Методическое указание для выполнения практической работы на тему: «Расчет вентиляции тупиковых выработок» по МДК.01.03 для специальности 21.02.17 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
6413522670Акъярский горный колледж имени И. Тасимова
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ
для выполнения практической работы
на тему: «Расчет вентиляции тупиковых выработок»
по МДК.01.03 «Технология добычи полезных ископаемых подземным способом» ПМ.01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ»
Специальность:
21.02.17 – «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»
с. Акъяр, 2016 г.
Расчет вентиляции тупиковых выработок. Методическое указание для самостоятельного выполнения практической работы по междисциплинарному курсу МДК.01.03 «Технология добычи полезных ископаемых подземным способом» профессионального модуля ПМ 01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ» для студентов специальности 21.02.17 – «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Акъяр: АГКИТ, 2016. – 39 с.
Разработал:Ювшин М. А., преподаватель специальных дисциплин высшей категории, ГБПОУ Акъярский горный колледж имени И. Тасимова, горный инженер
Рецензенты:Ювшина М. А., преподаватель специальных дисциплин высшей категории, ГБПОУ Акъярский горный колледж имени И. Тасимова, горный инженер
Саитбаталов Р. Р., заместитель начальника ПТО по горным работам ЗАО «Бурибаевский ГОК»
© ГБПОУ Акъярский горный
колледж имени И. Тасимова, 2016

АННОТАЦИЯ
Методуказание посвящено расчету необходимого расхода воздуха и депрессии вентиляторов местного проветривания (ВМП), а также выбору типа вентилятора, типа и диаметра вентиляционного трубопровода, схемам установки ВМП.
Методуказание предназначено для студентов третьего курса специальности 21.02.17 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» дневной формы обучения при изучении МДК.01.03 «Технология добычи полезных ископаемых подземным способом» профессионального модуля ПМ.01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ».
Структурно методическое указание состоят из четырёх основных разделов и двух приложений.
Объём методического указания составляет 39 страниц, включающих в себя 16 формул, 14 рисунков, 6 фотографий.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………… 5
1. Классификация и устройство вентиляторов местного проветривания …………………………………………………………………... 6
1.1 Общая характеристика вентиляторов местного проветривания ………………………………………………………………….. 6
1.2 Устройство вентиляторов типа ВМ ………………………….. 7
1.3 Конструктивные характеристики моделей вентиляторов местного проветривания серии ВМ ……………………………… 8
1.4 Устройство осевых пневматических вентиляторов типа ВМП ………………………………………………………………... 11
1.5 Конструктивные характеристики моделей вентиляторов местного проветривания серии ВМП ……………………………. 12
1.6 Устройство центробежных вентиляторов местного проветривания типа ВЦ и ВМЦ ………………………………………….. 13
2. Регулирование режима работы вентиляторов местного проветривания ……………………………………………………………….. 16
3. Схемы проветривания тупиковых горных выработок ………….. 17
4. Методика расчёта параметров проветривания тупиковой выработки ………………………………………………………………....... 22
Список рекомендуемой литературы …………………………………... 29
Приложение № 1. Поля рабочих режимов вентиляторов местного проветривания …………………………………………………………... 30
Приложение № 2. Аэродинамические характеристики вентиляторов местного проветривания ……………………………………………….. 32

ВВЕДЕНИЕ
В любой шахте имеется большое количество потребителей, находящихся в тупиковых пространствах. К таким потребителям относятся в первую очередь призабойные пространства выработок, находящихся в стадии проведения, различные технологические камеры, в некоторых случаях выработанные пространства и другие. Воздух к этим потребителям может подводиться с помощью специальных вентиляторов, называемых вентиляторами местного проветривания (ВМП).
В процессе изучения раздела МДК.01.03, включающего вентиляцию шахт и рудников, студенты должны овладеть научными основами вентиляции шахт, изучить методы и способы проветривания подземных горных выработок, в том числе тупиковых.
Данное указание должно помочь студентам приобрести навыки и умение работать с нормативно-справочной литературой, изучить соответствующие разделы отраслевых правил безопасности и освоить применение содержащихся в них требований при решении практических задач вентиляции тупиковых горных выработок.

