Вентиляция шахт и карьеров
..pdfимеющихся методов и формул такого деления не учитывает, в связи с чем трудно определить, какое количество воздуха следует на правлять для проветривания, например, подготовительного гори зонта. Отсутствие точных методов подсчета количества воздуха по отдельным видам горных работ нарушает правильность его рас пределения, что особенно важно для шахт с высокой производительностью и большим количеством горных выработок.
Подсчет количества воздуха для проветривания шахты произво дят по следующим факторам [26]:
1) по наибольшему числу людей, могущих одновременно нахо
диться в шахте, т. е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q±= aqp, |
м31мин, |
|
|
|
|
(76) |
|
где |
Т |
|
число |
людей, могущих |
одновре- |
|||
а = 1,2-v^— максимальное |
||||||||
|
“™СМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
менно находиться в шахте; |
|
|
и практи |
||||
|
1,2 — коэффициент, |
учитывающий надзор |
||||||
|
кантов; |
|
сменная |
производительность |
||||
|
Гем и Лсм— соответственно |
|||||||
|
шахты и одного подземного рабочего; |
|
||||||
|
q — норма подачи |
воздуха |
на |
одного подземного |
||||
|
рабочего; |
по |
Правилам |
безопасности |
||||
|
q= 6 м3/мин; |
|
резерва |
воздуха; |
принимается |
|||
|
р— коэффициент |
|
||||||
2) |
равным 1,4—1,6 [37]; |
|
|
|
|
|
||
по суточной добыче. Этот метод основан на предположении, |
||||||||
'Что количество выделяющегося в шахтах углекислого газа пропор ционально добыче. На металлических рудниках выделение углекис лого газа невелико, и он не является наиболее опасной примесью шахтного воздуха. Поэтому данный способ подсчета количества воздуха в основном предусмотрен ПБ для угольных шахт. Однако в некоторых случаях его можно применять и для металлических рудников (например, при разработке рудных пластовых, жильных и маломощных месторождений).
Количество воздуха для шахты равно |
|
Q2 = ?1ГСр, м3/мин, |
(77) |
где q\ — расчетная норма количества воздуха по углекислому газу, приходящаяся на 1 тсуточной добычи, м3/мин\
Тс— суточная производительность шахты, т/сутки.
Величина q\ -берется из табл. 8.
3) по расходу ВВ (на статическое разжижение газообразных
продуктов при обычных взрывных работах) |
|
Q3 = -у АЬср> м*/мин, |
(78) |
где А — количество одновременно взрываемого |
в шахте взрывча |
того вещества, кг\ |
|
b — количество |
окиси углерода, выделяемое |
при взрыве |
1 кг ВВ; b = 0,04 м3/кг; |
до концентра |
|
с — коэффициент |
разжижения окиси углерода |
|
ции 0,008%; с= 1 2 500; |
|
|
t — время проветривания шахты; по ПБ /=30 мин.
Категория по газу
I | П 1 ш
.Минимальное количе 1,4 1,75 2,1 ство воздуха на 1 м3 среднесуточной до бычи горной массы,
м 3!мин
Т а б л и ц а 8
Сверхкатегорные
Количество воздуха должно быть таким, чтобы содержание горючих газов (метана, водорода) в общей исходящей струе рудника не превы шало 0,75%, но не менее 2,1 м31мин на 1 м3 среднесуточной добычи гор ной массы
Формула (78) дает (приближенный результат, так как она не учитывает того, что при подаче воздуха в забой (происходит не только разжижение газов, но и унос их вентиляционной струей, а также то, что разбавление газов происходит значительно быстрее, чем это следует по формуле. Формула не учитывает также дейст вительного объема газовыделения в шахтах. В случае взрыва в шахтах больших 'Количеств ВВ формула дает завышенные ре зультаты. Подсчеты (количества воздуха по формуле (78) могут производиться лишь для шахт, применяющих системы разработки без массовых взрывов.
Для рудников с развитыми взрывными работами наибольшее количество воздуха обычно получается по расходу ВВ, которое и принимается в основу проекта.
