Приложение 13. ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ИНСТРУКЦИЯ ПО ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ НА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ, НА КОТОРЫХ ВЕДУТСЯ ГОРНЫЕ РАБОТЫ"

Расчет взрывоопасное рудничной атмосферы выполняется по сумме горючих газов - метана (CH4), оксида углерода (CO) и водорода (H2) в смеси с кислородом (O2).

Взрывоопасность рудничной атмосферы рассчитывается в следующем порядке:

рассчитывается общее содержание в рудничной атмосфере горючих газов Cг, %, по формуле:

, (1)

где: CCO - концентрация оксида углерода в рудничном воздухе, %;

- концентрация метана в рудничном воздухе, %;

- концентрация водорода в рудничном воздухе, %.

рассчитывается доля CO, CH4 и H2 в смеси по формулам:

, (2)

, (3)

. (4)

При этом должно выполняться условие

. (5)

Взрывоопасность рудничной атмосферы определяется по треугольникам взрываемости, представленным на рисунках 1 - 6 настоящего приложения. Для этого на рисунках 1 - 6 находится треугольник взрываемости, соответствующий рассчитанному по формуле (2) настоящего приложения значению PCO, наносится точка с координатами (Cг, O2), где O2 - концентрация кислорода в рудничном воздухе, %. Если нанесенная точка находится внутри треугольника взрываемости, соответствующего рассчитанному по формуле (3) настоящего приложения значению рудничная атмосфера находится во взрывоопасном состоянии.

Рис. 1. Треугольник взрываемости при PCO = 0,0

Рис. 2. Треугольник взрываемости при PCO = 0,1

Рис. 3. Треугольник взрываемости при PCO = 0,2

Рис. 4. Треугольник взрываемости при PCO = 0,3

Рис. 5. Треугольник взрываемости при PCO = 0,4

Рис. 6. Треугольник взрываемости при PCO = 0,5

РАСЧЕТ ПРОЕМОВ В ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЕРЕМЫЧКАХ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
ПРОВЕТРИВАНИЕ АВАРИЙНОГО УЧАСТКА

Расчет проемов в ИП, обеспечивающих проветривание аварийного участка, следует производят при тушении подземного пожара методом изоляции горных выработок.

При расчете проемов в ИП определяют площадь и количество проемов в каждой ИП.

Площадь проемов в ИП Sпр, м2, рассчитывается с учетом минимального расхода воздуха для проветривания горных выработок аварийного участка Qуч.min, м3/с, который необходимо подавать в аварийный участок через открытые проемы в ИП.

Параметр Qуч.min, м3/с, определяется по допустимой концентрации метана при тушении пожара, равной 2%, в исходящей струе воздуха из очистной выработки и выемочного участка при нормальном или реверсивном режимах проветривания

, (6)

где: Qуч.исх.1 - количество воздуха в исходящей из выемочного участка струе до изменения режима проветривания, м3/с. Принимается на основании замеров или по данным системы аэрогазового контроля (далее - АГК);

Kоч - коэффициент допустимой глубины регулирования подачи воздуха в очистную выработку.

Определяется по номограмме, приведенной на рисунке 7 настоящего приложения, в направлении ABCD с использованием значений скорости воздуха в исходящей из очистной выработки струе до изменения режима проветривания Vоч.исх1, м/с, концентрации метана в струе воздуха, исходящей из очистной выработки до изменения режима проветривания Cоч.исх.1, %, и высоты горной выработки с исходящей струей воздуха в 5 - 20 м от очистной выработки Hоч.исх, м.

Параметр Vоч.исх.1 рассчитывается по формуле:

, (7)

где: Qоч.исх.1 - количество воздуха в исходящей из очистной выработки струе до изменения режима проветривания, м3/с.

Sоч - площадь поперечного сечения горной выработки с исходящей струей в 5 - 20 м от очистной выработки, м2.

