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

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОРМАТИВНЫЙ АКТ ОБ ОХРАНЕ ТРУДА

УТВЕРЖДЕНО

ПРИКАЗОМ ГОСУДАРСТВЕННОГО КОМИТЕТА УКРАИНЫ

ПО НАДЗОРУ ЗА ОХРАНОЙ ТРУДА

№ 131 ОТ 20 12. 1993

ДНАОТ 1.1.30-6.09.93

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

ОБЯЗАТЕЛЬНО ДЛЯ ВСЕХ ОРГАНИЗАЦИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ, ВКЛЮЧАЯ СТРОИТЕЛЬСТВО

Настоящее Руководство подготовлено МакНИИ, ДонУГИ, НИИОМШС, ИГТМ АН Украины и институтом «Донгипрошахт» с учетом опыта применения Руководства по проекти­рованию вентиляции угольных шахт (Макеевка, 1989), ут­вержденного бывшим Минуглепромом СССР (15 августа 1989 г.) и согласованного с Госгортехнадзором СССР (18 июня 1989 г.) и Госстроем СССР (4 июня 1989 г.). С выходом Руководства утрачивают силу при проектировании шахт и расчете расхода воздуха для действующих шахт следующие документы: Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт, утвержденное Минуглепромом СССР 15 ав­густа 1989 г.; Методические указания по выбору схем про­ветривания выемочных участков шахт Донбасса с учетом опас­ности местных скоплений метана, эффективности управления газовыделением, устойчивости проветривания, обеспечения безопасных условий в аварийных ситуациях и предупреждения самовозгорания угля, утвержденные Главным управлением техники безопасности, горноспасательных частей и охраны труда Минуглепрома СССР 24 мая 1990 г.; Методика прогноза метанообильности тупиковых выработок при бесцеликовой от­работке угольных пластов, утвержденная Минуглепромом СССР 1 ноября 1990 г., и другие инструкции, методики и рекомендации по расчету и проектированию вентиляции.

Выбор способа дегазации должен производиться в соот­ветствии с Руководством по дегазации угольных шахт, выбор средств пылеподавления с Руководством по борьбе с пылью и пылевзрывозащите на угольных и сланцевых шахтах, разрезах, обогатительных и брикетных фабриках, а тепловые расчеты — по Единой методике прогнозирования температурных ус­ловий в угольных шахтах и дополнениям к разделу 4 Единой методики.

В Руководстве изложены порядок проектирования венти­ляции шахт, методы определения ожидаемого газовыделения и горные выработки, выбор схем проветривания выемочных участков, тупиковых выработок и шахт, методики расчета расхода воздуха для проветривания горных выработок, воздухонагревательных установок, определения устойчивости про­ветривания шахт и основные способы повышения ее при кон­струировании схем, анализ состояния проветривания шахт и др.

Руководство предназначено для всех организаций, зани­мающихся составлением проектов новых и реконструируемых шахт, проектов подготовки новых горизонтов, паспортов вы­емочных участков действующих шахт и расчетами расхода воздуха, необходимого для проветривания угольных шахт.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

А оч — добыча с очистной выработки, т/сут;

А шп — среднесуточная добыча с шахтопласта, т;

А3— зольность угля, %;

В — масса одновременно взрываемых ВВ, кг;

bmax — максимальная ширина призабойного пространст­ва, м;

bmin— минимальная ширина призабойного пространст­ва, м;

by— ширина забоя тупиковой выработки по углю, м;

bз.д. — ширина условного пояса газового дренирования угольного массива через поверхности обнажения пласта в подготовительных выработках, м;

С — допустимая концентрация газа в исходящей венти­ляционной струе, % (по объему);

dmp — диаметр трубопровода, м;

Н — глубина разработки, м;

Mcni — расстояние по нормали между кровлей разраба­тываемого и почвой сближенного (при подработке) и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м;

Мр— расстояние по нормали между разрабатываемым и сближенными пластами, при котором метановыделение из по­следнего практически равно нулю, м;

h в— давление вентилятора, дала;

hyч— депрессия выемочного участка, даПа;

h оч— депрессия очистной выработки, даПа;

I в.п. — абсолютное метановыделение из выработанного пространства, м3/мин;

