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

ЕДИНАЯ МЕТОДИКА

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Макеевка—Донбасс 1979

Министерство угольной промышленности СССР

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

УТВЕРИЕНО Министерством угольной промышленности СССР 29 декабря 1978 г.

ЕДИНАЯ МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Макеевка-Донбасс

1979

10

I. МЕТОДИКА fl P (ГН08ИР0В АНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ ГЛУБОКИХ ШТ

1.1.    Выбор походных данных

Тепловому реочету горных выработок должны предшествовать &ы&лл8 горного од отчески и гораогехаяческих условна разработки (схем вокрцтмя ■ подготовки месторождения, схем проветривания, охем транспортирования полезного ископаемого); определение теддо-влажностных параметров воздуха, подаваемого в шахту; установление значений относительной влажнооти воздуха в горных выработках; on редело иже для жаждой выработки геометрических я технических характеристик (длины, угла наклона, площади и периметра сечения, вида крепи); расхода воздуха; наличия местных источников тепла (машины л механизмы, транспорт добытого яокодаемого я пород, шахтная вода ■ др.); естественной температуры горных пород, окружавших выработку, и их теплофазкческих о вой от в, а также времена проветривания горных выработок.

1.1.1.    Геометрические характеристики выработок принимав* о я но данным технологичб jkmx проектов илг шахтных замеров.

1.1.1.1.    Периметр вредного овченмя выработка определиетон по формуле

• для траяециевмдвого креплеимя

‘I = Ч,16\Г§“;    ц.о

- для арочного крепления

Л -3,8fs~ .    (1.2)

1Л.1*2. Эквивалентный радмуо выработка определяется по формуле

I.I.2. Расход вовдуха по выработкам принимаетоя по ревулиатаы аахтаых ваше рол, а при их отсутствии определяется по проекту вентиляция шахты.

II

Количество воздуха, поступсвдего на проветривание дав,рас-считывается о учетом в оз дух ора спреде дани я в пределах выемочных участков

₃_0__    а.*)

⁰⁴

Значение коэффициента утечек воэдуха    прмяямается    в

зависимости от принятой схемы проветривания выемочного участка, способа управления кровлей, состава вмепащих боковых пород (ом. ’’Инструкция по расчету количества воздуха, необходимого дхя проветривания действующих угольных вахт", табл. Ц или "Руководство по проектированию вентиляции угольных вахт", табл. 22).

I.I.3. Скорость движения воздуха по технологическим дорогам лав на пологом падения опредеияется по формуяам:

-    для лав, оборудованных механизированным! комплексами:

I дорога

ЛГ, *( 4,10* 1,15)лГер ;

П Дорога

яГ_а-( 0,60тО,65У^;

-    для лав о индивидуальной крепью:

I дорога

п дорога

\Г_а*(0,80тО,90)^;

О дорога

*УГ₅-( 0,75^0,80)^,

лГсм - средняя скорость воздуха в рабочем проотраысвм лавы, м/с; вычисляется по формуле

,-£рл , 60S

Срадхаавоачвые x и дома «остыв по рахат pv аткоофвраого М1ДД1 дяа Допвалого OaccaBea

lavnepoiTM воздуха,Ц; итвооятвхьюя вжажяоохь. я дохл ад.

Тейпа раттра воздуха,°с игиоохтохмая влажное»I, в ДОХЛ од.

ТакпараТтра воздуха,ос

ЛВООМоДМвЯ

до5л°^СТк* *

где S ” площадь по-■’речного г чоымя приборного пространства

^ А    2

лавы, мS

1.1 Л. Скорость дбм свил я воздуха по технолога ческам дорогам в лавок крутопадаюешх пластов принимается равной средней окорооан двил-ля в рабочем пространстве лавы.

1.1.5. Значения температуры я отн с ига льноя влакаоотя атмосферного воздуха на поверхности шахт принимаются по данным многолетних наблюдений ближайших метеостанций. Эти значения для условий Донбасса приведены в табл. 1.1. Район, к которому относатоя вахта, определяется по схематической карте метеорологического районировании (рис. 1.1).