Для шахт, производящих массовые взрывы, непригоден ни один из рассмотренных выше методов подсчета количества воздуха. Процессы выноса и разбавления газов при массовых взрывах бы ли впервые изучены С. И. Луговским [31]. Им установлено, что при системах разработки с обрушением руды и вмещающих пород пос ле массового взрывания зарядов ВВ в очистных пространствах бло ков образуется большое количество вредных газов. Подавляющая часть их остается в отбитой руде и разрушенных пустых породах, а меньшая часть под действием избыточного давления фильтруется через руду и выделяется в прилегающие к блоку выработки шахты. Газы, находящиеся в обрушенной руде .блока, выделяются в вы работки шахты небольшими порциями вместе с выпускаемой рудой на протяжении длительного времени. В шахту после массового взрыва следует подавать количество воздуха, необходимое для уда ления в заданное время только тех газов, которые фактически вы делились сразу после взрыва. Объем фактического газовыделения •в выработки шахт после массовых взрывов зависит от многих фак торов, основными из которых являются: величина взрываемых за рядов ВВ, степень изолированности места взрыва от остальных
выработок шахты, объем свободных пустот в очистном простран стве и площадь контакта отбитой руды с разрушенными породами.
На основании промышленных и лабораторных исследований С. И. Луговскнм разработаны методы подсчета количества возду ха для проветривания шахт после массовых взрывов, которые при водятся ниже.,
Количество воздуха для рудных шахт, производящих массовые взрывы, следует определять для каждого вида горных работ подвум основным факторам:
1) по расходу ВВ в отдельных проходимых выработках и очист ных блоках с учетом фактического газовыделения при различных системах разработки и действительного процесса удаления ядови тых газов движущимся воздухом:
2 ) по выносу вредной пыли из подземных выработок.
Подсчет количества воздуха по первому фактору в общем виде производится по формуле
Q o 6u; — |
(Q 0 4 “t" Q iia p + |
Qnofl) P — |
|
|
||||
( i=n |
|
i=n |
|
i=m |
\ |
|
|
|
£ ZNiQi + |
£ M-iq. + |
2 |
Kiq'l)p, |
м3/сек, |
(79) |
|||
t=l |
|
t=i |
|
t=i |
/ |
|
|
|
где Q04 —количество |
воздуха, |
необходимое |
для |
проветривания |
||||
очистных работ, мг/сек\ |
|
|
для |
проветривания |
||||
QHар— количество |
воздуха, |
требующееся |
||||||
нарезных работ, м3/сек\ |
|
|
для |
проветривания |
||||
QnoA— количество |
воздуха, |
необходимое |
||||||
подготовительных работ, м3/сек; |
|
|
|
|||||
б — коэффициент одновременности взрывания в блоках (на |
||||||||
пример, если |
Л’г = 5, |
а |
одновременно взрывы |
произво |
||||
дятся только в двух блоках, тогда 6 = 2^- =0,4);
Ni — число блоков данной системы разработки, одновременно находящихся в очистной выемке;
Qi — количество воздуха, необходимое для проветривания одного блока данной системы разработки при полном развертывании в нем очистных работ, м3/сек;
п— число различных систем разработки, применяемых в пределах шахтного поля;
Mi —число блоков данной системы разработки, одновремен но находящихся в нарезке;
q.— количество воздуха, необходимое для проветривания
одного блока данной системы разработки при нормаль ном развертывании в нем нарезных работ, м3/сек;
т— число групп горнокапитальных и подготовительных вы работок с различным количеством воздуха, необходи мым для проветривания их;
Ki — число одновременно действующих в шахте глухих горно капитальных и подготовительных выработок, в. ко-
торые необходимо подавать одинаковые количества све жего воздуха.
