Министерство угольной промышленности СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ т» безопасности работ в горной промышленности Мак Н И И

МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ВЫРАБОТОК С ИСХОДЯЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СТРУЕЙ ВОЗДУХА

Макеевка—Донбасс

1 98 !

Министерство угольной промышленности СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Макнии

УТВЕРЖДЕНО Министерством угольной промышленности СССР

25 декабря 1980 г*

МЕТОДИКА

теплового расчета выработок с исходящей вентиляционной струей воздуха

Макеевка-Донбасо

1981

сн&чешвя коэффициента    _#    учитывающего    утечки    воздуха    через    выра

ботанные дростраяства при управлении кровлей полный обручением

Таблица 2.1 Схемы проветривания выемочных участков    j    Значения    коэффициента    кцтЛ

!Инляил! По классификаЗ у ШДДоАС у _»»•* It Породы непосредственной кровли , • схемы аии Ру К ОВОДС-t НЕЛиенование схемы проветривания | ва...и [21 ! Глинистый ! Песчаяис-Шесчаник 1 !хш1 f под- ТВа рЫнт > ,------ , --..... -1______ !<гип. кляпп! ......... 1 сланец [тый сланец] -------—..............i— ................i........i, I Г i СИ ,.,-5_ _1_б........„Дх—д_.

В^эратаоточная с направлением исходящей струи в сторону вырабо-

таяного пространства 1а I-B-H 1,40 1,55 1,70 Пплмотсчная с направлением исходящей струи в сторону выработанного пространства 16 I-B-H 0,г,е,з 1,30 1,40 1,55 Возвратноточная с направлением исходящей вентиляционной струи в сторону целика 2а I-M-H а,в,д,х Г, 25 1,30 1,40 Прянет очная с направлением исходящей вентиляционной струи в сторону целина 26 I41-H б,г,е,з 1,25 1,30 1,40

Рис- 2 Л * Классификация схем проветривания выемочных участков

- 13 -

где 8 - величина, зависящая от способа поддержания вентиляционной выработки.

Если вентиляционная выработка поддерживается кострами, буто-кострами, бутовой полосой с окнами или бутовой полосой шириной до 5м, В = 0,3. Если вентиляционная выработка поддерживается сплошной бутовой полосой шириной более 5 м, значение Ь принимаемся из табл. 2.4    [3] .

2.4.3. Количество воздуха, постулате го в исходящую вентиляционную струю из обособленно проветриваемых камер,определяется по результатам шахтных замеров или рассчитывается согласно [2] .

Величина утечек воздуха со свежей на исходящую вентиляционную струю через вентиляционные сооружения определяется по результатам шахтных замеров, а при проектировании рассчитывается согласно норм утечек воздуха через вентиляционные сооружения [2].

Таблица 2.2

Значения коэффициента    при    различных

способах охраны выработок

Gnoco6 охраны выработки ! Значения Костры Бутокостры и бутовые полосы шириной 1,45 менее 4 м 1,10 Бутовые полосы с окнами 1,С5 Бутовые полосы шириной 4-6 и 1,00 Бутовые полосы шириной 7-10 м 0,90 Бутовые полосы шириной II—15 м 0,8С Бутовые полосы шириной 16-20 м 0,70

^ ут.п.

Таблица 2.3

Значения коэффициента Нут.л ь загис'-'мостк от ширины бутовой полосы

U> * !	6 !	7 !	1 9 I	12 !	Гб
кунч.л. !	1>,3 !	0,4 !	! 0,5 !	0,7 !	1 0,9

- 14 -

Значения коэффициента в в зависимости от ширины бутовой полосы

Таблица 2 Л

! 6 I ! I ! 7 ! J 9 ! I 12 1 ! более 12 & Гм" 0,6 ! о,? ; 0,8 , 1,0

-------•-----а----'----1----4-------

2*5. Барометрическое давление воздуха в горной выработке Р,Па, определяется по формуле:

Р - Р₀ + 12,0 Н ,    (2.8)

где P_Q - среднемесячное давление воздуха* поступающего в шахту-й - средняя глубина залегания выработки от поверхности.

