I. РАСЧЕТ ВАКУУМНОЙ ДЕГАЗАЦИОННОЙ СЕТИ
I. РАСЧЕТ ВАКУУМНОЙ ДЕГАЗАЦИОННОЙ СЕТИ 
1. Расчет газопроводов и выбор вакуум-насосов производится исходя из условия обеспечения дегазационными системами шахт проектных показателей дегазации.
2. Расчетные параметры газопроводов и режимы работы дегазационных систем шахт должны снижать газообильность выработок до допустимого по фактору проветривания уровня и обеспечивать извлечение пригодных для использования газовоздушных смесей.
3. Тип и число одновременно работающих вакуум-насосов выбираются по их характеристикам в зависимости от расхода газовоздушной смеси, транспортируемой по дегазационной системе, и разрежения в дегазационном трубопроводе перед вакуум-насосом.
4. При проектировании дегазационного трубопровода учитываются аэродинамические характеристики вакуум-насосов и аэродинамические сопротивления дегазационного трубопровода с установленной на нем арматуры.
5. Для выполнения расчетов дегазационной системы строится расчетная схема дегазационной сети.
Расчетная схема - схема соединений газопроводов с указанием на ней узлов, ветвей дегазационного трубопровода, их длины и диаметра.
Узел - пункт соединения или разветвления дегазационного трубопровода и изменения его диаметра.
Нумерация узлов производится по направлению движения метановоздушной смеси в дегазационном трубопроводе.
Ветвь - участок газопровода, заключенный между двумя соседними узлами.
Нумерация ветвей производится по начальному и конечному ее узлам (по направлению движения метановоздушной смеси).
Начальными ветвями сети являются ветви, к которым подключаются дегазационные скважины, конечными - ветви, подводящие к вакуум-насосу.
Расчетом дегазационного трубопровода определяются следующие параметры ветвей газопровода: дебит смеси, концентрация метана в смеси, депрессия каждой ветви газопровода, депрессия установленной в газопроводе арматуры и проверка действующих или выбор новых вакуум-насосов.
Схема для расчета газопроводов составляется (рисунок 1) с учетом развития горных работ на наиболее трудный период эксплуатации дегазационной системы. Диаметры дегазационных трубопроводов определяются с учетом требований раздела III настоящей Инструкции.
Для ветвей с параллельными газопроводами вместо стандартного диаметра газопровода 
подставляется эквивалентный диаметр 
, м, определяемый по формуле
, м, (1)
где 
- внутренний диаметр i-го газопровода, м.
6. Расход метановоздушной смеси 
, м3/мин., начальных ветвей сети определяется по расходу (дебиту) метана из дегазационных скважин и допустимыми подсосами воздуха:
, (2)
где 
- дебит метана из скважин, м3/мин.;
- допустимые подсосы воздуха в дегазационные скважины, м3/мин.;
- допустимые подсосы воздуха в газопровод, м3/мин.
Рис. 1. Схема для расчета газопроводов
7. Величина подсосов воздуха 
(м3/мин.) в газопровод рассчитывается:
. (3)
8. Величина подсосов воздуха в подземные дегазационные скважины 
(м3/мин.) определяется для каждого способа дегазации в зависимости от допустимых удельных подсосов воздуха в дегазационные скважины 
, 
, величины разрежения на устьях скважин 
, мм рт. ст., и числа одновременно работающих скважин 
:
. (4)
Допустимые удельные подсосы воздуха в дегазационные скважины принимаются по таблице N 1.
9. Подсосы воздуха в вертикальные скважины, пробуренные с поверхности, определяются из выражения
, м3/мин., (5)
где 
- длина скважины, м.
