Министерство угольной промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

УТВЕРЖДЕНА

начальником Технического управления Минуглепрома СССР

М. И. ВЕРЗИЛОВЫМ

7 августа 1984 г.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ЗВЕНЬЕВ) ГИДРОШАХТ

Москва

1985

10,0 2Q,0 30,Q    Щ0    50,0 6СЖ% МПа

Рио. 2.3. График для определения коэффициента К_к

пр= 2,0 rtf 1,0 С* II т Ч

О    0,1    0,4-    0,6    0,8    1,0К

Рис. 2.4. График для определения коэффициента К_р

2.1.2. Очистная выемка, проведение подготовительных (нарезных) выработок гидромониторами (очистные и подготовительные работы технологически совмещены - вторая обобщенная схема выемки).

Суточная добыча угля из очистного и подготовительного забоев, приходящаяся на один гидромонитор, определяется из выражения

где q₀ , Kj , Т, К_л - то же, что и в формулах (2.1) и (2.20);

о , - производительность гидромонитора в подго-* о товительном забое, т/мин; определяется по формуле

k_s ;    (2.23)

Q,y_s - то же, что и в формуле (2.2);

К* - коэффициент, учитывающий размеры выработки; определяется по формуле

0,067 В Н_.

0,5 + 0,25Н-0,5 В+0,3В /? ’

В - ширина выработки вчерне, м;

Н - высота выработки вчерне, м;

коэффициент полезного    водопотреблеяия,

учитывающий простои гидромонитора в подготовительном забое; определяется по формуле

(2.25)

^п    то    же» ^{что и в} формуле (2.17).

Суммарная суточная добыча угля из всех действующих очистных и подготовительных забоев пласта определяется из выражения

А = £ а_г< ,    (2.26)

где N - число гидромониторов на пласте, работающих в очистных и подготовительных забоях;

а_г^ - добыча угля t-м гидромонитором из пласта, т/сут.

Суточная нагрузка гидрошахты по фронту очистных работ для

данной схемы выемки определяется по формуле (2.21).

12

2.1.3, Очистная выемка, проведение подготовительных (нарезных) выработок механогидравлическими комбайнами (очистные и подготовительные работы технологически совмещены - третья обобщенная схема выемки).

Суточная добыча угля из очистного и подготовительного забоев, приходящаяся на один механогидравлический комбайн, определяется из выражения

а_кшЬ0_ЯкТК_$'_К9    (2.27)

где - производительность механогидравлического комбайна по отбойке угля, т/мин;

^К8.к~ коэффициент водопотребления комбайном.

Производительность механогидравлического комбайна по отбойке

угля на данном пласте определяется по формуле

q„ (tin -0,11) Ъ ~    2,25    f

где cj - производительность механогидравлического комбайна, т/мин (принимается по технической характеристике комбайна) ;

/,т - то же, что и в формулах (2.10) и (2.II).

Коэффициент водопотребления, учитывающий простои комбайна, определяется по формуле

^{2-²⁹⁾

где К - коэффициент машинного времени очистного забоя, оборудованного мехаиогидравлическим комбайном; определяется по графику (см. рис. 2.2) в зависимости от ji_T и ji_z (см. формулу 2.16);

и - определяется по формуле (2.17), причем ji_T = K_cpt ^аУ~ж~ (°^м* Р^ис- 2.3);

К - усредненный коэффициент, учитывающий соотношение ^р долей времени работы комбайна в очистном и подготовительном забоях; определяется из выражения

^кср- К о. | ⁺    i    (2.30)

доля суточной добычи угля из очистного определяется из выражения

V

- то же, что и в формуле (2.20)}

13

Суточная добыча угля из пласта, включающая добычу из очистных и подготовительных забоев, с учетом имеющегося фронта подготовительных забоев определяется из выражения

(2.37)

где К_п - то же, что и в формуле (2Л9).

Суточная нагрузка гидрошахты по фронту подготовительных забоев определяется из выражения

^ы*л

(2.30)

^д у = 1

где N_nA - число разрабатываемых пластов;

А_г - добыча угля из у/-го пласта, т/сут.