Црм тепловых расчетах для летнего периода года в найденные по тсал. I.I среднемесячные значения параметров атмосферного воздуха вносятся соответствувдив поправки из табл, 1.2 в зависимости от раса ело лени я рассматриваемой вахты на не от booth .

Таблиц* 1.2

Поправки на ьзыеноняе параметров воздуха, поступающего в вахту, я зависимости от расположения шахты на местности

P»C. 1.1. Схаанагвшая карта магеороаогмчвского рваошровляая Донбасса

i5

1.1.6. Баронет ричспкое давдячиа воздуха в горной выработке определяется по формула

Р =Р₀ + 0,09Н ,

где Р₀ - среднемесячное давленав воздуха, поотупаюиего в вахту, им р*. от.; рассчитывается по формуле

О =П--Н«Р.«Х-,    (I.I2)    ♦

*• ь» 8000(4 +0,0041« )

где Н₀- абсолютная отметка устья воздухоподащего '-твода от а оси-° тельно уровня моря, которая определяется по гипсометрической карте иахты, м;

'tor среднемесячная температура атмосферного воздуха, °С ;

определяется по табл. I.I и 1.2 ;

Рем' среднемесячное значение атмосферного давления, приведенного к уровню мори, мм рт.от.; определяетоя so табл. 1.3.

Среднемесячное атмосферное давление воздуха, приведенное s уровню моря

Таблица 1.3

-1-г Месяцы | 1 ; 1 1 1 -;-г" 1 1 и , L 1 У 1 1 У1 «£*№ *5,8 ние, мм рт.от. 765,4 763,8 761,6 761,4 759,1 Месяцы УП УМ И I И ХП Атмосфер- узе 4 вое давле- ’ ННЗ,Ю1 '«.ОТ. 759,9 763,2 765,5 766,4 766,1

I.I.7. Относительная влажность воздуха в горных выработках принимается по Данным иахтвых аамеров.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ    4

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ    7

1.    МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

ГЛУБОКИХ ШАХТ    10

1.1.    Выбор исходных данных    10

1.2.    Расчет тепловыделений местных источников

в горных выработках    20

1.3.    Расчет коэффициентов теплопередачи трубопрово

дов с тепло- и хладоноситвлем в горных выработках    28

1.4.    Расчет коэффициентов нестационарного теплооб

мена между горным массивом и воздухом в выработках    31

1.5.    Тепловой расчет горных    выработок    38

1.6.    Упрощенный способ тепловых расчетов горных

выработок    42

1.7.    Пример теплового расчета    46

1.8.    Пример теплового расчета по упрощенному способу    71

2.    МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА

ШАХТ В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ    75

2.1.    Выбор исходных данных    75

2.2.    Тепловой расчет горных выработок, расположенных

в зоне вооходящего движения термальных вод    80

2.3.    Пример теплового расчета выработки с термальными водами    86

3.    МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

ШАХТ СЕВЕРА    92

3.1.    Выбор исходных данных    92

3.2.    Расчет тепловыделений местных источников в

горних выработках    101

3.3.    Нестационарный теплообмен воздушного потока с

горным массивом    ЮЗ

5.4.    Тепловой расчет горных выработок    по

5.5.    Пример теплового расчета угольной вахты Севера    ИЗ

4. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ В ВЫРАБОТКАХ, ПРОВЕТРИВАЕМЫХ С ПОМОЩЬЮ ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ    127

Основные условные обозначения    127

4.1.    Выбор исходных данных    129

4.2.    Расчет тепловыделеняй местных источников    135

4.5.    Расчет коэффициентов теплопередачи вентиляционных трубопроводов в тупиковых выработках    135

4.4.    Расчет коэффициентов нестационарного теплообмена между горным массивом и воздухом    136

4.5.    Расчет температуры в тупиковой выработке беа

охлаждения воздуха    136

4.6.    Расчет температуры в тупиковой выработке при

искусственном охлаждении воздуха    141

4.7.    Пример расчета ожидаемых значений температуры

воздуха и необходимой холодопроЯ8водитедьноотк воздухоохладителя для тупиковой выработки    152

ПРИЛОЖЕНИЯ    173

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение добычи угля и повышение производительности тодда, намеченные ХХУ съездом КПСС, связаны о дальнейшим развитием угольных бассейнов страны. В настоящее время в Донецком бассейне более чем на IOO вахтах добыча угля производится о глубины свыше 600 g, а на ’■'яде вахт Донбасса, Грузии и Севера разработки ведутся на глубине 1200 м. Строятся н проектируются новые шахты о глубиной разработки до 1500 м.