2.6. Относительная влажность воздуха ср в вентиляционных выработках принимается по данным тепловой съемки* При проектировании относительную влажность рекомендуется принимать по данным табл. 2*5.

Таблица 2.5.

Значения относительной влажности воздуха в выработках с исходящей струей

Тип выработки,ее влажностная характеристика    !    Относительная

_w    _    I    влажность

Участковая вентиляционная выработка (у сопряжения с лавой)

сухая    0,70

о влажной почвой* стенки сухие    0*80

влажная    0,92

Участковая вентиляционная выработка (у сопряжения с капитальной вентиляционной выработкой)

сухая    0,7^

с влажной    почвой, стоики сухие    0,87

вл1жиоя    0,95

- 15 -

продолжение таал. 2.5

I 1 2 Капитальная (групповая) вентиляционная выработка (у сопряжения с вентиляционным стволом) с влажной почвой, стенки сухие 0,89 влажная 0,97 Вентиляционный ствол 1,00

2.7. Относительная влажность притекающего из выработанного пространства воздуха    определяется в зависимости от влаж

ностной характеристики лавы по формулам:

^при Т*_г < 3S

^ПР ^e °*⁵⁸ <j>ym ⁺⁰*²^ i    (2.9)

^пр * 0*51 Cj)^ + 0»^*7_?    (2*10)

^ГД9    *    ^л_г

- значения относительной влажности воздуха соответственно в начале и в конце лавы. Принимаются по данным шахтных замерев. При проектировании ср_Л| определяется    ^пЛ аппит.™»    j

по формуле:

^ ^нл iOQ^A ^ *°° ¹

(2. II)

где L_a - длина лавы, м;

^оо “ приращение относительной влажности воздуха на 100 к длины лавы,м“*. Значения    ж

принимаются по данным табл. 2.6    [I].    *

Таблица 2.6

Значения (ф_Ал и    в    зависимости от влажностной

характеристики лавы и характера производственных процессов в ней

¹ Относительная влажность

*    воздуха на входе в ла-

-т------

1 Добычная    ¹ Ремонтная

* смена    ¹ смена 1

Величина изменения счоо
на 100 м	длины лавы
Добычная	! Ремонтная
смена	1 смена !
0,04	-0,02
0,03	0,025

Влажностная характеристика лавы

0,70    0,74

0,88    0,89

“Сухая"

"Влажная"

К "влажным" относятся лавы и выработки о повышенной естественной влажностью угольного пдаста (более 5%), кровля или почва которых представлена породами, насыщенными гравитационной водой (капиллярной иди свободной), или породами, обладающими большой водоцраводя-[цвй или в од сот дающей способностью (например, известняками).

Qtm " значение относительной влажности утечек воздуха. При схемах ^J проветривания 1а,2а,26,За,36,4а ср^_т принимается равным значению относительной влажности воздуха в воздухоподающей выработке перед лав ой ♦ При схемах проветривания 16,46 сру* определяется по формуле:

V ^{0,5 (} 94 ⁺ 94    (2.12)

2.8.    Естественная температура горного массива в выработке определяется согласно рекомендациям п. Ы.9 "Единой методики ..."

СП .

2.9.    Теплофизические характеристики горных пород - коэффициенты температуропроводности & , теплопроводности Л и теплоемкости единицы объема С - определяются в результате специальных иссле-

-17-

дований или принимаются по данным* приведенным в табл, 2.7    [I]    .

Таблица 2.7.

