I. ИНСТРУКЦИЯ ПО ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

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)

, (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.