XVII.4.3. Проветривание очистных забоев

Пылевые аэрозоли не являются стабильными дисперсными систе­мами. Концентрация пыли в рудничной атмосфере под влиянием гравитационных, электростатических и пульсационных сил непре­рывно меняется в пространстве и времени.

Эффективность снижения запыленности воздуха способом про­ветривания зависит в первую очередь от соотношения скорости вентиляционного потока и закономерностей осаждения или взвеши­вания пылевых частиц.

^!Задачей вентиляции является разбавление пылевого аэрозоля, образовавшегося в результате технологических операций в лаве, до предельно допустимой концентрации

(XVII.13)

где TVn — фактическая (расчетная) интенсивность образования пыли

в забое;

QB3 — количество воздуха, проходящего через сечение очистного забоя.

Необходимый расход воздуха может быть установлен экспери­ментально или рассчитан по зависимости

(XVII.14)

Интенсивность образования наиболее токсичной пыли опреде­ляется по формуле

(XVII. 15)

где / — коэффициент крепости пород или угля по шкале M. M. Про-

тодьяконова; S^p — удельная трещиноватость пород;

е — общая пористость; А с — работа деформирующей силы;

Ь — линейный размер одновременно разрушаемого объема мас­сива (глубина среза); у — плотность угля (породы); W — влажность. Для комбайнов

(XVII.16)

где Ap — сопротивляемость угля резанию; Scp — сечение среза;

А. — минутный путь резания, равный 60 vp; Vp .— скорость резания;

TZp р — число одновременно контактирующих с массивом резцов. Натурными исследованиями установлены оптимальные скорости движения воздуха, при которых запыленность минимальная (рис. XVII.22).

В тех случаях, когда для подачи необходимого количества воздуха по газовому фактору скорость движения воздушной струи должна быть больше оптимальной по пыли, необходимо предусматривать дегазацию пласта.

XVII.4.4. Снижение запыленности воздуха при работе эыемочных машин

Поскольку большое количество яыли выделяется при работе выемочных машин и комплексов, проводятся меры по подавлению ее в момент образования. Для этого производится:

смачивание поверхности угольного забоя перед его разрушением и в момент разрушения;

увлажнение отбитого угля;

осаждение и улавливание взвешенной в воздухе пыли.

Рис. XVII.22. Зависимость запылен­ности рудничного воздуха от скорости движения воздушного^ потока:

1 — в комбайновой лаве; 2 — в струговой паве; з — при работе проходческого комбайна

Рис. XVII.23. Схема расположения оросительной установки в очистном забое: v

1 —!участковый водопровод; 2 — отвод с вен­тилем и клапаном; з —• резервуар для воды; 4 — оросительная установка; 5 — фильтр; в — дозатор смачивателя; 7 — водопровод; * — водораспределительный пункт с краном; э — водоподводящий рукав; ю — комбай­новый рукав; Il — оросительное устройство с форсунками; Ig — оросители в нишах; IS — погрузочный лемех; 14 — манометр; IS — оросители, предназначенные для смачива­ния угля при его перегрузке

Рис. XVII.24. Оросительная система на стру­говой установке с посекционным включением форсунок:

1 — забойный водопровод; 2 — водораспределитель-вый пункт; 3 — включающее устройство; 4 — секции водопровода; S — форсунки

Смачивание пыли при работе выемочных машин производится с применением типовых оросительных устройств. Число форсунок в оросительном устройстве должно быть таким, чтобы их суммарная производительность была равна требуемому расходу воды:

(XVII.17)

где Q3 — производительность выемочной машины;

<?у — удельный расход воды.

Вода к оросительным устройствам подается по схеме: насосная установка (противопожарный трубопровод) —• забойный водопровод — включатель орошения — форсунки (рис. XVII.23).

Рис. XVII,25. Схема расположения пылеулавливающей установки на выемочном комбайне:

1 — всасывающий патрубок; г — вентилятор; г— пылеуловитель; 4 — нагнетатель­ный патрубок

Типовая оросительная система на выемочных комплексах обеспе­чивает давление воды 15—20 кг'с/см3 при расходе 20—40 л/т. Эффек­тивность пылеподавления достигает 90%. v

Для подавления пыли при работе струговых установок применяют оросительную систему с посекционной или общей подачей воды к| форсункам. Секции форсунок и аппаратуру автоматического управления системой орошения устанавливают по всей длине лавы (рис^ XVII.24).

