Министерство угольной промышленности СССР

Всесоюзный научно-исследовательский я проектный институт угольной проышалекности -ЦМТОГИПРСШЛХГ

Государственный Макеевский ордена Октябрьской Ваколыции научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной прошкленнэсти

иакНИИ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДЕПРЕССИИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЯГИ

МОСКВА-1987

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

ВСВСООЭНЫЯ НАУЧЮ-ИССДЕ143ВАТЕШ>СНМ) И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ "ЦЕНТРОГИПРОШАХТ"

ПЭСУДАРСТВЕННЮ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВСИОиИИ НАУЧС-ИССЛЕдавАТЕЛЬСКИЯ ИНСТИТУТ СО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОС ПРОМЫЕОЕННОСТИ МмНИИ

Утверждаю Начальник Втораго Управления .Матвиенко № "    (У?    1966 г.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДЕПРЕССИИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЯГИ

МОСКВА

10

где R - общее аэродинамическое сопротивление шахты, к'иломюрги.

б.    КС1ЯСТШ1Н0И    ТЯГИ В ЗИМНИЙ

ааРлОД

максимальная депрессия естественной тяги на горизонте убежища в злиний период принимается по табл.2 в зависимости от глубины расположения убежища, считая по воздухоподающему стволу, и рааннстп высотних отметок устьев воадухоподающего и вентиляционного стволов. _мля промежуточных значений этих величин, не приведенных в табл.2, депрессия определяется путем линейной интерполяции.

Значения депрессии естественной тяги в зимний период года

1 X	2	3	4	5	6	7	J___	___9____	___10 „	и
850	82	76	69	88	95	96	90	84	102	107
500	87	81	74	94	100	101	95	89	106	III
S50	92	86	79	99	106	105	99	94	109	114
1000	58	91	84	104	III	108	ЮЗ	98	112	116
1050	ЮЗ	96	89	НО	117	III	107	102	115	119
1100	108 101		94	116 123 Кузнецкий бассейн		114	ПС	105	117	120
50	5	-	-	II	17	7	-	*	14	21
100	II	5	-	16	22	13	6	-	20	28
150	16	10	4	22	28	20	13	6	27	35
200	21	15	9	27	34	27	20	12	34	42
250	27	21	14	33	39	33	26	19	41	49
300	32	26	20	38	45	40	33	25	48	56
550	38	31	25	44	51	47	40	32	55	64
400	43	37	30	50	57	54	47	39	63	71
450	49	42	36	56	63	62	54	46	70	79
о о	55	48	41	62	69	69	61	53	78	86
550	61	54	46	68	75	77	68	60	85	94
60С	67	59	52	74 82 84 Карагандинский бассейн			76	67	93	102
60	5	-	-	10	15	6	-	-	13	19
100	10	5	-	15	20	12	6	-	19	25

го

5 6 1__2-J_____1

150 14 9 4 20 25 200 19 14 8 24 30 250 24 18 13 29 35 300 28 23 17 34 39 350 33 27 *22 38 44 400 37 32 26 43 49 450 42 36 30 48 53 500 46 41 35 52 58 550 51 45 39 57 62 60C 55 49 43 61 67 650 60 54 47 66 72 ?00 64 58 52 70 76

8	- з	1C	ii
12	6	25	32
18	II	31	38
24	17	37	44
50	23	43	50
36	29	49	56
42	35	56	63
48	41	62	69
54	46	68	75
60	52	74	81
66	58	80	88
72	64	86	94
78	70	93	100

14

ПОЯСНЮЫЬНАЯ ЗАПИСКА к "Методике расчете депрессии естественной тяги"

Методика разработана КакНИИ в результате выполнения научно-исследовательских работ 250070IIG4 "Уточнить методы расчета депрессии естественной тяги в горных выработках для различных вариантов воздухообеспечеяия и параметров воздуха, подлежащего очистке от радиоахтивной пыли, отравляющих и сильнодействующих ядовитых веществ" (исполнители: МакНИИ, ВостНИИ, Карагандинское отделение ВоотНИМ) и 250070I0I2 "Провести экспериментальную проверку пакета прикладных программ по раочету депрессии еотеотвенной тяги и воздухораспределения в вентиляционной сети иахты при естественном проветривании¹¹ (исполнители: МакНИИ, ИВЦ ПО "Макеевуголь") отраслевого плана Минуглепрома СССР по проблеме П 253305 на 1981-1985 гг. и предназначена для использования при проектировании защитных сооружений ГО, размещаемых в выработках угольных шахт.