Параметр Qоч.исх.1 принимается на основании замеров или по данным системы АГК.

cоч.исх.1 рассчитывается по формуле:

, (8)

где: cоч.вх - концентрация метана в струе воздуха, поступающего в очистную выработку, %;

Iоч - фактическое газовыделение в очистной выработке, м3/с;

Kуч - коэффициент допустимой глубины регулирования подачи воздуха на выемочный участок.

Значения cоч.вх и Iоч принимается на основании замеров или по данным системы АГК.

Параметр Kуч рассчитывается по формуле:

, (9)

где: Iуч - фактическое газовыделение на выемочном участке, м3/с;

a, b - коэффициенты, зависящие от продолжительности проветривания в новом режиме (длительности ведения изоляционных работ).

Iуч принимается на основании замеров или по данным системы АГК.

Если на номограмме, представленной на рисунке 7 настоящего приложения, пунктирная линия BC не пересекает кривую cоч.исх.1 соответствующего значения, а проходит ниже ее, то Kоч < 1. В этом случае расчет Sпр следует производить исходя из фактической подачи воздуха на аварийный участок.

При длительности проветривания в новом режиме менее пяти часов:

, b = 1.

При длительности проветривания в новом режиме более пяти часов:

a = 1, b = 1.

При реверсивном режиме проветривания:

a = 1, b = 0.

При пожаре в нижней части очистного забоя или в конвейерном (откаточном) штреке расчет необходимого количества воздуха для подачи на аварийный участок производится по формулам (6), (7) настоящего приложения, без определения Kоч по номограмме, представленной на рисунке 7 настоящего приложения. Из значений Kоч и Kуч выбирается меньшее и затем определяется минимально необходимый расход воздуха Qуч.min на аварийном участке по формуле (6) настоящего приложения.

Рис. 7. Номограмма для определения Kоч

Параметр Sпр рассчитывается по формуле:

, (10)

где: n - число перемычек, устанавливаемых в горных выработках по пути движения вентиляционной струи, проветривающей аварийный участок (на входящей и исходящей вентиляционных струях участка);

S - площадь поперечного сечения горной выработки в месте установки перемычки (выбирается большее значение из сечений в местах установки перемычек на пути движения вентиляционной струи), м2;

Qуч.вх.1 - количество воздуха, проходящего по горной выработке до возведения в ней перемычки, м3/с. Принимается на основании замеров или по данным системы АГК;

hуч.2 - депрессия аварийного участка после возведения ИП с открытыми проемами, даПа.

Параметр hуч.2 рассчитывается по формуле:

hуч.2 = khуч.1, (11)

где: k - коэффициент, учитывающий увеличение депрессии участка после возведения ИП с открытыми проемами. При изоляции выемочного участка, панели или крыла шахты принимается соответственно равным 1,1, 1,2 или 1,3;

hуч.1 - депрессия аварийного участка до начала его изоляции, даПа.

Значение Sпр, рассчитанное по формуле (10) настоящего приложения, корректируется в зависимости от величины соотношения Sпр/S:

при 0,13 < Sпр/S < 0,5 поправок к рассчитанному значению Sпр не требуется;

при Sпр/S 0,13 значение Sпр, рассчитанное по формуле (10) настоящего приложения, следует увеличить, умножив его на поправочный коэффициент kпр, рассчитываемый по формуле:

. (12)

В качестве проемов следует применять проемные трубы заводского изготовления диаметром 0,8 м (площадь поперечного сечения 0,5 м2) или 1,0 м (площадь поперечного сечения 0,78 м2).

Количество проемных труб и их диаметр принимаются исходя из выполнения следующего условия

,

где Sпр.т - площадь поперечного сечения выбранных проемных труб, м2.

После определения количества и типа проемных труб проводится проверка их пропускной способности

,

где Rуч - аэродинамическое сопротивление аварийного участка до начала работ по изоляции, .