1 КЛАССИФИКАЦИЯ И УСТРОЙСТВО ВЕНТИЛЯТОРОВ
МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
1.1 Общая характеристика вентиляторов местного проветривания
Вентиляторы местного проветривания (ВМП) должны быть компактными, поскольку они размещаются в выработках, площадь сечения которых может быть весьма ограниченной. Специальные камеры для их размещения делаются только для крупных вентиляторов, имеющих производительность 10 м3/с и более.
ВМП работают всегда с трубопроводом, по которому они подают (или отсасывают) воздух к потребителю. Трубопроводы могут иметь различные диаметр и конструкцию.
В угольных шахтах проветриваемые с помощью ВМП выработки и выработки, в которых последние установлены, могут иметь выделения метана. Это обстоятельство предопределяет особенность вентиляторов местного проветривания: они должны иметь взрывобезопасное исполнение.
Вентиляторы местного проветривания различаются по типу (осевые и центробежные) и приводу (с электроприводом и с пневмоприводом).
На шахтах еще применяются ВМП старых выпусков типа «Проходка» и СВМ, возможности которых по производительности и депрессии весьма ограничены. Кроме этого, вентиляторы «Проходка» (Проходка-400, Проходка-500-2М, Проходка-600) и СВМ (СВМ-4М, СВМ-5М, СВМ-6М) не регулируются по режиму работы. Изменения в подаче воздуха и депрессии можно производить только путем использования последовательной или параллельной совместной работы этих вентиляторов.
В настоящее время в горной отрасли широко распространены ВМП, отвечающие всем требованиям к вентиляторам этой группы, они представлены моделями осевого и центробежного типов.
Выпускаемые и применяющиеся вентиляторы местного проветривания шифруются при помощи буквенных и числовых обозначений: В – вентилятор, М – местного проветривания, П – с пневмоприводом, Ц – центробежный, О – с односторонним всасом; цифра после дефиса – диаметр рабочего колеса в дециметрах; буква «М» после значения диаметра – модернизирован.
1.2 Устройство вентиляторов типа ВМ
Вентиляторы этого типа разработаны на основе аэродинамической схемы осевого вентилятора с меридиональным ускорением потока.
В этой схеме сечение входного коллектора на пути от входа до рабочего колеса плавно уменьшается за счет увеличения сечения обтекателя, что позволяет в 1,5-2,0 раза повысить осевую скорость потока на выходе и, следовательно, преобразовать основную часть энергии в скоростной напор. Это сокращает потери потока в кольцевом канале вентилятора и увеличивает его коэффициент полезного действия.
Серия ВМ представлена вентиляторами ВМ-3М, ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М, ВМ-12М, ВМЭ-12А и ВМ-12А.
Конструкция вентиляторов серии в общих чертах представлена на примере модели ВМ-5М (рис. 1). Основные узлы и детали, включая электродвигатель 4, находятся в цилиндрическом корпусе.