Число одновременно действующих форсунок определяется по их производительности:

(XVII. 18)

где (?с — производительность струговой установки;

@Ф — производительность форсунки.

Для увеличения эффективности пылеподавления применяют ве­щества, повышающие смачивающую способность воды (ДБ, НБ, CaCl2, NaCl).

В последнее время нашел применение способ борьбы с пылью в очистном забое путем использования пены высокой кратности. Вспенивание пенообразующего раствора производится механически, для чего раствор при давлении 4—6 кгс/см2 пропускают через пено-стволы, в которых вследствие эжекции происходит подсос воздуха и образование пены. Из пеностволов пена выбрасывается струей в места разрушения угля на расстояние 2—3 м.

В некоторых случаях для снижения запыленности воздуха вы­емочные машины оборудуют дополнительно пылеулавливающими установками (рис. XVII.25).

В забоях, где, несмотря на принятые меры борьбы с пылью, снизить концентрацию до санитарных норм не удается, применяют индивидуальные средства защиты — противопылевые респираторы.

XVII.5. Процессы кондиционирования рудничного воздуха

XVII.5.1. Принцип действия и схемы размещения холодильных установок

В практике шахтного кондиционирования воздуха существует не­сколько схем расстановки холодильных установок, способов охлаж­дения и типов холодильных машин.

Воздухоохладительные установки для глубоких шахт могут быть расположены: на поверхности, в околоствольном дворе глубокого горизонта с отводом тепла конденсации на поверхность, на рабочем горизонте с подземным отводом тепла, вблизи лав и забоев с местным подземным охлаждением воздуха.

При размещении установок на поверхности охлаждается весь воздух, поступающий в шахту, вследствие чего расходуется излиш­няя мощность на охлаждение части воздуха, который не достигает рабочих забоев. В этом случае для шахт глубиной свыше 1000 м требуется охлаждать воздух до отрицательных температур, что приводит к обмерзанию воздухоподающих выработок, резкому перепаду температур в стволе, создающему опасность заболевания рабочих. Поэтому такие установки применяют в особых случаях.

Наибольшее распространение в угольной промышленности полу­чили компрессионные и турбодетандерные холодильные установки. В первых за счет работы компрессора создается разрежение, что приводит к интенсивному испарению хладоагента (фреона, аммиака) и охлаждению специального рассола. Во_вторых охлаждение воз-

духа происходит за счет внезапного расширения струи сжатого воздуха при его прохождении через турбодетандер.

По способу охлаждения различают: системы с поверхностным охлаждением воздуха в гладкотрубных теплообменниках, ребрис­тых теплообменниках, пла­стинчатых теплообменни­ках; системы с «мокрым» охлаждением воздуха в на­садках, градирнях, каме­рах разбрызгивания; ком­бинированные системы.

Установка с размеще­нием холодильных машин на поверхности шахты характеризуется конструк­тивной простотой, надеж­ностью и безопасностью. На рис. XVII.26 предста­влена схема кондициони­рования воздуха с исполь­зованием компрессорных холодильных машин. Принцип действия ком­прессорных установок со­стоит в следующем. Ком­прессор 1 создает в испа­рителе 2 разрежение, вследствие чего хладо-агент, поступающий в ис­паритель по трубопроводу 5, вскивает, а пары его засасываются* в компрес­сор, где сжимаются до да­вления, при котором они могут быть сконденсиро­ваны в конденсаторе 4 водой. Вода после этого охлаждается в градирне или брызгальном бассей­не 5.

Сконденсированный хладоагент высокого давления поступает по трубопроводу 3 через регулировочный вентиль 6, снижающий его давление, в испаритель 2, в котором кипит хладоагент. В испарителе циркулирует и охлаждается рассол, поступающий в воздухоохлади­тель 7, через который охлажденный воздух подается в шахту. Для осуществления циркуляции охлажденного рассола и воды применяются насосы 8, 9.