1оч— абсолютное метановыделение из очистной выработ­ки, м3/мин;

1п— абсолютная метанообильность тупиковой выработки, м3/мин;

Iо.у.— абсолютное метановыделение из отбитого угля, м3/мин;

I — абсолютное метановыделение на выемочном участке, м3/мин;

Iпов— абсолютное метановыделение из неподвижных об­наженных поверхностей пласта, м3/мин;

kH — коэффициент неравномерности газовыделения;

k0.3. — коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства, непосредственно прилега­ющей к призабойному пространству;

kym. в— коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство;

k ут.вн— коэффициент, учитывающий утечки воздуха че­рез вентиляционные сооружения;

kmd— коэффициент турбулентной диффузии;

k в.n— коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного в призабойное пространство очистной выработ­ки;

k э.n— коэффициент, учитывающий эксплуатационные по­тери угля в пределах выемочного участка;

kT — коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени;

Lкр— длина крыла, м;

Lоч— длина очистного забоя, м;

L mp — длина трубопровода, м;

L оч.p - длина очистного забоя, для которой рассчитывается максимально допустимая нагрузка, м;

Lп— длина тупиковой выработки, м;

Lзв— длина звена трубопровода,м;

M в— вынимаемая полезная мощность пласта ,м;

m в. пр.— вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

mcni - суммарная мощность угольных пачек отдельного (i-го) сближенного пласта (спутника), для спутника, состоя­щего из углистосланцевых пород, принимается равной половине его действительной мощности, м;

Qyч— расход воздуха на выемочном участке, м3/мин;

QK— расход воздуха для проветривания камеры, м3/мин;

Q оч— расход воздуха для проветривания очистной вы­работки, м3/мин;

Qym.вn— утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал, м3/мин;

Q ш— расход воздуха в шахте, м3 /мин;

Q з.п.— расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, м3/мин;

q уч— относительная метанообильность выемочного уча­стка, м3/т;

q оч— относительная метанообильность очистной выра­ботки, м3/т;

q пор— относительное метановыделение из вмещающих пород, м3/т;

qnl — относительное метановыделение из разрабатывае­мого пласта, м3/т;

q сп— относительное метановыделение из сближенных пластов (спутников), м3/т;

q ш— относительная метанообильность шахты, м3/т;

qcn.ni — относительное метановыделение из отдельного подрабатываемого (верхнего) пласта (спутника), м3/т;

qcn.ni — относительное метановыделение из отдельного надрабатываемого (нижнего) пласта (спутника), м3/т;

qo.y — относительное метановыделение из отбитого угля, м3/т;

qo.n.— относительное метановыделение из очистного забоя, м3/т;

Rmp — аэродинамическое сопротивление трубопровода, км (даПа • с2/м6);

r— удельное аэродинамическое сопротивление выработки, к/г/м;

S оч— площадь поперечного сечения призабойного про­странства очистной выработки в свету, м2

S— площадь поперечного сечения выработки в свету,м2;

S уг— площадь забоя тупиковой выработки по углю, м2;

Тпр— время проведения тупиковой выработки, сут.;

tn — естественная температура пород, °С;

V— скорость движения воздуха, м/с;

V оч— скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

Vmax — максимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в очистной выработке, м/с;

Vmin — минимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в призабойном пространстве тупиковой выработки, м/с;

Vm— скорость транспортирования угля по лаве, м/мин;

Vdaf - выход летучих веществ, %;

W— пластовая влажность угля, %;

Хг— природная метаноносность пласта, м3/т сухой без­зольной массы (м3/т с.б.м.);

X— природная метаноносность пласта, м3/т;

Х— остаточная метаноносность угля, м3/т;

Хо.г— остаточная метаноносность угля, м3/т с.б.м.;

Х'— остаточная метаноносность угольного пласта после его надработки или подработки, м3/т;

Xcni — природная метаноносностьi-го пласта (спутника),мЗ/т;

а — коэффициент аэродинамического сопротивления, км • м4(даПа • с2/м2);

a— угол падения пласта, град.:

γ— плотность угля, т/м3;

γв— плотность воздуха, кг/м3;

γ i — плотность угляі-го пласта (спутника), т/м3.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Материалы для проектирования вентиляции новых и ре­конструируемых шахт, а также на период строительства пре­доставляются заказчиком в соответствии с Временной инст­рукцией по разработке проектов и смет для промышленного строительства СН 202-81.