q'l — количество воздуха, необходимое для проветривания
глухой капитальной или подготовительной выработки данной группы, м?/сек\
р— коэффициент резерва воздуха (р = 1,4—1 ,6 ); Количество воздуха для шахты из условия выноса вентиляци
онной струей рудничной пыли определяется по формуле
фобщ — (Q 0 4 4“ ф нар “Ь Qncw) Р —
где |
Q'4, Q„ap, Qn0A, Nh M t, Kl9p n, m, —имеют те же значения, что |
||||
|
5 1 — суммарная |
|
и |
в формуле (79); |
|
|
площадь поперечных |
сечений |
одновременно |
||
|
работающих выработок грохочения или скреперования ру |
||||
|
ды в очистном блоке данной системы разработки, ж2; |
||||
|
52— суммарная площадь поперечных сечений других выработок |
||||
|
в очистном блоке, нуждающихся в обособленном проветри |
||||
|
вании, м2; |
|
|
|
|
|
S' —суммарная площадь поперечных сечений глухих нарезных |
||||
|
выработок, |
самостоятельно |
проветриваемых в подгото |
||
|
вительном блоке данной системы разработки, м2; |
||||
|
S"c — площадь поперечного сечения глухой подготовительной или |
||||
|
горнокапитальной выработки, |
входящей в |
данную груп |
||
w 1 |
пу, ж2; |
|
|
|
|
и W2 — минимальные скорости движения воздуха по различным |
|||||
|
выработкам, обеспечивающие вынос рудничной тонкодис |
||||
|
персной пыли. |
|
|
|
|
|
На основании ряда исследований отечественных и зарубежных |
||||
авторов установлены следующие значения скорости |
и w2: 1 ) для |
||||
выработок грохочения или скреперования руды в очистных блоках
Ш! = 0,5—0,75 |
м/сек для неглубоких горизонтов и для горизонтов |
|
на |
больших |
глубинах при использовании охладительных средств; |
^ 1 |
= 0 ,7 5 —1 ,0 |
м/сек для глубоких горизонтов при отсутствии искус |
ственного охлаждения воздуха; 2 ) для остальных выработок очист ных блоков, а также для глухих нарезных, подготовительных и горнокапитальных выработок w2 = 0,25—0,5 м/сек. Санитарная ин спекция Украинской ССР обязала проектные организации прини мать при подсчетах ш2 = 0,5 м/сек.
Дебит общешахтной вентиляционной струи, подсчитанной по формуле (80), обеспечивает вынос рудничной пыли из всех дейст вующих разветвленных выработок шахты при нормальном развер тывании горных работ и правильном распределении воздуха. До- 'бавки воздуха на дополнительное пылеобразование при погрузке
руды из люков, разгрузки ее в рудоспуски, на опрокидах и под земных дробилках -не требуется. В указанных местах необходима производить обеспыливание воздуха с помощью местных вентиля торов «с фильтрами для того, чтобы .вообще не допускать «поступле ния пыли в главную струю «свежего воздуха, идущего для проветри вания рабочих мест.
К действующим выработкам шахты следует относить выработ ки, в которых могут находиться люди в связи с передвижением па ним или производством различных работ: бурения шпуров, взрыв ных работ, скреперования или выпуска руды; транспортировки ру ды; возведения крепи и т. п.
Если при выпуске руды для проветривания очистных работ тре буется большее количество воздуха по фактору удаления ядови тых газов, чем по выносу пыли, то формула (80) получает следую щий вид:
'i—n |
ji=n |
i=m |
\ |
Qo6u; — E NiQ'i + E |
+ sKiS‘ w2 p, м3/сек, (81) |
||
b ’= l |
y = l |
i=1 |
/ |
где Q\ — количество воздуха для проветривания очистного блока, |
|||
подсчитанное |
по фактору |
удаления ядовитых газо«в в пе |
|
риод нормальной работы |
блока, мг/сек. |
||
Способы определения количества воздуха по добыче и по людям для рудных шахт с развитыми взрывными работами имеют второ степенное значение и могут применяться только как поверочные. Как правило, количество воздуха, подсчитанное для шахт по фак тору удаления газов, в десятки раз превышает его количество^ найденное по числу задолженных в шахте людей.
Ниже излагаются методы подсчета количества воздуха для каж дого вида горных работ.