Установка с охлаждением воздуха на рабочем горизонте, разме­щением холодильных машин на поверхности и отводом тепла на

Рис. XVII.26. Принципиальная схема охла­ждения рудничного воздуха

Рис. XVII.27. Схема подземного расположе­ния холодильной установки

поверхность шахты отличается от описанной выше тем, что воздухо­охладитель расположен под землей в выработке, по которой прохо­дит свежая струя на участок или группу участков. Охлажденный на поверхности рассол подается в шахту по трубопроводам под высоким давлением. Трубопроводы и воздухоохладители нахо­дятся под давлением, превышающим 100 кгс/см2. Поэтому данная схема характеризуется сложностью монтажа и эксплуатации и не является безопасной. Разработаны схемы с понижением давления. Рассол при этом поступает в воздухоохладитель через гидротурбину, снижающую давление до безопасных величин. Однако при этом трубопроводы, по которым движется рассол, как и в предыдущем случае, находятся под большим давлением и, кроме того, расходуется дополнительная мощность на преодоление потерь в гидротурбине и насосе.

Установка с охлаждением воздуха и размещением холодильных машин на рабочем горизонте и отводом тепла на поверхность позво­ляет сократить потери холода в трубопроводах, сократить расход мощности вследствие уменьшения температуры испарения и приме­нить трубопроводы низкого давления. В качестве хладоносителя в подобной установке может использоваться вода, охлаждаемая на поверхности. Анализ работы холодильных установок этого типа, применяемых на шахтах Бельгии, показал, что они весьма громоздки, энергоемки и трудоемки в эксплуатации.

Установка с охлаждением рудничного воздуха и отводом тепла в окружающую среду на рабочем горизонте является наиболее рацио­нальной. Схема установки с подземным размещением всех узлов приведена на рис. XVII.27. В этом случае воздух, поступающий в лаву, охлаждается в воздухоохладителе 1, размещенном в откаточ­ном штреке вблизи лавы. Охлаждение вентиляционной струи осуще­ствляется при контактировании воздуха с распыляемой холодной водой из испарителя 2 холодильной машины. Конденсатор 3 охлаж­дается водой, прошедшей через воздухоохладитель 4, установлен­ный на «вентиляционном горизонте. Понижение температуры воды в воздухоохладителе 4 достигается за счет ее распыления, частичного испарения и нагрева воздуха. Циркуляция воды между испарителем 2 и воздухоохладителем 1 происходит под действием насоса 5, а между конденсатором 3 и воздухоохладителем 4 — насоса 6, Для умень­шения примесей пыли на трубопроводе размещен фильтр 7. Такая установка наиболее проста, наименее громоздка и энергоемка.

Известный интерес представляет применение на глубоких шахтах турбодетандерных машин (рис. XVII.28). При рассматриваемой схеме компрессор 1 через фильтр 7 засасывает часть воздуха из откаточного штрека и сжимает его. Сжатый воздух охлаждается водой в промежуточных холодильниках 5 и в воздухоохладителе 3. Охлажденный сжатый воздух поступает в турбодетандер 2 — воздушную турбину, расположенную на одном валу с компрес­сором. За счет расширения в турбодетандере воздух охлаждается и отдает часть энергии компрессору, тем самым снижая расход общей мощности. Охлажденный воздух, имеющий в зависимости

от степени сжатия температуру от+5 до —30° С, смешивается в возду-хосмесителе S с теплым воздухом и направляется к местам работы.

Температура воды, охлаждающей холодильники <? и 4 на венти­ляционном горизонте, в свою очередь, понижается в водо-ох-ладителе 9. Недостатком установок этого типа яв­ляется большой расход энергии.

На больших глубинах наиболее рациональным является ступенчатое охла­ждение воздуха путем установки в нескольких пунктах по длине лавы теплообменников, охла­ждаемых водой. Принци­пиальная схема ступенча­того охлаждения воздуха приведена на рис. XVII.29. Холодильная установка расположена на откаточ­ном штреке, часть охла­жденной в испарителе 1 воды поступает в возду­хоохладитель 2, установ­ленный перед лавой,.ос­тальная часть — в пере­движной воздухоохлади­тель 3, находящийся непосредственно в лаве. Температура воздуха вна­чале понижается до неко­торой расчетной величины в охладителе 2, а затем в охладителе 3. Охлажде­ние хладоагента осуще­ствляется в конденсаторе

4, по которому циркули­рует вода, охлаждаемая на вентиляционном гори­зонте в воздухоохладителе

5. Вода, омывая переносной воздухоохладитель, возвращается по-трубопроводу в испаритель 1.

