Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт

(утв. Минуглепромом СССР 15.08.1989)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["Инструкция по расчету количества... (от 25.03.1974)"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/instruktsiya-po-raschetu-kolichestva-vozduha" "Инструкция по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт (утв. Минуглепромом СССР 25.03.1974, утв. Госгортехнадзором СССР 21.03.1974)"
  n1["Руководство по проектированию вентиляции... (от 15.08.1989)"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/rukovodstvo-po-proektirovaniyu-ventilyatsii" "Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт (утв. Минуглепромом СССР 15.08.1989)"
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утверждено Министерством угольной промышленности СССР

с Госстроем СССР 4 июня 1989 года

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Настоящее Руководство разработано МакНИИ, ДонУГИ, ВостНИИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИИОМШС, ВНИИГМ им. М.М. Федорова, ВНИИГД, ИГТМ АН УССР, проектными институтами «Донгипрошахт», «Днепрогипрошахт», «Карагандагипрошахт» и «Сибгипрошахт» на основании научно-исследовательских работ, выполненных МакНИИ, ДонУГИ, ВостНИИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИИОМШС, ВНИИГМ им. М.М. Федорова, ДГИ АН УССР и др.

Требования Руководства обязательны для всех организаций и предприятий угольной промышленности при проектировании и обеспечении проветривания угольных шахт, включая их строительство. 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 10 апреля 1974 г.; Дополнения к «Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт», утвержденные Минуглепромом СССР 27 декабря 1979 г.; Инструкция по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт, утвержденная Минуглепромом СССР 25 марта 1974 г.; Временная инструкция по проектированию вентиляции при проходке и углубке стволов, утвержденная Минуглепромом СССР 25 декабря 1980 г.; Временное руководство по нагнетательно-всасывающему проветриванию подготовительных выработок с применением пылеулавливающих установок, утвержденное Минуглепромом СССР 9 июля 1982 г.; Руководство по проектированию и организации проветривания подготовительных выработок действующих угольных шахт, утвержденное Минуглепромом СССР 16 мая 1984 г.; Временное руководство по выбору технологических схем проветривания и управления газовыделением на выемочных участках, утвержденное Минуглепромом СССР 16 мая 1984 г.; Методические указания по применению «Руководства по проектированию и организации проветривания подготовительных выработок действующих угольных шахт», утвержденные Минуглепромом СССР 18 июня 1985 г., и другие действующие бассейновые инструкции, руководства, методики и рекомендации по расчету и проектированию вентиляции.

Выбор наиболее эффективного способа дегазации должен производиться в соответствии с Руководством по дегазации угольных шахт, выбор средств пылеподавления — 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.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

A_{\text{шп}} — среднесуточная добыча с шахтопласта, т;

A_{\text{з}} — зольность угля, %;

B — масса одновременно взрываемых ВВ, кг;

b_{max} — максимальная ширина призабойного пространства, м;

b_{min} — минимальная ширина призабойного пространства, м;

b_{\text{у}} — ширина забоя тупиковой выработки по углю, м;

b_{\text{з}.\text{д}} — ширина условного пояса газового дренирования угольного массива через поверхности обнажения пласта в подготовительных выработках, м;

C_{\text{о}} — концентрация газа в поступающей на выемочный участок вентиляционной струе, % (по объему);

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

C_{1},C_{2} — концентрация газа в пунктах 1 и 2, % (по объему);

d_{\text{тр}} — диаметр трубопровода, м;

H — глубина разработки, м;

M_{\text{р}} — расстояние по нормали между разрабатываемым и сближенным пластами, при котором метановыделение из последнего практически равно нулю, м;

M_{\text{сп}_{i}} — расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного (при подработке) и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м;

h_{\text{оч}} — депрессия очистной выработки, даПа;

I_{\text{в}.\text{п}} — абсолютное метановыделение из выработанного пространства, м3/мин;

I_{\text{оч}} — абсолютное метановыделение из очистной выработки, м3/мин;

I_{\text{п}} — абсолютная метанообильность тупиковой выработки, м3/мин;

I_{\text{о}.\text{у}} — абсолютное метановыделение из отбитого угля, м3/мин;

I_{\text{уч}} — абсолютное метановыделение на выемочном участке, м3/мин;

I_{\text{пов}} — абсолютное метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта, м3/мин;

k_{\text{н}} — коэффициент неравномерности газовыделения;

k_{\text{о}.\text{з}} — коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства, непосредственно прилегающей к призабойному пространству;

k_{\text{п}} — коэффициент, учитывающий выделение метана из боковых пород;

k_{\text{пл}} — коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта;

k_{\text{ут}.\text{в}} — коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство;

k_{\text{ут}.\text{вн}} — коэффициент, учитывающий утечки воздуха через вентиляционные сооружения;

k_{\text{т}.\text{д}} — коэффициент турбулентной диффузии;

k_{\text{в}.\text{п}} — коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное;

k_{\text{э}.\text{п}} — коэффициент, учитывающий метановыделение из эксплуатационных потерь угля в пределах выемочного участка;

k_{\text{т}} — коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени;

l_{\text{кр}} — длина крыла, м;

l_{\text{оч}} — длина очистного забоя, м;

l_{\text{тр}} — длина трубопровода, м;

l_{\text{оч}.\text{р}} — длина очистного забоя, для которой рассчитывается максимально допустимая нагрузка, м;

l_{\text{п}} — длина тупиковой выработки, м;

l_{\text{зв}} — длина звена трубопровода, м;

m_{\text{в}} — вынимаемая полезная мощность пласта, м;

m_{\text{п}} — полная мощность угольных пачек разрабатываемого пласта, м;

m_{\text{в}.\text{пр}} — вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

m_{\text{сп}_{i}} — суммарная мощность угольных пачек отдельного (i-го) сближенного пласта (спутника), м (для спутника, состоящего из углистосланцевых пород, принимается равной половине его действительной мощности);

n_{\text{чел}} — наибольшее число людей, одновременно работающих в очистной или тупиковой выработке;

Q_{\text{в}} — подача вентиляционной установки, м3/с;

Q_{\text{уч}} — расход воздуха на выемочном участке, м3/мин;

Q_{\text{к}} — расход воздуха для обособленного проветривания камеры, м3/мин;

Q_{\text{оч}} — расход воздуха для проветривания очистной выработки, м3/мин;

Q_{\text{ут}.\text{вн}} — утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал, м3/мин;

Q_{\text{ш}} — расход воздуха в шахте, м3/мин;

Q_{\text{з}.\text{п}} — расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, м3/мин;

q_{\text{уч}} — относительная метанообильность выемочного участка, м3/т;

q_{\text{оч}} — относительная метанообильность очистной выработки, м3/т;

q_{\text{пор}} — относительное метановыделение из вмещающих пород, м3/т;

q_{\text{пл}} — относительное метановыделение из разрабатываемого пласта, м3/т;

q_{\text{с}.\text{п}} — относительное метановыделение из сближенных пластов (спутников), м3/т;

q_{\text{ш}} — относительная метанообильность шахты, м3/т;

q_{\text{оп}.\text{п}_{i}} — относительное метановыделение из отдельного подрабатываемого (верхнего) пласта (спутника), м3/т;

q_{\text{оп}.\text{н}_{i}} — относительное метановыделение из отдельного надрабатываемого (нижнего) пласта (спутника), м3/т;

q_{\text{о}.\text{у}} — относительное метановыделение из отбитого угля, м3/т;

q_{\text{о}.\text{пл}} — относительное метановыделение с очистного забоя, м3/т;

R_{\text{тр}} — аэродинамическое сопротивление трубопровода, \text{к}\mu(\text{даПа} \cdot \text{с}^{2}/\text{м}^{2}) ;

r — удельное аэродинамическое сопротивление выработки, \text{к}\mu/\text{м} ;

S_{\text{оч}} — площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2;

S — площадь поперечного сечения выработки в свету, м2;

S_{\text{уг}} — площадь забоя тупиковой выработки по углю, м2;

T_{\text{пр}} — время проведения тупиковой выработки, сут;

t_{\text{п}} — естественная температура пород, °C;

v — скорость воздуха, м/с;

v_{\text{оч}} — скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

v_{\text{п}} — скорость подвигания забоя тупиковой выработки, м/сут;

v_{max} — максимально допустимая ПБ скорость воздуха в очистной выработке, м/с;

v_{min} — минимально допустимая ПБ скорость воздуха в призабойном пространстве тупиковой выработки, м/с;

v_{\text{т}} — скорость транспортирования угля по лаве, м/мин;

V^{doj} — выход летучих веществ, %;

W — пластовая влажность угля, %;

x_{\text{г}} — природная метаноносность пласта, м3/т сухой беззольной массы (м3/т с.б.м.);

x — природная метаноносность пласта, м3/т;

x_{\text{о}} — остаточная метаноносность угля, м3/т;

x_{\text{о}.\text{г}} — остаточная метаноносность угля, м3/т с.б.м.;

x_{1} — остаточная метаноносность угля при выдаче его за пределы выемочного участка, м3/т;

x_{\text{о}}^{1} — остаточная метаноносность угольного пласта после его надработки или подработки, м3/т;

x_{1\text{г}} — остаточная метаноносность угля при выдаче его за пределы выемочного участка, м3/т с.б.м.;

x_{\text{сп}_{i}} — природная метаноносность i-го пласта (спутника), м3/т;

\alpha — коэффициент аэродинамического сопротивления, \text{к}\mu \cdot \text{м}^{4}(\text{даПа} \cdot \text{с}^{2}/\text{м}^{2}) ;

\alpha_{\text{пл}} — угол падения пласта, градус;

\gamma — плотность угля, т/м3;

\gamma_{\text{в}} — плотность воздуха, кг/м3;

\gamma_{i} — плотность угля i-го пласта (спутника), т/м3;

\eta — коэффициент полезного действия установки.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Материалы для проектирования вентиляции новых и реконструируемых шахт, а также на период их 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 углекислого газа, метана, вредных газов и пыли, скорость воздуха в горных выработках должны соответствовать требованиям действующих Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах (ПБ).

Организация проветривания строящихся, реконструируемых и действующих шахт осуществляется по проекту вентиляции, являющемуся частью общего проекта 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 разработке проектов участвуют геологоразведочные организации, шахты и научно-исследовательские институты, участие которых заключается в следующем.

1.1. Геологоразведочные организации

1.1.1. Согласно Положению о порядке передачи разведанных месторождений полезных ископаемых для промышленного освоения, утвержденному Министерством геологии СССР 21 июля 1970 г., геологоразведочные организации представляют 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), линии геологических разрезов и, если возможно, изогаз; при отсутствии изогаз указывается природная метаноносность в м3/т с.б.м. по скважинам газового опробования;

результаты технического анализа угольных пластов и пропластков, массовый и объемный выход летучих веществ, логарифм \rho , пластовую влагу и 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, указанием их мощности, расстояний между ними, структуры вмещающих пород и их крепости по шкале проф. Протодьяконова;

обводненность пересекаемых породных и угольных пластов;

геотермические условия пересекаемых породных и угольных пластов;

константу, характеризующую химическую активность угля по отношению к кислороду воздуха, и группу угольных пластов, склонных к самовозгоранию;

процентное содержание в угле компонентов группы фюзинита.

1.1.2. Представляемая документация должна быть выполнена в соответствии с Временными техническими требованиями угольной промышленности к геологоразведочным работам и исходным геологическим материалам, представляемым для проектирования нового строительства и реконструкции шахт и разрезов, утвержденными Минуглепромом СССР 19 октября 1970 г.

1.2. Угольные шахты

1.2.1. Накапливают и представляют данные о фактической метанообильности шахт, шахтопластов, крыльев, этажей, выемочных участков и отдельных выработок за период работы в соответствии с Инструкцией по проверке состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану.

1.2.2 Представляют организациям, занимающимся составлением прогноза газообильности:

гипсометрические планы рабочих пластов с их выходами 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, крепости вмещающих пород;

планы горных выработок по каждому разрабатываемому угольному пласту в пределах отработанной части шахтного поля действующей шахты, являющейся смежной с той частью шахтного поля, для которой требуется составить прогноз; на каждом плане горных выработок должны быть указаны 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 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.

1.2.3 При реконструкции шахты, кроме того, шахты представляют проектной организации:

1.2.4. На действующих шахтах определяют ожидаемую метанообильность выемочных участков и тупиковых выработок в соответствии с разделом 3 настоящего Руководства, производят необходимые расчеты по газовому фактору, решают вопросы целесообразности дегазации, руководствуясь Руководством по дегазации угольных шахт и данными о фактическом газовом балансе выемочного участка, выбирают схему проветривания выемочного участка и тупиковой выработки с учетом пластов угля, склонных к самовозгоранию, рассчитывают расход воздуха для проветривания шахты и выбирают средства проветривания тупиковых выработок.

1.2.5. В соответствии с производственными программами развития горных работ выполняются текущий и перспективный (один раз в пять лет) расчеты расхода воздуха для проветривания отдельных выработок и шахты в целом.

Текущий расчет расхода воздуха производится два раза в год (не менее одного раза в полгода). При изменении, по сравнению с принятыми при расчетах геологических или горнотехнических условий (метанообильности, добычи, скорости проведения выработок, массы одновременно взрываемых взрывчатых веществ, мощности установленного оборудования и т.п.), расчеты расхода воздуха по отдельным объектам должны производиться повторно. При повторном расчете расхода воздуха в целом по шахте расход воздуха на проветривание поддерживаемых выработок, камер и внутренние утечки не пересчитываются. 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 ВГСО совместно с шахтой 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, а при отсутствии такой возможности разрабатываются мероприятия по совершенствованию проветривания шахты (см. раздел 12).

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

1.2.7. Основными исходными материалами для расчета расхода воздуха для новых (реконструируемых) шахт и горизонтов являются схема вскрытия и подготовки, схема вентиляции, календарные планы развития горных работ, данные прогноза газообильности.

На действующих шахтах 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 разовых и депрессионных съемок.

1.2.8. Расчеты расхода воздуха выполняются для очистных выработок, выемочных участков, тупиковых выработок и камер, а также поддерживаемых и погашаемых выработок. Определяются утечки воздуха через вентиляционные сооружения. Общий расход воздуха для проветривания шахты определяется как сумма расходов воздуха для обособленно проветриваемых объектов и утечек воздуха и проверяется по допустимой концентрации метана (углекислого газа) в исходящей струе шахты (крыла).

1.2.9. Приведенные в Руководстве значения коэффициентов неравномерности газовыделения, коэффициентов утечек воздуха через выработанное пространство выемочных участков, коэффициентов, учитывающих поступление метана из выработанных пространств в очистные выработки, а также нормы утечек воздуха через вентиляционные сооружения могут уточняться для конкретных условий по согласованию с МакНИИ или ВостНИИ на основании газовых и воздушных съемок.

1.3. Проектные организации

Определяют ожидаемую метанообильность (углекислотообильность) горных выработок проектируемой шахты или горизонта и производят необходимые расчеты по газовому фактору, решают вопросы целесообразности дегазации, пользуясь Руководством по дегазации угольных шахт, применяя при этом наиболее эффективные способы ее, обеспечивающие заданную нагрузку на очистной забой, выбирают схему проветривания выемочного участка, шахты и способ проветривания шахты с учетом пластов, склонных к самовозгоранию, рассчитывают расход воздуха для проветривания шахты, депрессию ее, выбирают вентиляторы главного проветривания и воздухонагреватели, определяют устойчивость вентиляции в соответствии с настоящим Руководством.

Разрабатывают проект вентиляции на период строительства шахты, включающий выбор схем проветривания при проходке и армировке стволов и проведении горизонтальных и наклонных тупиковых выработок, расчет расхода воздуха, выбор средств проветривания и способов и средств подогрева воздуха, подаваемого в выработки.

1.4. Научно-исследовательские институты и служба ВГСЧ

Консультируют проектные организации, производственные объединения (комбинаты) и шахты по всем вопросам проектирования вентиляции новых и реконструируемых шахт. При необходимости разрабатывают рекомендации по проектированию вентиляции для вновь применяемой технологии выемки угля и специфических условий бассейна, не нашедших отражения в данном Руководстве.

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 (порядка отработки выемочных полей, скорости подвигания очистных и тупиковых забоев, технологии 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 угольных шахт).

По относительной метанообильности выемочного участка и принятой нагрузке на очистной забой выбираются возможные варианты наиболее приемлемых схем проветривания (см. раздел 5).

Рассчитывается максимально допустимая нагрузка на очистную выработку для выбранных вариантов схем по газовому фактору (см. раздел 6) 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 предопределяет варианты схемы подготовки шахтного поля, подлежащего 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 7).

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 шахты 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. раздел 7) 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.

2.1.9. Производится расчет и выбор воздухонагревателей (см. раздел 11).

2.1.10. Для каждого этапа отработки и соответствующей ему схемы проветривания рассчитывается депрессия шахты и выбирается способ проветривания (см. раздел 8).

2.1.11. В соответствии с Руководством производится анализ устойчивости проветривания шахты (см. раздел 10).

2.1.12. Выбираются способы и средства проветривания тупиковых выработок (см. раздел 7).

2.1.13. Выбираются вентиляционные установки главного проветривания (см. раздел 9), приводные электродвигатели, и определяются режимы работы вентиляционных установок.

2.1.14 На период строительства шахты:

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 определяется расход воздуха для проветривания горных выработок в соответствии с Руководством (см. раздел 7) 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 °C и более;

производится расчет и выбор места воздухонагревательной установки;

определяются режимы работы вентиляционной установки на период проходки стволов и проведения тупиковых выработок. 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 пп. 2.1.1 - 2.1.14 требований, выполнение дополнительных работ.

2.2.1. Для определения источников и величины метановыделения, то есть для составления газового баланса на шахте следует проводить специальные газовые съемки на выемочных участках и на 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 проводится депрессионная съемка выработок шахты. Аэродинамическое сопротивление существующих выработок, используемых при реконструкции, принимается равным фактическому, если выработка находится 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. Прогноз метанообильности выработок по метаноносности угольных пластов

Этим методом можно пользоваться для расчета ожидаемой метанообильности горных выработок при отработке угольных пластов в любых горно-геологических условиях. Для расчета ожидаемой метанообильности по метаноносности необходимые исходные материалы представляются в соответствии с п. 1.1.1.

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 полей (прямом, обратном); количестве подэтажей в этаже (при разработке пласта по простиранию); скорости подвигания очистных и тупиковых забоев (стволов, уклонов, штреков и т.д.); времени от окончания подготовки участка до начала очистных работ; способе выемки угля в очистных и тупиковых забоях; величине заходки при проведении тупиковых выработок; продолжительности времени, прошедшего от отбойки угля до выдачи его из участка, шахты; эксплуатационных потерях угля; количестве слоев и порядке их выемки, вынимаемой мощности каждого слоя; расстоянии и времени опережения очистных забоев первого слоя по отношению к очистным забоям второго слоя (при большом количестве слоев — также по второму по отношению к третьему и т.д.); продолжительности обнажения поверхности невынимаемой толщи пласта в очистном пространстве; способах управления кровлей; способах проведения тупиковых выработок (одинарными или параллельными забоями, проходкой ствола бурением и т.д.); размерах тупиковых выработок (в свету, вчерне); ширине целиков между параллельными тупиковыми выработками; предполагаемых способах дегазации.

Относительная метанообильность выработок шахтопласта q_{\text{шп}} определяется по формуле

q_{\text{шп}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n_{\text{уч}}} [q_{\text{уч}_{i}}(1 + k_{\text{ст}})A_{\text{уч}_{i}}] + 1440[\sum I_{\text{п}}(1 + k_{\text{ст}}k_{\text{под}}) + \sum I_{\text{пог}} + \sum I_{\text{мон}}]}{A_{\text{шп}}} , (3.1)

где n_{\text{уч}} — число одновременно действующих выемочных участков в пределах шахтопласта;

k_{\text{ст}} — коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанных пространств ранее отработанных этажей (горизонтов);

\sum I_{\text{п}} — метановыделение из обособленно проветриваемых тупиковых выработок, м3/мин;

\sum I_{\text{пог}} — метановыделение из одновременно погашаемых выемочных участков, м3/мин; принимается для каждого погашаемого участка равным 50% от метановыделения действующего выемочного участка;

\sum I_{\text{мон}} — метановыделение из монтажных выработок, м3/мин; рассчитывается как I_{\text{пов}} для остановленных выработок;

k_{\text{под}} — коэффициент, учитывающий способ подготовки выемочного участка; для условий Кузбасса принимается по табл. 3.1, а для остальных бассейнов и месторождений k_{\text{под}} = 1 .

Таблица 3.1

Значения коэффициента, учитывающего способ подготовки выемочного участка

Значение коэффициента k_{\text{ст}} для условий шахт Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов принимается равным 0,25, а для других бассейнов страны — 0,15. В случае, когда вентиляционная выработка пройдена по антрацитовому пласту, имеющему сближенные пласты (спутники), и примыкает к выработанному пространству ранее отработанных этажей (горизонтов), k_{\text{ст}} принимается равным 0,35.

Относительная метанообильность выемочного участка определяется как суммарное метановыделение из разрабатываемого пласта ( q_{\text{пл}} , м3/т), сближенных угольных пластов и пропластков ( q_{\text{с}.\text{п}} , м3/т) и вмещающих пород ( q_{\text{пор}} , м3/т), т.е.

q_{\text{уч}} = q_{\text{пл}} + q_{\text{с}.\text{п}} + q_{\text{пор}} . (3.2)

3.1.1. Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке пласта без разделения на слои и схемах проветривания выемочных участков без подсвежения (кроме щитовой системы разработки при отработке мощных пластов) относительное метановыделение из разрабатываемого пласта рассчитывается по формуле

где k_{\text{пл}} — коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта;

x — природная метаноносность пласта, м3/т;

x_{1} — остаточная метаноносность угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, м3/т;

k_{\text{э}.\text{п}} — коэффициент, учитывающий метановыделение из эксплуатационных потерь угля в пределах выемочного участка, доли единицы, принимается по проекту; при отсутствии данных о величине потерь — как частное от деления разности между подготовленными к отработке и извлеченными запасами угля к подготовленным;

x_{\text{о}} — остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и т.д., м3/т.

