ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакНИИ

МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ЛАВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ НАГРУЗКАХ НА ОЧИСТНЫЕ ЗАБОИ

Макеевка—Донбасс 19 7 6

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

УТВЕРЖДЕНО Министерством угольной промышленное!! СССР 08.07.76.

МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ЛАВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ НАГРУЗКАХ НА ОЧИСТНЫЕ 8АБ0И

Макеевка-Донбасо

1976

- II -

для дав с индивидуальной крепью: I дорога 1JH<M2)irep • «/«■* (1.5) П дорога К*(0,8*0,9Щ , и/oij (1.6) Ш дорога '\к*(0,7Ь+0,ЯО)1)гср, м/с* (Т.7) где Щ,- средняя скорость движения воздуха в рабочем пространстве лавы, м/о; 1.5. Расчетное время проветривания очистного периметру: а) угольного пласта забоя по <4=0,2731; ,,, (1.8) где *1*1 - среднее время, затраченное на снятие одной полосы угля по длине лавы; б) породного маосива в кровле и почве плаота по т дороге , „ (1М по 2-Й дороге ч (I.IO) ПО 3-й дороге lal4M,mt+to+fiTrьи7) „ ь -1~* ч’ (I.II)

- 12 -

ГД0    количество    полос,    равных    глубине вруба выемочного

механизма, вмещающихся соответственно по ширине первой дороги; первой и второй дорог; первой, второй и третьей дорог*

Если по ширине дороги размещается не целое число полос, их количество следует округлять до единицы. Например, 2,4 полосы округляются до 2, а 2,55 полооы - до 3 и т.п.

Для породного массива со стороны выработанного пространства расчетное время проветривания принимается равным времени проветривания последней дороги и определяется по формулам 1.10 или 1.11.

1.6. Теплофизические свойства горных пород (теплопроводность, температуропроводность, удельная теплоемкость принимаются в соответствии с данными исследований, полученными для соответствующих горнопромышленных районов или шахтных полей.

При отсутствии последних можно пользоваться средними для основных вмещающих пород Донбасса данными, приведенными в таблице 1.3.

Таблица 1.3.

Средние значения для Донбасса теплофизичвских констант горных пород

I

Объемный!    Твплофивические    константы

вес,    t    Средние    значения

0,201 ;44, 2    2,20    0,204

0,223    27,4    1,52    0,216

и) В числителе приведены значения теплочмзических констант в параллельном напластованию направлении, в знаменателе - в перпендикулярном.

- 13 -

1.7. Относительная влажность воздуха в начале и конце лав при тепловых расчетах принимается по данным шахтных замеров. При отсутствии пооледних относительную влажность воздуха рекомендуется принимать в вавиоимости от вида выполняемых работ в лаве и влажностного состояния горного массива из табл. 1.4.

Таблица 1*4

Средние значения относительной влажности воздуха в начале лав при повышенных нагрузках на очшотные забои и темп ее иаменения по их длине

------------_т-----------

Уровень относительной I Величина изменения влажности воздуха на | относительной влаж-входе в лавы, %    I    пости на ЮГ и дли-

______₍______^    аы_лавц,_£______

"сухие" |"влажные"*) "сухие" * "влажные"*)

Ремонтная омена	73,5	89,0	- 1,8	2,5
Добычная омена	70,5	88,0	3,8	3,3

и) К ¹¹ влажным" относятся лавы о повышенной естественной влажностью угольного пласта (более 5%)$лавы, кровля или почва которых представлена породами, насыщенными гравитационной водой ( капилярной или свободной) или породами, обладающими большой водопроводящей или водоотдающей способностью (например, известняками) .

1.8. Относительная влажность воздуха в обратных тепловых расчетах при проектировании искусственного охлаждения в пределах выемочного участка принимается в зависимости от доли обрабатываемого воздуха в воздухоохладителе и удаления пункта охлаждения от лавы.

-14-

Значения относительной влажности воздуха я темпы ев изменения в воэдухаподающих выработках при предельном удалении пункта охлаждения от лавы 150-200 м для наиболее характерных случаев приведены в табл» Т.5.

Таблица 1*5

Относительная влажность воздуха и темпы ее изменения в воздухоподающих выработках при искусотвенном охлаждении

9 5-Т 00	98-100	12-15	4-5
65-70	91-94	9-11	2-3

к) Нижний предел снижения относительной влажности принимается для выработок на глубине до 900 м,

верхний - на глубине более 1000 м.

