1.3 Розкриття шахтного поля

Шахтне поле розкрите:

- вертикальними стволами: двома клітковими № 1 і № 2 і скіповим на основному проммайданчику шахти, вентиляційним, розташованим у верхній технічної кордону, та повітря постачальним, розташованим біля нижньої технічного кордону;

- капітальними квершлагами: на основному відкаточному горизонті 915 м (відмітка мінус 680 м), основному вентиляційному горизонті 784 м (відмітка мінус 549 м) і на горизонті 1035 м (відмітка мінус 797,1 м).

1.4 Спосіб підготовки шахтного поля

Схема підготовки шахтного поля - панельна. Розміри панелей по падінню 700-1000м, по простяганню 1000-1800м. Порядок відпрацювання панелей спадний, схема - поверхова. Система розробки суцільна з груповим вент.штреком в середині ("Ш"-образна схема).

Проведення виробок передбачається за допомогою БВР.

Управління покрівлею - повне обвалення.

Для механізації очисних робіт передбачається застосування механізованих комплексів типу 3КД-90Т з комбайнами РКУ-10 і РКУ-13 і конвеєрами СПЦ-273.

1.5 Провітрювання шахти

Спосіб провітрювання шахти - всмоктуючий, схема провітрювання - центрально-віднесена. Установки вентиляторів розташовані на скиповом та вентиляційному стволі. На скіповім стволі встановлен вентилятор головного провітрювання ВЦД-31,5 з двигуном СДВ-16-51-12, потужністю 1600квт.,при 500 об/хв. На вентиляційному стволі - ВЦ-5 з двигуном СДН-18-39-20 потужністю 2000 квт. при 300об/хв.

Свіже повітря поступає в шахту по клітьовим стволам N1 і N2. Витікаючий струмінь видається по скіповому стволу, а надалі, після початку очисних робіт, і по вентиляційному стволу. Рух повітря по шахті і розподіл його по виробках здійснюється згідно схеми вентиляції.

Для забезпечення розрахункових навантажень на очисні забої і поліпшення провітрювання їх при відробітки запасів пластів m3, L1, k8 передбачається дегазація вище розміщених супутників вугільних пластів.

Дегазація здійснюється шляхом буріння свердловин дегазацій з дільничних виробок на пласти-супутники і відсмоктування метано-повітряної суміші зі свердловин по трубопроводах, що прокладаються в гірських виробках, вакуум-насосною станцією, розташованою на основному проммайданчику шахти. Буріння свердловин d=93мм виробляється буровими верстатами типа СБГ-1М і НКР-100М. Вакуум-насосна станція обладнана вакуумом типа НВ-50 в кількості 6шт. Здобутий газ використовуватиметься в шахтній котельній.

2 Теоретичні основи оцінки стійкості провітрювання при пожежах в похилих виробках

2.1 Вплив пожежі на провітрювання похилих виробок

Теплова депресія, на відміну від природної тяги, виникає при пожежі у вертикальній або похилій виробці носить локальний характер, тому що гази, які утворюються при пожежі, переміщаючись по виробці, інтенсивно охолоджуються.

Теплова депресія виникає також при пожежі в горизонтальній виробці, якщо нагріте повітря потрапляє в похилу або вертикальну виробку.

Припустимо, пожежа виникла на ділянці уклону (мал. 2.1) по якому зверху вниз рухається свіжий потік. Розглянемо можливі режими провітрювання уклонного поля при дії теплової депресії.

Рис. 2.1 – Спрощена схема уклонного поля

1 – штрек, по якому подається повітря; 2 – верхня збійка; 3 – ходок; 4 – уклон

Припустимо, що напірна характеристика уклонного поля виражається кривою 1 (мал. 2.2). Під напірною характеристикою уклонного поля мається на увазі характеристика такого умовного вентилятора, який працював на мережу виробок, впливаючи на них так, як і реальний вентилятор головного провітрювання. Нормальний режим провітрювання уклонного поля (до пожежі) визначається перетином вказаної напірної характеристики із аеродинамічною характеристикою уклонного поля 5, описуваної рівнянням

h = R_{y *} Q², (2.1)

де h – депресія уклонного поля, Па;

R_y – загальний опір виробок уклонного поля, H*c²/м⁸;

Q – загальна витрата повітря у виробках уклонного поля, м³/с.