XVII.5.2. Расчет теплового режима очистных забоев

При расчетах теплового режима лав определяется изменение пара­метров рудничного воздуха, находится необходимое количество воздуха для поддержания заданной температуры и проверяется длина очистного забоя по температурному фактору.

Рис. XVII.28. Схема турбодетандерной• уста­новки, размещенной на глубоком горизонте для местного охлаждения воздуха:

J — поверхность; II — вентиляционный горизонт; JII — рабочий горизонт

Рис. XVII.29. Схема ступенчатого охлажде­ния воздуха по длине лавы

Температура в конце лавы <2 определяется по известной темпера­туре воздуха в начале лавы ^1:

(XVII. 19)

%

иногда находится температура ^1 для обеспечения наперед заданной температур'ы t2:

(XVII.20)

где Г„ — фактор теплообмена лав;

Ф — фактор влажности, определяемый при постоянной отно­сительной влажности воздуха по длине лавы; Тл — температурный фактор лавы;

<7о — удельное тепловыделение от окисления, ккал/(ма-ч-0C); Pn — периметр призабойного сечения лавы, м; L — Длина лавы, м;

2(?м. и ~~ суммарное выделение тепла из местных источников, ккал/ч; G—количество воздуха, проходящего через лаву, кг/ч; Cp — теплоемкость воздуха, ккал/(кг-°С); Ср = 0,24ккал/(кг-°С). Фактор теплообмена лав

(XVII.21)

где/ст н — коэффициентнестационарноготеплообмена,ккал/(м2'Ч-°С); Gy — добыча угля, кг/ч; Cy — теплоемкость угля, ккал/(кг-°С); Jy — коэффициент, зависящий от скорости удаления угля из

лавы;

GB — часовой приток воды в лаве с теплоемкостью Cf, кг/ч; Ax — коэффициент теплопередачи трубопровода, ккал/(м2-ч-"С); Px — периметр охлаждающего трубопровода, м. Фактор влажности составляет

(XVII.22)

где Б — коэффициент влажности;

Ф — относительная влажность воздуха. Температурный фактор лавы

(XVH.23)

где tn — температура неохлажденного массива пород на данной

глубине, 0C;

tB — температура воздуха, 0C; <х — температура охлаждаемого воздуха, 0C;

/p — расчетная степень охлаждения добытого угля в лаве, определяемая по зависимости

/ш — степень охлаждения добытого угля; Ад — коэффициент, учитывающий снижение температуры угля

за счет дегазации; &д = 0,6; ki — коэффициент, учитывающий отличие температуры угля

в массиве и на конвейере. Коэффициент влажности определяется из зависимости

(XVII.24)

где п — коэффициент, значения которого для различных диапазо­нов температур в нижней и верхней частях лавы приведены в табл. XVII.2. В— барометрическое давление воздуха на данной глубине,

мм рт. ст.;

PCT, — давление водяных паров, мм рт. ст. (см. табл. XVII.2). Для относительно недавно проведенных выработок коэффициент нестационарного теплообмена определяется по формуле

(XVII.25) Таблица XVII.2

t, 0C	п	PCP	t, °с	п	/CP
0—10	705	5,7	16-26	1725	16,3
2—12	795	6,5	18—28	1915	18,5
4—14	985	7,5	20—30	2120	20,5
6—16	990	8,5	22—32	2370	23,0
8—18	1105	9,5	24-34	2630	26,0
10—20	1240	11,0	26-36	2880	29,0
12—22	1410	12,5	28—38	3200	32,0
14—24	1575	14,5	30—40	3480	36,0

где а — коэффициент теплоотдачи, ккал/(ма-ч-еС); Bi — критерий граничных условий Био;

R0 — приведенный радиус выработки; R0 — 0,564 1/^1 S — площадь поперечного сечения выработки, м2; К — коэффициент теплопроводности пород, ккал/(м-ч-°С);

Fo — критерий Фурье — безразмерное время, определяемое равенством

а — коэффициент температуропроводности массива, м2/ч. Значения функции / (Z) определяются по табл. XVII.3. Требуемое количество воздуха, обеспечивающее поддержание заданных температур I1 и ^2, определяется по формуле