Проветривание очистных работ
Ядовитые газы в выработках очистных блоков могут возникнуть после массового взрыва или путем выделения из руды при ее вы пуске. В первом случае необходимо возможно быстрее удалить га зообразные продукты взрыва из очистных блоков, для чего уста навливают усиленный режим проветривания шахты, при котором в блоки подают в течение сравнительно непродолжительного времени большие количества воздуха. После удаления газов, образовавших ся при массовом взрыве, вновь возвращаются к нормальному ре жиму проветривания шахты, соответствующему обычному ведению процесса добычи руды.
Количество воздуха, потребное для проветривания очистных ра бот при усиленном режиме вентиляции, определяется по формуле
i—n
Qo4 = £ NIQI, м*1сек. |
(82) |
Число блоков данной системы разработки, одновременно нахо дящихся в очистной выемке, легко найти по формуле А. И. Стешенко
Nt = |
a# i |
(83) |
Toozi’ |
где а — процент полезных запасов руды в блоке, отрабатываемых очистными работами;
П1 — сменная производительность системы разработки (получа ется распределением сменной производительности шахты пропорционально площади, занимаемой данной системой); Z\ — сменная производительность блока по очистной выемке.
Количество воздуха, необходимое для проветривания очистного блока данной системы разработки при усиленном режиме вентиля ции, равно
Qi = j VAyV3 , м3/се/с, |
(84) |
где N — принимается равным: 40,3 для системы подэтажного обру шения и камерной системы с прослойкой отбойкой руды скважинами; 50 для системы этажного магазинирования. руды скважинами и при погашении подземных пустот;
t — время проветривания, сек\
Ау — условный заряд ВВ, газовыделение которого равно факти ческому количеству продуктов взрыва, выделившихся в •прилегающие к блоку выработки шихты .после взрыва, /сг;
V3— объем загазированных выработок шахты, ж3. Условный заряд ВВ равен
Ау = A I, /сг, |
(85) |
где А — сум)марный фактически взорванный в блоке заряд ВВ, /сг; i — коэффициент, учитывающий фактический объем газовыделения в выработки шихты после массового взрыва; его
значение выбирается из табл. 9.
Т а б л и ц а 9
Система разработки |
Число поверхностей контакта |
Значения 1 |
|||
отбитой руды с разрушенными |
|||||
|
|
|
|
породами |
|
Подэтажное |
обрушение |
(вариант за |
Верхняя |
и одна боковая |
0,193 |
крытый веер) |
|
Верхняя |
и две-три боковые |
0,М2 |
|
Подэтажное |
обрушение |
скважинами |
Одна верхняя . . . . |
0,085 |
|
|
|
|
Верхняя |
и одна боковая . |
0,058 |
|
|
|
Верхняя |
и две боковые |
0,047 |
Этажное магазинирование руды сква |
Одна верхняя |
0,157 |
|||
жинами |
|
|
Верхняя |
и одна боковая . |
0,125 |
|
|
|
Верхняя |
и две-три боковые |
0,115 |
Погашение подземных пустот, нахо |
0,095; 0,124 |
|
дящихся вблизи наносов |
под не |
|
сколькими отработанными |
этажами |
|
Система разработки
Камерная система с послойной от бойкой руды скважинами при на чальных вентиляционных нагруз ках:
В0 < 3 м3/кг В 0 = 3— 10 м3/кг В 0 > 10 м3/кг
Число поверхностей контакта |
Значения 1 |
отбитой руды с разрушенными |
|
породами |
|
0,175
0,250
0,300
Объем загазированных выработок шахты определяют
V3= Vцех"h Aybaj м3, |
(86) |
где Уисх— объем выработок шахты в сторону исходящей |
струи, |
считая от данного блока до земной поверхности, ж3; |
|
Ьц = 0,9 м3/кг — объем всех -газов, образующихся при взрывании 1 кг ВВ.
