту— по формуле (3.11).

Метановыделение в параллельные тупиковые выработки определяется по формулам:

при одновременном подвигании забоев

Iп.пар= 2(I пов+ Iо.у.п.);(3,14)

при проведении второй выработки после окончания прове­дения первой

Iп.пар =Iпов +I остпов+Iо.у.п(3.15)

Значения Іпов,Iостпов, Iо.у.п рассчитываются как для оди­ночных выработок по формулам, приведенным выше.

При пересечении угольных пластов ожидаемое метановыделение в тупиковые выработки определяется по формуле (3.1). При этом в формуле (3.2) коэффициентkT определяется для времени

T np= mв.пр + √ Scos a пл + 8/V n

V nsina пл(3.16)

гдеmв.пр— полная мощность угольного пласта с учетом породных прослоек, м;

а пл -угол падения пласта, град.

Если выработка пересекает несколько угольных пластов, то ожидаемое метановыделение в выработку определяется как сумма метановыделений из последнего пересекаемого пласта и обнаженных поверхностей ранее пересеченных пластов. Ме­тановыделение с обнаженной поверхности ранее пересеченного угольного пласта находится по формуле (3.2), при этом зна­чениеkT , определяется как разность между значениями этого

коэффициента, рассчитанными для времени

Тпр= l у /Vn и Т = lу /Vn

Где lу— расстояние от места полного обнажения ранее пере­сеченного пласта до забоя, м.

При проведении выработок вприсечку к выработанному пространству метановыделение определяются по формуле

I n =aгІпов+ 0,1I о.у.п. +I’ в.п.(3.17)

где а г— коэффициент, учитывающий газоотдающие свойства пласта; принимается равным 0,1 при расстоянии (lст, м) от ранее обнаженной стенки до стенки присечной выработки со стороны угольного массива lcm<b з.д , а при lст =bз.д — равным 0,5;

I’ в.п — метановыделение из выработанного пространстве прилегающего к тупиковой выработке, м3/мин; bз.д— ширина условного пояса дренирования уголыного массива через поверхность обнажения пласта в подготовительных выработках, м; значение bз.дпринимается по табл. 3.5 я зависимости от выхода летучих веществ из угля.

Метановыделение из выработанного пространства рассчитывается после анализа распределения воздуха в вентиляционной сети района проведения присечной выработки и оценки возможности поступления метана из выработанного простран­ства в выработку в соответствии с типовыми вентиляционными схемами, приведенными на рис. 3.1.

Для вентиляционных схем, приведенных на рис. 3.1 (а,b), метановыделение из выработанного пространства не по­ступает в выработкуиI’ в.п= 0.

Для вентиляционных схем, приведенных на рис.3.1 (в,г), метановыделение из выработанного пространства рассчитыва­ется по формуле

I’в.п = 1,1 kocm Iв.п( 3,18 )

где 1,1 — коэффициент, учитывающий влияние изменения барометрического давления на выделение метана из ранее отработанного выемочного участка;

Iв.п— метановыделение из выработанного пространства в

пределах выемочного участка с учетом газа, извлекаемого дегазационной установкой и изолированным отводом метана за пределы выемочного участка, м3/мин.

kocm — коэффициент, учитывающий изменение метановыделения из выработанного пространства во времени, доли ед.; принимается по табл. 3.4 в зависимости от времени, прошедшего с момента окончания отработки выемочного участка (T 1, мес.) до начала проведения выработки, или определяется

по формуле

k oст= ехр(-0,53T 0,6 1) (3.19)

ПриT 1>8 месяцамk ocm= 0,16;

Рис. 3.1. Типовые схемы проведения тупиковых вы­работок, проводимых, вприсечку к выработанному про­странству

Таблица 3.4

Значение коэффициентаk оств зависимости от времени Т1

Значение Iв.пдля проектируемых шахт определяется по формуле (3.82), а значения коэффициентов эффективности дегазации, входящие в формулу (3.62), принимаются равными нулю; для действующих шахт 1вп — "по результатам газовом съемки, выполненной в соответствии с Руководством по про изводству депрессионных и газовых съемок в угольных шахтах

При проведении выработок по газоносным породам ожидаемое метановыделение определяется по рекомендациям МакНИИ

Метановыделение при бурении скважин (Iб, м3/мин) определяется по формуле (3.20), а при расширении скважин (Iр, м3/мин) — по формуле (3.21).

