Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

стых прослоев – в 30–40 раз выше. Влажность только что отбитой руды соответствует естественной – 0,25–0,35 % и практически не изменяется на протяжении доставки. В дальнейшем при транспортировании конвейерами влажность горной массы несколько возрастает, однако по данным многолетних наблюдений в среднем не превышает 0,8–1, 0% [3].

Отличительной особенностью соляных пород является их повышенная гигроскопичность – способность поглощать влагу из окружающей среды. В наибольшей степени это качество присуще мелким фракциям. Рассолы, образующиеся на покрытых соляной пылью металлических поверхностях машин, вызывают их ускоренную коррозию и снижают срок службы оборудования.

Особенностью взаимодействия гигроскопичных соляных пород с влагой является наличие критической влажности воздуха (для сильвинитовых пород равна 0,6–0,7 [4]), превышение которой ведет к конденсации влаги на поверхности горных выработок.

Под влиянием переменной относительной влажности и температуры воздуха в калийных рудниках в течение года происходят периодические процессы подсыхания и увлажнения поверхности выработок [5].

Радиационная опасность на горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях Верхнекамского месторождения обусловлена естественными радионуклидами, содержащимися в рудах и вмещающих породах. При добыче руды и её переработке (обогащении) в том или ином виде поступают природные радионуклиды рядов, которые исходно содержатся в геологических структурах. В процессе обогащения они существенно перераспределяются по технологическим циклам, осаждаются на оборудовании, поверхностях рабочих помещений, территории предприятия и т.п. [2].

Радиоактивный распад изотопов урана порождает все семейство его дочерних продуктов распада, в свою очередь также распадающихся. Среди продуктов распада особую роль занимают радон и торон, которые не только выделяются в атмосферу горных выработок и могут переноситься воздушными потоками, но и поступают при дыхании в легкие человека, вызывая внутреннее облучение.

В 1992 г. Соликамской межрайонной радиологической группой были проведены исследования гамма-спектрометрии соляных пород. Среднее содержание радиоактивных элементов в соляных породах Верхнекамского месторождения приведено в табл. 3 [2]. Все это находится в пределах естественного фона Земли.

На калийных рудниках Верхнекамья преимущество встречается пыль соляных пород и нерастворимого остатка – например, глин, находящихся в виде прослоек в горных породах.

Как и на других рудниках, калийная пыль имеет различную дисперсность, изменяющуюсявширокихпределах. Гранулометрическийсоставрудыпоказанвтабл. 4.

191

Таблица 4

Средний гранулометрический состав руды при комбайновой выемке

Можно сделать вывод, что содержание пыли в отбитой руде, обычно, не превышает 14 %.

Калийная пыль не взрывоопасна, и наоборот, имеет свойство ингибирования (подавление или торможение химических реакций при взрыве или горении). С увеличением удельной поверхности частиц соляной пыли (т.е. уменьшении их размера), возрастает ингибирующее действие. Такие соли входят в состав предохранительных взрывчатых веществ (ВВ) для снижения температуры продуктов взрыва. Хлористый калий более эффективен, однако он гигроскопичен в большей степени, чем хлористый натрий (состав на основе КСl менее водоустойчив) [6].

Движение воздуха по выработкам рудников Верхнекамья начинается от воздухоподающих стволов, затем, по выработкам главных направлений делится на панели и блоки. На всем пути движения меняется его скорость. Минимальная скорость воздушной струи наблюдается в тупиковых выработках, где отсутствует разность давлений между ее конечными точками. Для обеспечения эффективного проветривания рабочих зон тупиковых выработок используют вентиляторы местного проветривания, установленные на блоковых или панельных выемочных штреках. Если камера проходится в несколько ходов, то первый её ход сбивается с вентиляционным штреком, а при дальнейшей её отработке действует сквозное проветривание. При этом вентилятор местного проветривания продолжает нагнетать воздух по вентиляционной трубе, заведенной в выработку на длину 10 м от сопряжения с выемочным штреком для обеспечения турбулизации воздуха в камере.