Величина изменения относительной влажности воздуха по длине лавы принимается из таблиц 1Л.

- 15 -

2. Рас чат тепловыделений от местных источников тепла в лавах

2.1. Общее тепловыделение, ввязанное о конвейерной транспортировкой угля в лаве,

Q =860(ЛГ J®- ± 2,73-10'%^^) +

+1,2 к£*^Л$ L_K (t_n “&t “t,) .««ал/ч,    (2.1.)

где * установленная суммарная мощность электродвигателей конвейера, квт;

Яф- фактическая производительность конвейера, т/ч;

Л_н - номинальная производительность конвейера, т/ч;

-    длина конвейера, м;

£    - ширина конвейера, м;

if - угод наклона лавы, град;

-    температура пород на глубине выемки угля, град;

-    температура воздуха в начале лавы, град;

-    понижение температуры угля всдедствии десорбции метана и предварительного увлажнения пласта;

At -1,5 + 3,5°С для шахт, разрабатывающих газоносные пласты с предварительным увлажнением угля в массиве;

д£=£,5-1,0°С для шахт, разрабатывающих негазоносные пласты с предварительным увлажнением угля в массиве; коэффициент нестационарного теплообмена между воздухом и транспортируемым углем, ккал/м².ч.град

где Q. - коэффициент температуропроводности угля, и^/ч;

X - коэффициент теплопроводности угля, ккал/н.ч.град;

- длительность процесса теплообмена воздуха и отбитого угля, транспортируемого по лаве, час.

Для очистных забоев е нагрузками до 1500 т/сутви Z= 1,0ч, при суточных нагруэиах на лаву овяие 1500 т/оуткя t= 0,5 ч.

- 16 -

J* - коэффициент теплоотдачи с поверхности транспортируемого угля, ккал/м? ч• град

( 2.3)

где L- коэффициент шероховатости, который принимается для очистных забоев d-2,5-r3,5; удельный вес рудничного воздуха в лаве, кг/м³

= 0,465 +i ^,

I гл )

Vlmir скорость движения воэдуха относительно транспортируемого ископаемого, м/с?

Vomx - VI ± К >    (    2.5    )

- скорость движения вовдуха в лаве по дороге, на которой расположен конвейер, м/с;

V*- скорость движения угля в лаве, принимается равной скорости движения скребков конвейера по технической характеристике, м/с;

$ - среднее сечение рабочего пространства лавы по дороге, на которой расположен конвейер, м²;

U- периметр среднего сечения лавы по дороге, на которой расположен конвейер, м.

В формуле (2.1 ) знак V принимается при перемещении ископаемого вниз, а знак ¹¹при транспортировке его вверх. В Формуле (2.5) знак ^,,+" принимается при встречном, а знак при сонаправленном движении воздуха и транспортируемого ископаемого.

При определении тепловыделений, связанных с конвейерной транспортировкой угля в лаве, по источникам поступления тепла ( в зависимости от особенностей очистной выемки) расчет ведется следующим обрезом:

-17-

2*1 л. Тепловыделение транспортируемого ископаемого на конвейере определяется по формуле

Qh    )    , ккал/ч, (2.6)

где Lk - длина участка конвейера, покрытого ископаемым» м.

2*1.2. Тепловыделение при работе электродвигателей конвейера:

а)    в пунктах установки приводных головок конвейера

Q>.ko*-=g60JV*jj^(f"fy£p) . ккал/ч, (2.7) где D*_tp - соответственно кпд электродвигателя и редуктора конвейера;

б)    тепловыделение от трения по длине конвейера

(iTp.-860^j^^_pMoOZ73jff^), ккал/ч. (2.8)

2.2.    Тепловыделение при работе комбайна

-В60Ж^ f_k , ккал/ч, (2.9)

где jf - часовая мощность комбайна, квт;

Ар- фактическая производительность комбайна, т/ч;

- номинальная производительность, т/ч; эмпирический коэффициент, j_K » 0,5 + 0,6.

2*3. Тепловыделение при работе отруговой установки

Qt~ &60jf |_с , ккал/ч, (2.10)

|_с- эмпирический коэффициент, = 0,8 * 0,85.