Параметр Rуч рассчитывается по формуле:

, (13)

где Rпр - аэродинамическое сопротивление перемычек с открытыми проемными трубами, установленными в горных выработках по пути движения вентиляционной струи на аварийном участке, .

Аэродинамическое сопротивление одной перемычки с открытыми проемными трубами, в зависимости от их диаметра, принимается:

Rпр = 0,53, при одном проеме диаметром 0,8 м;

Rпр = 0,21, при одном проеме диаметром 1,0 м;

Rпр = 0,12, при двух проемах диаметром по 0,8 м;

Rпр = 0,079, при двух проемах различных диаметров (0,8 и 1,0 м).

В случаях, когда изолируемый участок через открытые проемные трубы в ИП не обеспечивается необходимым расходом воздуха, следует предусмотреть мероприятия по увеличению его количества путем увеличения депрессии участка.

Расчет применим только в тех случаях, когда перемычки возводятся для изоляции участка, имеющего одну воздухоподающую и одну воздухоотводящую выработки. При других схемах проветривания аварийного участка расчет следует производить с использованием математического моделирования вентиляционной сети на электронно-вычислительных машинах.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВОДОУПОРНЫХ ПЕРЕМЫЧЕК

Клинчатые перемычки, представленные на рисунке 8 настоящего приложения, сооружают при ожидаемом давлении на нее воды не более 1 МПа. Толщина клинчатой перемычки Bк, м, определяется по формуле:

, (14)

где: B - ширина выработки в месте установки водоупорной перемычки, м;

Hв - высота выработки в месте установки водоупорной перемычки, м;

- угол наклона боковых граней перемычки к горизонтальной оси, град ( = 12°);

- коэффициент перегрузки, учитывающий колебания уровня подземных вод и содержание в них илистых частиц ( = 1,2 - 1,3);

Pг - ожидаемое гидравлическое давление воды на перемычку, МПа;

mc - коэффициент, учитывающий условия подземных работ (принимается равным mc = 0,5 - 0,6);

Rб - предел прочности материала на сжатие, МПа.

Толщина перемычки, вычисленная по формуле (14) настоящего приложения, проверяется:

из условия прочности на срез по формуле:

, (15)

где - сопротивление материала срезу, МПа.

из условия водонепроницаемости по формуле:

Bв = 4800 · Kв.б · Pг · B · Hв, (16)

где Kв.б - коэффициент водонепроницаемости (для бетона Kв.б принимается от 0,00001 до 0,000035).

Окончательная толщина перемычки Bп, м, принимается по наибольшему значению, полученному по формулам (14), (15) и (16) настоящего приложения.

Рис. 8. Клинчатая водоупорная перемычка (горизонтальный
разрез): 1, 2 - трубы; 3 - металлический профиль (рельсы,
швеллеры и т.п.); 4 - металлические анкеры для усиления
перемычки, возводимой в неустойчивых породах;
5 - задвижки; 6 - манометр; r - радиус боковых
граней перемычки

.

Глубина заделки перемычки в горные породы lз.п, м, определяется по формуле:

. (17)

Цилиндрические водоупорные перемычки, представленные на рисунке 9 настоящего приложения, применяются при ожидаемом давлении воды более 1 МПа. Толщина цилиндрической перемычки Bц, м, определяется по формуле:

, (18)

где: nв - число врубов (цилиндров), определяется в ходе итерационной процедуры;

- допустимое напряжение при сжатии материала перемычки, МПа;

- угол наклона опорных плоскостей перемычки к оси выработки, град.

При устойчивых породах = 30°; при менее устойчивых = 20°.

Рис. 9. Цилиндрическая водоупорная перемычка (вертикальный
разрез): 1 - металлические анкеры для усиления перемычки,
возводимой в неустойчивых породах; 2 - труба для спуска
воды; 3 - труба для выхода избыточного воздуха при подъеме
уровня воды; 4 - манометр