Рис. 1. Вентилятор ВМ-5М: 1 – входной направляющий регулируемый аппарат; 2 – рабочее колесо; 3 – спрямляющий аппарат; 4 – электродвигатель
Электродвигатель закреплен во втулке, связанной с корпусом через лопатки спрямляющего аппарата 3. Рабочее колесо 2 насажено непосредственно на вал электродвигателя.
Венец рабочего колеса имеет форму усеченного конуса, направленного меньшим сечением в сторону коллектора. Это увязано с основным принципом аэродинамической схемы с меридиональным ускорением потока. Образованию такого типа потока способствует и форма входного обтекателя (кока).
Лопатки рабочего колеса изготавливаются из капрона, в их профильной части имеется стальная арматура, снабженная хвостовиком, с помощью которого осуществляется крепление лопаток к венцу рабочего колеса.
Во входной части коллектора вентилятор имеет противосрывное устройство, обеспечивающее плавный вход потока. В передней части корпуса, между коком и рабочим колесом, установлен осевой направляющий аппарат, состоящий из девяти профильных резиновых лопаток, которые имеют стальную армировку носика и хвостовика. К арматуре хвостовика крепится водило, представляющее собой элемент поворотного механизма, с помощью которого можно плавно разворачивать лопатки на угол +45¸ –50°. На торце кока нанесены стрелки, показывающие направление поворота с целью увеличения производительности («Больше») или уменьшения («Меньше»).
Вентиляторы серии имеют такую конструкцию корпуса, которая позволяет их объединение в секции для последовательной совместной работы.
Вентиляторы серии комплектуются специализированными электродвигателями ВАОМ. Мощность и скорость вращения определяется типоразмером модели. В конструкцию введены устройство для кабельного ввода, съемные салазки и рым-скоба для подвески вентилятора в случае необходимости.
1.3 Конструктивные характеристики моделей вентиляторов местного проветривания серии ВМ
ВМ-3М и ВМ-4М – основное отличие этих вентиляторов серии – направляющий аппарат, состоящий из девяти лопаток листового типа, жестко соединенных с корпусом. Вентиляторы не имеют регулировки, их аэродинамические характеристики представляют одну кривую монотонной формы в осях H-Q.
-31750-86995Комплектуются асинхронными двигателями ВАОМ-21-2 и ВАОМ-32-2 со скоростью вращения 3000 мин-1 и мощностью соответственно 2,2 и 4,0 кВт. Масса – 80 и 140 кг.
ВМ-5М и ВМ-6М – имеют аналогичную конструкцию всех узлов, кроме направляющего аппарата, отличаются размерами.
21590149860Направляющий аппарат оснащен поворотными лопатками и механизмом одновременного плавного поворота этих лопаток, регулировка осуществляется вручную специальным торцевым ключом.
По своим параметрам соответствуют запросам по подаче воздуха для большинства проводимых выработок (особенно ВМ-6М), широко распространены в горной практике. Хорошо работают с наиболее часто применяемыми гибкими трубами типа М, МУ, Т и другими, диаметром 500 и 600 мм без переходных вставок.
Вентиляторы комплектуются короткозамкнутыми асинхронными двигателями ВАОМ-52-2 и ВАОМ-62-2 со скоростью вращения 3000 мин-1 и мощностью соответственно13,0 и 24,0 кВт. Масса – 250 и 350 кг.
ВМ-8М и ВМ-12М – по конструкции почти не отличаются от вентиляторов предыдущей группы.
2222552705Одна из особенностей конструкции – регулировка производительности с помощью промежуточного валика, хвостовик которого выведен в гнездо на корпусе вентилятора. Регулировка выполняется специальным ключом. Угол установки лопаток контролируется по лимбу, находящемуся также на корпусе.
Вентилятор ВМ-12М отличается еще тем, что его рабочее колесо имеет 14 профильных лопаток, зафиксированных на стальном венце с помощью гаек.
Вентилятор ВМ-8М комплектуется асинхронным двигателем ВАОМ-72-2 мощностью 38,0 кВт и скоростью вращения 3000 мин-1, вентилятор ВМ-12М имеет асинхронный двигатель мощностью 110 кВт и скоростью вращения 1500 мин-1.
ВМ-12А – конструктивно вентилятор выполнен по аэродинамической -127097790схеме осевых вентиляторов с меридионально-ускоренным потоком. Имеет корпус, аналогичный корпусу ВМ-12М, кок выполнен внутри противосрывного устройства. Это устройство закреплено на корпусе шарнирно и может откидываться, открывая доступ к венцу рабочего колеса.
Рабочее колесо вентилятора выполнено в виде диска, закрепленного на ступице, которая в свою очередь насажена на вал электродвигателя. Венец рабочего колеса крепится к упомянутому диску болтами. К венцу приварены профильные лопатки, их угол установки изменяться не может, сменным является сам венец.
Вентилятор комплектуется тремя сменными венцами, на которых лопатки приварены под углами 15, 25 и 35°. Таким образом, напорная характеристика вентилятора представлена тремя частными характеристиками с указанными углами установки.
Вентилятор комплектуется асинхронным двигателем ВРМ-280, мощностью 110 кВт и скоростью вращения 1500 мин-1, имеющим взрывобезопасное исполнение.
Вентилятор работает с жесткими трубопроводами из труб диаметром 1000 и 1200 мм.
Модификация вентилятора ВМЭ-12А имеет оригинальное клиновое крепление сменных венцов, облегченное рабочее колесо и противосрывное устройство.
1.4 Устройство осевых пневматических вентиляторов типа ВМП
Применяемые в горной отрасли в качестве вентиляторов местного проветривания пневматические вентиляторы созданы на базе аэродинамической схемы с меридиональным ускорением потока. Исключением из общего ряда является вентилятор ВМП-4, в основу которого заложена типовая аэродинамическая схема с цилиндрической проточной частью.
Отличием всех пневматических вентиляторов является отсутствие приводного двигателя как такового. Вращение рабочему колесу придается активной турбинкой, являющейся частью этого же колеса.
Все узлы и детали пневматического вентилятора собраны в цилиндрическом корпусе, состоящем из передней части 1 (рис. 2) и выходной части 2, соединенных болтами по фланцу.