2.2.2. При проведении подготовительных (нарезных) выработок механогидравлическими комбайнами суточная добыча угля из подготовительного забоя определяется по выражению

⁽²-³⁹⁾

где - то же, что и в формуле (2.28);

К* - коэффициент водопотребления комбайном в подготовитель-ном забое; определяется по формуле

- то же, что и в формуле (2.17).

Суточная добыча угля из пласта действующих подготовительных забоев определяется по формуле (2.36). Суточная добыча угля из у-го пласта с учетом фронта подготовительных забоев определяется по формуле (2.37). Суточная нагрузка гидрошахты по фронту подготовительных забоев определяется по формуле (2.38).

2.3^ Технологическое водоснабжение. Рассматриваются два вида технологического водоснабжения:    высоконапорное, обеспечивающее

работу гидромониторов, и низконапорное, обеспечивающее работу механогидравлических комбайнов. Расчет суточной нагрузки гидрошахты по технологическому водоснабжению осуществляется по каждому виду отдельно.

13

2.3.1. При высоконапорном водоснабжении количество вода, подаваемой за сутки в гидрошахту, определяется из выражения

(2.41)

где N_H - число действующих насосов;

а - часовая производительность L-го высоконапорного насоса (принимается по паспортной характеристике насоса,) м³/ч ;

Т; - время, отведенное на работу £-го насоса в сутки, определяется по формуле (2.15);

Ке - коэффициент, учитывающий возможные остановки L-го высо-¹ конапорного насоса; определяется по формуле

^КВ^=КВ^+КА~ ^К8^КА’    (2.42)

К_в - то же, что и в формуле (2Л6);

К_А - коэффициент, учитывающий подачу вода во время простоя забоев; принимается 0,7 при работе насоса на самостоятельный трубопровод и 0,75 — при параллельной работе насосов.

Средний удельный расход вода на тонну добываемого гидромониторами угля определяется из выражения

а

(2.43)

где N_r - число действующих гидромониторов на^-м пласте;

Q - расход воды через насадку l-то гидромонитора на у'-м пласте, мз/ч; принимается по технической характеристике гидромонитора (см. формулу (2.2));

Т - время, отведенное в сутки на работу £-го гидромонитора

^TL нау-м пласте, определяется по формуле (2.I5T;

к# - коэффициент, учитывающий остановки t-го гидромонитора на<^-м пласте; определяется по формуле (2.42У;

4₀,- производительность гидрошахты по фронту очистных забо-ев, т/сут; при гидромониторной выемке определяется по формуле (2.21).

Суточная нагрузка гидрошахты по технологическому высоконапорному водоснабжению определяется из выражения

^Ar.e=V^-    <²-⁴⁴>

2.3.2. При низконапорном водоснабжении количество воды, подаваемой в гидрошахту для транспортирования угля по выработкам при механогидравлической выемке, определяется из выражения

(2.45)

16

где а - производительность l-то насоса (принимается по пас-⁴ портной характеристике насоса), м³/ч;

N_h,T_l - то же, что и в формуле (2.41);

KL - коэффициент, учитывающий остановки £-го (низконапор-⁴ ного) насоса, определяется из выражения

^K1 = Ks.k⁺<-(2.46) К$.к~ ^{т0 же}» ^{что и в} Ф°Р^мУ^ле (2.29);

К* - коэффициент, учитывающий подачу воды во время простоя * механогидравлического комбайна; принимается равным 0,5 при работе насоса на самостоятельный трубопровод и 0,6 - при параллельной работе насосов.

Суточная нагрузка гидрошахты по технологическому водоснабжению для гидросмыва угля определяется из выражения

^А"т.Ь=Ъ/1'_ж>    (2.47)

где - средний удельный расход воды на тонну добываемого меха-ногадравлическим комбайном угля, м³/т (принимается по установленному на гидрошахте режиму Т:Ж самотечного гидротранспорта угля).

2.3.3. В тех случаях, когда на одной гидрошахте или на одном пласте добыча угля производится и гидромониторами и механо гидравлическими комбайнами, расчет суточной нагрузки гидрошахты ведется раздельно по высоконапорному и низконапорному водоснабжению.