В методике приведены указания по расчету депрессии естественной тяги и расхода воздуха в шахте при естественном проветривании в летний период, когда интенсивность естественной вентиляции минимальна, и максимальные значения депрессии естественной тяги в зимний период для шахт Донецкого, Куанецкого и Карагандинского бассейнов. Параметры естественной тяги в летний период используются при решении вопроса о возможности естественного проветривания защитного сооружения по режиму чистой вентиляции или выбора средств принудительной вентиляции, данные о максимальной депрессии в зимний период необходимы для выбора вентиляторов, создающих подпор в тамбур-шлюзах (тамбурах) убежищ.

Расчет депрессии естественной тяги, основан, как и ранее, на гидростатическом методе. Основным способом определения параметров естественной тяги для летнего периода является расчет на ЭВМ при помощи специально разработанного пакета прикладных программ РБЕТ2. Предусмотрено два варианта использования программы в зависимости от полноты исходных данных. В первом из них (случай проектирования новой шахты) учитывается естественная тяга только в стволах. При этом температура воздуха в горных выработках, расположенных ниже самого глубокого ствола, принимается такой же, как и в этом стволь,

15

а для каждого диапазона глубин, ограниченного горизонтами, проходящими черев нижние точки стволов, определяется как средняя из температур в стволах на этих горизонтах. Нее операции, связанные с распределением температуры воздуха по узлам вентиляционной сети, выполняются ЭШ. Второй вариант предусматривает, что для вертикальных и наклонных выработок шахты, не имеющих выхода на поверхность, имеются результаты измерений температуры и влажности или только температуры воздуха в летний период (случай действующей шахты).

Наряду с расчетом при помощи ЗЫ для летнего периода предусмотрен упрощенный метод расчета параметров естественной тяги, который может быть использован для расчзта депрессии естественной тяги в отдельных контурах, включгющих стволы, и для определения расхода воздуха, поступающего за счет естественной тяги, при схемах вентиляции с двумя стволами. В основе этого расчета лежит существующая методика, приведенная з ВОН 1I&-7B, которая уточнена в соответствии с проведенными исследованиями.

Для зимнего периода в методике приведены рассчитанные на ЭВМ максимальные значения депрессии естественной тяги. Это вызвано тем, что метод расчета температуры воздуха в зимний период после остановки калориферов разработан только для стволов. Результаты измерений температуры воздуха в горных выработках при нормальной работе вентиляции и калориферных установок нельзя использовать для условий естественного проветривания, когда температура поступающего в щахту воздуха резко изменяется в связи с прекращением подогрева. Поэтому расчеты депрессии естественной тяги были выполнены для упрощенны:: схем проветривания, когда убежище расположено в выработке, соединяющей два вертикальных ствола, и параллельные ветви отсутствуют, т.е. для самых неблагоприятных условий.

Значения климатических, теплофизических и горнотехнических параметров, принятые при расчетах, приведены з табл.1 и 2.

Таблица I

Значения исходных данных

Значение

1

Наименование показателя, единица измерения

6,0

0,4

1

1.    Диаметр ствола, м

2.    Толщина крепи ствола, м

16

Продолжение табл.I

_I__________2_

3.    Коэффициент нестационарного теплообмена между горными породами и воздухом в стволе

при нормальном проветривании, Вт/(м².°С)    0,151

4.    Коэффициент температуропроводности

материала крепи ствола, м^/°С    7,5*10“^

5.    Коэффициент теплопроводности материала

крепи ствола, Вт/(м.°С)    1,39

6.    Относительная влажность воздуха на горизонте

окоиоствольного двора, доли единицы    0,8

7.    Время существования ствола, лет    более    10

8. Бремя, прошедшее после	отключения
калориферов, ч	72
	Таблица 2
Значения	исходных данных
Наименование показателя, единица измерения	Л Значения для бассейнов 1-п--- "Г ~~ * (Донецкого; Кузнец- ;Караган-; | кого |динского
I	2 3 4