Пересчет природной метаноносности пласта x_{\text{г}} , м3/т с.б.м., и остаточной x_{\text{о}.\text{г}} , м3/т с.б.м., на уголь x и x_{\text{о}} осуществляется умножением x_{\text{г}} , x_{\text{о}.\text{г}} соответственно на коэффициент k_{W.A} = 0,01(100 - W - A_{\text{з}}) , где W — пластовая влажность угля, а A_{\text{з}} — зольность угля, %.

При разработке пласта (или слоя) длинными столбами по восстанию (падению) или полосами по простиранию за x принимается максимальная, а при других системах разработки — средняя природная метаноносность в пределах этажа (подэтажа, яруса). При разработке подработанных или надработанных угольных пластов в расчетные формулы вместо x подставляется x_{\text{о}}\prime , значения которого определяются по формулам (3.41), (3.42).

Значение x_{\text{г}} принимается по данным геологической разведки, а x_{\text{о}.\text{г}} определяется в зависимости от выхода летучих веществ из угля по табл. 3.2.

Остаточная метаноносность углей

Примечание. Значения x_{\text{о}.\text{г}} для других месторождений страны принимаются по рекомендациям МакНИИ или ВостНИИ.

Величина остаточной метаноносности угля, выдаваемого за пределы выемочного участка x_{1} , определяется по формулам:

при разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ больше 165 мл/г с.б.м.

при разработке высокометаморфизованных антрацитов с объемным выходом летучих веществ от 100 до 165 мл/г с.б.м.

x_{1} = (0,15V_{\text{об}}^{daf} - 13,6)(\frac{100 - W - A_{\text{з}}}{100}) , (3.5)

где k — коэффициент, равный для условий Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов 0,85, для Печорского 0,6, а для остальных бассейнов и месторождений страны — 1;

n — показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя, степени метаморфизма угля, глубины разработки;

k_{1} — коэффициент, учитывающий долю газа, оставшегося в отбитом угле;

V_{\text{об}}^{daf} — объемный выход летучих веществ, мл/г с.б.м.

Значения n для Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов определяются по формуле (3.6), а для других бассейнов и месторождений страны — по формуле (3.7)

n = a_{1}v_{\text{оч}}exp( - 0,001H + b_{1}V^{daf}) ; (3.6)

где a_{1},b_{1} — коэффициенты, значения которых для Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов принимаются: для углей с выходом летучих веществ V^{daf} \leq 22\%a_{1} = 1,435,b_{1} = - 0,051 ; при V^{daf}>22\%a_{1} = 0,152,b_{1} = 0,051 .

Примечание. При глубине горных работ более 1000 м расчетное значение H в формуле (3.6) принимается равным 1000 м.

k_{1} = 1 - a_{2}T_{\text{т}}^{b_{2}} , (3.8)

где a_{2},b_{2} — коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимаются для условий Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов при времени дегазации отбитого угля (времени транспортирования угля) до 6 мин соответственно равными 0,051 и 0,7, а при T_{\text{т}}>6\text{мин }a_{2} = 0,115,b_{2} = 0,25 . Для восточных бассейнов и месторождений страны значения a_{2} принимаются по табл. 3.3, а b_{2} = 0,25 .

Для других условий величина x_{1} рассчитывается по рекомендациям научно-исследовательских институтов, а при отсутствии таких рекомендаций x_{1} принимается равной x_{\text{о}} .

Коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта, вычисляется для каждого выемочного столба или подэтажа по формуле

k_{\text{пл}} = \frac{l_{\text{оч}} \pm 2b_{\text{з}.\text{д}}}{l_{\text{оч}}} . (3.10)

В формуле (3.10) знак «плюс» принимается при сплошной системе разработки (коренная лава), а также при системе разработки парными штреками (прямой ход), а «минус» при столбовой системе разработки.

При сплошной системе разработки, когда вышележащая лава отработана, а также при комбинированной, когда один штрек пройден, а другой проходится вслед за лавой, k_{\text{пл}} = 1 .

Ширина условного пояса газового дренирования угольного массива b_{\text{з}.\text{д}} определяется по табл. 3.4, в зависимости от времени с момента окончания проведения подготовительных выработок до начала очистной выемки.

Значения ширины условного пояса газового дренирования пласта b_{\text{з}.\text{д}}

Примечание. Для условий Карагандинского и Кузнецкого бассейнов при газоносности пластов менее 15 м3/т значение b_{\text{з}.\text{д}} уменьшается в два раза.

Для пластов Партизанского угольного бассейна значение b_{\text{з}.\text{д}} принимается равным 10 м, а для Угловского бассейна — 15 м.

Если по формуле (3.10) получим k_{\text{пл}}<0,5 , то к расчету принимается k_{\text{пл}} = 0,5 .

При щитовой системе разработки относительное метановыделение из пласта определяется:

при выемке тонких и средней мощности крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ полосами по падению по формуле (3.3);

при выемке мощных крутых пластов

где I_{\text{оч}.\text{пл}} — абсолютное метановыделение в очистной выработке из обнаженных поверхностей пласта, м3/мин; рассчитывается по формуле

I_{\text{оч}.\text{пл}} = a_{3}10^{- 4}(x - x_{\text{о}})^{2}S_{\text{щ}}(1 + 0,15P_{\text{у}.\text{п}} \frac{v_{\text{у}.\text{п}}}{v_{\text{щ}}} \frac{l_{\text{у}.\text{п}}}{S_{\text{щ}}}) ; (3.12)

a_{3} — коэффициент, значение которого приведено в табл. 3.5.

Таблица 3.5

q_{\text{пл}_{2}} = k_{\text{пл}_{2}}(x_{\text{о}.\text{с}} - x_{1}) + k_{\text{э}.\text{п}}(x_{\text{о}.\text{с}} - x_{\text{о}}) , (3.17)

где k_{\text{пл}_{1}},k_{\text{пл}_{2}} — коэффициенты, учитывающие метановыделение из угольного массива, примыкающего к штрекам, до начала выемки соответственного первого и второго слоев;

m_{\text{п}_{2}},m_{\text{в}_{1}} — полная и вынимаемая мощность угольных пачек соответственно второго и первого слоев с учетом 50% мощности прослоек углистосланцевых пород с зольностью свыше 60%, м;

x_{\text{о}.\text{с}} — остаточная метаноносность временно не вынимаемого угольного массива, м3/т.

Коэффициент, учитывающий выделение метана в прилегающие к угольному массиву подготовительные выработки первого и второго слоев до начала очистных работ в зависимости от принятой системы разработки, определяется по формуле (3.10). При выемке второго слоя после отработки первого принимается k_{\text{пл}_{2}} = 0,95 . При выемке второго слоя остаточная метаноностность пласта рассчитывается по формулам:

для системы разработки с закладкой выработанного пространства

x_{\text{о}.\text{с}} = \frac{0,56 \sqrt[4]{m_{\text{н}}^{3}} (1 + 0,086T_{\text{н}})(x - x_{\text{о}})}{T_{\text{н}}} + x_{\text{о}} ; (3.18)

для пологих и наклонных пластов с выемкой слоев длинными столбами по простиранию с обрушением кровли

где m_{\text{н}} — мощность временно не вынимаемого нижнего слоя (слоев), м;

T_{\text{н}} — время, прошедшее с момента надработки нижнего слоя или спутника до начала ведения очистных работ, сут.

При комбинированных системах разработки с гибким перекрытием (КГП) относительная метанообильность выработок первого монтажного слоя рассчитывается так же, как и для других слоев систем. Относительное метановыделение из разрабатываемого пласта под гибким перекрытием второго слоя q_{\text{пл}_{2}} определяется по формуле (3.11), а I_{\text{оч}.\text{пл}} и k_{\text{у}.\text{м}} , входящие в формулу (3.11), рассчитываются соответственно по формулам:

k_{\text{у}.\text{м}} = 1 + \frac{a_{4}A_{\text{в}}\prime_{\text{з}}}{S_{\text{обн}}} , (3.21)

где k_{\text{м}} — коэффициент, учитывающий дренирование угольного массива в зависимости от метаноносности и мощности пласта; определяется по графику, приведенному на рис. 3.1;

k_{1}\prime — коэффициент, учитывающий дренирование угольного массива в течение времени T_{\text{н}.\text{п}} , прошедшего с момента начала подготовки отрабатываемого столба (начало проведения «минусового» штрека) до начала очистной выемки; принимается в зависимости от T_{\text{н}.\text{п}} следующим:

Рис. 3.1. Графики для определения коэффициента дренирования угольного массива k_{\text{м}} по метаноносности и мощности пласта

S_{\text{обн}} — площадь обнажения пласта очистным забоем по второму слою, м2;

A_{\text{в}}\prime_{\text{з}} — масса угля, отбиваемого за одно взрывание, т;

a_{4} — коэффициент, зависящий от технологической схемы выемки угля, принимается равным 79,2 при выемке по простиранию и 188,6 — по падению.

где q_{\text{о}.\text{пл}} — относительное метановыделение с очистного забоя, м3/т;

q_{\text{о}.\text{у}} — относительное метановыделение из отбитого угля, м3/т.

Значения q_{\text{о}.\text{пл}} и q_{\text{о}.\text{у}} определяются по формулам:

q_{\text{о}.\text{пл}} = xk_{\text{пл}}kexp( - n) ; (3.23)

q_{\text{о}}\prime\prime_{.\text{у}} = xk_{\text{пл}}[1 - kexp( - n)]b_{3}k_{\text{т}}\prime\prime_{\text{у}} , (3.26)

где b_{3},b_{4} — коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого в лаве, дол. ед.; значения b_{3} = 0,6,b_{4} = 0,4 при односторонней выемке угля; b_{3} = 1,b_{4} = 0,0 при двухсторонней выемке угля;

k_{\text{ту}},k_{\text{т}}\prime_{\text{у}},k_{\text{т}}\prime\prime_{\text{у}} — коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого угля соответственно в очистной выработке на конвейере ( k_{\text{ту}} ), на почве в лаве ( k_{\text{т}}\prime_{\text{у}} ) и на конвейере в выработке участка ( k_{\text{т}}\prime\prime_{\text{у}} ); определяются по формулам:

k_{\text{т}}\prime\prime_{\text{у}} = a_{2}T_{\text{т}}^{b_{2}} - a_{2}T_{\text{т}.\text{л}}^{b_{2}} ; (3.29)

T_{\text{т}.\text{п}.\text{л}} — время нахождения отбитого угля на почве в лаве при односторонней выемке угля, мин; принимается ориентировочно равным времени работы комбайна по выемке полоски угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции;

T_{\text{т}.\text{л}} — время транспортирования угля в лаве, мин;

T_{\text{т}.\text{л}} = \frac{l_{\text{оч}}}{60v_{\text{т}.\text{л}}} ; (3.30)

v_{\text{т}.\text{л}} — скорость транспортирования угля в лаве, м/с.

Значения a_{2} и b_{2} приведены на стр. 21.

3.1.2. Метановыделение из сближенных угольных пластов (спутников)

Относительное метановыделение из сближенных пластов (спутников) определяется по формуле

q_{\text{с}.\text{п}} = \sum q_{\text{сп}.\text{п}_{i}} + \sum q_{\text{сп}.\text{н}_{i}} . (3.31)

Относительное метановыделение как из подрабатываемого q_{\text{сп}.\text{п}_{i}} , так и из надрабатываемого q_{\text{сп}.\text{н}_{i}} (кроме Карагандинского бассейна) пласта (спутника) определяется по формуле

q_{\text{сп}_{i}} = k_{v} \frac{m_{\text{сп}_{i}}}{m_{\text{в}}} (x_{\text{сп}_{i}} - x_{\text{о}_{i}})(1 - \frac{M_{\text{сп}_{i}}}{M_{\text{р}}}) , (3.32)

где k_{v} — коэффициент, учитывающий влияние скорости подвигания очистного забоя на метановыделение из спутника; для условий Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов k_{v} = 1,14v_{\text{оч}}^{- 0,4} , причем при отработке тонких и средней мощности крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ v_{\text{оч}} определяется как отношение ширины полосы к времени ее отработки. Для других бассейнов и месторождений страны k_{v} = 1 ;

m_{\text{сп}_{i}} — суммарная мощность угольных пачек отдельного (i-го) спутника, м (для спутника, состоящего из углистосланцевых пород, принимается равной половине его действительной мощности);

x_{\text{сп}_{i}} — природная метаноносность i-го спутника, м3/т;

x_{\text{о}_{i}} — остаточная метаноносность угля i-го спутника, м3/т; определяется так же, как x_{\text{о}} .

Если природная метаноносность спутника не определена при разведке месторождения, то она принимается равной метаноносности ближайшего рабочего пласта с введением поправки на зольность и влажность спутника, т.е.

где A_{\text{з}.\text{с}} и W_{\text{с}} — соответственно зольность и пластовая влажность спутника, %.

При подработке пологих наклонных пластов в условиях Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов M_{\text{р}} определяется по формуле

где k_{\text{п}}\prime — коэффициент, учитывающий влияние литологического состава вмещающих пород k_{\text{л}} и угла падения пласта \alpha_{\text{пл}} на образование зоны разгрузки пород с раскрытием трещин; определяется по формуле

k_{\text{п}}\prime = 1,3k_{\text{л}}^{- 1}(cos\alpha_{\text{пл}} + 0,05k_{\text{л}}) ; (3.35)

k_{\text{у}.\text{к}} — коэффициент, учитывающий влияние способа управления кровлей; при полном обрушении — 1,0; при частичной закладке, плавном опускании и удержании на кострах — 0,8; при полной закладке — 0,4;

m_{\text{в}.\text{пр}} — вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м.

Коэффициент k_{\text{л}} , учитывающий литологический состав пород в зоне их деформации с раскрытием трещин, принимается в зависимости от степени метаморфизма угля следующим:

При определение M_{\text{р}} для лавы длиной более 220 м в формулу (3.34) необходимо подставлять l_{\text{оч}} = 220\text{м} .

Для Печорского бассейна при подработке пологих и наклонных пластов M_{\text{р}} определяется по формуле (3.36), а для остальных бассейнов — по формуле (3.37)

Значение k_{\text{у}.\text{к}} при полном обрушении кровли принимается равным 40, а при закладке выработанного пространства — 30.

Если при вынимаемой мощности пласта (или слоя) более 3,5 м величина M_{\text{р}} при расчете по формуле (3.37) получается более 300 м, то в дальнейших расчетах M_{\text{р}} принимается равной 300 м.

При надработке пологих и наклонных угольных пластов значение M_{\text{р}} принимается: для Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов равным 60 м; для остальных бассейнов, кроме Печорского, — 35 м. Для Печорского бассейна M_{\text{р}} определяется по формуле

Для условий подработки крутых пластов M_{\text{р}} определяется по формуле (3.37), а для условий надработки крутых пластов — по формуле

M_{\text{р}} = k_{\text{у}.\text{к}}m_{\text{в}.\text{пр}}(1,2 - cos\alpha_{\text{пл}}) . (3.39)

Значения k_{\text{у}.\text{к}} при подработке и надработке крутых пластов в условиях Донецкого бассейна принимаются: при управлении кровлей полным обрушением k_{\text{у}.\text{к}} = 60 ; частичной закладкой, плавным опусканием и удержанием на кострах k_{\text{у}.\text{к}} = 45 и полной закладкой k_{\text{у}.\text{к}} = 25 .

При надработке пологих и наклонных пластов Карагандинского бассейна относительное метановыделение за счет каждого отдельного надрабатываемого пласта (спутника), находящегося в пределах M_{\text{р}} = 35\text{м} , определяется по формуле

3.1.3. Метановыделение из вмещающих пород

где q_{\text{пор}_{1}} — относительное метановыделение из вмещающих пород, попадающих в зону интенсивного дробления, принятую равной 3m_{\text{в}.\text{пр}} , м3/т;

q_{\text{п}}\prime_{\text{ор}_{i}} — относительное метановыделение из вмещающих пород, попадающих в зону трещинообразования, равную 27m_{\text{в}.\text{пр}} , м3/т;

x_{\text{пор}} — средняя метаноносность пород в 30-кратной вынимаемой мощности пласта ( M_{\text{р}} = 30m_{\text{в}.\text{пр}} ), м3/т;

\gamma_{\text{пор}} — средняя плотность пород в зоне 3m_{\text{в}.\text{пр}} , т/м3;

\gamma_{\text{пор}_{i}} — плотность i-го слоя вмещающих пород, т/м3.

При отсутствии данных по метаноносности вмещающих пород для условий Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов

где k_{\text{с}.\text{п}} — коэффициент, учитывающих влияние способа управления кровлей и литологический состав пород; значения его берутся из табл. 3.6;

H_{0} — глубина верхней границы зоны метановых газов, м.

Таблица 3.6

Значения коэффициента k_{\text{с}.\text{п}}

Коэффициент k_{\text{п}} принимается равным:

для условий Кузнецкого и Карагандинского бассейнов — до глубины разработки 500 м от поверхности при V^{daf}>20\% и полном обрушении кровли — 0,15, полной закладке — 0,06, а при V^{daf} \leq 20\%k_{\text{п}} = 0 ; на глубинах более 500 м от поверхности

где k_{\text{п}.500} — соответствующее значение k_{\text{п}} для глубины разработки до 500 м;

для Воркутского месторождения при полном обрушении 0,10 — 0,15.

Для Партизанского бассейна относительное метановыделение из смещающих пород кровли принимается 0,6 м3/т, почвы — 0,2 м3/т.

3.1.4. Метанообильность тупиковых выработок

I_{\text{п}} = I_{\text{пов}} + I_{\text{о}.\text{у}.\text{п}} . (3.49)

Метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта рассчитывается по формуле

где m_{\text{п}} — полная мощность угольных пачек пласта, м;

v_{\text{п}} — проектная скорость подвигания забоя тупиковой выработки, м/сут;

\beta — коэффициент, учитывающий условия фильтрации метана; для тонких и средней мощности пластов принимается равным 1,0; для мощных пластов определяется по табл. 3.7;

k_{\text{т}} — коэффициент, учитывающий изменение метановыделения во времени, зависит от времени T_{\text{пр}} , прошедшего от начала проведения проектируемого участка выработки до момента выделения I_{\text{пов}} . Для шахт Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов принимается по табл. 3.8 или формуле (3.51), а для остальных бассейнов — равным \sqrt{T_{\text{пр}}} , при T_{\text{пр}}>180\text{сут }k_{\text{т}} принимается равным 13,4;

a_{3} — коэффициент, для шахт Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов принимается равным 5,2, а для остальных бассейнов находится по табл. 3.5;

n_{1} — показатель степени; принимается равным 1 для шахт Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов, а для остальных бассейнов и месторождений n_{1} = 2 .

Значение коэффициента \beta

Таблица 3.8

Значения коэффициента k_{\text{т}} в зависимости от T_{\text{пр}}

где T_{\text{ост}} — время, прошедшее с момента остановки работ по проведению выработки до их возобновления, сут. Пересчет производится при T_{\text{ост}} более 10 сут.

Метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта в тупиковую выработку, проводимую по надработанному пласту, определяется по формуле (3.50), в которую вместо x подставляется x_{\text{о}}\prime , определенное по формуле (3.41) или (3.42), с учетом времени, прошедшего с момента надработки пласта до начала проведения выработки.

Метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта в тупиковые выработки дренажных шахт, проводимые по пласту m_{\text{п}}>b_{\text{з}.\text{д}} , находится по формуле (3.50), в которую вместо m_{\text{п}}\beta подставляется 0,5 периметра выработки.

Метановыделение из отбитого угля зависит от способа проведения выработки и определяется следующим образом.

При комбайновом способе проведения

где j — техническая производительность комбайна, т/мин, принимается 1,2 т/мин для комбайна 4ПУ; 1,8 — для ГПКС; 1,5 — для 4ПП-2; 1,0 — для 4ПП-5; 2,4 — для ПК-25; 1,6 — для 1ПК-3Р;

k_{\text{т}_{\text{у}}} — коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля; зависит от времени нахождения угля в призабойном пространстве T_{\text{у}} . Значения k_{\text{т}_{\text{у}}} для условий Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов следует принимать при T_{\text{у}} \leq 6\text{мин}

или рассчитывать по формуле (3.27) при любом значении T_{\text{у}} . Для остальных бассейнов и месторождений Востока k_{\text{т}_{\text{у}}} рассчитывается по формуле (3.27), в которую вместо T_{\text{т}.\text{л}} подставляется T_{\text{у}} , а коэффициенты, входящие в формулу (3.27), принимаются в соответствии с рекомендациями п. 3.1.1.

Значение T_{\text{у}} рассчитывается по формуле

где S_{\text{уг}} — площадь сечения выработки по углю в проходке, м2;

l_{\text{ц}} — подвигание забоя за цикл непрерывной работы комбайна, м; принимается при мощности пласта, меньшей диаметра резцовой коронки (барабана) комбайна, равным длине коронки (барабана), а при мощности пласта, большей диаметра резцовой коронки, — расстоянию между арками (рамами) крепи, но не менее 1 м.

При проведении выработок с помощью отбойных молотков или выбуриванием I_{\text{о}.\text{у}.\text{п}} определяется по формуле (3.53), а вместо технической производительности комбайна подставляется значение суммарной производительности проходчиков, одновременно работающих по отбойке угля, или техническая производительность бурового станка (j, т/мин).

Суммарная производительность проходчиков, одновременно работающих по отбойке угля, определяется по формуле

где n_{\text{пр}} — число проходчиков, одновременно работающих в смене по отбойке угля;

N_{\text{в}} — норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;

T_{\text{см}} — время работы проходчиков в смене по отбойке угля, ч.