Определяется суточная нагрузка гидрошахты по высоконапорному технологическому водоснабжению А_тЬ по формулам (2.41)-(2.44). При этом вместо значения А₀в формулу (2.43) подставляется значение А¹0^ , которое соответствует суточной добыче угля только гидромониторами.

Отдельно определяется суточная нагрузка гидрошахты по низконапорному технологическому водоснабжению А _тs по формулам (2.45)-(2.47). Суточная нагрузка гидрошахты по условиям технологического водоснабжения при наличии высоконапорного и низконапорного водоснабжения на одной гидрошахте (пласте) определяется из выражения    ,    „

^А т.В~^Ат& ⁺ Ат.В *    (2.48)

При анализе работы гидрошахты технически возможная добыча угля рассматривается по высоконапорному и низконапорному технологическому водоснабжению раздельно.

2.4. Подземный гидгоотоанспоот. Рассматриваются два вида подземного гидротранспорта:    самотечный    (по желобам) и напорный

(по трубам).

17

2.4.1. При самотечном гидротранспорте угля суточная пропускная способность (производительность) става желобов определяется из выражения

^аж^лЩтТ*ж>    ⁽²-⁴⁹⁾

где £_т - пропускная способность желоба по твердому, т/мин;

К - коэффициент, учитывающий неравномерность поступления гидросмеси; принимается равным 0,98 при использовании специальных средств пульпоприготовления в забое и 0,95 - при их отсутствии.

Производительность по твердому определяется из выражения

60 JwTTTIiT

Г

18

е р

где W - гидравлическая характеристика желоба, м /с ; определяется по графику (рис. 2.5) в зависимости от средней фактической ширины в и высоты h желоба;

L - уклон желобов, определяется по формуле

L = t$ec;    (2.51)

ос - угол наклона желоба, град;

AL - дополнительный уклон, учитывающий наличие твердых частиц в потоке; определяется по графику на рис. 2.6;

г - средняя плотность твердого в гидросмеси, определяется по формуле

_г_ Гу- (¹⁰° ~^Рп)*Гя ^Рп .    /ОСО)

г- т--

fy ,г„- средняя плотность угля и породы, т/м³;

Р_п - содержание породы в твердом, %;

“ средний_эудельный расход воды на транспортирование I т угля, м /т; определяется из выражения

_аы    .

а' +а" ⁹

^Ат.$+^Ят.&

А* * _t АЧ р - то же, что и в формулах ^{тВ т$} (2.44^(2.47).

Ш Тгля: 2. 3 А - ш теля ж порода в ооотжои-

яа 7.П - 3.1; 7:2 » 2:Т;    7:П    •    1:1    ооотвототяожжо

Суточная нагрузка гидрошахты по производительности безнапор

ного гидротранспорта определяется из выражения

(2.54)

19

Настоящая методика разработана в соответствии о "Основными положениями по расчету производственных мощностей действующих промышленных предприятий, производственных объединений (комбайнов)", утвержденными Госпланом СССР и ЦСУ СССР 13 января 1977 г. и во исполнение приказа Министра угольной промышленности СССР & 440 от 21.09.82 г.

Методика содержит основные положения, регламентирующие порядок расчета производственных мощностей гидрошахт на базе определения пропускной способности ведущих технологических звеньев, выявления узких мест и разработки мероприятий по их ликвидации.

Работа выполнена в лаборатории развития гидравлической добычи угля ИГД им. А.А.Скочинского с использованием исходных материалов, предоставленных ВНИИгидроуглем и ЦНИЭИуглем, отв. исполнителями канд. техн. наук Б.Я.Экбером и кавд.техн.наук В.В.Журавлевым совместно о канд.техн.наук М.Н. Маркусом и канд. техн. наук Г.М.Товом под научным руководством канд. техн.наук Б.Я.Экбера.

В разработке методики принимали участие канд.техн.наук Б.П.Одиноков, канд.экон.наук В.П.Митенев, канд.техн. наук В.Н.Притьмов, инженеры Б.Н.Медведев, С.П.Соболева, Т.А.Недра, Л.М.Цыганова (ВНЙИгидроуголь).