Рис. 2. Вентилятор ВМП-6М: 1 – передняя часть корпуса; 2 – выходная часть корпуса; 3 – рабочее колесо с лопатками; 4 – вал рабочего колеса; 5 – коробка с соплами; 6 – салазки
В центральной части передней опоры с помощью радиальных ребер закреплена цилиндрическая втулка, в которой находятся два подшипника качения вала вентилятора 4. Передняя часть втулки перекрыта конусообразным обтекателем, создающим постепенное сужение потока воздуха на входе в соответствии с принципом аэродинамической схемы. На консоли вала, выступающей в сторону выходной части корпуса, шпонкой и гайкой крепится рабочее колесо. К втулке рабочего колеса приварены листовые лопатки, соединенные по периферии ободом, в кольцевом пазу которого размещены капроновые лопатки турбинки активного типа. Обод входит в пространство между фланцами передней и выходной частей корпуса. Это пространство и лопатки венца и образуют рабочую часть турбинки, к которой подводится сжатый воздух через коробку 5 с регулирующим устройством в виде перекрываемых сопел.
Регулировка оборотов рабочего колеса осуществляется трехходовым краном, обеспечивающим закрывание всех трех сопел или открывание одного, двух или всех трех. Выбором положения трехходового крана можно обеспечить три режима работы вентилятора или его остановку.
Пневматический вентилятор обязательно комплектуется глушителем шума.
Семейство пневматических вентиляторов представлено моделями ВКМ-200А, ВМП-3М, ВМП-4, ВМП-5М и ВМП-6М.
1.5 Конструктивные характеристики моделей вентиляторов местного проветривания серии ВМП
ВКМ-200А имеет одно нерегулируемое сопло в коробке подачи сжатого воздуха и одну, соответственно, напорную характеристику в осях H-Q. Вентилятор имеет рым для подвески к элементам крепи выработки.
ВМП-3М и ВМП-5М снабжены коробкой подачи сжатого воздуха с тремя соплами и трехходовым краном. Это позволяет вентиляторам работать в пониженном, нормальном и усиленном режимах. Напорная характеристика имеет три кривые в осях H-Q. Вентиляторы имеют рым для подвески и салазки.
ВМП-4 – отличается аэродинамической схемой, он имеет цилиндриче67310132715скую проточную часть постоянного сечения. Других отличий в конструкции от вентилятора ВМП-5М нет.
Может работать в трех режимах, характеристика представлена тремя кривыми в осях H-Q.
3937052070ВМП-6М – по конструкции является полной аналогией вентилятора ВМ-5М. Отличается размерами узлов и деталей.
Регулируется для работы в трех режимах. Аэродинамическая характеристика представлена тремя кривыми.
1.6 Устройство центробежных вентиляторов местного проветривания типа ВЦ и ВМЦ
Осевые вентиляторы при всех своих достоинствах, выраженных в простоте их устройства, компактности и высокой производительности, обладают одним недостатком, имеющим немаловажное значение при их использовании в качестве ВМП, – они не могут развивать высоких депрессий, необходимы при работе на трубопроводы большой длины.
Высокие депрессии присущи вентиляторам центробежным. Для использования в качестве вентиляторов местного проветривания выпускается группа вентиляторов этого типа: ВМЦ-6, ВЦ-7 и ВЦ-9. Позднее на основе этих вентиляторов разработаны модели ВМЦ-8, ВМЦГ-7 и некоторые другие.
При разработке центробежных вентиляторов местного проветривания предпочтение отдается аэродинамической схеме с так называемым прямоточным корпусом. Конструкция, воплощающая эту схему, отличается тем, что входное и выходное отверстия вентилятора находятся на одной оси.
ВЦ-7 – вентилятор имеет кожух 1 (рис. 3) цилиндрического типа, в котором закреплен электродвигатель 8. Непосредственно на валу двигателя находится рабочее колесо 2, состоящее из соединенного со ступицей коренного диска, покрывного диска и неподвижных лопаток, приваренных к обоим дискам. Лопатки имеют поворотные закрылки.

