ЛЕКЦИЯ 6 Подсчет общешахтной депрессии и выбор вентилятора главного проветривания Ввиду того, что работа вентилятора экономична лишь в определенных границах изменения эквивалентного отверстия шахты, при расчете сети должны быть выявлены возможные границы этого изменения, т.е. подсчитаны Qи h, соответствующие наиболее легким и трудным условиями проветривания. Так как срок службы вентиляторов главного проветривания составляет 10 – 15 лет, то для подсчета общешахтной депрессии выбирается та часть шахтного поля, которая будет разрабатываться в течение этого времени. Для подсчета депрессии в каждом периоде необходимо выбирать вентиляционную струю с наибольшей депрессией. Это обычно бывает струя с наибольшим количеством воздуха и наиболее протяженная. При подсчете суммируются депрессии всех последовательно соединенных выработок, образующих выбранную струю – от устья воздухопадающего ствола до канала вентилятора, Па: ℎ = ℎ1 + ℎ2 + ⋯ + ℎ𝑛 где ℎ1 , ℎ2 , … , ℎ𝑛 – депрессия отдельных, последовательно соединенных между собой выработок, вычисляемые по формуле 𝐿𝑃 ℎ = 𝛼 3 𝑄2 𝑆 где 𝛼 – коэффициент аэродинамического сопротивления выработки, кг/м3 ; L– длина выработки, м; P– периметр, м; S– площадь поперечного сечения, м2 ; Q – количество воздуха, м3 /с. Значение коэффициента аэродинамического сопротивления для вентиляционных стволов принимать равными: для круглых стволов, закрепленных бетоном без армировки ( чисто вентиляционные стволы ) то же, для стволов, закрепленных камнем или кирпичом то же, для стволов, закрепленных тюбингами для стволов круглого сечения с канатными направляющими (без лестничного отделения при бетонном креплении) то же, при железобетонных тюбингах 0,002 0,004 0,0085 0,006 0,01 При наличии лестничного отделения к коэффициенту вводится поправочный коэффициент 𝑆3 𝐾𝑆 = 3 , 𝑆1 где S – полное сечение ствола свету, м2 ; 𝑆1 – то же, за исключением лестничного отделения, м2 . Для горизонтальных незакрепленных выработок, пройденных по простиранию, значения в зависимости от сечения принимать равными 0,01 – 0,013. Меньшие значения относятся к выработкам большого сечения. Для выработок, пройденных вкрест простирания, указанные величины 𝛼 надлежит увеличивать на 0,003 – 0,005. Для незакрепленных выработок, пройденных по падению, значения принимать равными 0,02 – 0,022. Для выработок, закрепленных бетоном или кирпичом, 𝛼 = 0,003 – 0,004. Депрессия шахты не должна превышать 3000 – 4500 Па. В тех случаях, когда посчитанная депрессия превышает указанные пределы, необходимо тщательно посмотреть депрессии отдельных выработок и снизать депрессию путем увеличения сечения соответствующих выработок или уменьшения коэффициента аэродинамического сопротивления. Если скорость вентиляционной струи превышает допустимую по ПБ норму, необходимо увеличить сечение выработки. Учет естественной тяги Абсолютная величина наибольшей отрицательной естественной тяги прибавляется к расчетной максимальной депрессии шахты ( ℎ𝑚𝑎𝑥 + ℎ𝑒 ) абсолютная величина наибольшей положительной естественной тяги не учитывается. При проветривании шахты несколькими вентиляторами подсчет и учет естественной тяги должен быть сделан для каждого из них. Формула для подсчета естественной тяги, Па: 11 1 ℎе = 0,046𝐻(𝑡ср − 𝑡ср ) 11 1 где Н – глубина шахты, м; 𝑡ср и 𝑡ср – средние температуры воздуха, поступающего в шахту 11 1 и выходящего из нее, ℃; 𝑡ср и 𝑡ср рассчитываются как средние арифметические значения температур воздуха вверху и внизу воздухоподающего и воздуховыдающего ствола. Температура воздуха вверху воздухоподающего ствола, 𝑡1 – это минимальная ( зимняя ) или максимальная ( летняя ) температура. Принимается по данным главной геофизической обсерватории. При подогреве воздуха, подаваемого в шахту в зимний период, 𝑡1 = 2 ℃. Температура воздуха внизу воздухоподающего ствола рассчитывается по формуле: 𝑡3 = −19,6√𝐴 + 𝐻 . 