Средние значения теплофизическях характеристик горных пород для условий Донбасса

Твцлофизнческие характеристики

Породы , _ - _ ! а *10', , А . ! Вт/(м.°С) | С • ГО-6 ! я/в | Г Д*/(м8.°С) Пвоч^тк 12,28 2,56 2,084 Глинистый или песчанистый сланец 7*60 1,77 2,324 Уголь 2,01 0,29 1,451 Известняк А,А7 0,98 2,20

В случае* когда выработку окружает неоднородный массив* при расчетах используются средневзвешенные по периметру значения теплофизических характеристик горных пород Cl3

2*10* Кассовый расход сухой части воздуха Q * кг/ч* рассчитывается по формуле

G - 60J)_PQ ,    (2.13)

где    - плотность воздуха, кг/м⁸ ;

р_р » 3,483 • Ю^-3 Р ~    ,    (2.й)

273 +1

" среднее значение относительной влажности воздуха в выработке;

р^ - среднее парциальное давление насыщенных водяных паров в диапазоне изменения температуры воздуха в выработке.

Определяется по приложению или табл. АЛ* 5Л.

\    -    температура    воздуха    в выработке.

- 18-

2.II. Расчет тепловыделений от цветных источников тепла в вентиляционных выработках производится согласно разделу 1.2 ”Единой методики прогнозирования температурных условий в угольных шахтах” [ 11 .

3. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА МЕДО ГОРНЫМ МАССИВОМ И ВОЗДУХОМ В ВЫРАБОТКАХ

3.1.Коэффициент нестационарного теплообмена к_т ,Ат/(М^.°С), в выработках, проветшваемых более года,определяется из зависимости

_j_

+ -А—

2оСИо

с*]*-

Л

(3.1)

² боУага/с (j + -А__\

\ aeCRo/

где об - коэффициент теплоотдачи от поверхности горной выработки, вт/(м².°с);

об * 2,33 ^(JJpV' )°’⁸ (    )⁰’² ,    (3.2)

где - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости обнаженных поверхностей на интенсивность теплообмена; его значение принимается: для выработок о монолитной бетонной крепью £ *1 ; для выработок с металлической, железобетонной и деревянной крепью со сплошной затяжкой t^m 1,5; с той же крепью, но без затяжки £^=2 ;

\Г - средняя скорость движения воздуха в выработке, м/с}

(3.3)

- 19 *

Для выработки,закрепленной всплошную (кирпич, бетон, дерево), коэффициент теплоотдачи сС заменяется коэффициентом теплопередачи , учитывающим влияние крепи на теплообменный процесс;

'    i

к =-->    (ЗЛ)

<    ₊    °КР

где §1_кР -Л*р

X -

оС Л|<р

толщина крепи; принимается по проекту ; коэффициент теплопроводности крепи, Вт/(м.°С); для дерева А*р ³⁵ С,107, для бетрна Л*р * 1*279 и для кирпича Л_кР= 0,265 Вт/(м.°С); расчетное время теплообмена между породным массивом и воздухом*

г - Ъ + Ъг+ц-Ут:х7 ,

Ц    (3.5)

где Х_л , Х_г - соответственно время проветривания начала и конца расчетного участка выработки*

При интенсивном испарении влаги со стенок выработки (мокрые выработки) [*]    :

IJ — А. А.    ^    —    г

^х г Я₀ боу~тахх¹

3.2. Коэффициент нестационарного теплообмена в выработках, проветриваемых менее года, рассчитывается по зависимости [4]

м

где

&L =    i    (3.8)

Bl‘ ⁼ Bl+ 0,&75 ;    (3.9)

(ЗЛО

г- Bl'VK)

Методика -является руководящим материалом для прогнозирования температурных условий в выработках с исходящей струей воздуха, проветриваемых за счзт общешахтной депрессии.

Методика разработана на основе результатов научно-исследОва тельских работ, выполненных МакНИИ и Новочеркассяим политехническим институтом, а также обобщения ранее выполненных иссладова ний и анализа действующих нормативных документов по вопросам прогнозирования тепловых условий в глубоких шахтах.