При проведении выработок буровзрывным способом I_{\text{о}.\text{у}.\text{п}} определяется по формуле

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

I_{\text{з}.\text{п }max} = 0,05S_{\text{уг}}l_{\text{вз}}(x - x_{\text{о}})\gamma . (3.57)

Метановыделение в призабойное пространство тупиковой выработки ( I_{\text{з}.\text{п}} ) при выемке угля комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием определяется по формуле (3.49). В этом случае при определении I_{\text{пов}} по формуле (3.50) 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 выработки T_{\text{пр}} рассчитывается как частное от деления длины призабойного участка на скорость проведения выработки, I_{\text{о}.\text{у}.\text{п}} и коэффициент k_{\text{т}_{\text{у}}} определяются соответственно по формулам (3.53), (3.27), а T_{\text{у}} — по формуле (3.54).

Метановыделение в параллельные тупиковые выработки определяется по формулам:

при проведении второй выработки после окончания проведения первой

I_{\text{п}.\text{пар}} = I_{\text{пов}} + I_{\text{пов}}^{\text{ост}} + I_{\text{о}.\text{у}.\text{п}} . (3.59)

Значения I_{\text{пов}},I_{\text{пов}}^{\text{ост}},I_{\text{о}.\text{у}.\text{п}} рассчитываются как для одиночных выработок по формулам, приведенным выше.

При расчете метановыделения в наклонные тупиковые выработки по формулами (3.50), (3.53), (3.56) и (3.57) значение x принимается для восстающих выработок на глубине устья выработки, а для нисходящих — на глубине проектной длины выработки.

При пересечении угольных пластов ожидаемое метановыделение в тупиковые выработки определяется по формуле (3.49). При этом в формуле (3.50) коэффициент k_{\text{т}} определяется для времени

где m_{\text{в}.\text{пр}} — полная мощность угольного пласта с учетом породных прослоек, м.

Если выработкой пересекаются 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 (3.50), при этом значение k_{\text{т}} определяется по формуле

Если до начала проведения тупиковой выработки пласт, по которому она проводится, был подработан, надработан или заблаговременно дегазирован, то при расчете ожидаемого метановыделения в расчетные формулы вместо x подставляется x_{\text{о}}\prime . Значение x_{\text{о}}\prime определяется по формулам (3.41), (3.42). Коэффициент дегазации пласта принимается в соответствии с рекомендациями Руководства по дегазации угольных шахт.

При проведении выработок по породам и вприсечку к выработанному пространству ожидаемое метановыделение определяется по рекомендациям МакНИИ или ВостНИИ.

Метановыделение при бурении скважин ( I_{\text{б}} , м3/мин) определяется по формуле (3.62), а при расширении скважин ( I_{\text{р}} , м3/мин) — по формуле (3.63)

I_{\text{р}} = (x - x_{\text{о}})[3,27 \cdot 10^{- 3}d_{\text{ск}.\text{р}} \sqrt{l_{\text{ск}}v_{\text{ск}}} + 0,09(d_{\text{ск}.\text{р}}^{2} - d_{\text{ск}.\text{б}}^{2})\gamma \sqrt[4]{l_{\text{ск}.\text{с}}v_{\text{б}}^{3}}] , (3.63)

где d_{\text{ск}.\text{б}},d_{\text{ск}.\text{р}} — соответственно диаметры скважин при их бурении и расширении, м;

l_{\text{ск}} — длина скважины, м;

v_{\text{ск}} — средняя скорость проведения скважин, м/сут;

v_{\text{б}} — скорость подачи бурового инструмента, м/мин;

l_{\text{ск}.\text{с}} — планируемое максимальное подвигание скважины за смену, м.

3.1.5. Метановыделение при проведении вертикальных стволов

При проведении вертикальных выработок (стволов, шурфов и др.) и пересечении ими угольных пластов ожидаемое метановыделение в призабойное пространство определяется по формуле

где I_{\text{з}.\text{с}} — метановыделение в призабойное пространство ствола, м3/мин;

I_{\text{пов}.\text{с}} — метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пересекаемого пласта, м3/мин;

I_{\text{о}.\text{у}.\text{с}} — метановыделение из отбитого угля, м3/мин.

При пересечении стволом нескольких угольных пластов расчет ожидаемого метановыделения производится по каждому из них. К дальнейшим расчетам принимается наибольшее из полученных значений I_{\text{з}.\text{с}} .

Метановыделение I_{\text{пов}.\text{с}} и I_{\text{о}.\text{у}.\text{с}} определяется по формулам

I_{\text{о}.\text{у}.\text{с}} = \frac{1,75 \cdot 10^{- 4}D_{1}^{2}m_{\text{п}.\text{з}}\gamma x^{2}exp(- 0,2 \sqrt{T_{\text{в}}})}{cos\alpha_{\text{пл}}} , (3.66)

m_{\text{п}.\text{з}} — мощность угольных пачек пласта в заходке, м;

T_{\text{в}} — время, прошедшее с момента взрывания, мин; при расчете максимального метановыделения в заходке принимается равным 1 мин; при T_{\text{в}} = 1\text{мин }exp(- 0,2 \sqrt{T_{\text{в}}}) = 0,82 .

При проходке стволов бурением рассчитывается ожидаемое метановыделение в ствол в период его осушения

3.1.6. Определение относительной метанообильности шахты

где q_{\text{шп}_{i}} — относительная метанообильность выработок шахтопласта, м3/т;

A_{\text{шп}_{i}} — среднесуточная добыча с шахтопласта;

n_{\text{шп}} — число одновременно отрабатываемых шахтопластов;

A_{\text{з}.\text{г}_{i}} — зольность горной массы i-го шахтопласта, %.

3.2. Определение ожидаемой абсолютной газообильности выработок действующей шахты

3.2.1. Общие положения определения фактической газообильности горных выработок

Значения ожидаемого абсолютного газовыделения, входящего в формулы для расчета расхода воздуха, должны определяться по фактической газообильности выработок данного шахтопласта. В тех случаях, когда сведения о фактической газообильности отсутствуют или не могут быть использованы (при вскрытии новых пластов, при изменении систем разработки), допускается расчет ожидаемого метановыделения по природной метаноносности угольных пластов.

Фактическое газовыделение рассчитывается на основании измерений расхода воздуха и лабораторных анализов проб воздуха; измерений концентрации газов, выполняемых участком ВТБ (вентиляционной службой) при помощи переносных приборов, и телеинформации о концентрации метана, выдаваемой аппаратурой контроля метана (АКМ).

Природная метаноносность пласта принимается по данным геолого-разведочных или научно-исследовательских организаций, а при отсутствии таких данных допускается ее определение по результатам газовых съемок в тупиковых выработках в соответствии с п. 3.2.2.

В условиях Кузбасса, когда метаноносность определяется по газовым съемкам, в зонах дизъюнктивных нарушений, на расстоянии не более 20 м по нормали от плоскости смещения, должно учитываться возможное увеличение метаноносности пласта. В этих условиях x заменяется на x_{\text{р}} = k_{0}x , где x — метаноносность, определенная по результатам съемки.

Коэффициент k_{0} принимается по фактическим данным, если представляется возможным установить его на этой же шахте при встрече с тем же самым нарушением. При отсутствии таких данных:

для лежачих крыльев нарушений, не выходящих под наносы (кроме поперечных согласных взбросов), k_{0} = 1,4 ;

для крыльев нарушений, имеющих выход по наносы и срезанных плоскостью смещения на глубинах 200 — 250 м от поверхности, а также для зон влияния поперечных согласных взбросов k_{0} = 1 .

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

Частота и пункты измерений концентрации газов и расхода воздуха выбираются согласно требованиям ПБ. Фактическое газовыделение определяется в соответствии с Инструкцией по проверке состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану или по изложенной в п. 3.2.3 методике на основании обработки результатов измерений за период не менее, чем за три месяца, предшествующий расчету, а при наличии телеизмерений расхода воздуха с записью на самопишущем приборе — не менее, чем за месяц.

3.2.2. Определение метанообильности тупиковых выработок

Расчет ожидаемого метановыделения на призабойном участке тупиковой выработки и всей выработки осуществляется согласно п. 3.1.4, а значение ( x - x_{\text{о}} ), входящее в расчетные формулы, определяется на основании данных о фактическом метановыделении с обнаженных поверхностей пласта в действующей выработке, проводимой по тому же пласту, по формулам:

для шахт Донецкого и Львовско-Волынского угольных бассейнов

x - x_{\text{о}} = \frac{480I_{\text{пов}.\text{ф}}}{m_{\text{п}}v_{\text{п}.\text{ф}}k_{\text{т}}} ; (3.69)

Для дренажных шахт значение ( x - x_{\text{о}} ) определяется по рекомендациям ВостНИИ.

Коэффициенты a_{3} и \beta принимаются по табл. 3.5 и 3.7 соответственно. Коэффициенты k_{\text{т}} следует определять в зависимости от продолжительности проведения участка выработки T_{\text{пр}.\text{ф}} , для которого определено I_{\text{пов}.\text{ф}} , для шахт Донецкого и Львовско-Волынского угольных бассейнов по табл. 3.8, а для остальных угольных бассейнов и месторождений — по формуле k_{\text{т}} = \sqrt{T_{\text{пр}.\text{ф}}} .

Фактическое метановыделение с обнаженных поверхностей пласта I_{\text{пов}.\text{ф}} определяется по специальной методике. В действующей тупиковой части выработки в 10 — 15 м от ее устья производится измерение расхода воздуха и отбор не менее 5 проб воздуха. Одновременно отбирается не менее 3 проб воздуха перед ВМП, проветривающим данную выработку. Пробы отбираются мокрым способом или же в резиновые камеры и должны характеризовать среднюю по сечению выработки концентрацию метана в пунктах отбора. Отбор проб производится с интервалом времени 5 — 10 мин.

Отбор проб следует начинать после выгрузки угля из выработки, но не ранее, чем через 2 ч после окончания работ по выемке угля и выполнения противовыбросных мероприятий. По данным наблюдений значение I_{\text{пов}.\text{ф}} определяется по формуле

где Q_{\text{п}} — расход воздуха в тупиковой выработке в 10 — 15 м от ее устья, м3/мин;

\overline{C_{\text{и}}} — средняя концентрация метана в исходящей струе тупиковой выработки в 10 — 15 м от ее устья, %;

\overline{C_{\text{о}}} — средняя концентрация метана перед ВМП, %.

Наблюдения для определения \overline{I_{\text{пов}.\text{ф}}} должны проводиться при длине тупиковой выработки не менее 75 м. При этом участок выработки, для которого определяется \overline{I_{\text{пов}.\text{ф}}} , должен проводиться без остановок (перерывы в выходные и праздничные дни не следует считать остановками).

При содержании метана в исходящей из выработок струе 0,5% и более вместо отбора проб допускается измерение концентрации интерферометром.

Отбор проб или измерение концентрации метана интерферометром выполняются участком ВТБ или ВГСЧ.

При проведении наклонных выработок по угольным пластам сверху вниз в тех случаях, когда разность высотных отметок устья и забоя выработки превышает \Delta H , следует периодически определять значение ( x - x_{\text{о}} ) по фактическому метановыделению с обнаженных поверхностей пласта и производить корректировку расчета расхода воздуха по мере изменения длины выработки.

Для выработок, проводимых на глубине до 300 м ниже верхней границы метановой зоны, принимается \Delta H = 20\text{м} ; для выработок, проводимых на большей глубине, \Delta H = 50\text{м} .

l_{1} = \frac{\Delta H}{sin\alpha_{\text{в}}} + 60 , (3.72)

где \Delta H — разность высотных отметок устья и забоя выработки, м;

\alpha_{\text{в}} — угол наклона выработки, град.

Для этого по описанной выше методике в 60 м от забоя выработки и у ВМП производятся наблюдения для определения ( x - x_{\text{о}} ), а затем по новому значению ( x - x_{\text{о}} ) определяется ожидаемое метановыделение и корректируется расчет расхода воздуха.

Вторая корректировка производится при длине выработки

Длина выработки, при которой необходимо выполнять третью и последующие корректировки, определяется аналогичным образом

Если разность между проектной длиной тупиковой выработки l_{\text{пр}} и длиной, при которой должна производиться корректировка, менее 60 м, то корректировку можно не выполнять.

При расчете ожидаемого метановыделения в проектируемую выработку принимается значение ( x - x_{\text{о}} ), определенное по метановыделению с обнаженных поверхностей пласта согласно описанной выше методике для действующей выработки-аналога, а при отсутствии выработки-аналога — по геологическим данным о природной метаноносности пласта. После проведения выработки на длину 75 м значение ( x - x_{\text{о}} ) необходимо уточнить по фактическому метановыделению с обнаженных поверхностей пласта по приведенной выше методике. Для выработок, длина которых менее 75 м, корректировка ( x - x_{\text{о}} ) не производится.

Примечание. За выработку-аналог принимается выработка, пройденная по тому же пласту в пределах то 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; на больших глубинах — не превышать 50 м. В окрестности не должно быть ранее пройденных выработок на расстоянии ближе 20 м по падению и восстанию пласта.

3.2.3. Определение газообильности очистных выработок и выемочных участков

\overline{I_{\text{уч}.\text{ф}}} = \overline{I_{\text{у}}}\prime_{\text{ч}.\text{ф}} - \overline{I_{\text{о}}} , (3.78)

где \overline{I_{\text{у}}}\prime_{\text{ч}.\text{ф}} — средний расход газа в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе, м3/мин.

Средняя абсолютная метанообильность выемочного участка с учетом газа, извлекаемого дегазацией из спутников ( \overline{I_{\text{д}.\text{сп}}} , м3/мин), выработанного пространства ( \overline{I_{\text{д}.\text{в}}} , м3/мин), разрабатываемого пласта ( \overline{I_{\text{д}.\text{пл}}} , м3/мин) и отводимого по трубопроводу, скважине или по дренажной (неподдерживаемой) выработке за пределы участка ( \overline{I_{\text{из}.\text{отв}}} , м3/мин), рассчитывается по формуле

Значения \overline{I_{\text{д}.\text{сп}}},\overline{I_{\text{д}.\text{в}}},\overline{I_{\text{д}.\text{пл}}} определяются в соответствии с методикой, изложенной в Инструкции по проверке состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану, а \overline{I_{\text{из}.\text{отв}}} — по формуле

где \overline{I_{\text{к}.\text{см}_{1}}},\overline{I_{\text{к}.\text{см}_{2}}} — средний расход газа в 15 — 20 м за и перед камерой смешения, м3/мин;

\overline{I_{\text{от}.\text{скв}}} — средний расход газа в скважине, м3/мин.

Средний расход газа в пункте измерения определяется по формуле

3.2.4. Определение ожидаемого метановыделения очистной выработки и выемочного участка

\overline{I_{\text{оч}.\text{п}}} = \overline{I_{\text{оч}.\text{п}.\text{ф}}} \frac{S_{\text{щ}.\text{р}}}{S_{\text{щ}.\text{ф}}} k_{\text{г}.\text{р}} ; (3.87)

при комбинированной системе разработки с гибким перекрытием

где l_{\text{оч}.\text{р}} — длина очистной выработки, для которой рассчитывается ожидаемое метановыделение, м;

l_{\text{оч}} — длина очистной выработки, для которой определено фактическое метановыделение, м;

A_{\text{р}} — планируемая добыча угля, т/сут;

A — средняя добыча угля, при которой определялось фактическое метановыделение, т/сут;

k_{\text{с}.\text{р}} — коэффициент, учитывающий изменение системы разработки; рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 3.9;

k_{\text{г}.\text{р}} — коэффициент, учитывающий изменение метанообильности выработок с глубиной: при ведении работ на глубинах до 300 м ниже верхней границы зоны метановых газов принимается равным 1 при разности глубин до 20 м, а при большей разности глубин определяется по формуле (3.89); при ведении работ на глубинах более 300 м ниже верхней границы зоны метановых газов принимается равным 1 при разности глубин разработки до 50 м, а при большей определяется по формуле (3.89);

S_{\text{обн}.\text{р}},S_{\text{щ}.\text{р}} — соответственно площадь обнажения пласта очистной выработкой и площадь подщитового пространства, для которой рассчитывается ожидаемое метановыделение, м2;

S_{\text{обн}.\text{ф}},S_{\text{щ}.\text{ф}} — соответственно площадь обнажения пласта очистной выработкой и площадь подщитового пространства, для которой определено фактическое метановыделение, м2;

k_{\text{м}.\text{р}},k_{1}\prime_{\text{р}} — расчетные коэффициенты, учитывающие дренирование угольного массива в зависимости от метаноносности (x, м3/т), мощности пласта ( m_{\text{сл}} , м) и времени ( T_{\text{н}} , сут), для которых рассчитывается ожидаемое метановыделение; определяется в соответствии с п. 3.1.1;

k_{\text{м}.\text{ф}},k_{1}\prime_{\text{ф}} — аналогичные коэффициенты, соответствующие значениям x,m_{\text{сл}}\text{и }T_{\text{н}} , при которых определено фактическое метановыделение.

При разработке тонких и средней мощности крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ принимается, что \overline{I_{\text{оч}}} = \overline{I_{\text{пол}}} .

Таблица 3.9

Примечание. В приведенных формулах b_{\text{з}.\text{д}} — ширина условного пояса дренирования пласта, м; определяется по табл. 3.4.

Значение произведения (\frac{l_{\text{оч}.\text{р}}}{l_{\text{оч}}})0,4(\frac{A_{\text{р}}}{A})^{0,6} = M может быть определено по номограмме (рис. 3.2). При использовании номограммы предварительно следует вычислить величины \frac{l_{\text{оч}.\text{р}}}{l_{\text{оч}}} \text{и} \frac{A_{\text{р}}}{A} .

Величина коэффициента k_{\text{г}.\text{р}} рассчитывается по формуле

k_{\text{г}.\text{р}} = \frac{x_{\text{р}} - x_{\text{о}.\text{г}}}{x_{\text{г}} - x_{\text{о}.\text{г}}} , (3.89)

где x_{\text{р}} — природная метаноносность пласта на планируемой глубине разработки, м3/т с.б.м.;

x_{\text{о}.\text{г}} — остаточная метаноносность угля, м3/т с.б.м.;

x_{\text{г}} — природная метаноносность пласта на глубине, для которой определено фактическое метановыделение, м3/т с.б.м.

При определении ожидаемой метанообильности по природной метаноносности угольных пластов среднее абсолютное метановыделение из очистной выработки \overline{I_{\text{оч}.\text{р}}} , выемочного участка \overline{I_{\text{уч}.\text{р}}} рассчитывается по формуле

где q_{i\text{р}} — ожидаемая относительная метанообильность очистной выработки ( q_{\text{оч}.\text{р}} ), выемочного участка ( q_{\text{уч}.\text{р}} ), м3/т; значения q_{\text{оч}.\text{р}} и q_{\text{уч}.\text{р}} определяются по формулам (6.3) - (6.10) раздела 6. При щитовой и комбинированной системах разработки с гибким перекрытием — по формулам раздела 3.

3.2.5. Определение метанообильности шахты

Средний расход газа в исходящих из шахты вентиляционных струях определяется по формуле

где Q_{\text{исх}_{i}} — расход воздуха в исходящей из шахты вентиляционной струе в пункте измерения, м3/мин;

\overline{C} — средняя концентрация газа в исходящей из шахты вентиляционной струе за три месяца, %;

\overline{C} = \frac{\sum C_{\text{л}_{i}}}{n_{\text{л}}} , (3.92)

C_{\text{л}_{i}} — концентрация газа в исходящей струе по данным лабораторного анализа проб воздуха, %;

n_{\text{л}} — число лабораторных определений концентрации газа за три месяца;

n_{\text{кв}} — число измерений расхода воздуха за три месяца.

4. ПРОГНОЗ УГЛЕКИСЛОТООБИЛЬНОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

4.1. Прогноз углекислотообильности горных выработок по степени метаморфизма углей

4.1.1. Углекислотообильность выемочного участка

Средняя углекислотообильность выемочного участка I_{\text{уч}.\text{уг}} (м3/мин) определяется как сумма газовыделений из разрабатываемого пласта I_{\text{пл}.\text{уг}} (м3/мин) и выработанного пространства I_{\text{в}.\text{п}.\text{уг}} (м3/мин) с учетом газовыделения из подземных вод

где k_{\text{вод}} — коэффициент, учитывающий выделение углекислого газа из подземных вод; принимается равным 1,22 для шахт восточной части Донбасса, разрабатывающих высокометаморфизованные антрациты, и 1,0 — для шахт остальных районов Донбасса, других бассейнов и месторождений страны.

Для шахт, разрабатывающих каменные и бурые угли, среднее выделение углекислого газа из разрабатываемого пласта и из выработанного пространства в пределах выемочного участка при столбовой, сплошной и щитовой системах разработки определяется по формулам:

I_{\text{пл}.\text{уг}} = 6,1 \cdot 10^{- 3}\overline{U_{25}}k_{\text{т}.\text{м}}k_{\text{сос}}l_{\text{оч}}m_{\text{в}}v_{\text{оч}}^{0,25} ; (4.2)

где \overline{U_{25}} — константа, характеризующая химическую активность угля на данном горизонте по отношению к кислороду воздуха, см3/(г.ч.);

k_{\text{т}.\text{м}} , k_{\text{сос}} , k_{\text{ин}} — коэффициенты, учитывающие влияние на выделение углекислого газа соответственно температуры массива угля на данной глубине, петрографического состава угля и интенсивности проветривания выработанного пространства;

k_{\text{э}.\text{п}} — эксплуатационные потери угля в пределах выемочного участка, доли единицы; определяются в соответствии с п. 3.1.1;

b_{\text{з}} — ширина зоны в прилегающем к забою выработанном пространстве, из которой углекислый газ выносится в действующие выработки, м.

При выемке пласта на полную мощность в формуле (4.2) значение m_{\text{в}} заменяется периметром призабойного пространства по углю.

Константа \overline{U_{25}} принимается по каталогам пластов, склонных к самовозгоранию.

При стадиях метаморфизма углей от III_{2} до IV_{3} при степени окисленности меньше 9% значение константы может быть определено по данным петрографического анализа угля

а при большей степени окисленности

\overline{U_{25}} = (21,6 + 1,2F_{1} + 0,079F_{1}^{2}) \cdot 10^{- 5} , (4.5)

Кузбасс \overline{U_{25}} , см3/(г.ч.)