Таблица N 1
Удельные подсосы воздуха в дегазационные скважины
┌─────────────────────────────────────────┬───────────────────────────────┐ │ Источники метановыделения, тип скважин │ П │ │ │ уд │ │ ├────────────┬──────────────────┤ │ │ м3/мин. │ м3/мин. │ │ │ 1/2 │ 1/2 │ │ │ (кПа) │ (мм рт. ст.) │ ├─────────────────────────────────────────┼────────────┼──────────────────┤ │Разрабатываемые пласты: │ │ │ │ барьерные скважины │ 0,16 │ 0,06 │ │ пластовые скважины │ 0,014 │ 0,005 │ ├─────────────────────────────────────────┼────────────┼──────────────────┤ │Подрабатываемые пласты: │ │ │ │ подземные скважины │ 0,55 │ 0,2 │ │ вертикальные скважины │ 14 │ 5 │ ├─────────────────────────────────────────┼────────────┼──────────────────┤ │Надрабатываемые пласты: │ │ │ │ скважины на надрабатываемый пласт │ 0,028 │ 0,01 │ │ скважины по надрабатываемому пласту │ 0,014 │ 0,005 │ ├─────────────────────────────────────────┼────────────┼──────────────────┤ │Выработанное пространство: │ │ │ │ скважины над куполами обрушения │ 0,55 │ 0,2 │ │ вертикальные скважины │ 28 │ 10 │ └─────────────────────────────────────────┴────────────┴──────────────────┘
Примечание. До начала влияния горных выработок на скважины значения допустимых подсосов воздуха для всех видов скважин принимаются равными 0,005 .
10. Величина для всех видов скважин принимается по рекомендациям соответствующих разделов приложений.
11. Расход газовоздушной смеси 
, м3/мин., в конечной точке ветви определяется суммой расходов, поступающих в начальную точку ветви газопровода газовоздушной смеси и допустимых подсосов 
, в ветви:
. (6)
12. Концентрация метана 
, %, в газовоздушной смеси каждой ветви газопровода определяется из выражения:
. (7)
13. Расход газовоздушной смеси в участковом газопроводе выемочного участка 
, м3/мин., определяется с учетом резерва пропускной способности газопровода:
. (8)
Концентрация метана в газовоздушной смеси участкового газопровода 
, %, на выемочном участке определяется:
, (9)
где 
- дебит метана из скважин выемочного участка, м3/мин.
14. Расход газовоздушной смеси в ветвях магистрального газопровода 
, м3/мин., определяется с учетом резерва его пропускной способности:
, (10)
где 
- число выемочных участков, из которых газ транспортируется по рассчитываемому магистральному газопроводу.
Концентрация метана 
, %, в рассчитываемой ветви магистрального газопровода определяется:
. (11)
15. Потери давления в газопроводе 
, мм рт. ст., с неизменным диаметром определяются:
, (12)
где 
- объемный вес смеси, кг/м3,
, (13)
где 
- длина газопровода, м;
P - среднее давление в газопроводе, мм рт. ст.;
d - диаметр трубопровода, м;
c - концентрация метана в смеси, %.
16. Перепад давлений на участке газопровода постоянного диаметра, не содержащем врезок, определяется:
. (14)
17. Депрессия ветви дегазационного газопровода 
, мм рт. ст., и депрессия дегазационной скважины 
определяются по формуле
, (15)
где 
- длина участка газопровода, м;
- удельная депрессия газопровода, даПа/м.
, (16)
где 
- коэффициент сопротивления газопровода (таблица N 2);
g - ускорение силы тяжести; g = 9,81 м/с2;
- скорость движения смеси, м/с.
18. Проектные величины - расход газовоздушной смеси и концентрация метана - для всех ветвей дегазационного трубопровода указываются на расчетной схеме.
19. При депрессии вакуум-насоса более 350 мм рт. ст. производится изменение параметров дегазационной сети: увеличение пропускной способности ветвей с максимальной удельной депрессией за счет увеличения диаметра трубопровода этой ветви или увеличением количества трубопроводов.
20. Число одновременно работающих вакуум-насосов и их типоразмер принимается с учетом обеспечения требуемого режима работы дегазационной системы. Для этого точку, характеризующую требуемый режим работы дегазационной установки (Q, 
), наносят на характеристику вакуум-насосов. Производительность вакуум-насоса 
принимается равной расходу газа в ветви газопровода перед вакуум-насосом. Выбирают один или несколько параллельно работающих насосов, характеристика которых лежит выше точки требуемого режима работы дегазационной установки (Q, ).