В рабочих забоях глубоких шахт, особенно при неудовлетворительном проветривании, больших нагрузках на забои и высоких темпах прохождения горных выработок, температура воздуха превышает нормативную величину. Высокая температуре воздуха вызывает снижение производительности труда и повышение производственного травматизма. Задача регулирования теплового режима является актуальной также для вахт Севера и других специфических условий строительства и эксплуатации угольных вахт. Создание нормальных температурных условий на рабочих местах в угольных вахтах как за счет горнотехнических мероприятий, так и применением кондиционирования воздуха, должно базироваться на научно обоснованных методах тепловых расчетов.

Советскими учеными разработаны теоретические основы прогноз? и регулирования теплового режима ва : в различных условиях, что поолужило научной бавой для составления методик теплового расчета. Эти методики до последнего времени использовались проектными, научно-воследователАскями организациями и горными предприятиями.

8а последние 10-15 лет выюлвен большой объем теоретических в экспериментальных исследований, направленных на совервенствова-ние методов тепловых расчетов вахт. Настоящая методика разработаю 1 соответствии с аланами научно-исследовательских работ Государственного Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промывленности, Института технической теплофизики АН УССР, Ленинградского горного института, Института горной механики АН Гр.ССР, Новочеркасского политехнического инстя-

гута. Донецкого научно-исследовательского угольного инотг ута с учегом результатов, полученных в данной ооласти другими организациями.

В методике излагаются указании по выбору исходных данных, способы их определения, зависимости для расчета температуры воздуха и холодоносигеля в системах трубопроводов холодильных установок при прямых и обратных тепловых расчетах горных выработок. Методика состоит из четырех разделов. При составлении "Единой методики ..." принята последовательность изложения материала, при которой методы определения расчетных величин, общие для всех разделов методики, изложены в первом разделе, посвященном вопросам прогнозирования температурных условий в выработках глубоких шахт. Методы тепловых расчетов выработок, отражающие специфичность условий разработки,изложены в последующих разделах. Во втором разделе приведена методика прогнозирования теплового режима вахт в осложненных условиях, учитывающая влияние сложного рельефа поверхности, формы залегания пород, наличия в горном массиве вооходящих потоков термальных вод. Третий раздел методики содержит расчетные зависимости для прогнозирования температурных условий в выработках шахт Севера, учитывающие сложный характер теплообменных процессов в толще мерзлых пород и закономерности изменения климатических условий на поверхности. В четвертом разделе приведены методы тепловых расчетов выработок, проветриваемых о помощью вентиляторов местного проветривания.

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. С выходом "Единой методики ..." утрачивают силу при проектировании шахт: "Временная инструкция по проверке количества воздуха для проектирования угольных вахт по тепловому фактору", утвержденная Минуглепро-мом СССР 30 декабря 1966 г.; "Методика теплового расчета лав при повышенных нагрузках на очистные забои" ы "Методика по прог-

6

нозированию температурных условий в тупиковых горних выработках", утвержденные Минуглепромом СССР 8 ноля 1976 г.

В разработке методики принимали участие: Кузин В.А., Величко А.В., Хохотва Н.Н., Яковенко А.К., Бодня С.Ф. (разделы 1,4); Фролов М.А., фендеев У.И., филимоненко В.Т. (подраздел I.I.8); Криворучко A.U. (подраздел 1.2.2.1); Медведев Б.И., Стукало В.А. (подраздел I.2.4.3); Ж^равленко В.Я.(подраздел 1.4); Щербаиь А.Н., Черняк В.П., Малашенко Э.Н., Зимин Л.Б., Мацьковая А.Г., Брей-чева Н.А. (подразделы 1.4, 1.6, раздел 4); Ониани Ш.И., Ланчава О.А (раздел 2); Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В., Гендлер С.Г. (раздел 3).