Рис. 3. Вентилятор ВЦ-7: 1– кожух; 2 – рабочее колесо: 3 – выходной патрубок; 4 – передняя часть корпуса; 5 – переходник; 6 – салазки; 7 – коллектор;
8 – двигатель; 9 –кабельный ввод
Воздух входит в коллектор 7, проходит через переходник 5 и попадает на рабочее колесо, находящееся в передней части кожуха. Пройдя рабочее колесо, поток выходит в тороидальную часть корпуса, где изменяет направление движения на осевое.
В прямоточной части корпуса размещены неподвижные лопатки спрямляющего аппарата, назначение которых заключается в превращении скоростного напора потока, закрученного после рабочего колеса, в статическое давление.
Регулирование рабочего режима вентилятора производится поворотом закрылков лопаток рабочего колеса на остановленном вентиляторе. Закрылок каждой лопатки индивидуально разворачивается с помощью рычагов, закрепленных на осях лопаток, после разворота закрылок фиксируется. Операция разворота выполняется через люки в корпусе.
ВМЦ-6 и ВЦ-9 – выполняются по традиционной схеме и конструкции центробежных вентиляторов.
Рабочее колесо этих вентиляторов устанавливается на валу в спиральном кожухе. В коллекторе установлен осевой направляющий аппарат с лопатками и поворотным механизмом, позволяющим устанавливать лопатки с углами в диапазоне 0-70° у вентилятора ВМЦ-6 и 0-80° у вентилятора ВЦ-9.
Вентиляторы ВМЦ-6 и ВЦ-7 устанавливаются непосредственно в выработке и работают с трубопроводом, выполненным из труб диаметром 500, 600 или 800 мм.
Для установки вентилятора ВЦ-9 проходится и оборудуется специальная камера небольшого размера, в которой размещается электродвигатель и часть рамы вентилятора.

2 РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ
МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
Не предусмотрена регулировка режимов у малых осевых вентиляторов ВМ-3М и ВМ-4М. Вентиляторы ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М и ВМ-12М регулируются осевым направляющим аппаратом. Вентиляторы ВМ-12А и ВМЭ-12А имеют возможность грубой регулировки с помощью установки одного из трех сменных венцов рабочего колеса.
Вентиляторы с пневмоприводом ВМП-4, ВМП-5 и ВМП-6М регулируются изменением оборотов рабочего колеса подачей сжатого воздуха через трехпозиционный кран с различным сечением сопел. Вентилятор ВКМ-200А не регулируются. Вентилятор ВЦ-7 регулируется индивидуальным поворотом и закреплением закрылков рабочего колеса через специальные отверстия в кожухе на остановленной машине. Вентилятор ВЦ-9 регулируется осевым направляющим аппаратом (ОНА).

3 СХЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ ТУПИКОВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Для проветривания тупиковых горных выработок с помощью вентиляторов местного проветривания применяются нагнетательный, всасывающий и комбинированный способы проветривания.
Нагнетательный способ проветривания (рис. 4) имеет наибольшее распространение, на газовых шахтах он является обязательным и единственным. Его достоинство состоит в том, что призабойное пространство проветривается струей свежего воздуха, выходящего из трубопровода с большой скоростью. Эффективность этой струи сохраняется при расстоянии от конца трубопровода до забоя, равным:
lт≤4∙S ,(3.1)
где S – площадь поперечного сечения выработки в свету, м2.

Рис. 4. Нагнетательный способ проветривания: 1– вентилятор местного проветривания (ВМП); 2 – вентиляционный трубопровод
По правилам безопасности на шахтах, опасных по газу и пыли, отставание трубопровода от забоя не должно превышать 8 м, а в негазовых – 12 м.
Другим достоинством нагнетательного способа проветривания является то, что утечки воздуха через неплотности трубопровода разжижают вредные газы в исходящем по выработке потоке воздуха. При этом способе проветривания вентиляционный трубопровод на всем протяжении находится под повышенным давлением, которое распирает трубы изнутри. Это позволяет использовать легкие, гибкие трубы из герметичной ткани. Повышенное давление воздуха распрямляет и выравнивает их, уплотняя стыки и уменьшая аэродинамическое сопротивление. При нагнетательном способе проветривания ВМП устанавливается в выработке со свежей струей на расстоянии не менее 10 м от устья тупиковой выработки с тем, чтобы он не захватывал воздух из исходящей струи и не работал на рециркуляцию, а подача ВМП не должна превышать 70% количества воздуха, подаваемого к месту установки за счет проходящей сквозной струи.
К недостаткам нагнетательного способа проветривания следует отнести то, что при ведении взрывных работ ядовитые газы движутся по выработке и люди могут войти в выработку только тогда, когда содержание ядовитых газов в ней снизится до безопасных пределов. Однако при расчете проветривания учитывают то, что по мере движения газового облака от забоя выработки происходит непрерывное уменьшение концентрации ядовитых газов за счет разбавления свежим воздухом и диффузионных процессов. В результате этого на некотором расстоянии от забоя, называемом критической длиной выработки, концентрация ядовитых газов становится допустимой, поэтому при длине тупиковой выработки, большей критической, расчет проветривания ведут только на критическую длину.
Всасывающий способ проветривания (рис. 5) применяется в основном на шахтах, не опасных по газу. На газовых шахтах этот способ может применяться при использовании ВМП, допущенных для отсоса метановоздушных смесей, а также эжекторов. Основным достоинством этого способа является то, что свежий воздух отсасывается из призабойного пространства по трубопроводу, а свежий поступает к забою по выработке, поэтому она не загазовывается. Количество воздуха, необходимого для проветривания выработки, в этом случае меньше, люди могут находиться в выработке, но за пределами зоны отброса газов, которая имеет большие размеры.
Однако существенный недостаток этого способа проветривания – небольшая эффективность проветривания призабойной части и необходимость располагать конец вентиляционного трубопровода на весьма малом расстоянии от забоя, что может привести к повреждению конца трубопровода при проведении взрывных работ.