Iб= (Х-Х)(3,27 ٠ 10–3 d ск.б√(L ск V ск) +0.09d 2 ск.бy 4√(L ск.сV3б)); (3.20)

Iр= (Х-Х)(3,27 ٠ 10–3 d ск.б√( Lск V ск)+0.09 ( d2ск.р- d2ск.б)y4√( Lск.рV3б)); (3.21)

где dск.б, d ск.р— соответственно диаметры скважин при ихбурении и расширении, м;

L СК— длина скважины, м;

VCK— средняя скорость проведения скважин, м/сут;

Vб — скорость подачи бурового инструмента, м/мин;

L СkС — планируемое максимальное подвигание скважины за смену, м.

При проходке вертикальных стволов, шурфов и других выработок буровзрывным способом и при пересечении ими угольных пластов ожидаемое метановыделение в призабойное пространство ствола (/3 с, м3/мин) определяется по формуле

І з.с= Іпов с+ Іо.у.с (3,22)

гдеІпов с— метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пересекаемого пласта, м3/мин;

Іоус— метановыделение из отбитого угля, м 3 /мин.

При пересечении стволом нескольких угольных пластов расчет ожидаемого метановыделения производится по каждомуизних. К дальнейшим расчетам принимается наибольшее из полученных значений I з.с.

МетановыделениеI пов.сиI о.у.сопределяется по формулам

I пов.с = 3,3 · 10–2mnD1X [0,0004 (Vdaf)2+ 0,16]; (3.23)

I о.у.с = 2,0 · 1-3 mnD2 1γ (X-X) (3.24)

гдеD 1— диаметр ствола в проходке, м;

mn — полная мощность угольных пачек пласта, м.

При проведении стволов бурением ожидаемое метановыделение в ствол рассчитывается в период его осушения по формуле

n пл

І з.с.=7,65 · 10–5 D 2 Σmnixi(3.25)

і=1

гдеD 2— диаметр ствола в свету, м;

mni — полная мощность угольных пачекі-гопласта,пересекаемого стволом, м;

X і— природная метаноносностьі-г oпласта, пересекаемогостволом, м3/т;

nпл — число пересекаемых пластов.

По природной метаноносности пласта определяется метанообильность вертикальных стволов (шурфов) и выработок, проводимых вприсечку к выработанному пространству, без последующего уточнения по фактической метанообильности согласно пункта 3.2.2.

Метанообильность других проектируемых тупиковых вы­работок, проводимых по угольным пластам, определяется по природной метаноносности в том случае, если нет данных о фактическом метановыделении в выработку (значение (х —x )— впоследствии фактическое метановыделение в вы­работку определяется согласно пункта 3.2.2.

3.2.2. По фактической метанообильности

Расчет ожидаемого метановыделения в проектируемые ту­пиковые выработки осуществляется по формулам, приведен­ным в пункте 3.2.1, а значение (х —x ), входящее в формулы,

принимается согласно данным о фактическом метановыделении с обнаженных поверхностей пласта в выработку — аналог.

Примечание. За выработку-аналог принимается выра­ботка, пройденная по тому же пласту в пределах той же панели, блока, при этом разность вертикальных отметок от ее устья до устья проектируемой выработки не должна превышать 20 м на глубинах до 300 м ниже верхней границы метановой зоны и 50 м при больших глубинах. В окрестности выработки-аналога не должно быть ранее пройденных выработок на рас­стоянии ближе 20 м. Пласт, по которому проводится (проводилась) выработка-аналог, не должен быть надработан или подработан.

После проведения проектируемой выработки на длину 75 м производится уточнение значения (х — х) по фактическому метановыделению из обнаженных поверхностей пласта в эту выработку по формуле

Х - Х=43,5Iпов.ф(3.26)

Mn v n .ф k m .ф

гдеІ пов.ф— фактическое метановыделение из обнаженныхповерхностей пласта, м3/мин;

ипФ — фактическая скорость подвигания участка выра­ботки, для которого определяется Iпов.ф, м/сут;

km.ф— коэффициент, учитывающий изменение метано-выделения во времени; определяется по табл. 3.2 или формуле по (3.7) в зависимости от Тпр ф.

Тпр ф— фактическая продолжительность проведения уча­стка выработки, для которого определяетсяIпов ф, сут.