В методике приведены указания по выбору исходных данных для тепловых расчетов выработок, классификация схем проветривания выемочных участков по тепловому фактору, зависимости для рас чета температуры утечек воздуха из выработанного пространства выемочных участков и для прямых и обратных расчетов температуры воздуха в выработках с исходящей вентиляционной струей.

Методика предназначена для проектных организаций, инженерно технических работников угольных предприятий и научно-исследовательских институтов, занимающихся вопросами прогноза и регулирования теплового режима шахт.

Ответственны* за jlmhfck кав#.тахн.налк Иувин В.А Ротапринт МакНИИ.Заказ fc 217 - 120 экз*

Ролл.к печати 02,06.81г» БД 00853^___

г.Макеевка Донецкой обл.,Лихачева,60

- 20

Fo « S600

(З.И)

сxx

Ri ’

функция обобщены от о числа гомотронносги. 'Значения функции ( Ъ ) определятся по фориулаи:

4. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА, ПРИТЕКАЮЩЕГО ИЗ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

4.1. Температура притекающего из выработанного пространства воздуха определяется по формуле    :

virtvjuJlra+vflJV+vnu.+Ej],

<*Л)

V* S

э * &*р с*п»

Д _    3542    апр^по    .

я ПР р _    _    CP    1

~ПР f->n

ОГЛА:¹ да

Стр.

Основные условные обозначения    4

1.    Назначение и область применения методики    6

2.    Определение исходных данных    8

3.    Расчет коэффициентов нестационарного теплообмена

между горным массивом и воздухом    в    выработках    18

4.    Расчет температуры утечек воздуха из выработанного

пространства выемочных участков    20

^г». Расчет температуры воздуха в вентиляционных    выработках 22

*>. Пример теплового расчета    29

Литература    42

Приложение. Парциальное давление насыщенного водяного пара при различных температурах    43

- 4 -

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОВШЩЧШМ

о

-    коэффициент температуропроводности, iryc;

-    фактор теплообмена;

-    коэффициент удельной массовой теплоемкости, Д*/{кг.°С);

-    фактор вдагооодергания;

-    массовый расход воздуха, кг/ч;

-    глубина от поверхности расчетного пункта выработки, и;

-    длина выработки, м;

-    вынимаемая мощность угольного пласта, м;

-    барометрическое давление воздуха, Па;

-    парциальное давление водяных паров в воздухе, Па;

-    объемный расход воздуха, м^а/мин;

-    площадь поперечного сечения выработки, м²;

-    периметр среднего по длине расчетного участка сечения выработки, м;

-    время проветривания, ч;

**■ температура воздуха, °С;

-    температура подвижного агента в трубопроводе, °С;

-    коэффициент теплоотдачи от поверхности выработки к воздуху, В*/(и²«°С)}

-    относительная влажность воздуха;

-    геотермический градиент, °с/м;

-    плотность, кг/м³;

-    коэффициент теплопроводности, Вт/(и*°С);

-    толщина крепи, м;

-    угол наклона выработки, град.

Индексы:

5*    -    относящийся    к    бутовой полосе;

fc.fl. - относящийся к выработанному пространству;

доп. - относящийся к дополнительной выработке;

Кр - относящийся к крепи;

- относящийся к лаве; м,и. - относящийся к местным источникам тепловыделения; п - относящийся к породному массиву;

пр - относящийся к притекающему из выработанного пространства воздуху;

* среднее значение параметра;

-    относящийся к утечкам воздуха в выработанное пространство;

-    относящийся к выемочному участку;

-    относящийся к транспортируемому ископаемому;

-    относящийся к трубопроводу с теплоносителем;

-    относящийся и трубопроводу с хододонссителен;

4    -    начальный пункт расчетного участка;

а - конечный пункт расчетного участка;

Критерии:

Bl - критерий Био; р₀ - критерий Фурье.