Состав рудничного воздуха, климатические условия в под­земных выработках, допустимые содержания диоксида угле­рода (углекислого газа), метана, вредных газов и пыли, ско­рость движения воздуха в горных выработках должны соот­ветствовать требованиям действующих Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах (ПБ). Тепловлажностные параметры атмосферного воздуха, теплофизические характе­ристики горных пород, геотермические ступени при выполне­нии расчетов принимаются в соответствии с Единой методикой прогнозирования температурных условий в угольных шахтах.

Проветривание строящихся, реконструируемых и дейст­вующих шахт осуществляется по проекту вентиляции, пре­дусмотренного в общем проекте шахты.

На действующих шахтах дополнительно к проекту вен­тиляции производятся расчеты расхода воздуха, необходимого для проветривания горных выработок и шахты в целом, выбор способов и средств проветривания тупиковых выработок, раз­рабатываются мероприятия по управлению метановыделением средствами вентиляции и по обеспечению надомного провет­ривания шахты.

Проект вентиляции на период строительства новой, ре­конструкции или подготовки горизонтов действующей шахты разрабатывается проектными институтами, проектными кон­торами, группами шахтостроительных комбинатов (трестов) и производственных объединений. В подготовке исходных дан­ных и выдаче рекомендаций по отдельным вопросам при раз­работке проектов участвуют геологоразведочные организации, шахты, научно-исследовательские институты и ГВГСС.

* Далее по тексту вместо «скорость движения воздуха» будем писать «скорость воздуха».

1.1. Геологоразведочные организации

1.1.1. Согласно Положению о порядке передачи разведанных месторождений полезных ископаемых для промышленного ос­воения, утвержденному отраслевым органом управления, гео­логоразведочные организации предоставляют организациям, за­нимающимся составлением прогноза газообильности:

• данные о природной метаноносности угольных пластов и вмещающих пород в пределах полей проектируемых шахт;

•схемы и карты опробования рабочих пластов с прогнозом газоносности и нанесением верхних границ зоны метановых газов, геологических нарушений, изогипс почвы или кровли пластов, геологоразведочных скважин (с указанием их но­меров, отметок устьев и пересечений пластов, мощности и структуры пластов), линий геологических разрезов и, если возможно, изогаз; при отсутствии изогаза указывается при­родная метаноносность в м3/т с.б.и. по скважинам газового опробования;

• результаты технического анализа угольных пластов и пропластков, массовый и объемный выход летучих веществ, логарифм удельного электросопротивления антрацитов, пла­стовую влагу, зольность угля и генетическую классификацию углей в процентах;

• схематические геологические разрезы с нанесением верхних границ зоны метановых газов и, если возможно, изогаз;

• геологические разрезы скважин по форме, принятой в данном бассейне или районе, с обязательным нанесением всех пла­стов и пропластков угля и углистого сланца, с указанием их мощности, расстояний между ними, структуры вмещаю­щих пород и коэффициента крепости пород по шкале проф. Протодьяконова;

• данные об обводненности пересекаемых породных и угольных пластов;

• данные о геотермических условиях пересекаемых породных и угольных пластов;

• константу, характеризующую химическую активность угля по отношению к кислороду воздуха; группы угольных пла­стов, склонных к самовозгоранию и опасных по внезапным выбросам;

• процентное содержание в угле компонентов группы фюзинита.

1.1.2. Документация должна быть выполнена в соответ­ствии с Временными техническими требованиями угольной промышленности к геологоразведочным работам и исходным геологическим материалам, предоставляемым для проектиро­вания нового строительства и реконструкции шахт и разрезов, утвержденными отраслевым органом управления.