I. Давление атмосферного воздуха в наиболее холодный месяц,

мм рт.ст. 741,6 720 719 2. Средняя температура атмосферного воздуха в наиболее холодный месяц, °С -6,6 -17,5 -15,1 3. Среднегодовая температура воздуха,поступающего в нахту^с учетом подогрева калориферами, °с 9,7 6,9 8,0 4. Относительная влажьость атмосферного воздуха в наиболее холодный месяц,доли единицы 0,88 0,75 0,77 5. Среднегодовая относительная влажность атмосферного воздуха, доли единицы 0,72 0,72 0,70

17

I	2	3	4
6. Среднегодовая температура земной поверхности, °С	10,4	2,9	1.0
7. Геотермическая ступень, м/°С	37,0	35,0	56,0
8. Среднесуточная добыча шахты,т	1712	-	-
9. Средняя протяженность
выработок шахты, км	-	-	87,0
10. Средний расход воздуха,подаваемого в шахту при нормальном
проветривании, м3/мин	-	-	14500
II. Среднее аэродинамическое
сопротивление вахты,киломюрг	0,066	0,039	0,048

Диапазон глубин, для которых выполнены расчеты депрессии, определен в соответствии с областью применения эмпирических формул, предназначенных для расчета температуры воздуха в вентиляционных стволах.

Завотделом вентиляции и газа    ^

К.К.Бусыгин

Jfcluj tu^

Зав.лабораторией математического    I

В.Н.Ыиц Ю.А.Иванов

обеспечения исследований и шахтной электроники

Научный сотрудник

Отпечатано в ротапринтной мастерской института "Центрогипро-шахт", ул. Петра Романова, 18. Заказ # 54. Тираж 100. Подписано в печать # Л.47337 от 5.05.87г. Цена 45 коп.

I. 0Б4ИЕ ПОЛОДЕЬИЯ

I.I* Методика предназначена для определения параметров естественное тяги при проектировании защитных сооружений гражданской обороны, размещаемых в горных выработках угольных аахт.

1.2.    Параметры естественной тяги определяется для летнего

и зимнего периодов года (для наиболее теплого и наиболее холодного месяцев).

Для летнего периода рассчитываются депрессия естественной тяги и расход воздуха, поступающего л шахту при естественном проветривании. Для зимнего периода определяется только депрессия естественной тяги.

1.3.    Расчет параметров естественной тяги для летнего периода выполняется на ЭВМ при помощи пакета прикладных программ РВТ2, который хранится в МакНИИ и представляется по запросам проектных организаций в виде загрузочного модуля на магнитной ленте заказ-та.

Для определения направления движения воздуха в отдельных вентиляционных контурах, включающих стволы, а также расхода воздуха при естественном проветривании в летний период для шахт с двумя стволами может выполнишься упрощенный расчет параметров естественного проветривания.

Депрессия естественной тяги дня зимнего периода принимается по таблицам.

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ECTECTHSHHOt ТЯГИ ДЛЯ ЛЕТНЕГО ПЕРИОДА

2*1. Функциональные возможности пакета прикладных программ РЖТ2.

Пакет прикладных программ дли расчета параметров естественного проветривания (ПИЛ РЖТ2) позволяет рассчитать на ЭВМ приращения давления столбов воздуха в вертикальных и наклонных выработках шахты, а также расход воздуха и депрессию в отдельных ветвях вентиляционной сети при естественном проветривании в летний период для шахт Донецкого, Кузнецкого и Карагандинского бассейнов.

3

Кроме того, эти же параметры могут быть рассчитаны для условий принудительного проветривания защитных сооружений при совместной работе вентиляторов и естественной тяги.

Распечатка представляет собой таблицу, содержащую в каждой строке номер ветви ( NN ), номера начального (IN ) и конечного ( 3N ) узлов, аэродинамическое сопротивление ( R ), расход воздуха ( Gl ), депрессию ветви (Н) и приращение давлении столба воздуха ( дР ).

Для определения депрессии естественной тяги в контуре необходимо по результатам расчета д Р на ЭВМ вычислить алгебраическую сумму дР во всех ветвях контура, псследовательно обходя его, от устья одного ствола до устья другого. При этом для каждой ветви NN , входящей в контур, дР берется с тем же знаком,что и в распечатке, если движение при обходе совершается из узла IN в узел 3N , и с противоположным в противном случае.

В зависимости от полноты исходных данных возможны два варианта использования ДПП РББТ2:

-    с учетом естественной тяги только в стволах;

-    с учетом естественней тяги в стволах и других вертикальных и наклонных выработках шахты, не имеющих выхода на поверхность.