По источникам выделения тепла:

2.3Л. Тепловыделение в пунктах установки приводных головок струга

Qc. = Ш    ?рЖ«кал/ч.    (2.TI)

2.3.2.    Тепловыделение от трения при работе струга в лаве

ккал/ч. (2.Т2)

- 18-

2.4. Тепловыделение при работе маслостанций гидросистем механизированных крепей

Qm.c.*860WI<

, ккал/ч, (2.13) где ^ - мощность» расходуемая на совдание энергии потока жидкости в гидросистеме, квт; к- коэффициент эагруэки одновременно работающих электродвигателей маслостанции во времени.

По источникам выделения тепла:

2.4. Т. Тепловыделение в пункте раэмещения маслостанции

Qn.C. =860М1-?М    ,    ккал/ч. (2.14)

2.4.2. Тепловыделение гидросистем механизированных крепей в лаве

Цгс.^вОЩ^ , ккал/ч, (2.15)

где 2д~ ^КПД электродвигателя маслонасоса; р_т- механический кпд маслонасоса,

величина^принимаетоя равной О,5-0,6.

2.5.    Тепловыделение от приводных головок конвейера, струга, маслостанции, расположенных в начале и в конце лав или вынесенных на штреки, целесообразно не включать в суммарные тепловыделения местных источников при вычислении температуры воздуха в конце (начале) лав, а учитывать локальные приращения температуры воздуха в этих пунктах от указанных источников тепловыделений

1 Qt с

^(2,1б)

*** ■■(&■*’ ^<гл7>

гдеприращение температуры воэдуха в начале или конце

лавы за счет тепловыделений привода конвейера, струга, маслостанции и т.д;

Q; - тепловыделение приводной головки конвейера, струга, маслостанции и т.д;

i - эмпирический коэффициент, учитывающий долю тепловыделений на сухой подогрев вовдуха у источника тепла; для приводных головок конвейеров, где производится перегрузка угля, рекомендуется принимать/а 0,4 4* 0,6; для иаслостанций и приводных головок конвейеров бее пе* груаки угля ? * 0,65 + 0,80,

Тогда раочетная температура воздуха в начале (конце) лавы принимаетоя равной

+    ,    град,    (2.18)

,    град,    '2.19)

2.6. Количество тепла, выделяемого одновременно работающими в лаве рабочими, определяется по формуле

Up *ЯБОПр    ,    ккал/ч,    (2.20)

где Лр- количество одновременно работающих в лаве людей, чел.

3, Тепловой расчет лав

З.т, Температура воздуха в конце лавы определяется по формуле

К

(3.1)

(3.2)

(3.3) (З.Д)

Значения величин Д₂ ш K₂ в зависимости от относительной влажности для различных интервалов температур приведены в приложении I.    „ | it

¹

УДК 622*413.3:536.244

АННОТАЦИЯ

Настоящая методика разработана МакНИИ как руководящий материал для прогнозирования температурных условий в лавах с нагруэками на очистной забой до 4000 т/сутки, в которых естественная температура горных пород выше температуры воздуха, я отражает особенности теплообменных процессов при повышенных нагрузках на очистные забои.

В методике приводятся зависимости для определения температуры вosдуха в лавах при прямых я обратных тепловых расчетах, а также указания по выбору исходных данных, разработанные на основании теоретических и экспериментальных исследований теплового режима глубоких угольных шахт.

Методика предназначена для инженерно-технических работников угольных предприятий, проектных организаций и научно-исследовательских институтов, занимающихся вопросами нормализации температурных условий в шахтах.

II    ьи

- приведенная «нооитвльная влажное!»}

|_    - длина лавы, и)

ц - периметр щмаабойяого проотранотва лавы, н|

О" - геотермический градиент, град ,

ы *

,4fc — относительная влажнооть, вамереннан в начале, конце лавы;

У - угол наклона лавы, град;

G, - теплоемкость воздуха, ккал/кг.град; Cf • 0,24;

ХД_М> тепловыделении местных йот очников в лаве, ккал/ ч; б- - количеотво воздуха, проходяиего по рабочему пространству лавы, кг/ч;

К* - среднввээеменный коэффициент нестационарного теплообиена _и периметра рабочего проотранотва лавы, ккал/ы². ч. град; di * влагооодержание насыщенного воздуха в начале лавы, г/кг;

барометрическое давление в данной точке, мм рт.ст; Во - барометрическое давление на поверхности, vu рт.ст; t - удельная теплота парсобразования воды,-Ц~ ; I в 0,59; т,и, ,е    - коэффициенты уравнения квадратичной зави

симости изменения влагосодержания от температуры, вычисленные для различных диапазонов изменения температуры воздуха.