Рис. 5. Всасывающий способ проветривания: 1– вентилятор местного проветривания (ВМП); 2 – вентиляционный трубопровод
Необходимое расстояние расположения конца вентиляционного трубопровода от забоя выработки рекомендуется определять по формуле:
lт=0,5∙S(3.2)
Использование гибкого трубопровода возможно только при установке ВМП в призабойной части, но и в этом случае с целью сохранности вентилятора к нему со стороны всасывания крепится металлическая труба.
При комбинированном способе проветривания (рис. 6) дополнительно к ВМП, работающему на всасывание, вблизи забоя устанавливается второй вентилятор (вспомогательный) с коротким нагнетательным трубопроводом, который эффективно проветривает призабойную зону. Подача нагнетательного вентилятора должна быть на 20-30% меньше расхода воздуха в месте его установки за счет всасывающего вентилятора. Этот способ проветривания сочетает достоинства первых двух способов. Применение его, как и всасывающего способа, целесообразно в условиях большой запыленности при комбайновом проведении выработок.

Рис. 6. Комбинированный способ проветривания: 1– вентилятор местного проветривания (ВМП); 2 – вентиляционный трубопровод; 3 - перемычка
Проветривание тупиковых выработок большой длины обычно осуществляется нагнетательным способом с использованием одного или нескольких установленных параллельно вентиляторов, работающих на трубопровод большого диаметра или на два параллельных трубопровода, либо каскадной установкой нескольких вентиляторов в начале трубопровода. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяется также рассредоточенная по длине трубопровода установка вентиляторов. При этом расстояния между вентиляторами применяются такими, чтобы каждый вентилятор располагался в зоне повышенного давления, т. е. работал с подпором от предыдущего вентилятора.