Второй вариант разделяется на два подвари&нта. В первом из них для узлов вентиляционной сети, известна температура воздуха, во втором - температура и влажность.

Первый вариант следует применять при проектировании новых шахт, второй - при проектировании защитных сооружений в действующих шахтах, когда имеются данные о температуре воздуха в горных выработках (кроме стволов) в летний период. Расчет температуры воздуха в стволах предусмотрен самой программой.

ППП РВЕТ2 позволяет рассчитывать параметры естественной тяги для вентиляционных сетей, включающих в себя до 700 ветвей, в том числе до 430 ветвей с разностью высотных отметок более 10 ы, до 400 узлов, до 70 вентиляторов и до 50 стволов, капдый из которых содержит до 15 горизонтов.

Для работы ППП РВЕТ2 достаточно, кроме резиденции ОС,одного накопителя на магнитных дисках (ЕС-5052), устройства ввода с перфокарт (ЕС-6012) и печатающего устройства (ЕС-7032). При выполнении ППП РБЕТ2 занимает I9G К оперативной памяти.

4

2.2. Инструкция по подготовке исходных данных

Для расчета на ЭШ подготавливается пакет перфокарт с исходными данными в следующей виде:

I. информационная карта

2'. Название шахты

3.    Информация о ветвях сети

4.    -I

3. информация о вентиляторах

6.    -I

7.    Информация об узлах сети

8.    -I

9.    Информация о стволах

10.    -I

11.    Дополнительная информация

12.    Пустая перфокарта

13.    //

Информационная карта содержит в первой позиции признак печати исходной информации о топологии и вентиляторах: I - исходная информация печатается, 0 - не печатается. Вторая пози*ия -признак периода года: 0 - летний период. Третья позиция - признак варианта расчета с учетом полноты исходных данных: I - учитывается тепловая депрессия только в стволах, 2 - учитывается тепловая депрессия в стволах и в прочих вертикальных и наклонных выработках без учета влажности в узлах сети, относящихся к выработкам, не имеющим выхода на поверхность, 3 - учитывается тепловая депрессия стволов и других вертикальных и наклонных выработок с учетом высотных отметок, температур и влажности воздуха в узлах сети. Четвертая позиция - признак бассейна: I - Донецкий,

2 - Кузнецкий, 3 - Карагандинский.

В позициях 6-75 для каждого из 70 возможных вентиляторов набивается I.

Перфокарта названия шахты содержит название шахты в первых 48 позициях.

Подготовка информации о ветвях сети производится следующим образом. На отдельной перфокарте набиваются номер начального узла ветви (13), номер конечного узла (13), сопротивление ветви в киломюргах ( F 10.5). Номер ветви должен быть целым числом от

5

I до 700 включительно. Каждый узел должен иметь входящие и выходящие ветви.

Информация о вентиляторах подготавливается следующим образом. На отдельной перфокарте набивается номер вентилятора (13), номер ветви с вентилятором (13), начальный узел (13) и конечный узел (13) ветви; затем параметры AVN (F 4.0), BVN (F 6.5),исходя из уравнения характеристики вентилятора Н = AVN + BVN * Q..

Подготовка информации об узлах сети производится следующим образом: на отдельной перфокарте набивается номер узла сети (13), его высотная отметка (F 6.1), температура воздуха в узле (F 4.1), влажность воздуха в узле (F 3.2). Номер узда должен быть целым числом от I де 400 включительно. При расчете воздухораспределения с учетом тепловой депрессии только стволов в пакете исходной информации опускаются № 7 и № 8.

Информация о стволах подготавливается следующим образом. На первой перфокарте, описывающей ствол, в 1-2 позициях набивается признак ствола: 01 - воздухоподающий ствол, II - вентиляционный ствол. В 3-4 позициях набивается в формате 12 количество горизонтов ствола. В позициях 5-9 набивается приток воды в ствол, м^а/ч (F 5.2).

На следующей перфокарте набиваются номер первого (начиная сверху) узла ствола (13), высотная отметка первого узла ствола (F 6.1), номер выработки соединяющей первый и второй узел ствола (13), номер второго узла ствола (13), высотная отметка второго узла (F 6.1) и т.д. Если ствол содержит более пяти горизонтов, на следующей перфокарте с первой позиции набиваются данные о шестом и последующих горизонтах.