Время усиленного проветривания шахты и очистных работ при нимается равным 2 <£, если массовые взрывы производятся между сменами. Если же массовые взрывы приурочиваются к выходному дню, то его принимают равным 8 ч с учетам того, что остальные 16 я выходного дня должны использоваться для подготовки шахты к нормальной работе.
Количество воздуха, необходимое для проветривания очистных работ в период выпуска руды, определяется из формулы
|
i=n |
|
Q04 = |
2 NiQ'i, м3/сек. |
(87) |
Количество воздуха Q'h |
требующееся для |
проветривания |
очистного блока данной системы разработки в период нормального выпуска, принимается по большему результату двух подсчетов:
1 ) по выделению вредных гааов на горизонте выпуска |
руды; |
2 ) по выносу рудничной пыли. |
|
Первый подсчет ведется по формуле |
|
Q'£= 40,3 ~ ] / 4 У в, м3/сек, |
(8 8 ) |
где ti\ — число одновременно действующих в блоке выработок вы пуска руды;
/д— максимально допустимое время проветривания одной вы работки горизонта выпуска после взрывания заряда ВВ для вторичного дробления руды (принимается не более 5x60 сек из условия обеспечения высокой производитель ности рабочих, занятых на выпуске руды);
А'у — величина условного заряда, газовыделение которого рав
но -сумме газовыделений из отбитой руды и от фактически взрываемого заряда при дроблении негабаритных кусков руды, кг;
Кв—-объем одной выработки горизонта выпуска руды, считая
от скреперной лебедки .и до сборной вентиляционной сбой ки блока, м3.
Величина условного заряда равна |
|
Ау — А1-\-А29 кг, |
(89) |
где А\ — количество ВВ, соответствующее газовыделению из отби той руды, кг\
А2— фактически взрываемый заряд для дробления негабарит ного куска руды, кг.
Первое 'слагаемое определяется по формуле |
|
|||
л |
_ с ^е^св*д |
кг, |
(90) |
|
Л1 |
7 |
П Г ’ |
||
|
• р |
в а |
|
|
где е= 2,7— коэффициент, учитывающий более интенсивное газовыделение из руды в начальный период выпуска ее из блока;
Рс — суточное количество руды, выпущенной из дучек дан
ной выработки выпуска, т/сутки; |
|
|
|
VCB— свободный объем руды (в среднем 0,3 м3/м3) ; |
|
||
— время проветривания (не более 5x60 |
сек); |
|
|
7 Р — объемный вес руды в разрыхленном |
состоянии, т/м3; |
||
tB— время выпуска |
руды в выработке в |
течение |
суток |
(обычно 18X3600 сек); |
|
|
|
Ьа— имеет прежнее значение. |
|
|
|
Второй подсчет ведется по формуле |
|
|
|
Q'I = |
S2 w2, м3/сек, |
|
(91) |
где Sb S2, Ш) и a»2 — имеют те же значения, что и в формуле |
(80). |
||
Подсчет количества воздуха для проветривания нарезных работ
Общее количество воздуха для проветривания нарезных работ подсчитывается по двум факторам — выносу газов и удалению пы ли. Окончательно в расчет принимается больший из полученных ре зультатов.
По первому фактору количество воздуха для нарезных работ
определяется по формуле |
1=П |
|
<2нар = £ M-iq, м31сек. |
(92) |
|
Число блоков данной системы разработки, находящихся |
в на- |
|
резке, можно принимать равным |
|
|
|
= m t 2 |
^ |
где р — процент полезных запасов руды в блоке, вынимаемых на резными работами;
П\ — имеет то же значение, что и в формуле (83); Z2—-сменнаяпроизводительность блока по нарезнымработаем.
Количество воздуха, необходимое для проветривания одного блока данной системы разработки при нормальном объеме нарез ных работ в нем, находится из выражения
i=a |
|
q'i = Ц Л*<7В) м3/сек, |
(94) |
i—1 |
|
где а — число /групп глухих нарезных выработок в блоке с раз личным воздухопотреблением;
At-— число одновременно действующих в блоке глухих нарезных выработок с одинаковым воздухопотреблением для про ветривания каждой из них; это число принимается исходя из технически целесообразного порядка нарезки блока;
qB— количество воздуха, необходимое для «проветривания од ной глухой нарезной выработки данной группы, мг/сек. Оно определяется в зависимости от принятого способа про ветривания выработки по известным формулам докт. техн. наук В. Н. Воронина или проф. А. И. Ксенофонтовой.[57].