3,42 Значение A принимается равным 432 для зимнего периода и 1470 для летнего периода. Температуру воздуха внизу воздуховыдающего ствола 𝑡3 можно принимать равной первоначальной температуре горных пород, уменьшенной на 2 – 3 ℃ летом и на 4 – 5 ℃ зимой. Температура воздуха вверху воздуховыдающего ствола 𝑡4 рассчитывается из условия, что на каждые 100 м высоты ствола она снижается на 0,4 – 0,5 ℃. Выбор главного вентилятора и электродвигателя Основа для выбора вентилятора главного проветривания – это производительность вентилятора 𝑄в и депрессия вентилятора ℎв . Дебит вентилятора определяется по формуле, м3 /с: 𝑄в = 𝐾в 𝑄ш где 𝐾в – коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные сооружениия и каналы вентиляторов; он принимается равным: при установке вентилятора на скиповом стволе – 1,25; на клетевом стволе – 1,20; на стволах и шурфах, используемых для подъема и спуска материалов – 1,30; 𝑄ш – общешахтное количество воздуха, м3 /с. Кроме того, при выборе вентилятора необходимо предусматривать запас по производительности не менее 20 %. Депрессия вентилятора ℎв складывается из депрессии шахты и депрессии вентиляторной установки ( канал вентилятора, потери собственно в вентиляторе и в диффузоре), Па: ℎв = ℎш + ℎву . Зная 𝑄в и ℎв по имеющимся характеристикам выбирают вентилятор с наиболее высоким КПД во всем диапазоне изменения дебита и депрессии. Выпускаемые отечественными заводами вентиляторы главного проветривания – как осевые, так и центробежные – обладают достаточно широким диапазоном по производительности и депрессии. Если депрессия не превышает 3000 Па, то обычно предпочтение отдают осевым вентиляторам; при большей депрессии ( до 450 – 500 гПа ) следует выбирать центробежный вентилятор. Если один вентилятор не обеспечивает необходимой производительности, то устанавливают два вентилятора параллельно. Мощность двигателя вентилятора определяется по формуле, кВт. 𝑁в = 𝑄в ℎв , 1000𝜂в 𝜂д 𝜂п где 𝑄в – дебит вентилятора, м3 /с; ℎв – его депрессия, Па; 𝜂в – КПД вентилятора; 𝜂д – КПД двигателя ( 0,9 – 0,95 ); 𝜂п – КПД передачи от двигателя к вентилятору ( 0,95 ), при отсутствии передачи принимается 𝜂п = 1. В качестве электропривода главных вентиляторов рекомендуется применять: при мощности до 200 кВт – асинхронный электродвигатель, свыше 200 кВт – синхронный или при соответствующем обосновании асинхронный с регулируемым каскадом. Экономическая часть Экономическая часть к разделу «Вентиляция шахты» включает в себя определение капитальных затрат, необходимых для создания оборудования вентиляционного комплекса шахты, и подсчет эксплуатационных затрат на проветривание шахты. Капитальные затраты складываются из стоимости: 1. горных выработок, предназначенных для вентиляции ( вентиляционные стволы, шурфы и скважины, камеры для подземных вентиляторов, кроссинги ); 2. строительных сооружений ( здания вентиляторов, фундаменты под вентиляторы, диффузоры, каналы вентиляторов, здания калориферов, калориферные каналы ); 3. оборудования вентиляции ( все вентиляторы, вентиляционные трубы, калориферы ). Эксплуатационные расходы на проветривание ( за год на 1 т добычи ) включают в себя следующие элементы: основная и дополнительная зарплата с начислениями на нее; стоимость материалов ( смазка и пр. ); стоимость электроэнергии, расходуемой на вентиляцию; стоимость вентиляционных сооружений и оборудования ( не относящаяся к числу капитальных затрат ); расходы на текущий ремонт вентиляционного оборудования и сооружения; амортизационные отчисления ( погашение капитальных затрат по всему вентиляционному комплексу ). Расход электроэнергии для главного вентилятора определяется по формуле, кВт∙ч/год: 𝑄в ℎв∙ср 𝑛𝑇 𝑊= 1000𝜂в 𝜂д 𝜂р 𝜂𝑐