192

Выводы

Рудничная атмосфера калийных рудников Верхнекамского месторождения имеет ряд особенностей:

1.Рудничный воздух содержит ядовитые и взрывоопасные газы: сероводород, окиси углерода и азота, водород и метан;

2.Газы в массиве находятся либо в связанном, либо в свободном состоянии

ивыделяются при разрушении пород;

3.Влажность воздуха изменяется в зависимости от времени года;

4.Соляные породы имеют повышенную гигроскопичность, что повышает содержание влаги на поверхности горных выработок;

5.Радиационная опасность обусловлена естественными радионуклидами, содержащимися в рудах и вмещающих породах;

6.Калийная пыль не взрывоопасна, имеет свойство ингибирования;

7.Наиболее трудным для проветривания является первый ход тупиковой выработки.

Список литературы

1.Файнбург Г.З. Рудничная вентиляция будущего – от безумного расточительства к разумной бережливости. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.

ун-та, 2012.

2.Отработка шахтного поля рудника БКПРУ-4 в период 2011–2015 гг.: проектная документация. – Т. 5.7.2.1.

3.Пинский В.Л., Брусиловский Д.В. Очистная выемка калийных руд в камерах: учеб. пособие для рабочих профессий. – М.: НИИТЭХИМ, 1981.

4.Земсков А.Н., Полянина Г.Д. Влияние влажности шахтного воздуха на интенсивность газовыделений // Калийная промышленность. – 1979.

5.Симонова А.Ю., Земсков А.Н. Оценка влияния гелиофизических факторов на газовыделения и газодинамические явления в калийных рудниках // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2013. – № 9.

6.Тулепов М.И. Промышленные взрывчатые вещества: учеб. пособие. – Ал-

маты, 2015. – 124 с.

Об авторе

Опарина Юлия Александровна, студентка VI курса, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. juliajulia.93@mail.ru

About the authors

Oparina Yulia Aleksandrovna, 6-year student, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. juliajulia.93@mail.ru

193

УДК 622.456

ВНЕШНИЕ УТЕЧКИ ВОЗДУХА НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ ВКМКС

Н.И. Алыменко1, А.А. Каменских2, А.В. Николаев1, В.А. Николаев1, А.И. Петров2

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

2Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия

Описана двухсторонняя встречная воздушная завеса, позволяющая уменьшить величину поверхностных утечек воздуха в устье вентиляционного ствола. Также показаны главные вентиляторные установки, где используется кинетическая энергия воздуха для сокращения внешних утечек и, как следствие, экономии электроэнергии на проветривание

Ключевые слова: воздушная завеса, внешние утечки воздуха, вентиляционный ствол, кинетическая энергия.

THE EXTERNAL AIR LEAKS AT POTASH MINES VERKHNEKAMSK

POTASSIUM AND MAGNESIUM SALTS

N.I. Alymenko1, A.A. Kamenskikh2, A.V Nikolaev1,

V.A. Nikolaev1, A.I. Petrov2

1Perm National Research Polytechnic University, Russia, Perm, 2Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Russia, Perm

The article describes a two-way air curtain counter, allowing the surface to reduce the amount of air leakage in the mouth of the ventilation shaft. Also shown are the main fan installation, which uses the kinetic energy of the air to reduce the external leakage and, as a result, energy savings on ventilation

Keywords: air curtain, external air leaks, ventilation shaft, kinetic energy.

Рост производственных мощностей современных горнодобывающих предприятий обусловливает необходимость повышения производительности главных вентиляторных установок (ГВУ) и неизбежный рост затрат на их строительство и эксплуатацию. Затраты на проветривание рудника в целом доходят до 50 % от затрат всего горнодобывающего предприятия [1, 2].

194

Основной режим работы вентиляторов ГВУ – всасывающий. Продолжительность работы – календарный год. В аварийных ситуациях предусмотрена реверсия воздушной струи. Вентиляционные стволы используются для подъема полезных ископаемых, людей и грузов.

Вследствие недостаточной герметичности поверхностных комплексов вентиляционных стволов (ПКВС) одновременно с ростом производительности и размеров ГВУ происходит рост утечек воздуха, что существенно повышает энергозатраты на проветривание.

Уменьшение поверхностных утечек воздуха, является одним из основных направлений в комплексе мероприятий по снижению затрат горнодобывающего предприятия на проветривание [3]. В таблице приведены утечки воздуха ПКВС в разные годы.