Методика предназначена для инженерно-технических работников гидрошахт и производственных объединений, сотрудников научно-исследовательских и проектных организаций Минуглепрома СССР.

Институт горного дела им. А. А. Скочинского (ИГД нм. А. А. Скочинского), 1985

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Важным показателем для планирования, а также выявления резервов роста гидродобычи угля является производственная мощность гидрошахты, которая устанавливается на базе инженерных расчетов.

По данной методике рассчитывается пропускная способность ведущих технологических звеньев и при их сопоставлении выявляются узкие места в наименее производительных звеньях.

Производственная мощность гидрошахты определяется по ведущему технологическому звену, имеющему наименьшую пропускную способность, с учетом осуществления мер по ликвидации узких мест в отчетном году и в планируемом периоде.

Суточная производственная мощность гидрошахты, находящаяся в зависимости от пропускной способности ее ведущих технологических звеньев, определяется из выражения

^AcyT=^rnin{^Ao.y^An._r^AT.S>^An.T<Ar„>^At_t'A_lc.„},    ^(1Л>

где А_сут - производственная мощность гидрошахты, т/сут;

- нагрузка гидрошахты по фронту очистных забоев, т/сут;

А_п^ - то же по фронту подготовительных забоев, т/сут;

A_tS - то же по технологическому водоснабжению, т/сут;

Д_пг - то же по подземному транспорту, т/сут;

А_гп - то же по гидроподъему, т/сут;

Ag_S - то же по вентиляции, т/сут;

А - то же по технологическому комплексу на поверхности, т/сут.

2. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГИДРОШАХТ

2.1. Фвонт очистных забоев. Непосредственному расчету технической возможности гидрошахты по фронту очистных забоев предшествует анализ горно-геологических условий и составление плана возможного развития горных работ, в котором предусматривается оптимальное число одновременно действующих очистных и подготови-

3

тельных забоев на каждом пласте, обосновывается группирование и порядок отработки пластов, рациональное соотношение объема добычи угля по пластам в зависимости от мощности пласта, зольности угля и т.д. [i]. Среднее число действующих очистных забоев и продолжительность работы определяются по графику их ввода в эксплуатацию.

Способы подготовки и системы разработки пластов, типы и па-паметры добычного оборудования принимаются в соответствии с утвержденными технологическими схемами разработки пластов на угольных шахтах [2].

При расчете суточной нагрузки на очистной забой рассматриваются три обобщенные по ряду основных признаков схемы очистной выемки, которые охватывают все существующие на гидрошахтах схемы очистной выемки, и приводятся методики расчета суточной нагрузки на забой для каждой из этих трех схем.

2.1 Л. Очистная выемка и проведение подготовительных (нарезных) выработок гидромониторами или механогидравлическими комбайнами (очистные и подготовительные работы технологически разделены - первая обобщенная схема выемки).

Суточная добыча угля из очистного забоя гидромониторами определяется по формуле

^а,Г⁶⁰Ч^ТК* >    ^(2Л)

где ^a0j “ нагрузка на очистной забой, т/сут;

а - производительность гидромонитора в очистном забое, * т/мин;

Г - время, отведенное на добычу угля в сутки, ч;

К' - коэффициент полезного водопотребления, учитывающий простои гидромонитора в отведенное на добычу угля время в очистном забое.

Минутная производительность гидромонитора определяется по

формуле*^

60 QVsKrr,*' ,    (2.2)

где Q - расход воды через насадку гидромонитора, м³/с (принимается максимальное значение по технической характеристике данного гидромонитора);

При крепости угля по М.М.Протодьяконову менее 1,0 и мощности пласта более 3,5 м минутная производительность гидромонитора проверяется на консистенцию получаемой гидросмеси (Ж:Т). В тех случаях, когда отношение затрачиваемой на отбойку воды к количеству отбитого угля меньше 3,0, минутная производительность гидромонитора принимается численно равной 1/3 количества затрачиваемой на отбойку воды.