На малюнку 2.2 нормальний режим провітрювання зображений точкою А, координати якої ОМ і AM відповідають значенням витрати повітря і депресії.

Рис. 2.2 – Графік до визначення впливу теплової депресії пожежі на провітрювання уклонного поля

При виникнені пожежі розпочинає діяти теплова депресія, дію якої можна уподібнити роботі встановленого в уклоні додаткового вентилятора. Характеристика цього вентилятора в координатах h – Q для кожного моменту часу є прямою, паралельною осі абсцис. Новий режим провітрювання уклонного поля можна знайти, скориставшись відомим методом активізованої мережі, суть якого полягає в тому, що з аеродинамічної характеристики сіті віднімається характеристика одного з джерел тяги. Нова характеристика сіті називається активізованою характеристикою.

Віднявши з характеристики мережі (див. мал. 2.2) характеристику теплової депресії 2, отримаємо криву 4, що являється активізованою характеристикою мережі уклонного поля. Перетин кривої 4 з напірною характеристикою в точці В дає новий режим, для якого витрата повітря і депресія відповідно вимірюються відрізками ON і BN. Таким чином, дія теплової депресії призводить до зниження витрати повітря, яке поступає в уклонне поле з одночасним зростанням депресії вентилятора h_в (на малюнку – BN), що приходиться на уклонне поле. Остання витрачається на подолання теплової депресії NS і на переміщення повітря по виробках уклонного поля BS, тобто

h_в=R_y*Q²_в +h_t, (2.2)

де h_в – депресія вентилятора,Па;

h_t – теплова депресія, Па;

Q_в – витрата повітря в уклонному полі при пожежі, м³/с.

У міру розгорання пожежі теплова депресія збільшується, що приводить до подальшого скорочення витрати повітря у виробці, що горить. Може наступити момент, коли активізована характеристика 3 перетне напірну характеристику 1 в точці 3 лежачої на осі ординат (див. мал. 2.2). У цьому випадку вся депресія вентилятора витрачається на подолання теплової депресії, а повітря в уклонне поле не надходить. У цей момент часу нагріта газоповітряна суміш рециркулює у виробці, що горить. Конвективні потоки повітря по верхній частині уклону рухаються проти ходу потоку. Через декілька десятків метрів від вогнища пожежі вони звичайно остигають і по нижній частині уклону повертаються до вогнища пожежі. Витрати повітря у виробках, що примикають до уклонного поля, визначаються лише повітропроникністю перемичок у верхній збійці.

При дальшому збільшенні теплової депресії режим провітрювання уклонного поля переміститься в точку D. Цьому режиму відповідає витрата повітря, рівна відрізку QR. Напрям руху повітря в даному уклоні зміниться на протилежний. Продукти горіння, що виходять із уклону, змішуються з свіжим повітрям, що поступає по штреку, потім, просочуючись через нещільність в перемичці, потрапляють на вихідний потік повітря. Звідти одна частина продуктів горіння прямує в загальний вихідний потік, а інша по ходку повертається в уклонне поле. Виникає рециркуляція продуктів горіння в контурі, утвореному виробками уклонного поля і верхньою збійкою|. Це робить неможливим проведення в уклонному полі робіт рятувальників. У подальшому напрям руху повітря в штреку, з якого повітря поступає в уклон, може змінитися.

Точка С (див. мал. 2.2) являється критичною, тому що вона ділить область можливих режимів провітрювання уклонного поля на розташовану справа зону нормального напряму вентиляційного потоку і розташовану ліворуч зону перекинутого потоку. Режим провітрювання є нестійким, тому що у будь-який момент часу може відновитися нормальний напрям потоку. Це може відбутися, наприклад, через зниження температури у вогнищі пожежі при гасінні його рятувальниками.

Перекидання повітряного потоку під дією теплової депресії може відбутися в тому випадку, якщо її величина перевищить критичне значення. Критичною називається депресія, що створюється вентилятором головного провітрювання у момент припинення надходження у виробку повітря через протидію теплової депресії. Перекидання вентиляційного потоку під дією теплової депресії не відбудеться, якщо виконуватиметься нерівність

h_t < h_kp , (2.3)

де h_t – теплова депресія пожежі, Па;

h_kp – критична депресія виробки, Па.