- 5 -

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕТОДШ

Отработка запасов угля на большой глубине связана с неблагоприятными тепловыми условиями в горных выработках шахт. Работа в условиях повышенных температур отрицательно сказывается на состоянии техники безопасности, здоровье горнорабочих и ведет к резкому снижению производительности труда*

Наиболее тяжелые климатические условия наряду о очистными и подготовительными забоями глубоких шахт складываются в выработках с исходящей вентиляционной струей, в которых трудится значительное число горнорабочих»

Для решения вопросов нормализации микроклимата вентиляционных выработок как применением горнотехнических мероприятий, так и с помощью холодильных установок необходимо иметь научно обоснованные методы тепловых расчетов рудничного воздуха. Прогноз тепловых условий в выработках о исходящей струей необходим также для расчета водо- и воздухоохладительных устройств систем кондиционирования воздуха в шахтах о подземным отводом тепла конденсации холодильных машин и расчета индивидуальных средств охлаждения горнорабочих, находящихся вне зоны обще шахт ног о кондиционирования» Тепловые расчеты выработок основных маршрутов со свежей и исходящей струями необходимы при определении естественной тяги шахты.

Советской школой горной теплофизики и трудами зарубежных исследователей созданы теоретические основы прогноза теплового режима глубоких шахт я рудников. На их базе разработаны иетоды теплового расчета воздуха в горных выработках шахт от поверхности до выхода ив лав, проветриваемых за счет общещахтной депрессии, а также тупиковых выработок, проветриваемых о помощью вентиляторов местного проветривания»

Однако до настоящего времени отсутствовали надежные методы прогнозирования температурных условий в выработках вентиляционных горизонтов шахт, что потребовало проведения комплекса теоретических и шахтных исследований тепловых процессов в них.

Настоящая методика разработана в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ МакНИИ и является дополнением к ^Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных вахтах¹¹, утвержденной в качестве нормативного документа Минуглепро-мом СССР 29 декабря 1978 г. Область применения методики распространяется на глубокие угольные шахты Донецкого бассейна, отрабатывающие пологие пласты с управлением кровлей полным обрушением.

- 7-

Методика является руководящим материалом для проектных организаций, занимающихся разработкой проектов новых и реконструируемых шахт, подготовки новых горизонтов и участков действующих шахт, а также для специалистов угольных предприятий и научно-исследовательских институтов, занимающихся вопросами прогноза и регулирования теплового режима шахт.

В разработке методики принимали участие: к.т.н. Кугин В.А., инж. Пучков М.Ц., Мартынов А.А., Костина Г.П. (МакНИИ), к.т.н. Фан-деев М.И. (НИИ).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1.    Прогноз температурных условии в выработках о исходящей струей воздуха производится, как правило, после выполнения тепловых расчетов для воздухоподающих выработок, очистных и подготовительных забоев согласно рекомендациям”Единой методики прогнозирования температурных условий в угольных шахтах" [ I ] .

2.2.    Геометрические параметры выработки (длина L» * м, площадь поперечного сечения в свету £ , м^) принимаются по данным технологических проектов иди шахтных замеров.

2.2Л. Периметр поперечного сечения выработки в свету Ц ,м, определяется по формулам [ I ] ;

для трапециевидной формы выработки

и-^кУ^;    (2.1)

для выработок, закрепленных арочной крепь»

U “ 3»⁸У~^П    (2.2)

2.3.    бквяваденхный радиус выработки ft₀ >^ы< определяется иэ выражения Cl] :

Й.--ДХ- •    (2.»

2*4» Расход и распределение воздуха по выработкам в зависимости от назначения тепловых расчетов принимаются по результатам шахтных замеров или определяются по проекту вентиляция шахты . При необходимости производится расчет в соответствии с "Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт" Г 2 ] и " Дополнениями к руководству ..." С 3]

2.4.1. Величина утечек воздуха через выработанное пространство очистного забоя Qy_m .» м³/мин, определяется по формуле: