Приложение 11. ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНОСПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ | РАСЧЕТ ВЗРЫВООПАСНОСТИ РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ
Приложение N 11
к Федеральным нормам и правилам
в области промышленной безопасности
"Инструкция по локализации и ликвидации
последствий аварий на опасных
производственных объектах, на которых
ведутся горные работы", утвержденным
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от 11 декабря 2020 г. N 520
Расчет взрывоопасности 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:
где: CCO - концентрация оксида углерода в рудничном воздухе, %;
рассчитывается доля CO, CH4 и H2 в смеси по формулам:
При этом должно выполняться условие:
Взрывоопасность рудничной атмосферы определяется по треугольникам взрываемости, представленным на рисунках 1 - 6 приложения. Для этого, на рисунках 1 - 6, где находится треугольник взрываемости, соответствующий рассчитанному по формуле (2) 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) приложения значению
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 производить 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:
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.
Kоч определяется по номограмме, приведенной на рисунке 7 приложения, в направлении ABCD с использованием значений скорости воздуха в исходящей из очистной выработки струе до изменения режима проветривания Vоч.исх.1, 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:
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:
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 принимаются на основании замеров или по данным системы АГК.
Параметр Kуч рассчитывается по формуле:
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 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:
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) приложения без определения Kоч по номограмме, представленной на рисунке 7 приложения. Из значений Kоч и Kуч выбирается меньшее и затем определяется минимально необходимый расход воздуха Qуч.min на аварийном участке по формуле (6) приложения.
Рис. 7. Номограмма для определения Kоч.
Параметр Sпр, рассчитывается по формуле:
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) приложения, корректируется в зависимости от величины соотношения Sпр/S:
при 0,13 < Snp/S < 0,5 поправок к рассчитанному значению Sпр не требуется;
при Sпр/S <= 0,13 значение Sпр, рассчитанное по формуле (10) приложения, следует увеличить, умножив его на поправочный коэффициент kпр, рассчитываемый по формуле:
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:
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:
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 приложения, сооружают при ожидаемом давлении на нее воды не более 1 МПа. Толщина клинчатой перемычки BК, м, определяется по формуле:
где: B - ширина выработки в месте установки водоупорной перемычки, м;
HВ - высота выработки в месте установки водоупорной перемычки, м;
PГ - ожидаемое гидравлическое давление воды на перемычку, МПа;
mс - коэффициент, учитывающий условия подземных работ (принимается равным mс = 0,5 - 0,6);
Rб - предел прочности материала на сжатие, МПа.
Толщина перемычки, вычисленная по формуле (14) приложения, проверяется:
из условия прочности на срез по формуле:
где
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) 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.
BП = max{BК, Bср, BВ}.
Глубина заделки перемычки в горные породы lз.п, м, определяется по формуле:
Цилиндрические водоупорные перемычки, представленные на рисунке 9 приложения, применяются при ожидаемом давлении воды более 1 МПа. Толщина цилиндрической перемычки BЦ, м, определяется по формуле:
где: nв - число врубов (цилиндров), определяется в ходе итерационной процедуры;
При устойчивых породах
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.