Показник, що характеризує ступінь стійкості провітрювання похилої виробки при пожежі, визначається із виразу

Р_у= h_kp/ h_t . (2.4)

Залежно від Р_у всі похилі виробки діляться на стійкі Р_у>1 і нестійкі Р_у<1. Серед останніх можна виділити дуже нестійкі виробки, в яких Р_у <0,3.

Розглянемо випадок пожежі в ходку, по якому повітря рухається від низу до верху. Нормальний режим провітрювання уклонного поля визначається точкою А (мал. 2.3). З виникненням пожежі розпочинає діяти теплова депресія 3. Теплова депресія діє в тому ж напрямі, що і вентилятор головного провітрювання. Віднявши з аеродинамічної характеристики мережі 2 характеристику теплової депресії пожежі 3, отримаємо криву 4, що являється активізованою характеристикою мережі уклонного поля. Перетин останньої із напірною характеристикою 1 в точці Е визначає новий режим провітрювання уклонного поля, для якого витрата повітря і депресія вимірюються відповідно відрізками ОТ і ЕТ. Дія теплової депресії у виробці з висхідним провітрюванням призводить до збільшення витрати повітря і зниження депресії, що розвивається вентилятором головного провітрювання у виробках уклонного поля.

Рис. 2.3 – Графік зміни режиму провітрювання уклонного поля при пожежі у виробці з висхідним вентиляційним струменем

Для даного випадку

h_t + h_е = R_y*Q²_е , (2.5)

де h_е – депресія вентилятора головного провітрювання, що припадає на уклонне поле за наявності теплової депресії h_t, Па;

Q_е – витрата повітря в ходці за наявності теплової депресії, м³/с.

У міру зростання теплової депресії режим провітрювання уклонного поля переміщається по напірній характеристиці вниз. Може настати момент, коли активізована характеристика мережі 5 перетне напірну характеристику 1 в точці F, що лежить на осі абсцис. Депресія, що створюється в цьому випадку вентилятором головного провітрювання, в уклонному полі дорівнює нулю, а рух повітря в уклонному полі здійснюється повністю за рахунок теплової депресії, тобто

h_t= R_y*Q²₀ , (2.6)

де Q₀ – витрата повітря, визначувана точкою перетину напірної характеристики з віссю абсцис, тобто рівний відрізку OF, м³/с.

У цьому останньому випадку вентиляційний тиск вирівнюється і, якщо між уклоном і ходком вгорі покласти трубку, приєднавши її до мікроманометра, то прилад зафіксує нульову депресію.

Подальше збільшення теплової депресії приведе до переміщення точки, що характеризує режим провітрювання уклонного поля, по напірній характеристиці вниз. Новий режим відповідатиме точці К з витратою, повітря OV і депресією KV. Із малюнка 2.3 видно, що депресія вентилятора, що припадає на дане уклонне поле, має негативний знак, тобто вентилятор грає роль опору. Рух повітря здійснюється тільки за рахунок теплової депресії пожежі. Одна частина її витрачається на здолання депресії вентилятора, інша – на переміщення повітря по виробленнях уклонного поля. Характерна межа цього режиму провітрювання – підвищений тиск повітря у верхній частині.

При цьому продукти горіння через перемичку рухаються від ходка до уклону. Вливаючись потім в уклон, вони заповнюють виробки уклонного поля, ускладнюючи проведення робіт рятувальників.

Точка F у відомому сенсі є критичною, оскільки вона визначає максимальну витрату повітря Q_о що проходить по виробках уклонного поля без перекидання витоків повітря і без виникнення рециркуляції газоповітряної суміші в мережі гірничих виробок. Витрату повітря Q_о називають критичною.

На малюнку 2.3 крива 6 – активізована характеристика мережі після перекидання потоку повітря в уклоні.

У загальному випадку умова стабільного провітрювання системи гірничих виробок при однонаправленій дії теплової депресії і вентилятора головного провітрювання може бути виражена нерівністю

h_t < R_y*Q²₀ . (2.7)

Для вирішення практичних задач використовують нерівності (2.3) і (2.7).