Количество воздуха по фактору удаления .пыли для проветрива
ния нарезных работ равно
i=n
Qmp = Е MiS'iw2, м3/сек. |
(95) |
i=1
Произведение' SiW 2 представляет собой количество воздуха, требующееся для проветривания одного блока данной системы раз работки при нормальном развертывании в нем нарезных работ.
Подсчет количества воздуха для проветривания подготовительных работ
Количество воздуха для проветривания горнокапитальных и подготовительных работ подсчитывается аналогично по факторам выноса газов и удаления пыли. Окончательно принимается в рас чет больший из полученных результатов.
Для удобства подсчетов все горнокапитальные и подготовитель ные выработки с одинаковым потреблением воздуха объединяются в одну группу. В зависимости от назначения выработок и их тех нических параметров создается большее или меньшее число групп. Количество воздуха по фактору удаления газов, необходимое для проветривания подготовительных работ, определяется по формуле
i=m
Qnon = S Kiq"t, м3/сек. |
(96) |
i=1 |
|
В число одновременно действующих глухих горнокапитальных и подготовительных выработок входят все проходимые выработки ука занной категории на подготовительном и эксплуатационном гори зонтах шахты. Эти выработки следует разделить на группы с оди наковой предельной длиной, одинаковым поперечным сечением и
130
взрываемым зарядом ВВ. В каждом конкретном случае необходимо определять число одновременно проводимых выработок исходя из принятой последовательности и организации работ по подготовке этажей.
Количество воздуха по фактору удаления газов, необходимое для проветривания отдельной подготовительной или гбрнокапитальной глухой выработки, также определяется в зависимости от спо
соба проветривания по |
известным |
формулам |
докт. |
техн. наук |
В. Н. Воронина или проф. А. И. Ксенофонтовой. |
пыли, |
необходимое |
||
Количество воздуха |
по фактору |
удаления |
||
для проветривания подготовительных работ, подсчитывается по формуле
i=m |
|
<2под = £ KiS"iW2, м3/сек. |
(97) |
i—1 |
|
Произведение S / w2 представляет собой количество воздуха для проветривания одной горнокапитальной и подготовительной выра ботки данной группы.
Определение коэффициента резерва воздуха
По пути движения воздуха к местам потребления происходят потери его за счет различного рода утечек. Поэтому для того, чтобы полностью обеспечить забои, в шахту следует подавать количество воздуха, большее расчетного на величину потерь. Добавка возду ха на потери учитывается коэффициентом резерва воздуха.
Коэффициент резерва воздуха — сложная по содержанию вели чина, которую можно выразить в следующем виде [37]:
р = 1 + |
тбо (a i + а 2 + а з + а *)» |
(98) |
где а ! — добавка воздуха |
на проветривание резервных |
очистных |
блоков, резервных нарезных и подготовительных работ, %; для условий Кривбасса ai = 18,7,%;
а2— добавка воздуха на утечки в главных вентиляторных ус тановках, %; по Правилам безопасности она должна быть не более 10,%', т. е. а2= 10%;,
а3— добавка воздуха на утечки через перемычки, установлен ные в главных квершлагах на вентиляционных горизон тах и в квершлагах у вентиляционных стволов, %; при соответствующей герметизации перемычек утечки воздуха через них должны быть не более 5%, т. е. а3=5,%!;
а4 — добавка воздуха на утечки через обрушенное пространст во, ,%. Она зависит от степени обнаженности обрушенных коренных пород зоны обрушения. Значения добавки а4 для шахт Кривбасса приведены в табл. 10.
По величине подсосов воздуха через зону обрушения шахты Кри ворожского бассейна можно разделить на три группы. Значение
9* |
131 |