1ачение величины (t,, входящей в формулу (3.1), в зависимости от начальной температуры воздуха t< , приведено в приложении 2. Бначения коэОфщиентов 'nt,n,£ приедены в таблице 3.1.

Таблица З.Т

Коэффициенты -уравнения квадратичной зависимости изменения влагосодеркания от температуры для различна диапазонов изменения температуры при В * 760 им,рт.ст. и У « IOOJ6

Диапаёокы изменения TJMn&vати>ы. гид.	1 **	1 и	п-7-г I е I	*
0 -10	3,78	0,267	0, ОТ 196	ЗТ5
5-15	3,966	0,210	0,0158	25Т
5-20	4,117	0,168	0,0181	229
ТО - 20	4,692	0,089	0,0206	228
10-25	5,224	0,0062	0,0235	222
15 - 25	6,552	-0,128	0,0268	244
15 - 30	7,844	-0,2703	0,0305	257
20 - 30	10,502	-0,404	0,0347	303
20 -35	13,26	-0,720	0,0396	335
25 - 35	18,257	-1,0522	0,045	405
25 - 40	23,644	-1,4306	0,0516	458
30 - 40	32,519	-1,935	0,0586	555

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ    ^

1. Выбор исходных данных    6

2.    Расчет тепловыделений от местных

источников тепла в лавах    15

3.    Тепловой расчет дав    19

Пример теплового расчета давы₉ оборудованной механизированным

комплексом    24

Приложения    35

Потаен* вффмтквности производства а рост производительности труда i угодно! промымвииооти осуществляются путем техввчвокого передоорувешия угольных пхт о максммальпой вонцентрацией горных работ на баа* новой высокопроизводительной техники а прогреоооной технологии добыча угля.

Оонааене дав новой техникой в внедрена* прогрессивной технолог** добычи угла способствую? значительному повышению антенонвноота очистной внешни* В Донецком бассейне к концу П-ой нятижетки более трети угля добывалось из кошщексио-ме-ханшзвревенных лав о нагрузкой на очистной забой выше 1000 тонн в сутки. В отдельных лавах суточная нагрузка на забой составляла 3000*5000 тонн* Более лав о высокими нагрузка-мм располагались на глубине 600-1100 ■. В блмкайине годы развитие угольной промыяленноота бассейна будет характеризоваться дальнейшим значительным ростом среднесуточной нагрузки на лаву и увеличением глубины горных работ*

Повышение нагру8он на очистные забои интенсифицирует теплообменные процессы между горным массивом и вентиляционной струей, что существенно влияет на формирование тепловых условий на выемочных участках. Это определяет необходимость проведения специальных мероприятий по борьбе о высокими температурами вовдуха в очистных выработках. Разработка таких мероприятий долива осуществляться на основе прогнозирования тепловых условий* Применяемые методы тепловых расчетов дают удовлетворительную сходимость прм невысоких нагрузках на очистные забои ( до 500 т/сутки). При нагрузках на забои 1000-2000 тонн в сутки погрешность этих методов достигает 3-5°С.

- 5 -

В настоящей методике, разработанной на основании результатов научно-исследовательских работ, учтены закономерности воедухораспределелиа аа выемочных участках а в дрявабойных пространствах лав, особенности твплсюбмвняых процессов и закономерности изменения относительной влажности в очиотяых забоях, предложены зависимости для определения тепловыделений в лаве от транспортируемого ископаемого в местных источника!.

Методика разработана н.т.н. Кузиным В*А.₍ к.т.н. Хохотвой Н.Н инж. Яковенко А.К., инж. Бодня С.ф.

В процессе согласования методики учтены замечания проект них, научно-ыодедсватеяьских, учебных институтов, производственных объединений л о добыче угля и отдельных специалистов.

- б -

Г. Выбор исходах дивных

Тепловому расчету очистных забоев должны предшествовать анализ горногеологических и горнотехнических условий разработки, схем подготовки и систем разработки (схем проветривания выв-ночных участков, способов управления горньш давлением, технология выемки) и определение тепловлажностных параметров воздуха на входе в лавы.