4 МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕТРИВАНИЯ
ТУПИКОВОЙ ВЫРАБОТКИ
Расчет вентиляции тупиковых выработок включает расчет расхода воздуха и депрессии ВМП, а также выбор типа вентилятора, типа и диаметра вентиляционного трубопровода, схемы установки ВМП.
Расчет необходимого расхода (подачи) воздуха для проветривания выработки при этом производится по основным определяющим факторам [3: с. 204]:
по людям,
вредным и опасным газам,
по выхлопным газам от ДВС,
по ВВ,
из которых к расчету принимается максимальное значение.
Расчет расхода воздуха по людям Qп.зл осуществляется по следующей формуле:
Qп.зл=6∙Nч , [м3/мин] (4.1)
где Nч – максимальное количество людей, одновременно работающих в забое (по нормам на одного человека для дыхания необходимо подавать не менее 6 м3/мин воздуха [2]).
Расчет расхода воздуха по вредным газам Qп.зг осуществляется по следующей формуле:
Qп.зг=IгCдоп-C0∙100 , [м3/мин](4.2)
где Iг – абсолютная газообильность, м3/мин;
Cдоп и C0 - концентрация метана, соответственно допустимая в исходящей струе и начальная в поступающей, %; принимаем C0=0.
Расчет расхода воздуха по выхлопным газам от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) Qп.здвс осуществляется по следующей формуле:
Qп.здвс=n∙Gуд∙N двс , [м3/мин](4.3)
где Gуд – удельный расход воздуха на единицу мощности ДВС: принимается равным 5 м3/мин на 1 л. с. мощности или 6,8 м3/мин на 1 кВт [3: с. 208];
N двс – суммарная мощность одновременно работающих машин с ДВС, л. с. или кВт;
n – коэффициент, учитывающий количество одновременно работающих машин с ДВС, (n=1 при одной машине; n=0,85 при двух машинах; n=0,6 при трех машинах и более [3: с. 211]).
Расчет расхода воздуха по взрывным газам от взрыва ВВ Qп.звв осуществляется по следующей формуле:
Qп.звв=22,5T∙3kобвkут.тр2∙Vвв∙S2∙lкр2 , [м3/мин](4.4)
где Vвв – объем вредных газов, образующихся после взрыва, л, определяется по формуле: Vвв=100∙Bуг+40∙Bпор , соответственно масса одновременно взрываемого ВВ по углю и породе, кг; в расчете принимать проходку по породе;
T – время проветривания выработки после взрывания, определяется в соответствии с требованиями ПБ (ЕПБ), мин;
S – средняя площадь сечения выработки в свету, м2;
lкр – критическая длина, м; при длине тупиковой части выработки 500 м и более принимается равной 500 м, при меньшей длине - определяется по формуле: lкр=12,5∙Vвв∙kт∙kгл/S;kт – коэффициент турбулентной диффузии зависит от соотношения геометрических размеров трубопровода и принимает значения 0,3-0,9 (в расчетах принять среднее значение – 0,6);
kгл – коэффициент, учитывающий изменение температуры пород с глубиной и обводненность выработки, принимает значения 0,1-0,9 (в расчетах принять среднее значение – 0,5);
kобв – коэффициент, учитывающий обводненность выработки, зависит от притока воды:
Q, м3/час <1 1-6 6-15 ≥15
kобв0,8 0,6 0,3 0,15
kут.тр – коэффициент утечек в трубопроводе.
Из полученных значений по формулам (4.1)-(4.4) выбираем максимальное значение: Qр.п.з=maxQп.зi.Затем полученное расчетное значение Qр.п.з проверяется по допустимым скоростям движения воздуха в выработках (расчетное значение должно обеспечивать скорость движения не менее минимально-допустимой и не более максимально-допустимой по ПБ или ЕПБ):
Qv min≤Qр.п.з≤Qv max(4.5)
При этом
Qv min=60∙Sв∙Vmin ; Qv max=60∙Sв∙Vmax ,(4.6)
где Sв – площадь поперечного сечения выработки в свету, м2;
Vmin 2мс, Vmax(8мс) – скорость движения воздуха, соответственно минимально-допустимая и максимально-допустимая по ПБ или ЕПБ, м/с.
В случае если расчетный расход воздуха получился менее, чем обеспечивающий минимально-допустимую скорость движения, то к расчету принимается значение, соответствующее минимально-допустимой скорости воздуха Qv min; в том случае, если расчетный расход воздуха более, чем максимально-допустимый, то к расчету принимается значение, соответствующее максимально-допустимой скорости воздуха Qv max.
Расчетную подачу вентилятора Qр определяют с учетом утечек воздуха из-за не герметичности вентиляционных трубопроводов и вентиляционных дверей определяем по формуле:
Qp= kQ · Qр.п.з [м3/мин] (4.7)
где Qр.п.з – необходимая подача чистого воздуха в проветриваемые выработки, м3/с;
kQ – коэффициент резерва подачи вентилятора.
Коэффициент резерва подачи kQ зависит от протяженности L и диаметра D вентиляционного трубопровода, а также от характера распределения давлений воздуха по его длине, качества сборки и эксплуатационного состояния вентиляционных труб. Его величина может быть определена по следующей формуле:
kQ=exp1,48∙LD∙3α∙kу=2,711,48∙LD∙3α∙kу(4.8)
где α – коэффициент аэродинамического сопротивления вентиляционных труб; D – диаметр вентиляционного трубопровода, м;
L – длина вентиляционного трубопровода, м;
kу – коэффициент утечек воздуха через не плотности вентиляционного трубопровода.
Для определения коэффициента аэродинамического сопротивления α может быть использована следующая формула:
α=b3,7+lgD2 ,(4.9)
где b – эмпирическая константа, принимаемая равной 0,0038 и 0,003 соответственно для жёстких и гибких прямолинейных вентиляционных трубопроводов; если жёсткие трубы на стыках имеют изломы, то эмпирическая константа принимается равной 0,005. Для гибких труб с нелинейной (волнистой) подвеской константа равна 0,0045, а при наличии складок – 0,012 [4: с. 322].