(XVII.26)

Предельно допустимая длина лавы по тепловому фактору нахо­дится в соответствии с количеством воздуха, проходящего по лаве, и максимальной температурой в верхней ее части:

(X VII. 27)

где — суммарное количество тепла, выделяющегося в лаве из

постоянных источников тепловыделения, ккал/ч; rt — теплота парообразования воды, ккал/кг; г( = 0,59 ккал/кг; dz — влагосодержание воздуха в верхнем пункте очистного забоя, г/кг; '

Таблица XVII.3

2	/ (Z)	2	/ (Z)	Z	/ (Z)	Z	f (Z)
0,0	0,0000	2,0	0,7434	15	0,9624	80	0,9929
0,2	0,1910	3,0	0,8207	20	0,9718	90	0,9937
0,4	0,3202	4,0	0,8634	25	0,9775	100	0,9944
0,6	0,4323	5,0	0,8872	30	0,9812	НО	0,9949
0,8	0,5109	6,0	0,9060	40	0,9859	120	0,9953
1,0 ,	0,5724	7,0	0,9194	45	0,9875	140	0,9960
1,2	0,6214	8,0	0,9295	50	0,9887	160	0,9964
1,4	0,6614	9,0	0,9373	60	0,9906	180	0,9978
1,6	0,6975	10,0	0,9436	70	0,9919	200	0,9981

^1 — влагосодержание воздуха в нижнем пункте очистного

забоя, г/кг;

ос — коэффициент теплоотдачи, ккал/(м2-ч-"С); ^n ср — средняя температура пород в очистном забое, 0C; ZB. ср — средняя температура рудничного воздуха в очистном забое, 0C;

Средняя температура пород в очистном забое

где tnl и tna — температура пород на глубине откаточного и вен­тиляционного горизонтов. Температура пород на заданной глубине определяется по формуле

(XVII.28)

где <„ в — среднегодовая температура наружного воздуха, 0C; H — глубина выработки от земной поверхности, м; H3 — глубина залегания от поверхности зоны постоянной

температуры, м;

FCJ — геотермическая ступень, м/°С;

Суммарное выделение тепла S(?T B лавы определяется по сле­дующим источникам:

(XVII.29)

где А(?мех — количество тепла, выделяющегося при работе электро­двигателей, ккал/ч; Л(?к — количество тепла, выделяющегося при работе конвейера,

ккал/ч;

Д(?л — тепло, выделяемое людьми, ккал/ч; А(?в — теплота адиабатического расширения воздуха при дви­жении вверх по очистному забою.

В свою очередь, выделение тепла из отдельных источников составляет:

(XVII. 30)

где N — мощность электродвигателя, кВт; H3 — коэффициент загрузки во времени;

(X VII. 31)

где NK — мощность привода конвейера, кВт; Ак — производительность конвейера, кг/ч; L — длина конвейера, м; <]з — угол наклона выработки, градус;

где <7Р = — количество тепла, выделяемого человеком; ккал/ч;

<7р = 250 ккал/ч; пр — число работающих в выработке;

где h — перепад высот между верхним и нижним пунктами лавы, м; 427 — механический эквивалент теплоты.

Таким образом, количество воздуха, необходимое для проветри­вания лавы по тепловому фактору, находится путем определения максимально допустимой температуры в конце лавы.

XVIII. Технологические комплексы

и службы поверхности угольных шахт

XVIII. 1. Общие положения

На обслуживании поверхности действующих угольных шахт занято до 20% общего числа работников шахты, поэтому трудоемкость работ на поверхности в значительной-степени определяет технико-экономическую эффективность работы шахты и, в первую очередь, такие ее важнейшие показатели, как себестоимость угля и произво­дительность труда. Трудоемкость производственных процессов на поверхности шахт (на примере Карагандинского бассейна) приведена в табл. XVIILl.

Основными технологическими комплексами и службами на по­верхности угольных шахт являются: угольный комплекс, породный комплекс, комплекс обмена и откатки вагонеток в надшахтных зда­ниях, стационарные установки, материальные склады, склады лес­ных крепежных материалов, служба ремонта оборудования и служба производственно-бытового обслуживания трудящихся.