1*1. Температура неохдахденного горного маооива в очистном забое определяется по формуле*^

Jirifr- , град, (1,1) где    То“    температура    горных    пород    на    глубине    залегания    зоны

постоянной температуры, град:

Н - глубина выработки от поверхности, и; ho" глубина залегания зоны постоянней температуры, м; (для условий Донбасса И*а 25-50 м); геотермическая ступень для рассматриваемого участка шахтного поля, м/град.

Среднегодовая температура^ для районов Донбасса принимается: вададный район - 7,9^С; северо-восточный район - 8,1°С; среднедонецкий район - 7,1°С; восточный район - 8,5°С.

Средние значения геотермической ступени по отдельным районам Донбасса для шахт о пологим залеганием пластов приведены в табл, I.I.

Для вахт Центрального района Донбасса температура горных по род определяется по графику (рисЛ), характеризующему изменение температуры пород в глубиной вдоль оси глазной антиклинали. Так, например, Для определения по графику ожидаемой температуры пород не глубине 900 м в районе ствола захты А, находящегося на известном расстояния от ствола какой-либо исследованной шахты, на осш абсциос откладывается точка расположения ствола пахты 1, из которой вверх проводятся прямая до пересечения с ливней Н* 900 м (точка Т). Координата точки I на оси ординат соответствует значению температуры (35°С), ожидаемой на глубине 900 м.

^Указанную формулу рекомендуется применять до разработки методики а установления исходных данных расчета естественных температур горных пород для шахтных полей Донбасса,

- 7 -

Таблица I.I.

Средние вначенмя геотермической ступени по отдельным районам Донбасса

-    j

Район, участок    ^Геотермическая ступень,м/град

_I_

- -Лоашхко-Цаквезсмшй Paloi,

Пролетарский компявко    27,0

Рутченковскнй комплекс    31,4

Петровский комплекс    29,2

Щегловокий комплекс    31,5

Бетковский комплекс    31,0

Макеевская котловина    33,5

Тореэско-Шахтерскнй район

Торазский комплекс    39,3

Шахтерский комплекс    35,8

_ Красноармайокий р&йон    ЗТ,5

Раваяиайский Шарьазокий)    район    28,9

_г диоцчашпшй район Лисичанский комплекс    28,0

Юго-Западный комплекс    31,2

Каляевский район

Юго-вост очная ча сть    31,2

Северо-западная часть    32,0

Ерякковокий комплекс    31,8

-Д5Дбассанз?Раня£01Сйиа район    36,0

— Свердловский район    35,0

Шахтиноккй район Шахтинский комплекс    34,5

Замковая часть шахтинской    котловины    30,5

Рис .1.1. Ожидаемые температуры горных пород для шахт Центрального района Донбасса

- 9 -

Для шахтных полей горнопромышленных районов,не приведенных в табл, I.I и на рио. I.I, геотермические показатели следует определять по данным замеров температуры горных пород на наиболее глубоких горизонтах действующих шахт данного района.

1.2* Геометрические характеристики очистных забоев принимаются по проектным данным иди результатам шахтных замеров.

1.3. Количество воздуха, поступающего на проветривание дав, принимается по данным расчета вентиляции о учетом воздухо-распре деления в пределах выемочных участков и очистных выработок

(1.2)

где - количество воздуха, проходящего по рабочему пространству лавы, м³/мин;

Q - количество воздуха, поступающего на выемочный участок, м^/мин;

Р - коэффициент, учитывающий движение воздуха по выработанному пространству, непосредственно прилегающему к призабойному, и утечки воздуха в воздухоподающих участковых выработках.

Значение коэффициента утечек воздуха Р принимается в зависимости от принятой оистемы разработки, схемы проветривания выемочного участка и способа управления кровлей ( табл. 1.2).

При управлении кровлей плавным опусканием коэффициент утечек Р принимается равным 1,6042,60.

Приведенные значения коэффициентов утечек воздуха могут уточняться для конкретных условий на ооноваяии воздушных съемок,

1Л. Средняя скорость воздуха по технологическим дорогам лав определяется по формулам:

для лав, оборудованных механизированными комплесами:

I дорога

(1.3)

П дорога

ЛГ_Х-{0,Ь0^0,Ь5)Ц>., м/с; (1.4)