Нормативные и фактические утечки воздуха в поверхностных комплексах вентиляционных стволов калийных рудников ВКМКС по годам

В результате проведенных исследований по изучению причин снижения величины поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола и снижения затрат электроэнергии на ГВУ предложено использовать двухстороннюю встречную воздушную завесу, разделенную продольной перегородкой. Устанавливать воздушную завесу предлагается в устье вентиляционного ствола между нулевой отметкой и сопряжением с вентиляционным каналом. Воздушная завеса позволяет снизить количество внешних утечек, проходящих через устье вентиляционного ствола за счет увеличения аэродинамического сопротивления ствола от нулевой отметки до сопряжения с вентиляционным каналом [5].

На рис. 1 приведена схема размещения и показан принцип действия воздушной завесы в устье вентиляционного ствола. В месте установки воздушной завесы часть сечения ствола перекрывается глухим настилом. На центральном расстреле устанавливается продольная перегородка ограничивающая влияние струй завесы

195

друг на друга. Для повышения эффективности действия воздушной завесы, также устанавливаются перегородки по периметру проходного сечения ствола.

Рис. 1. Схема размещения и принцип действия воздушной завесы, расположенной в устье ствола: 1 – вентиляторы завесы;

2 – воздухораздаточные короба; 3 – трубопроводы (воздуховоды); 4 – забор воздуха; 5 – продольная перегородка; 6 – продольные перегородки

(по периметру сечения в свету); 7 – ярус армировки ствола

Вентиляторы воздушной завесы должны обеспечивать необходимую (расчетную) производительность и давление. Вентилятор может изготавливаться с глушителем шума.

В комплекс сооружений, кроме вентиляторов, входят подводящие каналы и диффузоры, имеющие реверсивные устройства в виде ляд, а также перекрывающие горловину вентиляционного ствола надшахтное здание со станком копра и шлюзами. Подводящие каналы имеют сопряжение с устьем вентиляционного ствола ниже отметки дневной поверхности на 2–5 метров. На рис. 2 приведена двухсторонняя воздушная завеса в устье вентиляционного ствола.

На рассматриваемых в таблице рудниках в период измерений были получены следующие значения: ГВУ рудника БКРУ-1 (до его закрытия) за месяц потребляла около 2,5 ГВт·ч электроэнергии, а рудник в целом – порядка 7 ГВт·ч, т.е. более 35 % электроэнергии расходовалось на проветривание. Рудник СКРУ-1 расходовал электроэнергию в размере примерно 5,5 ГВт·ч, из которых 2,7 ГВт·ч (почти 50 %) затрачивалось на работу ГВУ.

Несмотря на столь значительные затраты, рудники испытывают потребность в дополнительной подаче воздуха. Резервы увеличения количества подаваемого воздуха состоят в следующем:

196

строительство новых более мощных установок, либо пристрой к существующим ГВУ вентиляторов с подводящими каналами при переводе имеющихся в параллельную работу на вентиляционную сеть;

Рис. 2. Двухсторонняя воздушная завеса в устье вентиляционного ствола а – размещение завесы в вентиляционном стволе; б – моделирование работы

воздушной завесы: 1 – воздухораздаточный короб (вентиляторы воздушной завесы); 2 – полки; 3 – продольная перегородка; 4 – поперечные перегородки

увеличение производительности существующих вентиляторов ГВУ выше паспортных показателей за счет конструктивных изменений;

снижение аэродинамических потерь в вентиляционной сети рудника и поверхностного комплекса (подводящих каналах ГВУ, в устье вентиляционного ствола и диффузорах вентиляторов);

сокращение внешних утечек при увеличении депрессии рудника. Перечисленные методы в разной степени эффективны и окупаемы, однако,

при этом метод сокращения утечек в большей степени направлен на повышение качества проветривания рудника.

На рис. 3 и 4 показаны ГВУ, где используется кинетическая энергия воздуха для сокращения внешних утечек и, как следствие, экономии электроэнергии на проветривание [6, 7].

Под действием разности давлений утечки в надшахтном здании сосредотачиваются к горловине ствола и входят потоком в его устье. Воздух из шахты следует встречным потоком. Взаимодействуя и сливаясь, оба потока направляются в канал ГВУ, тем самым образуя приточный вентиляционный тройник

197

На основании теоретических и практических знаний были предложены технические решения, применяемые при строительстве и эксплуатации ПКВС:

герметизация вентиляционных устройств (изоляторов) и каналов ГВУ [8];

покрытие стен надшахтного здания и каналов ВУГП гуммированными растворами [9];

автоматическое сохранение проектного уровня руды в бункере;

замена переплетенных окон с обычными стеклами на окна из оргстекла специальной конструкции с уплотнениями [10].