Общая координация работ, обобщение материала и редактирование методики выполнены в ЦакНИИ под руководством Кузина В.А. и Хохотвн Н.И.

7

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

-    соответственно $вктическав и номинальная производительность установки, пашины и др., т/ч ; _?

-    коэффициент температуропроводности, ыг/н ;

-    коэффициенты температуропроводности соответственно пород кровли, почвы и угля, м2/ч ;

-    средневзвешенное значение коэффициента темлературопровод ности горных пород,м2/ч ;

-    ширина конвейера в лаве, м;

-    средняя для геотермического участка величина геотермической ступени, м/°3 ;    _п

-    удельная теплоемкость, ккал/кг,^ис ;

-    теплоемкость воздуха при постоянном давлении,

Ср а и,24 ккал/кг.ос ;

-    теплоемкость тепло- или хладоноситоля, ккал/кг.С ;

-    соответственно коэффициенты теплоемкости пород кровли, почвы и угля, ккал/кг.^еС ;

-    среднвь-вешекное значение коэффициента теплоемкости, ккал/кг.°С ;

-    наружный диаметр трубопровода, м ;

-    внутренний диаметр трубопровода^ ;

-    влагосодержание настенного воздуха,кг/кг;

-    средний весовой расход воздуха в выработке, кг/ч ;

-    весовой дебит термальных вод, кг/ч ;

-    расход сжатого воздуха, кг/ч ;

-    расход тепло- или хладоносителя, кг/ч ; j,

-    удельное тепловыделение от окисления, ккад/м^с.ч;

-    глубина от поверхности расчетного пункта выработки, и;

-    глубина от поверхности начального и конечного пунктов выработки, и;

-    разность высотных отметок начала и конца расчетного участка выработки, м;

-    коэффициент загрузки электродвигателя во времени ,*

-    коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство ;

-    коэффициент разрыхления транспортируемого ископаемого;

-    расход электроэнергии на один т.км, кВт.ч;    _?    Q

-    коэффициент теплопередачи от воды к воздуху,ккал/ьг.ч. (;

-    коэйь.ициент теплопередачи неизолированного трубопровода, ккал/м2.ч.°С ?

-    коэффициенты теплопередачи трубопроводов соответственно с хладо-и теплоносителем, ккал/м2.ч.°С ;

мае

-    коэффициент нестационарного теплообмена между горным сивом и воздухом, ккал/м2. Чс°0;

-    коэффициент нестационарного теплообмена мевду угольным забоем и воздухом, ккал/ц<!.ч.⁰С ;

-    коэффициент нестационарного теплообмена мевду углем ка конвейере и воздухом в ла-*в, ккал/м2,ч.°С ;

-    коэффициент нестационарного теплообмена соответственно пород почвы и кровли, ккал/м^.ч.°С .

-коэффициент нестационарного теплообмена между породами выработанного пространства и воздухом, кквя/м^.ч.°С «

-    длина горной выработки, « ;

-    коэффициент электрических потерь ;

-    установленная мощность электродвигателей* кВт ;

e

Ж. и -

Жп -

*: -Р;' -

Q -Qom ”

u

<гг

Ытр _

Т^эо :

L •

ti Лг

*.У»

I. :

установленная мощность пневмодвигателя, л.с.; потребляемая модность, кВт ; часовая модность комбайна, кВт ; барометрическое давление воздуха в горной выработке, мм рт.ст. ;

парциаг >ное давление насыщенных военных паров в воздухе при температуре шахтной воды, мм рт.ст.; парциальное давление насыщенных паров при температуре воздуха в начале выработки, мм рт.ст.; парциаль эе давление насыщенных водяных паров в воздухе при температуре стенки трубопровода, мм рт.ст; количество воздуха, поступающего на выемочный участок, и/мпн;

количество воздуха, проходящего по рабочему пространству лапы, м^а/мин;

тепловыделения местных источников в выработке, ккал/ч;

эквивалентный радиус выработки, м;

радиус эквивалентного вагонетке пара, у;

скрытая теплота испарения воды, х =0,59 ккалДГ;

скрытая теплота плавления льда, г‘ = 0.08 ккалд*Г;

поверхность теплоотдачи шахтной воды, м2 ;