Схемы технологических комплексов определяются главным об­разом способом вскрытия — вертикальными, наклонными стволами или штольнями.

Для облегчения обслуживания технологических комплексов и, следовательно, снижения затрат труда важно рационально раз­местить здания и сооружения на поверхности с учетом всех

Таблица XVIII.1

Производственные процессы	Трудоемкость работ
	чел. -дни/ 1000 т	%
Подъем .	5,2 -	11,4
Откатка	2,6	5,7
Обогащение и контроль качества	2,6	5,7
Вентиляция и освещение	5,2	11,4
Ремонт шахтных машин, механизмов и оборудо- вания	4,6	10,0
Обслуживание оборудования и стационарных установок	6,6	14,3
Хранение, доставка и обработка крепежных и	2,0	4,3
прочих материалов Производственно-хозяйственное обслуживание шахт	12,5	27,1
Обслуживание угольных складов и погрузка уг- ля	4,6	10,0

влияющих факторов. Основными направлениями в компоновке и застройке поверхности шахт в настоящее время являются:

организация общерудничного хозяйства и создание общих техно­логических комплексов для группы близко расположенных шахт;х

объединение горнотехнических и служебных зданий в крупные блоки;

разделение территории на зоны по технологическим процессам (приемка, складирование и погрузка угля, размещение служб мате­риально-технического обеспечения и др.).

Оптимизация планов застройки поверхности позволяет значи­тельно сократить территории промплощадок шахт, протяженность транспортных и инженерных ,коммуникаций, обеспечить унифика­цию элементов строительных конструкций и широко внедрить инду­стриальные методы строительства.

\

XVIII.2. Угольный комплекс

Угольный комплекс поверхности шахты включает в себя следующие технологические процессы: первичную обработку горной массы, погрузку угля в железнодорожные полувагоны, аккумуляцию и скла­дирование угля.

XVIII.2.1. Первичная обработка горной массы

Горная масса, выдаваемая из шахты, содержит негабаритные куски угля, видимую породу, металл, дерево и другие посторонние-пред­меты. По требованиям ГОСТа в горной массе, отправляемой шахтами на обогащение, не допускается наличие посторонних предметов и негабаритных кусков класса +100 мм. Поэтому на поверхности шахт производится предварительная обработка горной массы, кото­рая включает следующие технологические операции:

предварительное грохочение;

извлечение посторонних предметов;

выборку породы крупных классов;

дробление негабаритных кусков угля.

На части шахт, где не производится обогащение и уголь отправ­ляется непосредственно потребителю в рассортированном виде, в дополнение к перечисленным выше операциям производятся вы­борка видимой породы из класса —100 мм и сортировка угля на классы по крупности.

На всех шахтах в пределах угольного комплекса выполняются также транспортные операции:

подача горной массы от приемных бункеров по различным мар­шрутам;

уборка извлеченных кусков породы и посторонних предметов.

В настоящее время очистка горной массы от посторонних пред­метов и породы выполняется преимущественно вручную, что опреде­ляет высокую трудоемкость процесса.

Перспективные варианты технологических схем первичной обра­ботки, горной массы отличаются от существующих отсутствием ручной выборки видимой породы и применением средств комплексной механизации для извлечения посторонних предметов и крупных кусков угля и породы независимо от того, отправляется ли горная масса на обогащение или потребителю.

Для механизации процесса первичной обработки горной массы рекомендуется применение машин избирательного дробления и спе­циальных агрегатов.

Машины избирательного дробления могут быть применены на шахтах, где нужна породовыборка, при соотношении прочности угля и породы 1 : 3 и на шахтах, где производится только извлечение посторонних предметов, при соотношении прочности угля и породы 1:1.6 обоих случаях машина производит также дробление негаба­ритов.

Агрегат для очистки горной массы обеспечивает удаление ме­талла из всей горной массы, выделение крупных кусков угля и по­роды, очистку крупных классов от породы и посторонних предметов} Все эти операции на углях марки А выполняются автоматически, но в присутствии оператора. На выходе агрегата установлена зубчатая дробилка, производящая дробление негабарита.

При удалении посторонних предметов, а также при удалении породы из горной массы других марок углей (т. е. кроме марки А) агрегат может работать и при ручном управлении.