Если диаметр D вентиляционных труб не оговорён какими-либо техническими условиями, то его расчётную величину Dр определяют ориентировочно по формуле:
D=4∙Qв60∙π∙vр , м(4.10)
где vр - расчётная скорость движения воздуха по трубам, м/с (принимается равной в пределах 10-15 м/с [3: с. 230]).
Примечание: расчётное значение диаметра вентиляционных труб округляют до стандартного, соответствующего диаметру присоединительных патрубков вентиляторов местного проветривания.
Подача воздуха вентиляторами местного проветривания производится по трубам. Трубы изготовляют из тонколистовой стали, фанеры, прорезиненных тканей, капрона и полихлорвинила. При работе вентиляторов на нагнетание предпочтение отдают гибким трубам, а для работы на всасывание необходимы жёсткие (металлические или фанерные) трубы.
Вентиляционные трубы изготовляют следующих стандартных диаметров: 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 мм.
Длина подземных выработок, проветриваемых одним вентилятором типа ВМ, зависит от его типоразмера и колеблется от 300 до 1000 м. При последовательном соединении двух вентиляторов ВМ-8М или ВМ-12М она может достигать 1600 м.
Длина проветриваемых подземных выработок вентиляторами типа ВМП составляет 70-600 м, а при последовательной работе двух вентиляторов – до 1000 м.
Коэффициент утечек kу, характеризующий относительную не герметичность вентиляционных трубопроводов, зависит от качества их сборки и эксплуатационного состояния. При удовлетворительной сборке новых трубопроводов kу = от 0,5 · 10-4 до 2 · 10-4. Для трубопроводов, проработавших более половины срока годности, величину коэффициента утечек увеличивают в 1,5-2 раза [3: с. 215].
Расчётное давление Нр (Па) вентилятора и сопротивление внешней сети Нс (Па) определяют с учётом изменения подачи воздуха по трубопроводу из-за утечек:
Hр=Hс=kр∙Rс∙ Qр2 ,(4.11)
где kp – коэффициент резерва напора вентилятора;
Rc – обобщённый коэффициент сопротивления внешней сети вентиляторного агрегата, кг/м7;
Qр=Qр.п.з – необходимая подача воздуха в выработки, м3/с.
Обобщённый коэффициент сопротивления внешней сети вентиляторного агрегата:
Rс=53∙ρ∙α∙LD5+0,81∙ρ+0,0568∙g∙ni∙βi2D4 ,(4.12)
где ρ – плотность атмосферного воздуха (при нормальных атмосферных условиях – 1,293 кг/м3);
D – диаметр выбранного стандартного трубопровода, м;
ni – количество поворотов трубопровода, имеющих угол поворота βi (рад). Для перевода угла поворота из градусов в радианы необходимо угол в градусах умножить на число π и поделить на 180°.
Коэффициент резерва напора вентилятора определяется по формуле:
kр=kQ2-12∙ln(kQ) ,(4.13)
Выбор вентиляторов местного проветривания производят по расчётным величинам подачи Qp и напора Hp, используя поля рабочих режимов, представленных в приложении № 1.
Примечание: необходимый расход воздуха и сопротивление внешней сети изменяются по мере проведения горной выработки от минимальных до максимальных значений, что отражается на выборе вентилятора.
После выбора вентилятора графически определяют действительный режим его работы на основе его действительной аэродинамической характеристики и характеристики внешней сети, которая рассчитывается по формуле:
Hс=kр∙Rс∙ Qр2(4.14)
Для удобства построений значения подач Qр.п.з рекомендуется эту величину выбирать в виде круглых чисел, например, 0, 10, 20, 30 и т. д. или 0, 50, 100, 150 и т. д.
К действительному режиму работы вентилятора местного проветривания предъявляются следующие требования [1: с. 87]:
он должен обеспечивать необходимую подачу;
он должен быть экономичным;
он должен быть устойчивым.
Режим работы вентилятора местного проветривания считается экономичным, если полный КПД в этом режиме не менее 0,5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ивановский И. Г. Шахтные вентиляторы: Учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003. – 107 с.
ЕПБ при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом, 2003. – 150 с.
Гришко А. П., Шелоганов В. И. Стационарные машины и установки: Учеб. пособие. – М.: МГГУ, 2004. – 325 с.
Аэрология горных предприятий (при их строительстве) / Ушаков К. З., Кирин Б. Ф. и др. – Учебник для вузов. Липецк, 2000. – 353 с.
Ушаков К.З., Бурчаков А. С., Пучков Л. А., Медведев И. И. Аэрология горных предприятий / Учебник для вузов. М.: «Недра», 1987. – 381 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1
Поля рабочих режимов
вентиляторов местного проветривания


Рис. 1.1. Поля рабочих режимов вентиляторов местного проветривания

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2
Аэродинамические характеристики
вентиляторов местного проветривания


Рис. 2.1. Аэродинамические характеристики
вентиляторов М-3М и ВМ-4М


Рис. 2.2. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВМ-5М


Рис. 2.3. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВМ-6М


Рис. 2.4. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВМ-8М

Рис. 2.5. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВМ-12М

Рис. 2.6. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВМ-12А

Рис. 2.7. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВЦ-7