сечение горной выработки,м2 ;

площадь поперечного сечения транспортируемого ископаемого, м2 .    ₂

площадь поперечного сечения вагонетки, и^с; периметр среднего сечения выработки, м; периметр вагонетки, м ; внешний периметр трубопровода, м;

соответственно периметры охлаждающего, греющего трубопровода, и;

расчетное время проветривания выработки, ч ; расчетное время проветривания угольного забоя лавы, я; среднее время, затрачиваемое на снятие одной.полосы угля по длине лавы в течение цикла о учетом ремонтно-подготовительных операций,я;

продолжительность работы электровозной откатки, ч/сутки; температура воздуха в выработке,°С ;

средняя температура воздуха на расчетном участке выработки, °С ;

температура воздуха соответственно в начале и конце выработки,^ ;

средняя температура земной поверхности геотермического участка,в пределах которого находится шахтное поле,°С ; естественная температура горных пород,°С ; средняя по длине выработки естественная температура горных пород,ос ;    о

температура термальных вод, С ;    ₀

средняя температуря воды в канавке на расч'чЭ^ном участке. С; температура сжатого воздуха в трубопроводе перед пневмодвигателем,^РС ;

температура поверхности выработки соответственно в начале и конце участие,ос ;    ₀

температура поверхности трубопроводе, С ; о относительная влажность воздуха, в долях единицы ; средняя относительная влажность воздуха, в долях единицы^ относительная влажность воздуха в начале и конце выработки, в долях единицы;

9

-    скорость дьикпния воэд.ха, м/сек ;

-    средняя скорость движения воздуха в выработке, м/с;

-    скорость дьиквния воздуха соответственно по первой, второй, третьей технологическим дорогам лови, м/с ;

-    скорость движения конвейерной ленты, м/с ;

-    скорость движения воды в канавке, м/с ;

-    об 1-см вагонетки, м^э ;

-    толщина крег.и, м ;

-    толщина покрытия канавки, м;

-    коэффициент теплоотдачи от поверхности выработки я «л/*м/ху,

ккзл/м2.ч.0С :

-    среднее значение коэффициента теплоотдачи от поверхности вагонеток с полезным искспаемым эн период пребывания их в выработке, ккад/м2.ч.°С ;

-    коэффициент теплоотдачи от воды к покрытию канавки, ккал/м².ч.°С ;

-    соответственно конвективная, радиационная и массообменкая оостзвлиадие коэффициенте теплоотдачи от трубопровода и воздушному потоку, ккал/м2.я.°С ;

-    коЭ'Уициент теплоотдачи от подвижного агента в трубопроводе

-    к его стенке, хкал/м2.ч.°С ;

-    коэффициент теплоотдачи от трубопровода и воздушному пото-ку§ кх8д/м^•Ч•®С f

-    коэффициент теплопроводности горних пород, ккал/м.ч.°б $

-    эффективное значение коэффициента тепдопроводиости пород, ккал/м.ч.ос ;

-    соотвотственно коэффициенты теплойровдяооти пород ировли,

почвы и угля, ккад/м.ч.°С ;    _л

-    коэффициент теплопроводности материала Ч^убопровода,

ккал/м.ч.ос ;    .    _0л

-    коэффициент теплопроводности кропи, вкэл/м.ч. С ;

-    плотность рудничного воздуха, кг/м* ;

-    плотность воды, кг/м³;

-    к.п.д. редукторе ;

-    к.п.д. двигателя;

-    механический к.п.д. насооов, масдокасосо»;

-    температура подвижного агента в трубопроводе и начале выработки, °с ;

-    температура подвижного агента в трубопроводе 1 конце выребот

-    среднее значение температуры подвижного агенте в трубопро

воде на расчетном участке выработки,°С I

-    коэффициент вдагоимиадения ;

-    угол наклон ¹ выработки, град ;

-    коэффициент иероховатости :

-    геотермический градиент,°С/м ;

-    аххзждшедя Эффект расширения воздуха в ккад/ч.

Критерии теплового подобия:

Fo ‘ «урм;    Fu- кврпичева;

^ - Био;    |^₀ - Косс01 и•«.

п.