21.2 Порядок проектирования проветривания шахт

Проектирование вентиляции новых шахт и на период строительства включает следующие этапы:

• составляется прогноз метанообильности (углекислотообильности) тупиковых выработок;

• выбираются варианты схем проветривания стволов при их проходке, армировке, а также при проведении горизонтальных и наклонных выработок с учетом календарного плана работ;

• выбираются схемы и средства для проветривания башенных копров;

• производится расчет расхода воздуха для каждой тупиковой выработки, выбор трубопроводов и средств проветривания по периодам развития горных работ, которые определяются соединением новых выработок в замкнутую сеть, позволяющую увеличить число подготовительных выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии;

• в каждый период развития горных работ определяются расход воздуха для проветривания горных выработок в соответствии с “Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт” и осуществляется тепловой расчет в соответствии с “Единой методикой прогнозирования температурных условий в угольных шахтах”, если естественная температура горных пород для проектируемой глубины разработки достигла 30⁰С и более;

• производится расчет воздухонагревательной установки и выбор места для нее;

• определяются режимы работы вентиляционной установки на период проходки стволов и проведения тупиковых выработок. Выбор вентиляционной установки может осуществляться по периодам развития горных работ.

При проектировании вентиляции реконструируемых шахт необходимо, кроме указанных требований, выполнение дополнительных работ.

1. Для составления газового баланса по шахте следует проводить специальные газовые съемки на выемочных участках и по шахте в целом по методике, изложенной в “Руководстве по производству депрессионных и газовых съемок в угольных шахтах”.

2. Для определения фактических аэродинамических сопротивлений ветвей, мест утечек и их величины используются также данные депрессионной съемки выработок шахты, а при необходимости проводятся дополнительно депрессионные съемки. Аэродинамическое сопротивление существующих выработок, используемых при реконструкции, принимается равным фактическому, если выработки находятся в удовлетворительном состоянии.

3. При применении схем проветривания для повышения устойчивости вентиляции следует избегать диагоналей или стремиться к уменьшению их числа, правильно размещать отрицательные регуляторы, сокращать число вентиляционных установок главного проветривания (до одной на крыло, блок).

21.3 Способы проветривания шахт

Для обеспечения движения воздуха по горным выработкам в данном направлении и с требуемой интенсивностью необходимо создать определенный перепад давления воздуха на пути его движения. В зависимости от способа создания необходимого перепада давления воздуха различают нагнетательный, всасывающий и нагнетательновсасывающий (комбинированный) способы вентиляции (рис. 21.1). Нагнетательный способ вентиляции состоит в том, что перепад давления в шахте создается путем повышения давления воздуха вентилятором в воздухоподающем стволе. За счет механической энергии вентилятора нормальное атмосферное давление воздуха р_а увеличивается на выходе из вентилятора до величины р₁, а в устье ствола, отводящего воздух на поверхность, оно остается равным атмосферному. Таким образом, в выработках шахты создается перепад давления представляющий собой депрессию шахты, которая определяется формулой

.

б

в

а

Р_а

Р_а

Рисунок 21.1 – Способы вентиляции шахт

а - нагнетательный;

б – всасывающий;

в – нагнетательно-всасывающий

Достоинства нагнетательного способа - возможность применения одной вентиляторной установки (при наличии разветвлений вентиляционной сети), располагаемой, как правило, в центре шахтного поля ведения горных работ без общего вентиляционного горизонта, высокая устойчивость работы главного вентилятора, удобство регулирования распределения расхода воздуха в сети и управления вентиляционными режимами при авариях, длительный срок службы вентилятора, отсутствие подсосов воздуха через обрушенные породы. Недостатки нагнетательного способа – необходимость устройства герметичного надшахтного здания и воздухоподающего ствола, а также установки мощного главного вентилятора с большим диапазоном регулирования расхода воздуха и депрессии, возможность загазования выработок и возникновения взрывоопасной среды при аварийной остановке вентилятора в газовых шахтах.

При всасывающем способе вентиляции необходимый для движения воздуха перепад давления создается путем разрежения воздуха вентилятором в устье ствола, отводящего воздух. За счет механической работы вентилятора давление воздуха в устье ствола уменьшается до значения р₂, меньшего нормального атмосферного давления. В этом случае депрессия шахты определяется по формуле:

.

При этом давление воздуха в любой точке горных выработок < р_а. Поэтому, в случае остановки вентилятора, воздух с дневной поверхности будет поступать в горные выработки под действием разности между атмосферным давлением и давлением воздуха в шахте. Это особенно важно для газовых шахт, так как в таких случаях давление в выработках будет повышаться, вызывая замедление процесса загазования выработок. Всасывающий способ вентиляции позволяет применять как одну центральную вентиляторную установку, так и несколько. В случае установки одного центрального вентилятора, работа его устойчива, легче осуществляется регулирование распределения воздуха в выработках и реверсирование струи. Однако, при этом необходимо систематически осматривать и очищать канал вентилятора от рудничной пыли. В газовых шахтах особенно важно систематически контролировать содержание метана в общей исходящей струе, так как вероятность взрыва метана при проходе воздушной струи через вентиляторную установку возрастает. При установке нескольких вентиляторов на различных стволах шахты повышается интенсивность и эффективность проветривания выемочных участков на флангах шахтного поля. В этом случае возможно использовать менее мощные вентиляторы, особенно на шахтах, имеющих большую протяженность выработок. Однако, при использовании нескольких вентиляторов сложнее регулировать воздушные потоки. При этом возрастают затраты энергии на проветривание (вследствие того, что некоторые вентиляторы работают в неэкономичном режиме), имеют место подсосы воздуха с поверхности через зоны обрушения, трещины и провалы, что вызывает загрязнение воздуха в очистных забоях и снижение интенсивности вентиляции, а на пластах, опасных по самовозгоранию, может явиться причиной возникновения пожаров. Поэтому всасывающий способ вентиляции применяется при разработке угольных пластов, не склонных к самовозгоранию (на глубине >200м) и не имеющих аэродинамической связи с поверхностью через зоны обрушения, провалы, трещины и др.

Нагнетательно-всасывающий способ вентиляции заключается в том, что в одной части выработок шахты нагнетательным вентилятором создается избыточное давление воздуха, а в другой части всасывающим вентилятором - разрежение. Депрессия шахты, создаваемая нагнетательным и всасывающим вентиляторами, определяется по формуле:

При нагнетательно-всасывающем способе вентиляции в шахте имеется область, в которой давление воздуха равно нормальному атмосферному давлению. Между этой областью и дневной поверхностью перепад давления равен нулю, что даже при наличии каналов для прохода воздуха исключает его движение. Поэтому нагнетательно-всасывающий способ применяется в случаях, когда необходимо ликвидировать или уменьшить утечки или подсосы воздуха через выработанное пространство и трещины. Способ позволяет распределить общешахтную депрессию на два последовательно работающих вентилятора, устанавливаемых в воздухоподающем и воздухоотводящем стволах. Несмотря на то, что способ дает возможность получать высокие перепады давления на пути движения воздуха, аэродинамическая связь выработок с дневной поверхностью уменьшается, что является несомненным преимуществом по сравнению с нагнетательным и всасывающим способами вентиляции. Однако при наличии нескольких всасывающих вентиляторов и разбросанности горных работ возникают трудности в управлении проветриванием. Способ применяется на шахтах при значительной протяженности горных выработок и разработке самовозгорающихся углей и руд.