1.2.Угольные шахты

1.2.1. Предоставляют организациям, занимающимся со­ставлением прогноза газообильности:

• данные о фактической метанообильности шахт, шахтопластов, крыльев, этажей, выемочных участков и отдельных выработок за период работы в соответствии с Инструкцией по контролю состава рудничного воздуха, определению га­зообильности и установлению категорий шахт по метану;

• гипсометрические планы рабочих пластов с их выходом на поверхность в пределах границ поля действующей шахты и смежных с ними участков пластов, для которых необхо­димо составить прогноз метанообильности или углекислотообильности горных выработок. На гипсометрическом пла­не каждого угольного пласта должны быть нанесены: верхняя граница зоны метановых газов, геологические нарушения угольных пластов, установленные по данным геологической разведки и в процессе ведения горных работ, геологоразве­дочные скважины с указанием их номеров, отметок устья и пересечения пласта, фактической мощности и структуры пласта и пересекаемых пород, результатов технического ана­лиза угля, коэффициенты крепости вмещающих пород по шкале проф.Протодьяконова;

• планы горных выработок по каждому разрабатываемому угольному пласту в пределах отработанной части шахтного поля действующей шахты, смежной с той частью шахтного поля, для которой требуется составить прогноз;

• на каждом плане горных- выработок необходимо указать границы отработанных за каждый месяц площадей пласта на этажах (горизонтах), мощность пласта на площади от­работки его за каждый месяц (общая, вынимаемая), геоло­гические нарушения, обнаруженные в процессе ведения гор­ных работ, места внезапных выбросов, внезапных прорывов метана из почвы и суфлярных выделений метана (с ука­занием продолжительности и расхода его), места очагов действующих и списанных эндогенных пожаров, фактическая месячная добыча угля, число дней, в которые произ­водилась добыча угля в каждом месяце, способы управления кровлей и выемки угля в очистных забоях, дегазационные скважины;

• прилагаемую к плану горных выработок записку, в которой указаны способы и эффективность дегазации разрабатыва­емого пласта, сближенных пластов и выработанного про­странства, параметры применявшихся способов дегазации, время и место подработки или надработки разрабатываемого пласта;

• геологические разрезы по стволам и квершлагам с нанесе­нием всех пластов и пропластков угля и углистого сланца с указанием их мощности и строения;

• результаты технического анализа пластов и пропластков угля и углистого сланца.

1.2.2. При реконструкции шахты, кроме перечисленного выше, шахты предоставляют проектной организации:

• результаты газовой и депрессионной съемок и маркшейдер­ские данные о состоянии горных выработок на момент про­ектирования;

• акты обследования состояния вентиляционных установок главного проветривания;

• схему вентиляции с фактическим распределением расхода воздуха.

1.2.3. На действующих шахтах обеспечение проветривания горных выработок возлагается на участок вентиляции и тех­ники безопасности (ВТБ).

1.2.4. На каждой вахте определяют фактическую (ожидае­мую) газообильность выемочных участков и тупиковых выработок и шахты в целом в соответствии с разделом 3 настоящего Руководства, производят необходимые расчеты по газовому фактору, решают вопросы целесообразности применения дегазации соглас­но Руководству по дегазации угольных шахт и данным о фак­тическом газовом балансе выемочных участков и тупиковых выработок с учетом склонности пластов угля к самовозгоранию, внезапным выбросам и прорывам метана из почвы; рассчитывают расход воздуха для проветривания шахты, выбирают схемы про­ветривания тупиковых выработок и разрабатывают мероприятия по управлению метановыделением средствами вентиляции и по обеспечению проветривания шахты.

1.2.5. Расчеты расхода воздуха, необходимого для провет­ривания отдельных выработок и шахты в целом, должны вы-

полниться ежегодно на следующий год и раз в 5 лет в соот­ветствии с производственными программами развития горных работ.

При ежегодных расчетах расход воздуха определяется на начало года, а также для проведения горных работ, при ко­торых возникает наибольшая потребность в воздухе. При из­менении по сравнению с принятыми при расчетах геологиче­ских или горнотехнических условий (газообильности, добычи, скорости проведения выработок, массы одновременно взрыва­емых взрывчатых веществ, мощности установленного обору­дования и т.п.) расчеты по отдельным объектам и при необ­ходимости по шахте должны производиться повторно. Для новых очистных и тупиковых выработок, выемочных участков и камер расчеты производятся при разработке паспортов. В тех случаях, когда ожидаемое метановыделение определялось по природной метаноносности, по мере накопления данных о фактическом метановыделении должен производиться повтор­ный расчет расхода воздуха.