21. Расчет нагнетательной сети дегазационного газопровода сводится к определению диаметра нагнетательного газопровода, избыточного давления в нагнетательной трубе вакуум-насоса с учетом местных сопротивлений газопровода и арматуры.
22. Выбор вакуум-насосов производится по результатам расчетов всасывающей и нагнетательной сети газопровода.
Таблица N 2
Значение коэффициента сопротивления
в зависимости от внутреннего диаметра дегазационного
трубопровода и скорости движения газовоздушной смеси
┌───────────────┬─────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Скорость │ Значение безразмерного коэффициента сопротивления │ │ движения │ лямбда в зависимости от внутреннего диаметра │ │метановоздушной│ т │ │ смеси, м/с │ дегазационного трубопровода, мм │ │ ├───────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬───────┤ │ │ 100 │ 125 │ 150 │ 207 │ 259 │ 307 │ 359 │ 406 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 1 │0,036 │0,034 │0,032 │0,030 │0,028 │0,027 │0,026 │0,025 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 2 │0,030 │0,028 │0,027 │0,025 │0,023 │0,023 │0,022 │0,021 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 3 │0,027 │0,025 │0,024 │0,022 │0,021 │0,021 │0,020 │0,019 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 4 │0,025 │0,024 │0,023 │0,021 │0,020 │0,019 │0,019 │0,018 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 5 │0,024 │0,022 │0,022 │0,020 │0,019 │0,018 │0,018 │0,017 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 6 │0,023 │0,022 │0,021 │0,019 │0,018 │0,018 │0,017 │0,017 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 7 │0,022 │0,021 │0,020 │0,019 │0,018 │0,017 │0,017 │0,016 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 8 │0,021 │0,020 │0,019 │0,018 │0,017 │0,017 │0,016 │0,016 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 9 │0,021 │0,020 │0,019 │0,018 │0,017 │0,016 │0,016 │0,015 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 10 │0,020 │0,019 │0,018 │0,017 │0,016 │0,016 │0,015 │0,015 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 11 │0,020 │0,019 │0,018 │0,017 │0,016 │0,016 │0,015 │0,015 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 12 │0,019 │0,018 │0,018 │0,017 │0,016 │0,015 │0,015 │0,015 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 13 │0,019 │0,018 │0,017 │0,016 │0,016 │0,015 │0,015 │0,014 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 14 │0,019 │0,018 │0,017 │0,016 │0,015 │0,015 │0,014 │0,014 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 15 │0,018 │0,018 │0,017 │0,016 │0,015 │0,015 │0,014 │0,014 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 16 │0,018 │0,017 │0,017 │0,016 │0,015 │0,015 │0,014 │0,014 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 17 │0,018 │0,017 │0,017 │0,016 │0,015 │0,014 │0,014 │0,014 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 18 │0,018 │0,017 │0,016 │0,015 │0,015 │0,014 │0,014 │0,014 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 19 │0,018 │0,017 │0,016 │0,015 │0,015 │0,014 │0,014 │0,013 │ ├───────────────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼───────┤ │ 20 │0,017 │0,017 │0,016 │0,015 │0,014 │0,014 │0,014 │0,013 │ └───────────────┴───────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴───────┘
23. Аэродинамические характеристики типовых отечественных вакуум-насосов представлены на рисунке 2. При применении вакуум-насосов, аэродинамические характеристики которых не представлены в настоящей Инструкции, параметры режима работы вакуум-насосов принимаются по данным заводов-изготовителей.
24. Для уточнения аэродинамической характеристики вакуум-насоса определяется аэродинамическое сопротивление 
, мм рт. ст. мин.2/м6, арматуры и газопровода на ВНС
, (17)
где 
- разрежение, установленное по типовой аэродинамической характеристике вакуум-насоса и фактическому расходу газовоздушной смеси, мм рт. ст.;
- измеренное на вакуум-насосе (фактическое) разрежение, мм рт. ст.;
- фактический (измеренный) расход газовоздушной смеси, м3/мин.