Перечисленные мероприятия способствуют увеличению аэродинамического сопротивления поверхностных изоляторов.

Технические решения, связанные с энергозатратами:

применение воздушной завесы, создаваемой в стволе выше канала ГВУ;

ликвидация подсоса воздуха путем создания нулевой зоны в районе устья ствола установкой противодействующего вентилятора;

бесканальная установка ГВУ в специальных камерах надшахтного здания;

установка ГВУ в подземных условиях (на руднике СКРУ-1, где в течение 30 лет работали вентиляторы, установленные в камерах на каменной соли, внешние утечки не превышали 7 % [11].

Новые подземные вспомогательные вентиляторные установки главного проветривания (ПВВУГП) в подземном исполнении могут использоваться для действующих и проектируемых рудников, а действует такая установка в руднике БКРУ-2 (ПАО «Уралкалий»).

Все рудники Верхнекамского месторождения имеют ПКВС, где утечки приносят экономический ущерб для ПАО «Уралкалий» порядка 30 ГВт·ч в год. Для аналогичных рудников ПО «Беларуськалий» затраты на внешние утечки составляют примерно 28 ГВт·ч в год [12].

Известные в теории и практике горного дела способы борьбы с поверхностными подсосами, как правило, имели апробацию на калийных рудниках и наиболее эффективные из них нашли свое применение. Однако состояние эксплуатации ПКВС позволяет сделать однозначный вывод: необходимы дополнительные исследования с целью разработки новых методов снижения подсосов и применение их совместно с известными способами.

Список литературы

1. Старков Л.И., Земсков А.Н., Кондрашев П.И. Развитие механизированной разработки калийных руд. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 522 с.

199

2.Николаев А.В. Управление тепловыми депрессиями в системах вентиляции калийных рудников: автореф. дис. … канд. техн. наук. Пермь, 2012. – 20 с.

3.МедведевИ.И. Проветриваниекалийныхрудников. – М: Недра, 1970. – 207 с.

4.Николаев А.В., Алыменко Н.И., Садыков Р.И. Расчет величины поверхностных утечек воздуха на калийных рудниках // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. – № 5. – С. 115–121.

5.Каменских А.А. Разработка методов контроля и снижения поверхностных утечек воздуха нарудниках: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 2011. – 19 с.

6.Алыменко Н.И. Исследование закономерностей подсосов воздуха (утечек) воздуха через надшахтное здание и вентиляционные (реверсивные) каналы // Изв.

вузов. Горн. жур. – 1980. – № 7. – С. 95–100.

7.Алыменко Н.И., Минин В.В., Папулов Л.М. Снижение внешних утечек воздуха на рудниках и шахтах // Горн. жур. – 1994. – № 6. – С. 46–47.

8.Аэрология горных предприятий / К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков, Л.А. Пучков, И.И. Медведев. – М.: Недра, 1987. – 421 с.

9.Об использовании воздухоподающих стволов для других вспомогательных функций / А.И. Ельчинский [и др.] // Горный журнал. – 1967. – № 9. – С. 31–32.

10.Климов Б.Г., Касылкасов Ж.Н. Герметизация скиповых вентиляционных стволов // Горное дело. – 1980. – Вып. 1. – С. 217–221.

11.Медведев И.И. К вопросу определения допустимых утечек воздуха через вентиляционные сооружения // Изв. вузов. Горн. журн. – 1958. – № 7. – С. 32–38.

12.Алыменко Н.И., Минин В.В. Вентиляторные установки и их применение. – Екатеринбург, 1999. – 223 с.

Об авторах

Алыменко Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. nik.alymenko@yandex.ru

Каменских Антон Алексеевич, кандидат технических наук, научный сотрудник, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия. anton.kamenskikh@mi-perm.ru

Николаев Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь,

Россия, nikolaev0811@mail.ru

Николаев Виктор Александрович, старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия, nikolaev0811@mail.ru

200