Расчет на пятилетие выполняется депрессионной службой ГВГСС при участии шахты во время производства депрессионных и газовых съемок на шахте для периода наибольшей потребности в воздухе. При этом проверяется возможность про­пуска расчетного расхода воздуха по горным выработкам, устойчивость проветривания и при необходимости разрабаты­ваются мероприятия по совершенствованию (обеспечению) проветривания шахты (см.раздел 13).

1.2.6. Выполнение расчета расхода воздуха возлагается на участок вентиляции и техники безопасности (ВТВ), началь­ника вентиляции шахты или лицо, выполняющее его функции. Результаты расчетов должны быть утверждены главным ин­женером шахты.

1.2.7. Основными исходными материалами для расчетов расхода воздуха являются: производственная программа и ка­лендарные планы развития горных работ, схема вентиляции, результаты измерения расхода воздуха и концентрации газов в выработках. При наличии должны использоваться также данные газовых и депрессионных съемок.

1.2.8. Расчеты расхода воздуха выполняются для всех предусмотренных годовой программой очистных выработок, выемочных участков, тупиковых выработок и камер, поддер­живаемых и погашаемых выработок. Определяются утечки воздуха через вентиляционные сооружения. Общий расход

2. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

2.1. Проектирование вентиляции новых шахт и на период строительства

2.1.1. Для принятых в проекте последовательности отработки пластов, системы разработки и ее основных параметров (порядок отработки выемочных полей, скорость подвигания очистных и тупиковых забоев, технология выемки и др.) оп­ределяется газообильность очистных и тупиковых выработок и выемочных участков (см.разделы 3 и 4) и выбираются способы дегазации (см.Руководство по дегазации уголыных шахт).

По метанообильности выемочного участка и принятой на­грузке на очистной забой выбираются возможные варианты наиболее приемлемых схем проветривания (см.разделы 6 и 8).

Рассчитывается максимально допустимая нагрузка на очи­стной забой для выбранных вариантов схем по газовому фак­тору (см.раздел 7) и сравнивается с нагрузкой, принятой по пропускным способностям ведущих технологических процессов (звеньев). Если последняя больше расчетной, то пересматри­вается схема проветривания выемочного участка с корректи­ровкой прогноза метанообильности, нагрузки на очистной за­бой по газовому фактору и принимается минимальная из них.

2.1.2. На основе анализа отбираются варианты, подлежа­щие экономическому сравнению.

2.1.3. Для каждого из рассматриваемых вариантов конст­руируется схема проветривания панели, блока (определяемая, как правило, схемой проветривания выемочного участка), что практически предопределяют варианты схем подготовки шахтного поля, подлежащие сравнению. Число очистных забоев в шахте, в панели (блоке) в первом приближении принимается,) исходя из планируемой производственной мощности.

2.1.4. По каждому из сравниваемых вариантов рассчитывается расход воздуха для проветривания блока или шахты (см.раздел 8).

2.1.5. Составляются возможные варианты схем проветривания шахты. Схема проветривания шахты принимается на основе анализа основных технических решений в увязке со всеми ведущими технологическими процессами (звеньями).

Выполняются технико-экономические расчеты и устанав­ливается число анализируемых вариантов.

2.1.6. Для принятого наиболее экономичного варианта схе­мы проветривания производится расчет вентиляции на первый период (15-25 лет) эксплуатации шахты (см.ниже). В зави­симости от схем вскрытия, подготовки и схемы вентиляции могут потребоваться расчеты на остальные периоды.

2.1.7. Для первого периода устанавливаются наиболее характерные этапы развития шахты (сдача шахты в эксплуата­цию, освоение проектной мощности, максимальное развитие горных работ, ввод новых горизонтов, блоков и т.п.) и для них составляются схемы проветривания шахты.

2.1.8. Для каждой такой схемы производится расчет рас­хода воздуха в соответствии с Руководством (см.разделы 6 и 8) и тепловой расчет в соответствии с Единой методикой прогнозирования температурных условий в угольных шахтах, если естественная температура пород для проектируемой глу­бины разработки достигает 30° и более.