у. - отношение массы отбитого угля к массе израсходованной воды за один и тот же промежуток времени в очистном забое, определяемое по формуле

у, = о,б(у^-г J;    (2.3)

Р    -    давление    воды у гидромонитора,    МПа,    определяемое

по формуле

Р=Р_Н +Р_С-др;    (2.4)

Р_н - номинальное давление-, создаваемое насосом (определяется по технической характеристике насоса), МПа;

Р - давление водяного столба, образованного средней глубиной горизонта горных работ в расчетном периоде, МПа; определяется по формуле

Р_с = 9,8.Ю~³Н_Г ;    (2.5)

Н    -    средняя    разность геодезических отметок насоса    и    гидро

монитора, м (определяется по плану горных работ);

дР - потери напора воды в трубопроводе от насоса до гидромонитора, МПа; определяются по формуле

др=1дХ]д^;    (2.6)

i=i

п - число последовательно соединенных участков трубопровода;

I - индекс участка трубопровода;

дН - потери напора на участке трубопровода, МПа, определяемые по формуле

*h = 'LL_TQ^tT;    (2.7)

•г “ удельное сопротивление трубопровода в зависимости от его диаметра (табл, 2.1);

L_T — длина участка трубопровода, м;

Q_T - расход воды на участке трубопровода, м³/с;

Таблица 2.1

Условный диаметр трубопровода, мм Удельное сопротивление , КГ/ЫР Условный диаметр трубопровода, мм Удельное сопротивление г , кг/мо 100 1,66 250 0,017 125 0,55 300 0,0068 150 0,22 350 0,0032 200 0,052 400 0,0016 225 0,028

d₀ - диаметр насадки гидромонитора, м; определяется по давлению воды у насадки и расходу воды, проходящей через нее (табл. 2.2);

^--коэффициент, учитывающий форму канала гидромонитора; ^ принимается равным 2,5    -    для    гидромониторов ти

па ГМДЦ-ЗМ и ГВДЦ-4 и 2,8 - для гидромониторов типа 12ГД-2;

£ - коэффициент, учитывающий структуру струи, принимается по графику (рис. 2.1).

Время, отведенное на добычу угля в сутки, определяется

по формуле    ^T=t_CM п_ш,    (2.15)

где t_CM - продолжительность смены, ч;

п_см - число смен в сутки.

0,3    0,5    0,7    0,9    Jix Рио. 2.2. График зависимости коэффициента наливного времени км от коэффициентов готовности по группе последовательных и1 и параллельных иж перерывов

8

Коэффициент полезного водопотребления определяется из выражения

K_S=K„K_P,    (2.16)

где К - коэффициент машинного времени оборудования в очистном забое; определяется по графику (рис.2.2) в зависимости от коэффициентов готовности очистного забоя по„группе последовательных ji_z и параллельных ju перерывов [3] ;

коэффициент снижения полезного водопотребления из-за технологических остановок оборудования в очистном забое; принимается равным 0,41 для пологих пластов и 0,49 -для крутых пластов;

коэффициент готовности системы водоснабжения; принимается равным 0,95 при давлении до 10 МПа и 0,94 - при давлении более 10 МПа;

коэффициент готовности забойного оборудования, принимается по табл. 2.3;

Характеристика надежности основного оборудования гидрошахт

Таблица 2.3

Наименование оборудования Средняя наработка на отказ, ч Среднее время восстановления, ч Коэффициент готовности л Гидромонитор ГВДЦ-ЗМ | 23,96 1,75 0,931 Гидромонитор 12ГД-2 j 30,6 1,75 0,946 Углесос 12УВ-6 ' i 31,7 1,9 0,943 Землесос ЗГГЛ-2М i 26,0 1,85 0,934 Углесос 14УВР | t 43,4 1,34 0,970 Углесос 14УВ-6 95,4 1,4 0,986 Комбайн К—56МГ - - 0,837 Насос I2MC7 - - 0,985

а - коэффициент готовности гидротранспортной ступени, принимается равным 0,9;

/г - число гидротранспортных ступеней;

Уж=^Кх’