Дополнительная информация подготавливается в следующем виде. С первой позиции набиваются:

-    давление воздуха на поверхности в наиболее теплый месяц, мм рт.ст. (F 5.1);

-    средняя температура земной поверхности геотермического участка, в пределах которого расположено шахтное поле,°С (F 5.1) (только для Донбасса);

геотермическая ступень, м/°С (F 4.1) (только для Донбасса);

6

- средняя температура воздуха в наиболее теплый месяц,°С

(Р 5.1);

-протяженность горных выработок шахты, км (F 4.0);

-расход воздуха для проветривания шахты в период эксплуатации, м³/мкн (F 6.0);

- относительная влажность атмосферного воздуха в наиболее теплый месяц года, доли единицы (F 4.2⁴*.

Примечание. При расчете для условий Кузнецкого и Карагандинского бассейнов информация о средней температуре земной поверхности геотермического участка, в пределах которого расположено шахтное поле, и геотермической ступени не требуется и соответствующие позиции на перфокарте заполняются пробелами.

£.3. Опрошенный расчет депрессии естественной тяги

2.5.1. депрессия естественной тяги определяется по формуле

(D

где he - депрессия естественной тяги, даИа;

ро “ среднемесячное давление атмосферного воздуха на уровне устья ствола с наибольшей высотной отметкой в наиболее теплый месяц , мм рт.сг.; принимается по климатологическим справочникам или данным метеостанций;

Н    глубина соответственно воздухоподающего и вентиляцион-

¹ л в

лого стволов до горизонта защитного сооружения, м;

дН - разность высотных отметок устья ствола с наибольшей

высотной отметкой и устья данного ствола, м;

L T_v - средняя виртуальная температура воздуха соответственно •о ^{1 ч}ь

ь воздухоподающем и вентиляционном стволах, К.

Для определения средней виртуальной температуры предварительно рассчитываются температура воздуха в отдельных пунктах воздухоподающего и вентиляционного стволов, средние значения температуры, относительной влажности и влагосодержания воздуха в этих стволах.

0,015 Рд & ’

где - приближенное значение давления воздуха на горизонте защитного сооружения, мм рт.ст.;

Ря=ро+0,09(Ип+лН),    (4)

- относительная влажность воздуха на горизонте защитного сооружения, доли единицы; принимается согласно табл.1

Таблица I

Значения относительной влажности воздуха в окэлоствольных выработках воздухоподающих стволов

Приток воды в ствол, м3/ч	-1 i	&
0		0,60
до 5		0,75
от 5 до 20		0,90
более 20		1,0

to ~ среднемесячная температура воздуха на земной поверхности в наиболее теплый месяц, °С; принимается согласно СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика или по данным метеостанций;

Nt,-a®s+vt*ftp .    (5)

2.3.3. Температура воздуха в воздухсподащем стволе на глубине 30 м *t< (°С) рассчитывается по формулам (2),(3),(4) и (5).При атом вместо Н_п подставляется 30 м, а вместо у_х - у.

У, = у₀ + ^(у^-°⁾— •    (6)

^нп

2.3.4. Средняя температура воздуха в воздухоподающем стволе t_n(°C) рассчитывается по формуле

„ AHt_e +l5Ct_o+t0 + O-5(-fct+txX^Hn-3O)

^с"⁼----н^н----‘    ’

2.5.:>. Температура воздуха в вентиляционном стволе на горизонте защитного сооружения Т_ъ (°С) рассчитывается по следующим формулам:

для Донецкого бассейна

15 =0,^t_nCf+C,66t_o +С,н£ш-5,6 »0^АС_ш-^Ь (8)

где t_l1Gp - естественная температура пород на глубине защитного сооружения, °С;

, №

- среднегодовая температура земной поверхности в районе расположения шахты, °С; определяется по справочной литературе или принимается для Донбасса равной 10,4°С;

Г - геотермическая ступень в районе расположения иахты, и/°С; определяется по справочной литературе или принимается для Донбасса равной 37 м/<>С; с£_ш - протяженность выработок иахты, км;

(х_Ы - расход воздуха для проветривания вахты в период эксплуатации, м⁸/мин; для кузнецкого бассейна

t_s = V '1C ^?Н_В+    *,!*• lO^Qm + <0,9 ,    (Ю)

для Карагандинского бассейна

15 =    „ + 3,35-i0⁵G _м + 8,9 .    (_Ц)

2.3.о. Средняя температура воздуха в вентиляционном стволе (°С) определяется го формуле

1 _ Д Ht«

х _й —    -------*

Нй + ДН