Прокопьевско-Киселевский район:

верхние горизонты .......................................... 0,040 — 0,050

нижние горизонты ........................................... 0,025

Кемеровский район (пласт Волковский) ....................... 0,070

Челябинский бассейн

Еманжелинский район ........................................ 0,110 — 0,090

Район Коркинского разреза .................................. 0,110 — 0,080

Копейский район ............................................ 0,140 — 0,100

Подмосковный бассейн

Средняя Азия

Таш-Кумырское и Кок-Янгакское месторождения ................ 0,060 — 0,110

Кзыл-Кийское, Сулюктинское и Ангренское месторождения ...... 0,100 — 0,150

Башкирия

Кумер-Тауское месторождение ................................ 0,024

Константа \overline{U_{25}} может быть также определена из приведенной ниже формулы (4.18) по значению I_{\text{п}.\text{уг}} , полученному из результатов газовых съемок или плановых замеров в тупиковой выработке, проведенной по данному пласту в аналогичных условиях.

Коэффициенты k_{\text{т}.\text{м}} , k_{\text{сос}} , k_{\text{ин}} определяются по следующим формулам:

k_{\text{сос}} = 0,54 + \frac{6,47}{F_{1} + 1} ; (4.7)

Средняя скорость воздуха в пределах проветриваемой зоны для расчета коэффициента k_{\text{ин}} при сплошной и столбовой системах разработки определяется по формуле

v_{\text{ср}} = \frac{60v_{max}S_{\text{оч}}(k_{\text{ут}.\text{в}} - 1)}{k_{\text{ут}.\text{в}}b_{\text{з}}m_{\text{в}}} , (4.9)

где v_{max} — максимально допустимая ПБ скорость воздуха в очистной выработке, м/с;

S_{\text{оч}} — площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2;

k_{\text{ут}.\text{в}} — коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство в пределах выемочного участка; принимается в соответствии с рекомендациями, приведенными в п. 7.4.1.

При щитовой системе разработки средняя скорость воздуха через выработанное пространство разрабатываемого столба

где h_{\text{уч}} — депрессия выемочного участка, даПа; величина h_{\text{уч}} принимается по ее пожаробезопасному пределу.

Ширина зоны b_{\text{з}} при сплошной системе разработки с обрушением кровли на любой стадии отработки выемочного поля практически равна размеру выработанного пространства по простиранию, но не более 500 — 700 м.

Для расчета газовыделения из отрабатываемого столба при щитовой системе разработки проветриваемая зона принимается равной расстоянию от вентиляционного штрека до щитового перекрытия.

При столбовой системе разработки с прямоточной схемой проветривания ширина b_{\text{з}} принимается равной половине размера выработанного пространства, а при возвратноточной схеме рассчитывается по формуле

b_{\text{з}} = \frac{4,3(k_{\text{ут}.\text{в}} - 1) \sqrt[2]{v_{\text{оч}}^{3}}}{(2 - k_{\text{ут}.\text{в}})[4,3(k_{\text{ут}.\text{в}} - 1) + \sqrt{v_{\text{оч}}^{3}}]} \sqrt{\frac{l_{\text{оч}}}{R_{\text{оч}}}} , (4.11)

где R_{\text{оч}} — аэродинамическое сопротивление призабойного пространства лавы, \text{к}\mu ; принимается в соответствии с разделом 7.

При управлении кровлей полным обрушением, устойчивых вмещающих породах и при скорости подвигания очистного забоя до 4 м/сут ширина зоны равна

I_{\text{пл}.\text{уг}} = I_{\text{уд}.\text{уг}}l_{\text{оч}}m_{\text{в}}k_{\text{д}.\text{оч}}k_{\text{в}.\text{у}} ; (4.13)

I_{\text{в}.\text{п}.\text{уг}} = \frac{l_{\text{оч}}m_{\text{в}}l_{\text{в}.\text{п}}}{3 \cdot 10^{4}lg\rho + 1,9l_{\text{оч}}m_{\text{в}}l_{\text{в}.\text{п}}} , (4.14)

где I_{\text{уд}.\text{уг}} — удельное выделение углекислого газа с обнаженной поверхности в очистном забое, м3/(мин x м2);

I_{\text{уд}.\text{уг}} = (5,5lg\rho + 12,4) \cdot 10^{- 4} ; (4.15)

A_{\text{оч}} — среднесуточная добыча из очистной выработки, т;

k_{\text{в}.\text{у}} — коэффициент, учитывающий способ выемки угля; принимается при машинной выемке равным 1,0, при выемке с применением ВВ — 1,8;

l_{\text{в}.\text{п}} — размер выработанного пространства, прилегающего к забою по простиранию (падению) пласта, м; принимается равным длине выемочного поля (участка);

lg\rho — логарифм удельного электрического сопротивления угля; принимается по данным геолого-разведочных организаций, при их отсутствии ориентировочно может быть определен по формуле

lg\rho = 2,6 \cdot 10^{- 2}V_{\text{об}}^{daf} - 1,4 , (4.17)

где V_{\text{об}}^{daf} — объемный выход летучих, мл/г с.б.м.

4.1.2. Углекислотообильность тупиковых выработок

Абсолютная углекислотообильность тупиковых выработок определяется интенсивностью выделения углекислого газа с обнаженной поверхности пласта.

Для шахт, разрабатывающих каменные и бурые угли при выемке пласта на полную мощность, ожидаемое выделение углекислого газа в равномерно подвигающиеся и остановленные тупиковые выработки рассчитывается по формуле

I_{\text{п}.\text{уг}} = 0,58 \cdot 10^{- 2}\overline{U_{25}}k_{\text{т}.\text{м}}k_{\text{сос}}m_{\text{в}}v_{\text{п}}(T_{\text{с}.\text{в}}^{0,75} - T_{\text{ост}}^{0,75}) , (4.18)

T_{\text{с}.\text{в}} — время существования выработки, сут;

T_{\text{ост}} — время, прошедшее с момента остановки выработки (для проводимых выработок T_{\text{ост}} = 0 ), сут.

При обнажении пласта выработкой на неполную мощность в формулу (4.18) вместо m_{\text{в}} подставляется значение полупериметра выработки по углю.

Для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрацитовые пласты, ожидаемое выделение углекислого газа в тупиковые выработки определяется по формуле

где l_{\text{п}} — длина тупиковой выработки, м;

I_{\text{у}}\prime_{\text{д}.\text{уг}} — удельное выделение углекислого газа с обнаженной поверхности пласта в тупиковой выработке, м3/(мин x м2);

I_{\text{у}}\prime_{\text{д}.\text{уг}} = (9lg\rho - 0,7) \cdot 10^{- 5} . (4.20)

4.1.3. Углекислотообильность шахтопласта и шахты

Средняя ожидаемая углекислотообильность выработок шахтопласта определяется по формуле

\overline{I_{\text{шп}}} = \sum \overline{I_{\text{уч}.\text{уг}}} + \sum \overline{I_{\text{п}.\text{уг}}} + \sum \overline{I_{\text{з}.\text{у}}} , (4.21)

где \sum \overline{I_{\text{уч}.\text{уг}}} — суммарное среднее выделение углекислого газа на выемочных участках шахтопласта, м3/мин;

\sum \overline{I_{\text{п}.\text{уг}}} — суммарное среднее выделение углекислого газа из тупиковых выработок, проветриваемых обособленно, м3/мин;

\overline{I_{\text{з}.\text{у}}} — среднее выделение углекислого газа за пределами выемочных участков, м3/мин;

k_{\text{у}}\prime — коэффициент увеличения газовыделения за пределами выемочных участков, принимается по табл. 4.1.

Таблица 4.1

Значения коэффициента k_{\text{у}}\prime для различных условий разработки

Ожидаемое выделение углекислого газа по шахте в целом определяется как сумма газовыделений в выработки шахтопластов.

Для предварительной оценки выделение углекислого газа по шахте в целом в условиях шахт восточной части Донбасса определяется по формуле

I_{\text{ш}.\text{уг}} = 0,45 \cdot 10^{- 3}\Gamma_{CO_{2}}A_{\text{ш}} , (4.23)

где A_{\text{ш}} — проектная производственная мощность шахты, т/сут;

\Gamma_{CO_{2}} — средняя потенциальная газоносность отрабатываемой свиты пластов, м3/т.

Потенциальная газоносность пластов определяется лабораторными исследованиями на газовых смесях или рассчитывается по формуле

где P_{CO_{2}} — парциальное давление углекислого газа на данной глубине, даПа.

Парциальное давление углекислого газа в угольном пласте замеряется при ведении геолого-разведочных работ или определяется по формулам:

для Гуково-Зверевского и Шахтинско-Несветаевского антрацитовых районов Донбасса:

$P_{CO_{2}} = [0,13lnH + 0,21 \cdot 10^{2}(lnH)^{2} — 0,7](B_{\text{с}}\prime_{\text{р}} + \frac{H}{0,75})$ ; (4.25)

где B_{\text{с}}\prime_{\text{р}} — среднее барометрическое давление для районов, даПа.

Нагрузка на выемочный участок (очистной забой) в условиях углекислотообильных шахт газовым фактором не ограничивается.

4.2. Определение ожидаемой углекислотообильности выработок действующей шахты

Значения ожидаемой углекислотообильности, входящей в формулы для расчета расхода воздуха, должны определяться по фактической углекислотообильности выработок данного шахтопласта. В тех случаях, когда данные о фактической углекислотообильности отсутствуют или не могут быть использованы (при вскрытии новых пластов, при изменении системы разработки), допускается расчет ожидаемой углекислотообильности по степени метаморфизма углей. Расчеты выполняются по формулам, приведенным в подразделе 4.1.

Фактическая углекислотообильность горных выработок определяется по методике, приведенной в п. 3.2.3.

Для шахт Подмосковного и Приднепровского буроугольного бассейнов фактическая углекислотообильность определяется по данным наблюдений, выполненных при стабильном атмосферном давлении.

4.2.1. Определение углекислотообильности очистных выработок и выемочных участков

Ожидаемая углекислотообильность очистных выработок и выемочных участков для шахт Подмосковного и Приднепровского буроугольных бассейнов принимается равной фактической. Для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрациты, она определяется по формулам (4.27) и (4.28), а для прочих условий — по формулам (4.29) и (4.30)

\overline{I_{\text{уч}.\text{уг}}} = \overline{I_{\text{уч}.\text{уг}.\text{ф}}}(\frac{0,001A_{\text{р}} + 1,9}{0,001A + 1,9}) ; (4.28)

\overline{I_{\text{оч}.\text{уг}}} = \overline{I_{\text{оч}.\text{уг}.\text{ф}}}(\frac{A_{\text{р}}}{A})0,25 ; (4.29)

\overline{I_{\text{уч}.\text{уг}}} = \overline{I_{\text{уч}.\text{уг}.\text{ф}}}(\frac{A_{\text{р}}}{A})0,25 . (4.30)

Для упрощения расчетов по формулам (4.29) и (4.30) значения (\frac{A_{\text{р}}}{A})0,25 приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

4.2.2. Определение углекислотообильности тупиковых выработок

Ожидаемое выделение углекислого газа в тупиковой выработке для шахт Подмосковного и Приднепровского буроугольных бассейнов определяется по формуле

где \overline{I_{\text{п}.\text{уг}.\text{ф}}} — среднее фактическое выделение углекислого газа в действующую тупиковую выработку, м3/мин;

\overline{I_{\text{п}.\text{уг}.\text{ф}}} = \frac{\sum I_{\text{п}.\text{уг}i}}{n_{\text{в}}} ; (4.32)

l_{\text{п}.\text{р}} — проектная длина тупиковой выработки, для которой ведется расчет ожидаемого газовыделения, м;

\overline{l_{\text{п}}} — средняя длина действующей выработки за период, в течение которого измерялось газовыделение, м;

\overline{l_{\text{п}}} = \frac{\sum l_{\text{п}i}}{n_{\text{в}}} ; (4.33)

I_{\text{п}.\text{уг}i} = 0,01Q_{\text{п}i}(C - C_{0}) , (4.34)

где Q_{\text{п}i} — расход воздуха в тупиковой части выработки в 10 — 15 м от ее устья, м3/мин;

С, C_{0} — концентрация газа соответственно в исходящей из выработки вентиляционной струе и в поступающей струе по данным лабораторных анализов, %; значение C_{0} принимается равным концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты.

Для других бассейнов и месторождений ожидаемое выделение углекислого газа определяется по формуле

\overline{I_{\text{п}.\text{уг}}} = \overline{I_{\text{п}.\text{уг}.\text{ф}}}(\frac{l_{\text{п}.\text{р}}}{\overline{l_{\text{п}}}})0,75 . (4.35)

4.2.3. Определение углекислотообильности шахты

Средний расход газа в исходящих из шахты вентиляционных струях определяется по формуле

где Q_{\text{исх}i} — расход воздуха в исходящей из шахты вентиляционной струе в пункте измерений, м3/мин;

\overline{C} — средняя концентрация углекислого газа в исходящей из шахты вентиляционной струе за три месяца, %;

\overline{C} = \frac{\sum_{i = 1}^{n_{\text{л}}} C_{\text{л}i}}{n_{\text{л}}} ; (4.37)

C_{\text{л}} — концентрация углекислого газа в исходящей струе по данным лабораторного анализа проб воздуха, %;

n_{\text{л}} — число лабораторных определений концентрации за три месяца;

C_{0} — содержание углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты, %;

n_{\text{кв}} — число измерений расхода воздуха за три месяца.

5. СПОСОБЫ И СХЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ

5.1. Выбор схемы и способа проветривания шахты

Выбор способа проветривания шахты должен производиться на основе технико-экономического сравнения.

В качестве основного способа проветривания при проектировании вентиляции газовых шахт рекомендуется всасывающий.

Нагнетательный способ проветривания можно применять на негазовых шахтах и на газовых — при метанообильности шахты не более 10 м3/т, при отработке первого горизонта и на шахтах, имеющих аэродинамическую связь горных выработок и выработанных пространств с поверхностью при фланговых схемах проветривания.

В случае установки вентиляторов на скиповых стволах должны быть разработаны специальные мероприятия по герметизации надшахтных зданий, улавливанию пыли в них, механизации очистки каналов от пыли, автоматизации контроля заполнения бункеров углем.

При проектировании схемы проветривания шахты необходимо обеспечить:

устойчивый режим проветривания на весь период эксплуатации шахты;

минимальное число вентиляционных сооружений в целях снижения утечек воздуха и повышения надежности вентиляции;

обособленное проветривание главных наклонных транспортных выработок, оборудованных ленточными конвейерами, или использование их для отвода исходящих вентиляционных струй.

Примечание. К главным наклонным транспортным выработкам относятся выработки, предназначенные для транспортирования всех видов грузов между выемочными участками и околоствольным двором или поверхностью при наклонных стволах.

В зависимости от направления движения воздуха схема проветривания может быть центральной, фланговой и комбинированной.

Наиболее рациональна фланговая схема проветривания. Ее применение позволяет уменьшить депрессию шахты, внешние и внутренние утечки воздуха. Она должна быть основной для абсолютного большинства угольных шахт, особенно при больших размерах шахтных полей по простиранию и при разработке газоносных, склонных к самовозгоранию угольных пластов.

Центральная схема проветривания может применяться лишь при небольшой длине шахтного поля (как правило, до 2 км), метанообильности до 15 м3/т и производственной мощности не более 2000 т/сутки.

Комбинированная схема рекомендуется при проектировании вентиляции реконструируемых шахт.

В каждом конкретном случае выбор способа и схемы проветривания шахты следует производить на основе технико-экономических расчетов одновременно с выбором схемы вскрытия, способа подготовки, системы разработки и порядка отработки пластов в свите.

5.2. Схемы проветривания выемочных участков

5.2.1. Требования к схемам проветривания выемочных участков

При выборе схем проветривания выемочных участков первостепенное значение имеют условия безопасности, а также обеспечение нормальных санитарно-гигиенических условий труда.

Схема проветривания выемочного участка должна обеспечивать:

устойчивое проветривание как при нормальных, так и аварийных режимах, благоприятные условия для спасения людей и ликвидации аварии;

возможность ведения работ по эффективной дегазации на выемочных участках;

на газообильных и глубоких шахтах, на которых естественная температура пород достигает 30 °C и выше, полное обособленное разбавление вредностей (газа, пыли, тепла), выделяющихся из всех источников;

максимальную нагрузку на очистной забой по газовому фактору;

сокращение объема проведения тупиковых выработок за счет повторного использования откаточных выработок в качестве вентиляционных;

подачу к очистному забою свежего воздуха по двум выработкам при разработке выбросоопасных пластов.

При отработке пластов угля, склонных к самовозгоранию, выбранная схема проветривания, кроме того, должна обеспечивать:

минимальную ширину проветриваемой призабойной зоны выработанного пространства с тем, чтобы время ее проветривания было меньше продолжительности инкубационного периода самовозгорания угля;

надежную изоляцию выработанных пространств по мере подвигания очистного забоя;

возможность исключения в случае возникновения пожара выемочного участка (поля) из общей сети горных выработок.

5.2.2. Классификация схем и область их применения

Классификация схем проветривания выемочных участков в зависимости от степени обособленности разбавления вредностей по источникам поступления в рудничную атмосферу, направления выдачи исходящей из лавы струи воздуха, взаимного влияния очистных выработок на их проветривание, направления движения воздуха по очистной выработке и взаимного направления свежей и исходящей струй приведена в табл. 5.1.

Классификация схем проветривания выемочных участков

Для удобства пользования каждая схема обозначается сокращенно. Например, 3-В-Н-н-пт, где 3 — тип, полное обособленное разбавление вредностей по источникам выделения; В — подтип, направление выдачи исходящей струи из лавы на выработанное пространство; Н — класс, независимое проветривание (одиночная лава); З — зависимое проветривание (спаренные лавы); н — подкласс, нисходящее движение воздуха по лаве; пт — вид, прямоточное направление свежей и исходящей струй воздуха. На рис. 5.1 и П.1.3 Приложения 1 приведены схемы проветривания выемочных участков. При подготовке выемочных участков увязка схем проветривания их со схемами проветривания крыла, панели (вентиляционного участка) должна соответствовать схемам, приведенным на рис. П.1.4 - П.1.16 или в Технологических схемах разработки пластов на угольных шахтах на период 1990 — 1995 гг.

Схемы проветривания выемочного участка 1-го типа в основном могут применяться при условии, когда нагрузка на лаву не ограничивается газовым фактором.

При разработке газоносных пластов, когда нагрузка на очистной забой при схемах 1-го типа ограничивается газовым фактором, а также негазоносных пластов на глубине, где естественная температура пород превышает 30 °C, следует применять схемы 3-го типа с полным обособленным разбавлением вредностей (СПОРВ) по источникам выделения. В качестве типовых, пригодных для большинства шахтопластов, вынимаемых на полную мощность, включая пласты со сложными горно-геологическими условиями (газоносные, опасные по взрывам угольной пыли, выбросоопасные), следует принимать варианты СПОРВ 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 г, д, е).

На рис. 5.1 представлены в основном варианты схем проветривания с нисходящим движением воздуха в очистных выработках, которые обеспечивают благоприятные санитарно-гигиенические условия. Однако это не исключает восходящего (подкласс в) и горизонтального (подкласс г) движения воздуха в очистных выработках.

Чтобы исключить поступление метана из выработанного пространства в призабойное при управлении кровлей полным обрушением и обеспечить рассредоточенный вынос его в вентиляционную выработку, последняя поддерживается кострами, бутокострами, бутовыми полосами шириной до 5 м. В схеме 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 д) для выполнения данного требования необходимо поддерживать вентиляционную выработку на расстоянии не менее 20 — 40 м в зависимости от величины метановыделения из выработанного пространства. При этих условиях обеспечивается также высокая эффективность дегазации сближенных пластов скважинами, пробуренными из вентиляционного штрека.

В сложных горно-геологических условиях на пластах с весьма неустойчивыми боковыми породами, когда требуется полевая подготовка или возможна отработка только сплошной системой, рекомендуются варианты СПОРВ 3-В-Н-н-пт и 3-В-Н-н-вт (рис. 5.1 ж, и). Для получения максимальной нагрузки в последней схеме выработку для выдачи исходящей струи при q_{\text{в}.\text{п}} \geq 0,7q_{\text{уч}} (I_{\text{в}.\text{п}} \geq 0,7I_{\text{уч}}) следует располагать в нижней части лавы на расстоянии не более 20 — 30 м от выработки с подсвежающей струей, при q_{\text{в}.\text{п}} \leq 0,3q_{\text{уч}} (I_{\text{в}.\text{п}} \leq 0,3I_{\text{уч}}) — посредине, а в остальных случаях — между этими положениями.

На газовых шахтах при отработке пластов спаренными лавами схема 3-В-З-г-пт (рис. 5.1 з) с выдачей исходящей струи по средней выработке, поддерживаемой в выработанном пространстве, является лучшей по сравнению со схемой, в которой исходящая струя выдается по двум выработкам. Ее можно использовать на пластах, не склонных к самовозгоранию, не опасных по внезапным выбросам угля и газа, когда обеспечивается сохранность вентиляционной выработки в выработанном пространстве, и если в данных условиях она обеспечивает более высокие технико-экономические показатели, чем другие схемы с одиночными лавами. СПОРВ с выдачей исходящей струи по бортовым ходкам (вместо средней выработки) из-за трудности управления метановыделением и снижения безопасности работ допускается применять в аналогичных условиях только в исключительных случаях при метановыделении из выработанного пространства обеих лав до 4 м3/мин, а также при отработке первых лав в пределах крыла.

Схемы с частично обособленным разбавлением вредностей (тип 2, Приложение 1) следует применять в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно или затруднительно использовать схемы с полным обособленным разбавлением вредностей.

Схемы с частично обособленным разбавлением вредностей (тип 2-М, Приложение 1) допускается применять только в негазовых шахтах <*>.

<*> На действующих шахтах третьей категории по газу и выше схемы типа 2-М могут применяться при доработке выемочных участков.

При отработке незащищенных выбросоопасных пластов должны применяться схемы проветривания, обеспечивающие подачу воздуха к лаве по двум выработкам. В этих условиях наиболее эффективной является схема 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 г).

При отработке пластов, склонных к самовозгоранию, необходимо применять схемы типа 1-М-Н-в-вт, 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 а, д, ж), причем схема 1-М-Н-в-вт (рис. 5.1 а) может применяться при газообильности выемочного участка до 3 м3/мин, а схемы 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 д, ж) — при газообильности выше 3 м3/мин. Расстояние от сбойки до окна лавы в последних двух схемах принимается равным 20 — 40 м, исключив образование повышенных концентраций метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой.

Прямоточные схемы проветривания типа 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 г, е) могут применяться при отработке пластов, склонных к самовозгоранию, только при условии надежной изоляции выработанных пространств по рекомендациям научно-исследовательских институтов.

Герметизация выработанного пространства осуществляется путем торкретирования и тампонирования бутовой полосы и должна быть выполнена до последнего незакрытого окна в бутовой полосе. Толщина слоя должна быть не менее 5 — 7 см.

Проведение горных выработок вприсечку к выработанному пространству или вкрест простирания следует осуществлять после полного слеживания пород в последнем. При этом у выработанного пространства должна создаваться изоляционная полоса.

В условиях восточных бассейнов страны выбор схем проветривания выемочных участков при отработке пластов угля, склонных к самовозгоранию, производится с учетом способности пород к обрушению и их слеживаемости. При метанообильности выемочного участка менее 3 м3/мин независимо от способности пород кровли к обрушению рекомендуется применять схему типа 1-М-Н-в-вт (рис. 5.1 а).

При метанообильности выемочного участка более 3 м3/мин могут применяться следующие схемы проветривания:

на пластах со среднеустойчивой кровлей с коэффициентом крепости 4 — 6 по шкале проф. Протодьяконова при возведении искусственных ограждающих полос вдоль воздухоподающих выработок (штреков, бремсбергов, уклонов) — 2-В-Н-в,н,г-пт (рис. П.1.3), 3-В-Н-н-пт, 3-В-Н-г-пт (рис. 5.1 г, к);

на пластах со среднеустойчивой и труднообрушаемой кровлями при подготовке выемочных участков (столбов) спаренными выработками для отвода исходящей струи на сбойку, отстающую от очистного забоя на расстояние 50 — 60 м — 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 л).

При отработке мощных пластов с легкообрушаемой кровлей при коэффициенте крепости 2 — 3 по шкале проф. Протодьяконова и метанообильности менее 3 м3/мин проветривание выемочных столбов в слоях должно осуществляться по схеме 1-М-Н-в-вт (рис. 5.1 а) с отставанием нижнего слоя относительно верхнего на 2 — 3 яруса. При метанообильности более 3 м3/мин проветривание выемочных участков должно осуществляться по схемам 2-В-Н-в,н,г-пт (рис. П.1.3), 3-В-Н-н-пт, 3-В-Н-г-пт (рис. 5.1 г, к).

При отработке мощных пластов со среднеустойчивой и труднообрушаемой кровлями по схеме «слой-пласт» проветривание верхнего слоя можно осуществлять по схемам 3-В-Н-н-пт (рис. 5.1 е, л), а нижний «слой-пласт» — проветривать по схеме типа 1-М-Н-в-вт (рис. 5.1 а).

При одновременной отработке слоев в столбе с отставанием нижнего слоя относительно верхнего не более 30 — 40 м (половина первичного шага обрушения основной кровли) проветривание столбов следует осуществлять по схеме типа 1-М-Н-в-вт (рис. 5.1 а).

5.2.3. Проверка схем проветривания выемочных участков по опасности местных скоплений метана

Схемы проветривания выемочных участков должны проверяться по опасности местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой (схемы 1-М) и в очистной выработке у выработанного пространства под вентиляционным штреком (схемы 1-В, 2-В и 3-В).

При схемах проветривания выемочных участков с выдачей исходящей струи на массив угля и погашении вентиляционных выработок (схемы 1-М) возможность образования местных скоплений метана с концентрацией выше нормы на сопряжении (в тупике погашения) исключается, если

где k_{\text{о}} — коэффициент, учитывающий опасность местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой;

\overline{I_{\text{в}.\text{п}}} — среднее фактическое (ожидаемое) метановыделение из выработанного пространства, м3/мин; определяется по формуле (3.90) при расчете ожидаемой метанообильности по природной метаноносности, а для действующих шахт — по результатам газовой съемки, проводимой в соответствии с Руководством по производству депрессионных и газовых съемок в угольных шахтах;

S — проектная площадь поперечного сечения вентиляционной выработки в свету, м2;

k_{\text{ут}.\text{в}} — коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство; определяется согласно указаниям п. 7.4.1.

При изолированном отводе метана газоотсасывающими установками с эффективностью не менее 70% проверку k_{\text{о}} по формуле (5.1) производить не следует.

Для слоевых систем разработки с одновременной отработкой слоев коэффициент k_{\text{о}} для лав нижнего слоя не определяется.

При схемах проветривания выемочных участков с выдачей исходящей струи на выработанное пространство (схемы типа 1-В, 1-К, 2-В, 3-В) возможность образования опасных скоплений метана в очистной выработке у выработанного пространства под вентиляционным штреком (при наличии здесь бутовой полосы, плит БЖБТ, чураковой стенки, бутокостров, костров — у нижней их кромки) исключается, если

Если проверка покажет, что у сопряжения лавы с вентиляционной выработкой возможно образование опасных скоплений метана, следует пересмотреть схему дегазации сближенных пластов и вмещающих пород скважинами с целью обеспечения более высокой эффективности дегазации, после чего вновь произвести проверку схемы по опасности скоплений метана. Если при этом не устраняется опасность, то нужно изменить, если это возможно, схему проветривания участка (например, схему с выдачей исходящей струи на массив угля заменить на схему типа 1-В или 3-В). Если же за счет изменения схемы проветривания нельзя устранить опасные скопления метана, то рекомендуется использовать следующие способы управления метановыделением средствами вентиляции:

изолированный отвод метана из выработанных пространств за пределы выемочных участков по трубопроводам или неподдерживаемым и дренажным выработкам с помощью газоотсасывающих установок или общешахтной депрессии;

отвод метана из выработанного пространства в вентиляционную выработку с помощью каналов, оставляемых в бутовой полосе;

отвод метана из выработанного пространства в исходящую струю выемочного участка с помощью установок УСМ.

5.2.4. Способы предупреждения образования местных скоплений метана

5.2.4.1. Изолированный отвод метана из выработанных пространств применяется, как правило, когда вентиляция и дегазация не могут обеспечить норму содержания метана.

Отвод метана осуществляется по неподдерживаемым выработкам и по трубопроводам за пределы выемочных участков. Метан, отводимый за пределы выемочных участков, выпускается в выработку с исходящей вентиляционной струей после предварительного разбавления его воздухом в смесительной камере до норм ПБ, а при отводе на поверхность — в атмосферу.

Изолированный отвод метана осуществляется по проекту, утвержденному техническим директором производственного объединения, согласованному с МакНИИ или ВостНИИ и управлением округа госгортехнадзора, а при отводе по неподдерживаемым выработкам на пластах, склонных к самовозгоранию, — дополнительно согласовывается с ВНИИГД.

В качестве источника тяги могут быть использованы депрессия, создаваемая главным вентилятором, пневматические эжекторы и газоотсасывающие вентиляторы, рабочие колеса и корпуса которых изготовлены из материалов, не опасных в отношении фрикционного искрения. Электрический привод вентилятора должен омываться свежим воздухом.

На рис. 5.2 показаны схемы проветривания выемочных участков, при которых для изолированного отвода метана из выработанных пространств могут быть использованы неподдерживаемые горные выработки, а на рис. П.2.1 - П.2.3 - схемы проветривания выемочных участков при отводе метана по трубопроводам (рис. П.2.1, П.2.2) и неподдерживаемой выработке и трубопроводу (рис. П.2.3) с использованием газоотсасывающих установок.

выработкам: а — с использованием участковой выработки; б, в — с использованием выработок ранее отработанных лав; ск — смесительная камера

Изолированный отвод метана по трубопроводам или неподдерживаемым выработкам с использованием газоотсасывающих установок допускается предусматривать в проектах новых и реконструируемых шахт, а также в паспортах подготовки выемочных участков на действующих шахтах. Снижение метанообильности выемочных участков, достигаемое при изолированном отводе метана по трубопроводам с использованием газоотсасывающих установок, следует учитывать при расчете необходимого расхода воздуха и максимально допустимой нагрузки на очистной забой.

Трубопровод должен быть собран из жестких труб, изготовленных из материалов с поверхностным электрическим сопротивлением не более 3 \cdot 10^{8}\text{Ом} . Стыки должны быть тщательно уплотнены. Повороты трубопровода выполняются плавно, радиусом не менее 1,5d_{\text{тр}} .

На жесткой части трубопровода против окна лавы должно быть устроено окно площадью 0,2 x 0,15 м2, закрываемое задвижкой. Окно с задвижкой служит для регулирования концентрации метана в трубопроводе путем подачи в него дополнительного воздуха из выработки. Концентрация метана в трубопроводе не должна превышать 3,5%.

Перед окном на расстоянии 1,0 — 1,5 м в сторону тупика устанавливается заслонка, предназначенная для перекрытия трубопровода при остановках газоотсасывающего вентилятора. Проветривание трубопровода после его перекрытия обеспечивается за счет общешахтной депрессии.

Для контроля содержания метана в трубопроводе в 3 — 5 м от окна по ходу движения смеси и у вентилятора на нагнетательной части трубопровода устанавливаются штуцера.

Конец трубопровода, через который выпускается метановоздушная смесь (МВС), заводится в смесительную камеру и снабжается коленом, обеспечивающим выход метана из трубопровода под углом 45° к направлению основного вентиляционного потока. Смесительная камера представляет собой часть выработки, отшитую сплошной продольной перегородкой из негорючего материала. Длина смесительной камеры 5 — 6 м, ширина — не менее 1,5 м. Вход в камеру и выход из нее ограждается металлическими решетками. Выработка в месте сооружения камеры и на длине 5 м в обе стороны от нее должна быть закреплена негорючей крепью. При отводе метана на поверхность в проекте должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие безопасность выпуска его в атмосферу.

Вентилятор газоотсасывающей установки должен размещаться в камере, проветриваемой свежей струей воздуха и удовлетворяющей требованиям ПБ, предъявляемым к электромашинным камерам.

При сплошной системе разработки (рис. П.2.2) метан с помощью газоотсасывающей установки и отростков труб улавливается в просеке шириной 1,5 м, оставляемом в выработанном пространстве у бутовой полосы. Крепь должна предохранять просек от завала на протяжении 150 м от лавы. Для уменьшения подсосов воздуха в печах выкладываются две чураковые перемычки, пространство между ними заполняется глиной, вдоль бутовой полосы со стороны вентиляционной выработки выкладывается чураковая стенка или производится герметизация синтетическим материалом. Отростки трубопровода, закладываемые через каждые 50 м, включаются в работу на расстоянии 30 — 40 м от лавы и выключаются при отходе ее на 150 м. В работе постоянно находятся два-три отростка.

Отвод метана из выработанного пространства по неподдерживаемым выработкам с помощью газоотсасывающих установок производится по трубопроводу, проложенному через перемычку, изолирующую неподдерживаемую выработку от действующей (рис. П.2.3). Наибольший эффект достигается, когда неподдерживаемая выработка примыкает к угольному массиву или охраняется целиками, крепь из нее не извлекается, а усиливается стойками или кострами. Если неподдерживаемая выработка охранялась со стороны действующей лавы целиками или бутовой полосой, то в них устраиваются каналы шириной 1,5 — 2,0 м с интервалом 10 м, обеспечивающие свободный выход метана из выработанного пространства в выработку. Со стороны очистного забоя погашаемая выработка ограждается, чтобы в нее не могли войти люди.

Параметры изолированного отвода метана из выработанного пространства с помощью газоотсасывающих установок при выпуске МВС в горные выработки определяются в соответствии с Приложением 2, при отводе МВС на поверхность — по рекомендациям ВостНИИ или МакНИИ.

5.2.4.2. Изолированный отвод метана по неподдерживаемым выработкам за счет общешахтной депрессии обеспечивает высокий эффект, если неподдерживаемые выработки не погашают, а крепь усиливают, как это указано выше.

Неподдерживаемые выработки должны ограждаться, чтобы в них не могли пройти люди. Выпуск МВС из них в действующие выработки осуществляется через смесительную камеру. Концентрация метана на выходе из смесительной камеры не должна превышать 2,0%.

Депрессия h_{\text{н}.\text{в}} , обеспечивающая необходимый расход МВС по неподдерживаемым выработкам, определяется по формуле (П.2.6). Величина Q_{\text{см}} , входящая в эту формулу, должна быть не менее 0,3Q_{\text{уч}}(1 - \frac{1}{k_{\text{ут}.\text{в}}}) . При выполнении этого условия эффективность отвода метана будет не менее 50%, что обеспечивает ликвидацию опасных скоплений метана на сопряжении лавы с погашаемой вентиляционной выработкой. Расход отводимой МВС не должен превышать 30% расхода воздуха, поступающего на участок.

Величина депрессии h_{\text{н}.\text{в}} должна быть меньше фактической (h_{\text{н}.\text{в}.\text{ф}}) , измеренной в выработках, параллельных газоотводящему пути. Она определяется как сумма депрессий действующих выработок, соединяющих выработанное пространство с местом установки смесителя. Если h_{\text{н}.\text{в}}>h_{\text{н}.\text{в}.\text{ф}} , то данный способ без дополнительного источника тяги не может быть применен.

Снижение метанообильности выемочных участков, достигнутое при изолированном отводе метана по неподдерживаемым выработкам за счет общешахтной депрессии, не должно учитываться при расчете максимально допустимой нагрузки, так как эффективность отвода метана изменяется во времени.

5.2.4.3. Изолированный отвод метана из выработанного пространства по дренажным выработкам за пределы выемочного участка может применяться для предотвращения образования опасных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой при отработке пластов средней мощности и мощных, в том числе склонных к самовозгоранию.

На рис. 5.2 в показан вариант схемы проветривания с дренажной выработкой. Направление движения МВС по дренажной выработке может отличаться от показанного на рис. 5.2 в, что зависит от расположения выработки с общей исходящей струей, в которую отводится газ.

Дренажная выработка проводится в 5 — 10 м от вентиляционной выработки в период подготовки выемочного поля и через определенные расстояния соединяется с ней сбойками, в которых до начала очистной выемки возводятся изолирующие перемычки. Сечение дренажной выработки в свету должно быть не менее 3,7 м2, а сбоек — не менее 3 м2. Для отвода газа может быть использована также выработка, которая сохраняется после отработки вышележащей лавы.

На наклонных и крутых пластах, когда этаж разделен на три-четыре подэтажа, дренажную выработку следует проводить выше вентиляционного штрека верхней лавы. При неустойчивых вмещающих породах в качестве дренажной выработки может служить штрек, пройденный по соседнему пласту (концентрационный штрек) или полевой штрек, а в качестве рабочих сбоек — промежуточные квершлаги или скважины.

При нисходящем проветривании в качестве дренажной выработки можно использовать вентиляционный штрек нижележащей подготавливаемой по этому же пласту лавы.

Расстояние между соседними сбойками не должно превышать 40 — 50 м, а при проведении дренажной выработки по разрабатываемому наклонному или крутому пласту оно должно быть не более 10 — 12 м.

По мере подвигания лавы та часть вентиляционного штрека, которая переходит в выработанное пространство, усиливается кострами или органной крепью, а в сбойке, расположенной за лавой, разбирается изолирующая перемычка. Она ликвидируется, когда сбойка находится в выработанном пространстве на расстоянии 10 — 15 м от лавы.

При неустойчивых боковых породах, если поддержание вентиляционного штрека в выработанном пространстве на участке 15 м за лавой невозможно, перемычки в сбойках следует разбирать сразу после перехода их в выработанное пространство. В этом случае выемка верхней ниши должна быть механизирована либо производиться с помощью беспламенных средств взрывания или отбойными молотками.

Работы по разборке перемычек и усилению крепления выработок производятся в присутствии ИТР участка ВТБ.

Расход воздуха в дренажных выработках должен определяться из условия обеспечения скорости воздуха не менее 0,5 м/с и концентрации метана не более 1%. Повышение уровня концентрации метана в дренажной выработке до 2% допускается только в том случае, если в очистную выработку подается максимальный расход воздуха по скорости его в призабойном пространстве (Q_{\text{оч}.\text{ф}} = Q_{\text{оч}.max}) , а фактическая эффективность дегазации достигла 50 — 60%. Отработка лавы в этом случае производится по паспорту выемочного участка, утвержденному техническим директором производственного объединения и согласованному с МакНИИ или ВостНИИ и управлением округа госгортехнадзора.

Дренажные выработки должны использоваться только для отвода МВС. Прокладка электрокабелей, эксплуатация электрооборудования и транспортных средств в этих выработках запрещается.

При содержании метана в дренажной выработке более 1% вход в нее с обеих сторон ограждается металлическими решетками, а в месте ее сопряжения с участковыми выработками сооружают смесительную камеру. Порядок контроля за состоянием дренажной выработки и выполнением работ, связанных с ее обслуживанием, устанавливается паспортом.

Для повышения эффективности дренажных выработок (особенно при газообильности участков более 10 — 12 м3/мин) может применяться изолированный отвод МВС из дренажной выработки с помощью центробежного вентилятора через шурф или скважину большого диаметра (500 — 600 мм), пробуренную с поверхности впереди или, как показано на рис. 5.3, позади очистного забоя. Проектирование данного способа отвода газа осуществляется по рекомендациям ВостНИИ или МакНИИ.

Рис. 5.3. Схема изолированного отвода метановоздушной смеси с дренажной выработки через скважину большого диаметра на дневную поверхность с помощью центробежного вентилятора

5.2.4.4. Отвод метана из выработанного пространства в исходящую струю выемочных участков по трубопроводам с помощью специальных установок (типа УСМ-02 и УСМ-04) рекомендуется применять для борьбы с местными скоплениями метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной (в тупиках погашения) при газовыделении из выработанного пространства до 1,5 м3/мин.

Схема установки УСМ-02 приведена на рис. 5.4. В установке УСМ-04 вместо центробежного вентилятора используется пневматический эжектор. Характеристики установок УСМ-02 и УСМ-04 приведены в Приложении 2.

гофрированная труба; 4 — смесительное устройство; 5 — регулируемое окно; 6 — клапан-заслонка; 7 — перемычка

На рис. 5.5 показана схема отвода метана из тупика погашения в исходящую струю выемочного участка с помощью пневматического эжектора типа ЭДД, который имеет более высокую производительность по сравнению с установкой типа УСМ. При этом опасные местные скопления метана в тупиках погашения ликвидируются, если обеспечивается эффективность отвода газа не ниже 70%.

трубопровод; 3 — регулирующее окно; 4 — клапан-заслонка; 5 — перемычка; 6 — смесительная камера

Выбор эжектора, диаметра трубопровода, а также мер, обеспечивающих безопасность отвода метана, производится в соответствии с Приложением 2.

5.2.4.5. Выпуск МВС из выработанного пространства через каналы в бутовой полосе, выкладываемой у вентиляционной выработки, может применяться для устранения скоплений метана у сопряжения лавы с вентиляционной выработкой при поддержании такой выработки в выработанном пространстве (рис. 5.6). Необходимая ширина канала b_{\text{о}} определяется в зависимости от величины коэффициента k_{\text{ут}.\text{в}} :

при k_{\text{ут}.\text{в}} \leq 1,4 b_{\text{о}} = 1\text{м} ; при k_{\text{ут}.\text{в}} = 1,4 - 1,6 b_{\text{о}} = 1,5\text{м} и при k_{\text{ут}.\text{в}}>1,6 b_{\text{о}} = 2\text{м} .

Расстояние между каналами принимается равным 10 м. В действии должны находиться два канала. После устройства нового канала старый закладывается чураковой перемычкой. Действующие каналы во избежание доступа в них людей должны перекрываться металлическими решетками со стороны штрека. Каналы не следует устраивать под устьями дегазационных скважин.

Если концентрация метана в газовоздушной смеси, отводимой через каналы, превышает 2%, то для разбавления метана необходимо применять один из способов, рекомендованных в Инструкции по разгазированию горных выработок, расследованию, учету и предупреждению загазирований к ПБ.

5.2.5. Оценка схем проветривания выемочных участков по фактору эндогенной пожароопасности

По фактору эндогенной пожароопасности должны оцениваться прямоточные схемы проветривания типа 3-В-Н-н-пт, 3-В-Н-г-пт (рис. 5.1 г, к) только для шахт восточных бассейнов страны.

За критерий эндогенной пожароопасности принимается отношение времени формирования ( T_{\text{пер}} , сут) зоны выработанного пространства, прилегающей к призабойному ( b_{\text{п}.\text{з}} , м), в которой происходят основные утечки воздуха, к продолжительности инкубационного периода самовозгорания угля ( T_{\text{инк}} , сут). Величина T_{\text{инк}} зависит от степени метаморфизма угля и принимается в соответствии с Инструкцией по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров к ПБ.

Время перемещения проветриваемой зоны выработанного пространства определяется по формуле

где b_{\text{п}.\text{з}} — размер зоны выработанного пространства, через которую происходят основные утечки воздуха, для заданных условий отработки пласта, м; определяется по номограмме (рис. 5.7) или по формуле

b_{\text{п}.\text{з}} = b_{\text{п}.\text{з}max}[1 - exp(- 0,186 \sqrt[3]{v_{\text{оч}}h_{\text{л}.\text{в}}^{2}})] ; (5.4)

b_{\text{п}.\text{з}max} = 80 + 53,7v_{\text{оч}} ; (5.5)

для среднеустойчивых пород

b_{\text{п}.\text{з}max} = 35 + 25,2v_{\text{оч}} ; (5.7)

v_{\text{оч}} — скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

h_{\text{л}.\text{в}} — суммарная депрессия лавы и участка вентиляционной выработки на длине, где проявляются утечки воздуха через выработанное пространство, даПа;

R_{\text{в}} — аэродинамическое сопротивление вентиляционной выработки, \text{к}\mu ;

Q_{\text{в}.\text{в}} — расчетный расход воздуха по вентиляционной выработке, равный расходу воздуха, подаваемого в очистной забой и на подсвежение исходящей струи, м3/с.

Рис. 5.7. Номограмма для определения ширины участка

Значения R_{\text{оч}} , Q_{\text{оч}max} , R_{\text{в}} и Q_{\text{в}.\text{в}} определяются по рекомендациям, изложенным в разделе 7.

При отношении T_{\text{пер}}/T_{\text{инк}} \geq 1 рассматриваемая схема пожароопасна, при отношении от 1 до 0,5 — малоопасна и при 0,5 и менее — неопасна.

При отношении T_{\text{пер}}/T_{\text{инк}} \geq 1 необходимо подготовку столбов производить спаренными выработками с отводом исходящей струи на сбойку, отстающую от очистного забоя (схемы 3-В-Н-н-пт, рис. 5.1 л, 3-В-Н-н-пт, рис. П.1.10). Сечение вентиляционной выработки должно быть не менее 11,2 м2.

При отношении T_{\text{пер}}/T_{\text{инк}} от 1 до 0,5 необходимо увеличить сечение вентиляционной выработки, повысить скорость подвигания очистного забоя или перейти на подготовку спаренными выработками (схемы 3-В-Н-в-пт, рис. 5.1 г, л, 3-В-Н-н-пт, рис. П.1.10).

5.3. Схемы проветривания стволов и тупиковых выработок

5.3.1. В период проходки и крепления устья ствола, когда основная проходческая рама еще не уложена и ствол не перекрыт, допускается проветривание за счет диффузии до глубины 10 м. После возведения основной проходческой рамы и устройства нулевой площадки организуется искусственное проветривание ствола по схемам, приведенным на рис. 5.8. В качестве основного способа проветривания рекомендуется нагнетательный по схеме на рис. 5.8 а.

а — при нагнетательном способе; б, в — при комбинированных способах

Нагнетательно-всасывающий способ проветривания по схеме на рис. 5.8 б может применяться при больших диаметрах стволов (от 6 до 9 м), так как при этом способе необходимо пропускать через подвесной полок два трубопровода. При малых диаметрах стволов это выполнить в большинстве случаев невозможно.

Проветривание одиночных стволов можно осуществлять по схеме, приведенной на рис. 5.8 г. При этом основная часть ствола проветривается с помощью вентилятора, установленного на поверхности у устья скважины, пробуренной параллельно стволу и соединяемой со стволом сбойками, а тупиковая часть — с помощью ВМП, установленного на полке в стволе выше сбойки. При проведении новых сбоек выше них сооружаются полки для установки ВМП, а старые сбойки изолируются перемычками. Достоинством этой схемы является возможность проветривания стволов практически на любую глубину. Однако эти схемы сложны и требуют дополнительных затрат на бурение скважин.

5.3.2. При бурении стволов (скважин) проветривание участков, освобожденных от промывочной жидкости, должно осуществляться по схемам, приведенным на рис. 5.8 или 5.9, в зависимости от возможности расположения вентиляционных труб или буровых труб малого диаметра.

3 — водопроводные трубы с вентилями для регулировки водоснабжения воздуходувки; 4 — воздухопроводные трубы с запорно-регулирующей аппаратурой; 5 — замерное устройство; 6 — став стальных труб диаметром 150 мм; 7 — ствол (скважина)

Расстояние от конца вентиляционных труб до забоя ствола (зеркала промывочной жидкости) не должно превышать 8 м в стволах с газовым режимом и 12 м — в стволах, не переведенных на газовый режим.

5.3.3. Проветривание стволов при их углубке осуществляется нагнетательным способом.

Рис. 5.10. Схемы проветривания стволов при углубке полным сечением сверху вниз под предохранительным полком или породным целиком: а — с поверхности; б — с рабочего горизонта; в — с углубочного горизонта

При углубке ствола путем расширения гезенка, предварительно пройденного в сечении ствола, провешивание осуществляется по схеме рис. 5.11. На негазовых шахтах движение воздуха по углубляемому отводу может быть принято нисходящим.

При углубке воздухоподающего ствола углубляемая часть перекрывается герметичным полком, к нему присоединяется трубопровод, по которому исходящая струя воздуха из углубляемой части ствола отводится в исходящую струю шахты или отсасывается вентилятором, установленным на поверхности у устья ствола.

5.3.4. При переоснащении стволов к армированию и второму периоду строительства, а также во время армирования должно осуществляться проветривание ствола на всю глубину, включая и зумпф.

С этой целью к началу выполнения указанных работ между сдвоенными стволами или стволами с параллельной скважиной должна быть завершена проходка сбойки. Проветривание стволов до сбойки осуществляется за счет общешахтной депрессии, а ниже ее (зумпфовая часть) — с помощью ВМП. При заполнении зумпфа водой часть ствола между сбойкой и зеркалом воды допускается проветривать за счет диффузии на глубину до 8 м.

При выполнении работ по армированию одиночного ствола его проветривание осуществляется с помощью вентиляционной установки, расположенной на поверхности и нагнетающей воздух по трубопроводу (по схеме на рис. 5.8 а). Расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя пройденного ствола (с зумпфовой частью) или до зеркала воды должно быть не более 8 м в стволах с газовым режимом и 12 м — в стволах, не переведенных на газовый режим.

5.3.5. Проветривание ствола или выработки, проходка которых производится в кессоне, осуществляется сжатым воздухом, поступающим от компрессорной установки для кессонных работ.

Отработанная струя из рабочей зоны кессона удаляется за счет избыточного давления через воздухоотводящий клапан, который периодически открывается непосредственно в выработку.

Проветривание выработки вне кессона осуществляется с помощью ВМП нагнетательным способом. Исходящая струя удаляется непосредственно по выработке.

С целью очистки воздуха от загрязнений всасывающий трубопровод компрессора должен быть оборудован фильтром.

Компрессорная установка и конец всасывающего трубопровода должны располагаться на таком расстоянии от ствола, чтобы исключалось попадание в компрессор исходящей струи воздуха из ствола (не ближе 20 м от его устья).

В компрессорной установке должен быть предусмотрен влагомаслоотделитель, обеспечивающий очистку поступающего в кессонную камеру воздуха от паров масел, влаги и акролеина.

5.3.6. При организации ступенчатого водоотлива в глубоких стволах оборудуются промежуточные насосные камеры с одним выходом в ствол. В стволах, не переведенных на газовый режим, промежуточные насосные камеры длиной до 10 м могут проветриваться за счет диффузии. При большей длине камеры проветривание ее осуществляется вентилятором, установленным в камере у ее устья. К всасу и нагнетающей стороне вентилятора подсоединяются трубопроводы. Всасывающий трубопровод выводится в ствол на 0,30 — 0,35 м от его крепи, а нагнетающий — прокладывается к забою камеры.

В случаях большого выделения тепла, а также при выделении метана в камеру проветривание ее должно осуществляться с помощью ВМП, установленного на поверхности у ствола или в сбойке между стволами (между стволом и скважиной). Кровлю камеры следует выполнять с небольшим подъемом к стволу.

5.3.7. Для предотвращения скоплений метана в помещении башенного копра, где при проходке стволов сосредоточено проходческое оборудование, рекомендуется схема проветривания, представленная на рис. 5.12.

ствола: 1, 2 — вентилятор и трубопровод для проветривания ствола; 3, 4 — и вентилятор и короб для образования воздушной завесы; 5, 6 — трубопровод и вентилятор

Сущность схемы состоит в отводе за пределы башенного копра исходящей струи воздуха из ствола и в обеспечении искусственного проветривания здания копра у проходческого оборудования.

Для предупреждения поступления в помещение башенного копра МВС устье ствола перекрывается воздушной завесой, создаваемой с помощью вентилятора (3) и коробов (4) со щелевыми окнами, направленными к оси ствола.

С целью предотвращения скоплений метана у электроприводов проходческого оборудования схемой предусматривается постоянный воздухообмен и в здании копра. Обеспечивается это с помощью ВМП (8), установленных в проемах наружных стен копра и нагнетающих воздух под кожухи (7), которыми закрываются электроприводы работающих машин и механизмов.

5.3.8. В зависимости от схемы вскрытия шахтного поля вентиляционные сбойки могут иметь различную длину, что и предопределяет схему их проветривания.

Сбойки, соединяющие центрально-сдвоенные стволы, и сбойки между центрально-отнесенными стволами проветриваются при помощи вентиляционных установок, ранее обеспечивающих вентиляцию стволов при их проходке (рис. 5.13 а).

Воздух в воздухозаборную камеру подается по трубопроводу вентилятором, установленным на поверхности (рис. 5.13 в). При использовании вместо воздухозаборной камеры одной из двух параллельно соединенных выработок воздух в выработку может нагнетаться вентилятором по трубопроводу (рис. 5.13 г) или же отсасываться из нее (рис. 5.13 д).

Воздухозаборная камера изолируется от других выработок перемычкой с вентиляционной дверью, имеющей регулировочное окно. В параллельной выработке со стороны подвода трубопровода с поверхности возводится глухая вентиляционная перемычка.

При применении схем с использованием воздухозаборных камер необходимо выполнять следующие требования: суммарная подача одновременно работающих ВМП, установленных в камере, не должна превышать 70% расхода воздуха в конце трубопровода, проложенного с поверхности; при применении электроэнергии в стволах, переведенных на газовый режим, должен осуществляться контроль расхода воздуха в конце трубопровода, проложенного с поверхности, с помощью аппаратуры автоматического контроля расхода воздуха и контроль концентрации метана у всаса ВМП с электрическими двигателями в соответствии с требованиями ПБ. Кроме того, в стволах, переведенных на газовый режим, тупиковые выработки, проветриваемые ВМП с электрическими двигателями, установленными в стволах, воздухозаборных камерах, должны оборудоваться резервными ВМП с пневматическими двигателями, в которых исключена возможность воспламенения метана при ударах вращающихся частей о корпус вентилятора. Эти вентиляторы используются как резервные и для разгазирования выработок.

Проведение выработок околоствольного двора начинается, как правило, после сбойки стволов. Для обеспечения проветривания выработок устье одного из стволов герметически перекрывается, к нему присоединяется с помощью трубопровода или вентиляционного канала всасывающий вентилятор главного проветривания, после чего обеспечивается движение воздуха между стволами за счет депрессии, создаваемой вентилятором.

Дальнейшая организация проветривания выработок околоствольного двора сводится к постоянному расширению проветривания за счет общешахтной депрессии. В выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, устанавливаются ВМП, которые обеспечивают подачу воздуха в тупиковые выработки.

На рис. 5.14 представлены схемы проветривания на различных этапах развития работ по проведению выработок околоствольного двора с указанием расположения вентиляционных сооружений и направлений движений свежей и исходящей струй.

При организации проветривания выработок околоствольных дворов, когда сложно осуществить разделение свежей и исходящей струй, возможно применение воздухозаборных камер.

5.3.9. Проветривание зумпфов до глубины 6 м осуществляется за счет диффузии. При глубине зумпфов более 6 м проветривание их осуществляется с помощью ВМП или за счет общешахтной депрессии.

5.3.10. Основные схемы проветривания горизонтальных и наклонных выработок приведены на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Основные схемы проветривания тупиковых выработок:

параллельной выработки; г — всасывающим способом

Основным способом проветривания тупиковых выработок является нагнетательный (рис. 5.15 а).

При проведении выработок проходческими комбайнами рекомендуется применять нагнетательно-всасывающий способ с использованием пылеотсасывающих установок (рис. 5.15 б). В этом случае в нагнетательном трубопроводе на расстоянии 3 — 5 м от пылеотсасывающей установки в сторону забоя устанавливается воздуховыпускной клапан, через который основная часть воздуха (65 — 75%) выпускается в выработку и поступает к забою за счет работы вентилятора пылеотсасывающей установки. Пылеотсасывающая установка располагается на расстоянии 30 — 50 м от забоя выработки. Она включается только при работе комбайна.

Выработки, проводимые по мощным и средней мощности пластам, можно проветривать комбинированным способом (рис. 5.15 в). В этом случае основная часть выработки проветривается за счет общешахтной депрессии с использованием для отвода исходящей струи специально проводимой параллельной выработки, сбиваемой с основной выработкой, а тупики небольшой длины — с помощью ВМП. Возможно также проветривание тупиков за счет общешахтной депрессии с помощью продольных перегородок или жестких вентиляционных труб.

При незначительной глубине залегания выработки для ее проветривания могут быть использованы скважины диаметром 200 — 1000 мм. Последние бурят с поверхности через определенное расстояние и используют для отвода исходящей струи за счет общешахтной депрессии при нагнетательном способе проветривания. Тупиковая часть выработки проветривается при помощи ВМП. Скважины можно бурить на вышележащий горизонт, если там имеется выработка, которая может служить для отвода исходящей струи.

Всасывающий способ проветривания, приведенный на рис. 5.15 г, рекомендуется применять на негазовых шахтах. Этот способ может применяться в газовых шахтах при использовании ВМП, допущенных для отсоса метановоздушных смесей, а также эжекторов.

На газовых шахтах ВМП, работающие последовательно на один трубопровод, должны устанавливаться каскадом не более двух. Рассредоточенное расположение ВМП допускается на негазовых шахтах. При этом между вентиляторами должен быть проложен жесткий трубопровод, а все вентиляторы должны быть сблокированы, чтобы в случае выключения одного из них автоматически выключались все последующие. Места расположения ВМП при рассредоточенной работе их на один трубопровод определяются по рекомендациям бассейновых институтов.

Для повышения надежности проветривания выработок в газовых шахтах они должны быть оборудованы резервными ВМП в соответствии с требованиями Правил безопасности.

6. МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМАЯ НАГРУЗКА НА ОЧИСТНУЮ ВЫРАБОТКУ ПО ГАЗОВОМУ ФАКТОРУ

6.1. Расчет максимально допустимой нагрузки на очистную выработку при проектировании новых шахт

6.1.1. Для очистных выработок типа лав по природной метаноносности угольных пластов

Расчет максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистную выработку производится в следующем порядке. Вначале при принятых в проекте параметрах очистной выработки задаются скорости подвигания очистного забоя. Затем в соответствии с разделом 3 рассчитывают метанообильность выемочного участка по источникам выделения (разрабатываемый пласт, подрабатываемые и надрабатываемые угольные пласты и пропластки, вмещающие породы и т.д.) и добычу A (т/сут) по формуле

где l_{\text{оч}.\text{р}} — длина очистной выработки, для которой рассчитывается максимально допустимая нагрузка, м; принимается по проекту;

\gamma — плотность угля, т/м3;

v_{\text{оч}} — скорость подвигания очистного забоя, принятая при расчете ожидаемой метанообильности, м/сут;

k_{\text{н}} — коэффициент извлечения угля, доли единицы; принимается согласно проекту.

Максимально допустимая по газовому фактору нагрузка на очистную выработку A_{max} (т/сут) рассчитывается по формуле

Q_{\text{р}} — параметр, который зависит от схемы проветривания выемочного участка, пропускной способности очистной выработки по воздуху и других факторов; принимается по табл. 6.1.

Таблица 6.1

Значения параметров Q_{\text{р}} и q_{\text{р}}

Примечание. 1. При выемке угольных пластов с присечкой боковых пород или содержащих породные прослойки в формулу (6.2) вводится коэффициент, равный отношению m_{\text{в}.\text{пр}}\gamma_{\text{г}.\text{м}}/m_{\text{в}}\gamma , где \gamma_{\text{г}.\text{м}} — плотность горной массы, т/м3.

2. Формулами (6.2) и (6.16) можно пользоваться при определении нагрузки на очистной забой при скорости подвигания до 6 м/сут.

При расчете нагрузки на лаву по газовому фактору для схем проветривания выемочных участков с последовательным разбавлением метана по источникам (схемы 1-го типа) при движении исходящей струи на выработанное пространство следует принимать меньшую нагрузку из полученных при значениях Q_{\text{уч}.\text{р}} , q_{\text{уч}.\text{р}} и Q_{\text{оч }max} , q_{\text{оч}.\text{р}} .

При отработке тонких крутых пластов щитовыми агрегатами при расчете A_{max} в формулу (6.2) вместо q_{\text{оч}.\text{р}} подставляется относительное метановыделение вынимаемой полосы (q_{\text{пол}}) . Значение q_{\text{пол}} определяется по формуле (6.3) или (6.5) в зависимости от схемы проветривания выемочного участка, а k_{\text{в}.\text{п}} , входящий в формулы, принимается равным 0,8.

Если при расчетах по формуле (6.2) A_{max} получится меньше нагрузки, принятой при определении ожидаемой метанообильности очистной выработки, выемочного участка, то необходимо заново рассчитать ожидаемую метанообильность, приняв при этом скорость подвигания очистного забоя, исходя из A_{max} , а затем расчет A_{max} повторить. Расчет заканчивается, когда расхождение между двумя последовательно полученными результатами не превышает +/- 3%.

Относительная метанообильность очистной выработки и выемочного участка определяется:

при схемах проветривания с последовательным разбавлением метана по источникам выделения

q_{\text{уч}.\text{р}} = q_{\text{п}}\prime_{\text{л}}(1 - k_{\text{дег}.\text{пл}})k_{\text{у}.\text{в}} + k_{\text{у}.\text{в}}q_{\text{в}}\prime_{.\text{п}} . (6.4)

При схемах проветривания выемочных участков с полным обособленным разбавлением метана по источникам выделения

где q_{\text{п}}\prime_{\text{л}} — относительное метановыделение из разрабатываемого пласта в очистной выработке, м3/т;

q_{\text{в}}\prime_{.\text{п}} — относительное метановыделение из выработанного пространства в пределах выемочного участка с учетом эффективности дегазации, м3/т;

k_{\text{у}.\text{в}} — коэффициент, учитывающий условия выемки пласта и направление движения воздуха по лаве; принимается для условий Кузбасса по табл. 6.2, а для остальных бассейнов и месторождений — равным единице;

Значения коэффициента k_{\text{ут}.\text{л}} зависят от схемы проветривания выемочного участка и способа поддержания вентиляционной выработки.

Для возвратноточной схемы проветривания и прямоточной с подсвежением и без подсвежения при примыкании исходящей струи воздуха в пределах выемочного участка к выработанному пространству и поддержании вентиляционной выработки кострами, бутокострами, бутовой полосой с окнами (каналами) или сплошной бутовой полосой шириной до 5 м выделение метана из выработанного пространства в лаву не происходит, т.е. k_{\text{в}.\text{п}} = 0 .

Если для поддержания вентиляционной выработки выкладывается сплошная бутовая полоса шириной более 5 м, то k_{\text{ут}.\text{л}} принимается в зависимости от ее ширины b_{\text{п}} :

Значение q_{\text{п}}\prime_{\text{л}} при отработке пласта без разделения на слои и схемах проветривания выемочных участков с последовательным разбавлением метана по источникам выделения определяется по формуле (6.7), а q_{\text{в}}\prime_{.\text{п}} — по формуле (6.8)

q_{\text{в}}\prime_{.\text{п}} = (q_{\text{с}.\text{п}} + q_{\text{пор}})(1 - k_{\text{д}.\text{с}.\text{п}}) + q_{\text{с}.\text{н}}(1 - k_{\text{д}.\text{с}.\text{н}}) + k_{\text{э}.\text{п}}(x - x_{\text{о}})(1 - k_{\text{д}.\text{пл}}) , (6.8)

где k_{\text{д}.\text{с}.\text{п}} , k_{\text{д}.\text{с}.\text{н}} — коэффициенты, учитывающие соответственно эффективность дегазации подрабатываемых и надрабатываемых сближенных угольных пластов и вмещающих пород, доли единицы; принимаются в соответствии с Руководством по дегазации угольных шахт.

Если пласт отрабатывается с разделением на слои, то:

при выемке первого своя q_{\text{п}}\prime_{\text{л}_{1}} определяется по формуле (6.9), а q_{\text{в}}\prime_{.\text{п}} — по формуле (6.10)

(6.10)

при выемке второго слоя q_{\text{п}}\prime_{\text{л}_{2}} = k_{\text{пл}_{2}}(x_{\text{о}.\text{с}} - x_{1}) , а q_{\text{в}}\prime_{.\text{п}} по формуле (6.8), в которой вместо x подставляется x_{\text{о}.\text{с}} .

Значения q_{\text{о}}\prime_{.\text{у}} , q_{\text{о}.\text{у}} , q_{\text{с}.\text{п}} , q_{\text{с}.\text{н}} , q_{\text{пор}} , q_{\text{о}.\text{п}} и x_{\text{о}.\text{с}} определяются по формулам, приведенным в разделе 3.

6.1.2. Для систем разработки с камерообразными очистными выработками

Максимально допустимая нагрузка на очистной забой определяется в этих условиях следующим образом.

При щитовой системе разработки в условиях Кузнецкого бассейна A_{max} определяется по формуле

где n_{\text{ц}} — число циклов;

A_{\text{ц}} — масса угля, отбиваемого за один цикл, т;

V_{\text{оч}} — проветриваемый объем подщитового пространства, м3; определяется в соответствии с п. 7.3.3;

k_{\text{т}.\text{д}} — коэффициент турбулентной диффузии; зависит от мощности щита вкрест простирания и принимается равным 0,9; 0,8; 0,6; 0,6; 0,5 при мощности щита вкрест простирания соответственно 2, 3, 4, 5, 6 м.

Депрессия участка определяется по формуле

h_{\text{уч}} = R_{\text{тн}}Q_{\text{уч}}^{2} , (6.13)

где R_{\text{тн}} — аэродинамическое сопротивление наиболее труднопроветриваемой вентиляционной ветви проектируемого участка; при отсутствии фактических или расчетных данных ориентировочно принимается равным 0,10\text{к}\mu .

Расход воздуха, подаваемого на участок, ориентировочно принимается равным 10 м3/с.

При комбинированной системе разработки с гибким перекрытием и выемке нижнего слоя столбами по падению максимально допустимая нагрузка на очистной забой (фронт работ под перекрытием) определяется аналогично тому, как она рассчитывается при щитовой системе разработки. Отличие состоит лишь в том, что масса угля, отбиваемого за один цикл, определяется по формуле

A_{\text{ц}} = \frac{1,26k_{\text{ащ}} \sqrt{h_{\text{уч}}V_{\text{оч}}} k_{\text{т}}\prime_{.\text{д}}(C - C_{\text{о}})}{k_{\text{м}}k_{1}\prime a_{\text{з}}(x - x_{\text{о}})^{2}} , (6.14)

где k_{\text{ащ}} — коэффициент, учитывающий влияние мощности слоя на изменение аэродинамического сопротивления призабойного пространства; определяется в соответствии с п. 7.3.2;

k_{\text{т}}\prime_{.\text{д}} — коэффициент турбулентной диффузии вентиляционной струи в призабойном пространстве под перекрытием; принимается равным 0,8; 0,7; 0,6 и 0,4 при мощности слоя под перекрытием, отрабатываемого одним забоем, соответственно равной 4, 5, 6 и 7 м.

При комбинированной системе разработки с гибким перекрытием и выемке нижнего слоя подэтажами по простиранию максимально допустимая нагрузка на забой определяется по номограмме, приведенной на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Номограмма для определения A_{max} при комбинированной системе разработки с гибким перекрытием

Для определения по номограмме A_{max} предварительно по формуле (6.15), исходя из Q_{\text{оч}.max} , C и C_{\text{о}} , рассчитывают максимальное метановыделение из очистной выработки I_{\text{оч}.max} , устанавливают метаноносность разрабатываемого пласта x и мощность рабочего слоя под перекрытием m_{\text{сл}.\text{п}} . Затем по x, m_{\text{сл}.\text{п}} и I_{\text{оч}.max} , пользуясь ключом (см. рис. 6.1), определяют A_{max} (точка О) и высоту рабочего подэтажа H_{\text{п}} (точка С)

Если нельзя обеспечить подачу в очистную выработку Q_{\text{оч}.max} , то определяется возможная нагрузка на забой, исходя из фактического распределения воздуха по шахте Q_{\text{оч}.\text{ф}} . В этом случае для определения возможной нагрузки сначала рассчитывают предельное метановыделение I_{\text{оч}.\text{пр}} по формуле (6.15), в которую вместо Q_{\text{оч}.max} подставляют Q_{\text{оч}.\text{ф}} ; затем по номограмме по I_{\text{оч}.\text{пр}} , x и m_{\text{сл}.\text{п}} определяют A и H_{\text{п}} .

6.2. Расчет максимально допустимой нагрузки на очистную выработку для действующих шахт

Исходными данными для расчета максимально допустимой нагрузки являются: максимальный расход воздуха, который можно подать в очистную выработку Q_{\text{оч}.max} , м3/мин; среднее метановыделение в очистной выработке \overline{I_{\text{оч}}} и на выемочном участке \overline{I_{\text{уч}}} , м3/мин; добыча A, т/сут, при которой определены \overline{I_{\text{оч}}} и \overline{I_{\text{уч}}} ; длина очистного забоя l_{\text{оч}} , м, для которого известны \overline{I_{\text{оч}}} , \overline{I_{\text{уч}}} , A; длина очистного забоя l_{\text{оч}.\text{р}} , м, для которого рассчитывается максимально допустимая нагрузка.

Значения \overline{I_{\text{оч}}} и \overline{I_{\text{уч}}} определяются согласно указаниям, приведенным в подразделе 3.2. Если расчет выполняется по фактическому метановыделению в очистной выработке \overline{I_{\text{оч}.\text{ф}}} и на участке \overline{I_{\text{уч}.\text{ф}}} , то \overline{I_{\text{оч}}} = \overline{I_{\text{оч}.\text{ф}}} , \overline{I_{\text{уч}}} = \overline{I_{\text{уч}.\text{ф}}} , при этом l_{\text{оч}} и A — фактические длина очистного забоя и нагрузка.

Для вновь вводимых очистных выработок в тех случаях, когда ожидаемое метановыделение определяется по природной метаноносности, следует задаться скоростью подвигания очистного забоя и рассчитать по формулам раздела 3 ожидаемую метанообильность, а по формуле (6.2) - нагрузку.

Максимально допустимая по газовому фактору нагрузка на очистную выработку рассчитывается по формуле

A_{max} = k_{A}A , (6.16)

где k_{A} — коэффициент возможного увеличения добычи; определяется по формуле (6.17) или при помощи номограмм (рис. 6.2) по величинам Q_{\text{р}} , \overline{I_{\text{р}}} и l_{\text{оч}.\text{р}}l_{\text{оч}} ;

k_{A} = \overline{I_{\text{р}}^{- 1,67}}(\frac{Q_{\text{р}}}{194})1,93(\frac{l_{\text{оч}.\text{р}}}{l_{\text{оч}}}) - 0,57 , (6.17)

\overline{I_{\text{р}}} — среднее метановыделение в очистной выработке или на выемочном участке, м3/мин; принимается по табл. 6.4;

Q_{\text{р}} — расход воздуха, который может быть использован для разбавления выделяющегося в очистной выработке или на выемочном участке метана, м3/мин; принимается по табл. 6.4;

Рис. 6.2. Номограмма для определения A_{max}

Таблица 6.4

7. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

7.1. Расчет расхода воздуха для шахты в целом

Q_{\text{ш}} = 1,1(\sum Q_{\text{уч}} + \sum Q_{\text{п}.\text{в}} + \sum Q_{\text{пог}.\text{в}} + \sum Q_{\text{под}.\text{в}} + \sum Q_{\text{к}} + \sum Q_{\text{ут}}) , (7.1)

где 1,1 — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок;

При нескольких вентиляционных установках по формуле (7.1) определяется в соответствии со схемой проветривания расход воздуха по группам выработок (крылу, шахтопласту), проветриваемым отдельными вентиляторами, а общий расход воздуха для шахты рассчитывается как сумма полученных результатов.

Расход воздуха для проветривания шахты, определенный по формуле (7.1), должен удовлетворять при проектировании условию (7.2), а для действующих шахт - (7.3).

Q_{\text{ш}} \geq 133,3(\sum \overline{I_{\text{уч}}} + \sum \overline{I_{\text{п}.\text{в}}} + \sum \overline{I_{\text{ст}}} + \sum \overline{I_{\text{с}.\text{в}}}) , (7.2)

где \sum \overline{I_{\text{уч}}} — абсолютное среднее газовыделение на выемочных участках, м3/мин;

\sum \overline{I_{\text{п}.\text{в}}} — абсолютное среднее газовыделение из обособленно проветриваемых тупиковых выработок, м3/мин;

\sum \overline{I_{\text{ст}}} — абсолютное среднее газовыделение из старых выработанных пространств ранее отработанных этажей и горизонтов, м3/мин;

\sum \overline{I_{\text{с}.\text{в}}} — абсолютное среднее газовыделение из погашаемых и поддерживаемых выработок, м3/мин.

Q_{\text{ш}} \geq \frac{100k_{\text{н}.\text{ш}}}{C - C_{\text{о}}} \sum \overline{I_{\text{исх}}} , (7.3)

где k_{\text{н}.\text{ш}} — коэффициент неравномерности газовыделения в шахте; для условий шахт Подмосковного и Днепровского буроугольных бассейнов принимается равным 2,3, а для прочих условий — 1,1;

C — допустимая концентрация газа в исходящих из шахты вентиляционных струях, %; принимается согласно ПБ;

C_{\text{о}} — концентрация газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты, %; при расчете по метановыделению принимается равной 0, а при расчете по углекислому газу определяется по данным анализов;

\sum \overline{I_{\text{исх}}} — абсолютное среднее газовыделение <*> в исходящих из шахты вентиляционных струях, м3/мин; определяется в соответствии с п. 3.2.5 или п. 4.2.3.

<*> Далее по тексту — газовыделение (метановыделение, выделение углекислого газа).

Если условия (7.2) и (7.3) не выполняются, то Q_{\text{ш}} определяется по формуле (7.2) или (7.3).

Расход воздуха для проветривания шахты на период строительства определяется по формуле (7.1).

7.2. Расчет расхода воздуха для проветривания одиночных тупиковых выработок и вертикальных стволов

7.2.1. Расход воздуха, необходимый для проветривания тупиковых выработок и стволов, рассчитывается по выделению метана или углекислого газа, по газам, образующимся при взрывных работах, числу людей, средней минимальной скорости воздуха в выработке и минимальной скорости воздуха в призабойном пространстве выработки с учетом температуры. Окончательно принимается наибольший результат.

На строящихся шахтах дополнительно рассчитывается расход воздуха по газам, образующимся при сварочных работах. Окончательно принимается наибольший результат.

Для тупиковых выработок протяженностью до 300 м и стволов расчет выполняется сразу для максимальной длины. Для тупиковых выработок большей протяженности допускается расчет на отдельные периоды для промежуточных значений длины 300, 600, 900 м и т.д., включая максимальную длину. При проведении тупиковых выработок по пластам средней мощности и мощным допускается выполнять расчет расхода воздуха первоначально для длины 75 — 100 м и далее с интервалом 100 м, включая проектную длину.

Расчет расхода воздуха производится для призабойного пространства (Q_{\text{з}.\text{п}}) и в целом для выработки (Q_{\text{п}}) .

7.2.2. Расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа) производится следующим образом.

При выемке угля в тупиковых выработках комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием пласта, а также при проходке стволов

где Q_{\text{з}.\text{п}} — расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, ствола, м3/мин;

I_{\text{з}.\text{п}} — метановыделение на призабойном участке, м3/мин; определяется в соответствии с п. 3.2.2;

C — допустимая согласно ПБ концентрация метана в исходящей из выработки вентиляционной струе, % (по объему) <*>;

C_{\text{о}} — концентрация метана в струе воздуха, поступающего в тупиковую выработку, %; определяется для тупиковых выработок действующих шахт по результатам измерений, для проектируемых — принимается равной 0,05%, а для стволов C_{\text{о}} = 0 .

<*> Далее по тексту вместо % (по объему) будет писаться %.

При взрывном способе выемки угля в тупиковых выработках, проводимых по угольным пластам (для шахт, опасных по газу)

Q_{\text{з}.\text{п}} = \frac{Sl_{\text{з}.\text{тр}}}{k_{\text{т}.\text{д}}} [\frac{71I_{\text{з}.\text{п}.max}}{Sl_{\text{з}.\text{тр}}(C_{max} - C_{\text{о}}) + 18I_{\text{з}.\text{п}.max}}]2 , (7.5)

l_{\text{з}.\text{тр}} — расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя выработки, м; принимается согласно требованиям ПБ;

k_{\text{т}.\text{д}} — коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1,0 при S \leq 10\text{м}^{2} и 0,8 — при большем сечении выработки в свету;

I_{\text{з}.\text{п}.max} — максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, м3/мин; определяется согласно п. 3.1.4;

C_{max} — допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания по углю, %; принимается равной 2%.

Для тупиковых выработок, вскрывающих тонкие крутые пласты, расчет Q_{\text{з}.\text{п}} по формуле (7.5) не производится.

При нагнетательно-всасывающем способе проветривания тупиковых выработок с использованием пылеулавливающих установок (см. рис. 5.15 б) расход воздуха в нагнетательном трубопроводе перед воздуховыпускным клапаном Q_{\text{з}}\prime_{.\text{п}} должен быть больше или равен 1,2Q_{\text{з}.\text{п}} , где Q_{\text{з}.\text{п}} — расход воздуха, определенный по формуле (7.4).

Расход воздуха через воздуховыпускной клапан Q_{\text{в}.\text{к}} принимается (0,65 - 0,75)Q_{\text{з}}\prime_{.\text{п}} , а подача пылеулавливающей установки Q_{\text{п}.\text{у}} = 1,2Q_{\text{з}.\text{п}} . При этом должно выполняться условие Q_{\text{з}.\text{п}} \geq Q_{\text{п}.\text{у}} , а Q_{\text{в}.\text{к}} \geq 15S .

Расход воздуха для проветривания всей тупиковой выработки Q_{\text{п}} (м3/мин) при любых способах ее проведения определяется по формуле

Q_{\text{п}} = \frac{100I_{\text{п}}k_{\text{н}}}{C - C_{\text{о}}} , (7.6)

где I_{\text{п}} — метановыделение (выделение углекислого газа) в тупиковой выработке, м3/мин; метановыделение определяется согласно п. 3.1.4, а выделение углекислого газа - разделу 4.

Значение k_{\text{н}} принимается, кроме Подмосковного и Днепровского буроугольных бассейнов, равным 1, а в условиях Подмосковного и Днепровского буроугольных бассейнов — 2,4 для выработок, проводимых в угольном массиве, и 3,3 для выработок, проводимых вприсечку к выработанному пространству.

При расчете Q_{\text{п}} по углекислому газу значение C_{\text{о}} принимается равным концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты.

7.2.3. Расчет расхода воздуха для проветривания тупиковой выработки, ствола по газам, образующимся при взрывных работах, осуществляется по формуле

B_{\text{уг}} , B_{\text{пор}} — масса одновременно взрываемых ВВ по углю и породе соответственно, кг; если взрывание по углю и породе производится раздельно (в несколько приемов), то при расчете Q_{\text{з}.\text{п}} принимается максимальное значение V_{\text{вв}} ;

T — время проветривания выработки после взрывания, мин; принимается согласно ПБ;

\overline{S} — средняя площадь поперечного сечения выработки в свету при переменном сечении, м2;

\overline{S} = \frac{S_{1}l_{1} + S_{2}l_{2} + ... + S_{n}l_{n}}{l_{1} + l_{2} + ... + l_{n}} ; (7.9)

S_{1} , S_{2} , ..., S_{n} — площади поперечных сечений отдельных участков выработки (ствола), м2;

l_{1} , l_{2} , ..., l_{n} — длина этих участков, м;

l_{\text{п}} — длина тупиковой части выработки (ствола), м; для горизонтальных и наклонных тупиковых выработок длиной 500 м и более вместо l_{\text{п}} подставляется критическая длина l_{\text{п}.\text{кр}} , равная 500 м. Для стволов l_{\text{п}.\text{кр}} определяется по формуле

l_{\text{п}.\text{кр}} = \frac{12,5V_{\text{вв}}k_{\text{т}.\text{с}}k_{\text{с}_{1}}}{\overline{S}} ; (7.10)

k_{\text{обв}} — коэффициент, учитывающий обводненность тупиковой выработки (ствола); принимается по табл. 7.1;

k_{\text{ут}.\text{тр}} — коэффициент утечек воздуха в вентиляционных трубопроводах; определяется согласно п. 7.8.3. При длине l_{\text{п}}<l_{\text{п}.\text{кр}} значение k_{\text{ут}.\text{тр}} принимается для длины l_{\text{п}} , а при l_{\text{п}} \geq l_{\text{п}.\text{кр}} — для длины, равной l_{\text{п}.\text{кр}} . При определении k_{\text{ут}.\text{тр}} необходимо предварительно принять Q_{\text{з}.\text{п}} = 60SV_{min} ;

k_{\text{т}.\text{с}} — коэффициент турбулентной диффузии полной свободной струи; определяется по табл. 7.2 в зависимости от величины \frac{l_{\text{з}.\text{тр}}}{d_{\text{тр}.\text{п}}} ;

d_{\text{тр}.\text{п}} — приведенный диаметр трубопровода, м; при расположении трубопровода в углу тупиковой выработки равен 2d_{\text{тр}} , а при расположении у стенки выработки или у стенки ствола посредине высоты или ширины выработки равен 1,5d_{\text{тр}} . При использовании в стволах двух параллельных трубопроводов d_{\text{тр}.\text{п}} = 1,5(d_{\text{тр}_{1}} + d_{\text{тр}_{2}}) ;

k_{\text{с}_{1}} — коэффициент, учитывающий совместное влияние обводненности и глубины ствола, а также температуры пород в стволе на процесс разбавления вредных газов; определяется по формуле

k_{\text{с}_{1}} = \frac{0,88k_{\text{с}_{2}}}{\sqrt{H_{\text{с}}} + t_{\text{п}} - t_{\text{о}}} + 0,04 ; (7.11)

H_{\text{с}} — глубина ствола от поверхности до расчетного пункта, м;

k_{\text{с}_{2}} — коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола; зависит от притока воды и равен:

t_{\text{п}} — естественная температура пород на глубине H_{\text{с}} , °C; принимается по данным геологоразведки, а при их отсутствии рассчитывается по Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах;

t_{\text{о}} — среднемесячная температура атмосферного воздуха для июля, °C; принимается по данным, приведенным в Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах.

7.2.4 Расход воздуха по минимальной скорости в выработке рассчитывается по формуле

Q_{\text{з}.\text{п}} = 60V_{\text{п}.min}S , (7.12)

где V_{\text{п}.min} — минимально допустимая согласно ПБ скорость воздуха в тупиковой выработке (стволе), м/с.

Расход воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве тупиковой выработки в зависимости от температуры определяется по формуле

где V_{\text{з}.min} — минимально допустимая согласно ПБ скорость воздуха в призабойном пространстве выработки в зависимости от температуры, м/с.

7.2.5. При проведении параллельных выработок, основная часть которых проветривается за счет общешахтной депрессии, а тупиковая — вентиляторами местного проветривания (ВМП), расчет расхода воздуха для тупиковой части выработок производится согласно пунктам 7.2.3 - 7.2.5, а расход воздуха в месте установки ВМП Q_{\text{вс}} должен удовлетворять условиям (7.112) или (7.113) и (7.14)

где I_{\text{пар}} — выделение метана в параллельной выработке от ее устья до места установки ВМП, м3/мин; определяется по формуле (3.50), в которой k_{\text{т}} рассчитывается как разность между его значениями для всей выработки (от устья до забоя) и участка выработки от места установки ВМП до забоя.

Расход воздуха, который необходимо подавать в устье параллельных выработок, рассчитывается по формуле (7.15) и должен удовлетворять условию (7.16)

Q_{\text{у}.\text{пар}} = Q_{\text{в}.\text{с}}(1 + 0,025n_{\text{п}}) ; (7.15)

где Q_{\text{в}.\text{с}} — расход воздуха в месте установки ВМП, м3/мин;

n_{\text{п}} — число перемычек от устья параллельных выработок до места установки вентиляторов;

I_{\text{п}.\text{пар}} — метановыделение в параллельные выработки, м3/мин; определяется согласно п. 3.1.4.

7.2.6. Расчет расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок, проводимых широким ходом, определяется аналогично расчету его для выемочных участков. При этом, определяя относительное метановыделение из сближенных пластов, значение вынимаемой мощности пласта в формуле (3.34) принимается равным

где l_{\text{закл}} — расстояние от забоя до закладочного массива, м; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей;

k_{\text{н}.\text{з}} — коэффициент, учитывающий неполноту закладки; принимается для гидравлической закладки 0,05, а пневматической — 0,1;

k_{\text{ус}} — коэффициент усадки; определяется по фактическим данным, при отсутствии таких данных принимается для гидравлической закладки равным 0,2, а пневматической — 0,3.

где k_{\text{н}.\text{с}} — коэффициент, учитывающий неравномерность выполнения сварочных работ; принимается равным 1,1 — 1,2;

M_{\text{св}.\text{п}} — масса сварочной пыли и газов, образующихся при расходе 1 кг электродов, в пересчете на условную окись марганца, г/кг; принимается по табл. 7.3 в зависимости от типа и марки электрода;

n_{\text{пос}} — число сварочных постов, действующих в выработке одновременно;

P_{\text{э}} — расход электродов на сварку 1 метра шва, кг/м;

N_{\text{св}} — норма времени на 10 метров сварочного шва, ч/м; принимается N_{\text{св}} = 3,4\text{ч}/\text{м} ;

C_{\text{п}} — предельно допустимая концентрация пыли окислов марганца, мг/м3; принимается C_{\text{п}} = 0,3\text{мг}/\text{м}^{3} .

Таблица 7.3

7.3. Расчет расхода воздуха для проветривания очистных выработок

7.3.1 Общие положения

Расход воздуха, необходимый для проветривания очистных выработок, должен рассчитываться по выделению метана, углекислого газа, газов, образующихся при взрывных работах, по числу людей и должен проверяться по допустимой скорости воздуха, а при последовательном проветривании тупиковых и очистных выработок — также по подаче ВМП. Окончательно принимается наибольший результат.

При выемке каменных углей с присечкой боковых пород, а также антрацитовых пластов и температуре воздуха 16 °C и выше расход воздуха должен быть дополнительно рассчитан из условия оптимальной по пылевому фактору скорости, если для разбавления вредных газов или по температурным условиям не требуется большая скорость воздуха.

Для схем проветривания с примыканием исходящей струи к целику и погашением вентиляционной выработки (схемы типа 1-М, 2-М, рис. П.1.3) расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа) следует вести сразу для выемочного участка по формуле (7.46).

7.3.2 Расчет воздуха по выделению метана (углекислого газа)

Расход воздуха для проветривания очистных выработок (лав) при максимально допустимой нагрузке на лаву по газовому фактору

k_{\text{з}} — коэффициент, учитывающий загроможденность призабойного пространства; принимается равным 0,9;

b_{min} — минимальная ширина призабойного пространства, м; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей.

Таблица 7.4

Примечание. При отработке тонких и средней мощности крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ значение k_{\text{о}.\text{з}} принимается равным 1,15.

Примечание. При мощности пласта и площади поперечного сечения, не указанных в таблице, сечение в свету и r_{100} определяются интерполяцией.

Если нагрузка на лаву принята по другим ограничивающим факторам, то расход воздуха определяется по формуле

Q_{\text{оч}} = \frac{100\overline{I_{\text{оч}}}k_{\text{н}}}{C - C_{\text{о}}} , (7.21)

Таблица 7.7

Значения коэффициента неравномерности выделения углекислого газа

При выемке угля в очистных выработках буровзрывным способом значения k_{\text{н}} , полученные по формуле (7.22) или взятые из табл. 7.6, необходимо умножить на коэффициент, равный 1,20.

На действующих шахтах для спаренных лав с общей исходящей струей воздуха, когда расстояние между ними не превышает 15 м, то есть когда невозможно определить фактическое метановыделение из каждой лавы по результатам измерений, расход воздуха рассчитывается по формуле (7.21), а метановыделение \overline{I_{\text{оч}_{i}}} — по формуле

\overline{I_{\text{оч}_{i}}} = \frac{\overline{I_{\text{оч}.\text{с}}}A_{\text{оч}_{i}}k_{\text{о}.\text{у}.\text{т}}}{(A_{\text{оч}_{1}} + A_{\text{оч}_{2}})} , (7.23)

где \overline{I_{\text{оч}.\text{с}}} — среднее фактическое (ожидаемое) метановыделение из двух очистных выработок, м3/мин; определяется согласно подразделу 3.2;

A_{\text{оч}_{i}} — фактическая добыча из i-той (1-ой, 2-ой) лавы, т/сут;

k_{\text{о}.\text{у}.\text{т}} — коэффициент, учитывающий изменение метанообильности лавы за счет выделения метана из отбитого угля, транспортируемого по выработкам участка; принимается равным 1, когда отбитый уголь транспортируется по своим бортовым выработкам; 0,87 — при транспортировании угля по центральной выработке и для одной из лав, уголь из которой поступает в другую лаву, и 1,15 — для лавы, по которой уголь транспортируется из смежной.

При последовательном проветривании очистных выработок расчет расхода воздуха по выделению метана для второй лавы определяется по формуле (7.24) или (7.25), а для первой лавы — по формуле (7.21)

где Q_{\text{оч}_{2}} — расход воздуха, который необходимо подавать во вторую лаву, м3/мин;

C_{1} — допустимая концентрация метана в воздухе, поступающем во вторую лаву, %; принимается согласно ПБ;

\overline{I_{\text{оч}_{1}}} , \overline{I_{\text{оч}_{2}}} — среднее фактическое (ожидаемое) выделение метана в 1, 2 лавах, считая от выработки с поступающей струей воздуха, м3/мин.

Значения коэффициента неравномерности метановыделения в формуле (7.25) принимаются по суммарному метановыделению в последовательно проветриваемых лавах.

Расчет расхода воздуха по выделению углекислого газа при последовательном проветривании производится для первой лавы по формуле (7.21), а для второй — по формуле (7.25), в которой \overline{I_{\text{оч}_{1}}} , \overline{I_{\text{оч}_{2}}} — ожидаемое среднее выделение углекислого газа в 1, 2 лавах, считая от выработки с поступающей струей воздуха, м3/мин.

Расход воздуха для очистных выработок при отработке мощных пластов щитовой системой разработки и комбинированной системой с гибким перекрытием (КГП) и выемкой нижнего слоя столбами по падению определяется по формуле

где \overline{I_{\text{оч}.\text{пл}}} — среднее фактическое (ожидаемое) метановыделение из обнаженной поверхности пласта, м3/мин; определяется согласно подразделам 3.1, 3.2;

k_{\text{у}.\text{м}} — коэффициент, учитывающий увеличение метанообильности очистной выработки в зависимости от применяемой технологии; определяется согласно подразделу 3.1;

k_{\text{т}}\prime_{.\text{д}} — коэффициент турбулентной диффузии вентиляционной струи в подщитовом пространстве; определяется согласно п. 6.1.2;

Q_{\text{ут}} — утечки воздуха через щитовое или гибкое перекрытие;

k_{\text{щк}} — коэффициент, равный для щитовой системы разработки 0,04, а для комбинированной системы разработки с гибким перекрытием при выемке нижнего слоя столбами по падению — 0,08;

S_{\text{щ}} — площадь щитового или гибкого перекрытия по всей длине действующего забоя, м2; определяется как произведение мощности слоя, отрабатываемого одним забоем (при КГП), на ширину отрабатываемого столба;

h_{\text{уч}} — депрессия выемочного участка, даПа; определяется по формуле (6.13).

Расход воздуха, определенный по формуле (7.26), должен удовлетворять условиям:

для щитовой системы разработки

Q_{\text{оч}} \leq k_{\text{ащ}} \sqrt{h_{\text{уч}}V_{\text{оч}}} + Q_{\text{ут}} , (7.29)

где V_{\text{оч}} — проветриваемый объем подщитового пространства, м3; определяется в соответствии с п. 7.3.3;

k_{\text{ащ}} — коэффициент, учитывающий влияние мощности слоя на изменение сопротивления призабойного пространства; зависит от мощности слоя m_{\text{сл}} и равен:

7.3.3 Расчет по газам, образующимся при взрывных работах

Q_{\text{оч}} = \frac{34}{T} \sqrt{B_{\text{уг}}V_{\text{оч}}} , (7.30)

где T — время проветривания выработки, мин; принимается согласно ПБ;

B_{\text{уг}} — масса одновременно взрываемых (ВВ) по углю, кг;

V_{\text{оч}} — проветриваемый объем очистной выработки, м3;

b_{max} — максимальная ширина призабойного пространства, м; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей, а для лавообразных выработок с большим шагом обрушения (закладки) — равной ширине трех рабочих лент (дорожек).

Q_{\text{оч}} = \frac{27,5}{T} 3 \sqrt{B_{\text{уг}}V_{\text{оч}}^{2}} . (7.32)

Проветриваемый объем очистной выработки при щитовой системе разработки с четырьмя секциями в щите длиной 6 м каждая и ширине щитового перекрытия 2 — 10 м принимается в соответствии с табл. 7.8.

Примечание. Для сдвоенных щитов проветриваемый объем подщитового пространства равен сумме объемов двух одинарных.

Для других условий проветриваемый объем подщитового пространства V_{\text{оч}} определяется по формуле

Проветриваемый объем очистной выработки при комбинированной системе разработки с гибким перекрытием для лав монтажного и нижнего слоев при отработке подэтажами по простиранию определяется по формуле

где m_{\text{с}} — высота рабочего слоя под перекрытием, м;

H_{\text{п}} — высота подэтажа нижнего слоя под перекрытием, м;

V_{\text{оч}} — скорость подвигания рабочего слоя под перекрытием, м/сут.

Проветриваемый объем для очистных выработок нижнего слоя при отработке столбами по падению

где S_{\text{к}} — площадь поперечного сечения наклонно-поперечной канавы, м2;

l_{\text{к}} — длина наклонно-поперечной канавы, м;

n_{\text{к}} — число наклонно-поперечных канав;

S_{\text{п}.\text{п}} — площадь поперечного сечения продольного прохода под гибким перекрытием, м2;

7.3.4 Расчет расхода воздуха по числу людей

Q_{\text{оч}} = 6n_{\text{чел}} , (7.36)

где n_{\text{чел}} — наибольшее число людей, одновременно работающих в очистной выработке.

При последовательном проветривании лав

Q_{\text{оч}} = 60S_{\text{оч}.min}V_{\text{опт}}k_{\text{о}.\text{з}} , (7.38)

где V_{\text{опт}} — оптимальная скорость воздуха в призабойном пространстве лавы, м/с; принимается 1,6 м/с.

7.3.6 Проверка расхода воздуха по скорости производится по следующим формулам:

по минимальной скорости воздуха в очистной выработке

где S_{\text{оч}.max} — максимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м2; при механизированных крепях принимается согласно табл. 7.5, а при индивидуальной крепи рассчитывается по формуле

S_{\text{оч}.max} = k_{\text{з}}m_{\text{в}.\text{пр}}b_{max} ; (7.40)

b_{max} — максимальная ширина призабойного пространства, м; принимается согласно паспорту крепления и управления кровлей;

V_{min} — минимально допустимая скорость воздуха в очистной выработке, м/с; принимается согласно ПБ;

по максимальной скорости воздуха в очистной выработке

где V_{max} — максимально допустимая скорость воздуха в очистной выработке, м/с; принимается согласно ПБ;

по минимальной скорости воздуха в промежуточных штреках с подсвежающими струями при последовательном проветривании лав

Q_{\text{оч}.\text{п}} \geq 60S_{\text{оч}.max}V_{min}k_{\text{о}.\text{з}} + 60V_{min} \sum S_{\text{пр}.\text{ш}} , (7.42)

где \sum S_{\text{пр}.\text{ш}} — площадь поперечных сечений промежуточных штреков, по которым подаются подсвежающие струи, м2;

V_{min} — минимальная скорость воздуха в промежуточных штреках, м/с; принимается согласно ПБ.

7.3.7. Проверка по подаче ВМП при последовательном проветривании тупиковых и очистных выработок производится по соблюдению условия

7.4. Расход воздуха для проветривания выемочных участков

Под выемочным участком понимается обособленно проветриваемый очистной забой и прилегающие к нему подготовительные выработки (при последовательном проветривании — все проветриваемые последовательно очистные забои с прилегающими к ним подготовительными выработками).

Примеры схем проветривания выемочных участков показаны на рис. 5.1, П.1.2, П.1.3. Две спаренные лавы с общей исходящей струей воздуха (рис. 5.1 з, схема 3-В-З-г-пт) представляют собой один выемочный участок. Две спаренные лавы в случае отвода исходящих струй из каждой лавы раздельно (рис. П.1.2, схема III) следует рассматривать как два выемочных участка. При щитовой системе разработки выемочный участок включает действующий щитовой забой с прилегающими к нему выработками и выработки, проводимые для монтажа нового щита (рис. П.1.2, схема VI).

Расчет для выемочного участка выполняется по расходу воздуха, необходимого для проветривания очистной выработки, или газовыделению на участке и проверяется по числу людей.

При применении на выемочных участках пневмозакладочных комплексов, выемочных машин фронтального действия (ВМФ), а также управления метановыделением средствами вентиляции (отвод МВС по неподдерживаемым выработкам, трубопроводу с помощью газоотсасывающих установок) расход воздуха рассчитывается с учетом их влияния.

Если для схем типа 1-В условие (7.44) не выполняется, а также для других схем проветривания (схемы типа 1-М, 2-М, 2-В, 3-В, рис. П.1.3), то расход воздуха определяется по формуле

Значения \overline{I_{\text{уч}}} определяются для действующих шахт в соответствии с подразделом 3.2; для проектируемых — по формуле (3.90), а k_{\text{н}} — по табл. 7.6 или формуле (7.22).

Для шахт Подмосковного и Днепровского буроугольных бассейнов k_{\text{н}} принимается равным: для механизированных лав — 2,3, для лав с буровзрывным способом выемки угля — 2,6, а в формулу (7.46) вместо C_{\text{о}} подставляется концентрация углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты. При этом расход воздуха, необходимый для проветривания выемочного участка, должен составлять не менее 200 м3/мин, если выемочные штреки проведены в угольном массиве, и не менее 250 м3/мин, если выемочные штреки проведены вприсечку к выработанному пространству или участок отрабатывает целики угля у штреков главных направлений.

Расход воздуха на подсвежение при схемах проветривания выемочных участков типа 2-М, 2-В и 3-В определяется по формуле

Q_{\text{доп}} = Q_{\text{уч}} - Q_{\text{оч}}k_{\text{ут}.\text{в}} , (7.47)

где Q_{\text{доп}} — расход воздуха, необходимый для подсвежения исходящей из выемочного участка вентиляционной струи, м3/мин.

Расход воздуха, подсчитанный по формуле (7.46), для схем проветривания типа 1-М и 1-В должен удовлетворять условию (7.48), а по формуле (7.47) — условию (7.49)

Q_{\text{доп}} \geq 60SV_{min} , (7.49)

где S — площадь поперечного сечения выработки с подсвежающей струей в свету, м2.

При отработке тонких крутых пластов щитовыми агрегатами дополнительно производится проверка по максимальной скорости в углеспускной и вентиляционной печах

где S_{\text{п}} — площадь поперечного сечения углеспускной (вентиляционной) печи в свету, м2; принимается согласно проекту;

V_{\text{п}.max} — максимально допустимая скорость воздуха в углеспускной печи, м/с; принимается согласно ПБ.

Значения k_{\text{ут}.\text{в}} для условий шахт Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов определяются:

при отработке пологих и наклонных пластов и управлении кровлей полным обрушением и плавным опусканием для схем проветривания типа 1-В, 2-В, 2-М и 3-В (рис. П.1.3) по номограмме (рис. 7.1) или формуле (7.51); для схем типа 1-М (рис. П.1.3) - по номограмме (рис. 7.2) или формуле (7.52), а при отработке тонких крутых пластов — по табл. 7.9.

k_{\text{ут}.\text{в}} = 1 + 0,5m_{\text{в}.\text{пр}}exp(0,24\overline{f} - 0,45S_{\text{оч}.min}) ; (7.51)

где \overline{f} — средневзвешенный коэффициент крепости пород кровли на расстоянии от кровли вынимаемого пласта, равном 8 его мощностям;

\overline{f} = \frac{f_{\text{п}.\text{и}} \sum m_{\text{п}.\text{и}} + f_{\text{п}.\text{с}} \sum m_{\text{п}.\text{с}} + f_{\text{г}.\text{с}} \sum m_{\text{г}.\text{с}}}{\sum m_{\text{п}.\text{и}} + \sum m_{\text{п}.\text{с}} + \sum m_{\text{г}.\text{с}}} ; (7.53)

f_{\text{п}.\text{и}} , f_{\text{п}.\text{с}} , f_{\text{г}.\text{с}} — крепость пород соответственно песчаников и известняков, песчанистых сланцев, глинистых сланцев по шкале проф. Протодьяконова; берется из геологических отчетов;

\sum m_{\text{п}.\text{и}} , \sum m_{\text{п}.\text{с}} , \sum m_{\text{г}.\text{с}} — суммарная мощность соответственно песчаников и известняков, песчанистых сланцев, глинистых сланцев, м.

Примечание. Номограммы, приведенные на рис. 7.1 - 7.5, построены для весьма неустойчивой кровли при \overline{f} = 1 ; для неустойчивой кровли при \overline{f} = 3 ; для кровли малой устойчивости при \overline{f} = 4 ; для кровли средней устойчивости при \overline{f} = 6 и устойчивой кровли при \overline{f} = 8 .

Для слоевых систем разработки расчет расхода воздуха определяется по формуле (7.56), а для щитовых и комбинированных с гибким перекрытием — по формуле (7.45). Значения k_{\text{ут}.\text{в}} для рассматриваемых систем разработки определяются по табл. 7.11.

Q_{\text{уч}} = Q_{\text{оч}}k_{\text{ут}.\text{в}} + \sum Q_{\text{п}.\text{уч}} + \sum Q_{\text{ут}.\text{уч}} , (7.56)

где \sum Q_{\text{п}.\text{уч}} — расход воздуха, необходимый для обособленного проветривания проводимых и поддерживаемых на участке выработок, м3/мин; рассчитывается согласно указаниям подразделов 7.2 и 7.5;

\sum Q_{\text{ут}.\text{уч}} — утечки воздуха через перемычки, изолирующие выемочный участок от старых выработанных пространств, м3/мин; определяются по нормам, приведенным в подразделе 7.7.

Значения коэффициента k_{\text{ут}.\text{в}} при отработке пластов слоевыми, щитовыми и комбинированной системами разработки для условий восточных бассейнов страны

7.4.2 Расход воздуха, проверяемый по числу людей, должен удовлетворять условию

где n_{\text{чел}} — максимальное число людей, одновременно работающих на выемочном участке.

Примечание. При полной закладке выработанного пространства с применением закладочного комплекса расход воздуха для проветривания выемочного участка принимается 1,1Q_{\text{уч}} .

7.4.3. Расчет расхода воздуха при изолированном отводе МВС из выработанного пространства по трубопроводу с помощью газоотсасывающей установки осуществляется по формуле

Q_{\text{уч}} = Q_{\text{в}.\text{ш}} + Q_{\text{тр}} , (7.58)

Q_{\text{в}.\text{ш}} = \frac{100}{C - C_{\text{о}}} \overline{I_{\text{уч}}}k_{\text{н}}[(1 - k_{\text{в}.\text{п}.\text{у}}) + k_{\text{в}.\text{п}.\text{у}}(1 - k_{\text{д}}\prime_{.\text{в}.\text{п}})(1 - k_{\text{д}.\text{в}.\text{о}})] ; (7.59)

Q_{\text{тр}} — расход воздуха на всасе газоотводящего трубопровода, м3/мин;

Q_{\text{тр}} = \frac{100}{C_{\text{т}} - C_{\text{о}}} \overline{I_{\text{уч}}}k_{\text{н}}k_{\text{в}.\text{п}.\text{у}}k_{\text{д}}\prime_{.\text{в}.\text{п}}(1 - k_{\text{д}.\text{в}.\text{о}}) , (7.60)

q_{\text{в}.\text{п}} — относительное метановыделение из выработанного пространства на выемочном участке, м3/т; определяется по формулам раздела 6, в которых коэффициенты эффективности дегазации принимаются равными нулю;

q_{\text{уч}} — относительная метанообильность выемочного участка, м3/т; определяется в соответствии с указаниями раздела 3;

k_{\text{д}}\prime_{.\text{в}.\text{п}} — коэффициент, учитывающий эффективность изолированного отвода метана; принимается равным 0,7; 0,3 — 0,4; 0,6 — 0,8 и k_{\text{п}.\text{ш}}k_{\text{ут}.\text{в}} - 1 соответственно для схем 1-М (рис. П.2.1), 1-В (рис. П.2.2), 1-М (рис. П.2.3) и 3-В;

C_{\text{т}} — допустимая концентрация метана в трубопроводе, %; принимается равной 3,5%;

k_{\text{д}.\text{в}.\text{о}} — коэффициент, учитывающий эффективность дегазации сближенных пластов и выработанного пространства; принимается в соответствии с Руководством по дегазации угольных шахт.

Расход воздуха, полученный по формуле (7.58), должен удовлетворять условиям (7.48), (7.57) и (7.62)

где Q_{\text{уч}.min} — минимально допустимый расход воздуха на участке при изолированном отводе метана, м3/мин.

Расход воздуха в вентиляционной выработке ( Q_{\text{в}}\prime_{.\text{ш}} , м3/мин) на выходе из участка должен составлять

Q_{\text{в}}\prime_{.\text{ш}} = Q_{\text{в}.\text{ш}} - Q_{\text{тр}}(k_{\text{под}} - 1) , (7.63)

Если в результате расчетов окажется, что Q_{\text{оч}.max}k_{\text{ут}.\text{в}}<Q_{\text{уч}} , то необходимо в качестве Q_{\text{уч}} принять значение Q_{\text{оч}.max}k_{\text{ут}.\text{в}} ; если Q_{\text{уч}}<Q_{\text{уч}.min} , принимают Q_{\text{уч}} = Q_{\text{уч}.min} . По принятому расходу воздуха корректируется согласно разделу 6 соответствующее ему значение нагрузки.

Расход воздуха в выработке, в которую выпускается отсасываемая МВС, рассчитывается в соответствии с Приложением 2.

7.4.4. Расход воздуха при отводе МВС из выработанного пространства по дренажным (поддерживаемым или неподдерживаемым) выработкам в условиях восточных бассейнов страны определяется по формуле

Q_{\text{уч}} = Q_{\text{в}.\text{ш}} + Q_{\text{д}.\text{в}} + Q_{\text{доп}} , (7.64)

Q_{\text{в}.\text{ш}} = \frac{100\overline{I_{\text{уч}}}k_{\text{н}}}{C - C_{\text{о}}} [1 - k_{\text{д}}\prime_{.\text{в}.\text{п}} + k_{\text{п}.\text{в}}k_{\text{д}}\prime_{.\text{в}.\text{п}}(1 - k_{\text{в}.\text{п}.\text{у}})] ; (7.65)

Q_{\text{доп}} — расход воздуха на подсвежение вентиляционной струи, м3/мин; для схем 1-М Q_{\text{доп}} = 0 , а для схем 3-В Q_{\text{доп}} = Q_{\text{в}.\text{ш}} - Q_{\text{уч}}k_{\text{у}}\prime_{\text{т}.\text{в}} ; полученное значение Q_{\text{доп}} должно удовлетворять условию (7.49);

k_{\text{п}.\text{в}} — коэффициент, учитывающий долю метана, поступающего из призабойного пространства в выработанное;

Рис. 7.4. Номограмма для определения значений k_{\text{ут}.\text{в}.\text{г}} при отводе метана по дренажным поддерживаемым выработкам в условиях восточных бассейнов и месторождений

Схемы проветривания с отводом МВС по дренажным выработкам исключают образование местных скоплений на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой и поступление газа из выработанного пространства в очистную и вентиляционную выработки, если выполняются условия:

для схем с поддерживаемыми дренажными выработками

h_{\text{др}} \leq \frac{0,15n_{\text{д}}l_{\text{сб}}}{58 - n_{\text{д}}l_{\text{сб}}} h_{\text{оч}} , (7.72)

h_{\text{др}} \leq 0,025l_{\text{в}.\text{п}}h_{\text{оч}} . (7.73)

7.4.5 Расход воздуха для выемочного участка с учетом влияния падающего угля определяется по формуле

где Q_{\text{уч}.max} — наибольший из результатов расчета расход воздуха, полученный по формулам (7.45), (7.46) и (7.57);

k_{\text{п}.\text{у}} — коэффициент, учитывающий уменьшение расхода воздуха под действием падающего угля; определяется по табл. 7.12 в зависимости от депрессии, создаваемой потоком падающего угля, h_{\text{т}} и депрессии выемочного участка h_{\text{уч}} ;

V_{\text{т}.\text{у}} — скорость движения угля в лаве, м/с; определяется в зависимости от угла падения пласта по табл. 7.13;