книги из ГПНТБ / Рудничная вентиляция учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов канд. техн. наук М. Н. Бодягин.1960 - 23 Мб

Отсутствие надобности в дополнительных вентиляционных

■стволах (меньшие капитальные затраты), возможность осущест­ вления нормального проветривания тотчас по проходке стволов, удобства, связанные с обслуживанием и управлением одной вен­ тиляторной установкой, являются основными преимуществами этой схемы.

Недостатки ее состоят в большом колебании депрессий за пе­ риод отработки этажа; в относительно большой максимальной

депрессии, так как при работе у границ шахтного поля вентиля­ ционная струя по горизонтам дважды проходит длину проветри-

Рис. 217. Диагональная схема проветривания

ваемого крыла; в необходимости иметь вентиляционный гори­ зонт, выработки которого все или частично должны поддержи­ ваться на всю длину шахтного поля; в трудности борьбы с утеч­ ками воздуха у вентиляторных установок, учитывая их относи­ тельно высокую депрессию и расположение на стволах, исполь­

зуемых для спуска-подъема; в трудности предотвращения утечек и коротких замыканий между входящей и исходящей струями, особенно в рудничных дворах при центрально-сдвоенном распо­ ложении стволов. При центрально-отнесенной схеме

проветривания для установки вентилятора иногда исполь­ зуют шурф или другую выработку в центре поля. Это облегчает борьбу с утечками, но при этом необходимо проходить и под­ держивать дополнительные вентиляционные выработки. Менее удобным относительно общего комплекса становится размеще­ ние вентилятора.

При диагональной схеме проветривания (рис. 217) воздух движется только от ствола шахты к границам шахтного поля, поэтому эту схему называют также и прямоточ­ ной.

Диагональная схема с участковыми шурфами удобна в со­ четании с нагнетательным способам проветривания при разра­ ботке первого горизонта шахты при небольших наносах. Для

осуществления ее в верхней части каждого очистного забоя про­

ходится опережающий его вентиляционный просек, который сби­ вается с земной поверхностью шурфами через 50—250 м.

При этой схеме обеспечивается минимальная депрессия вен­ тилятора, возможность полного погашения вентиляционного го­ ризонта. Наличие большого числа выходов создает относительно' большую безопасность работ.

Крыльевая и групповая диагональные схемы в сочетании с основным способом проветривания — всасывающим — обла­ дают следующими достоинствами: относительным постоянством нагрузки на вентилятор и меньшей в сравнении с центральной схемой максимальной депрессией последнего; меньшими утеч­ ками в вентиляционной сети; большими возможностями борьбы с утечками у вентиляторов, так как последние часто располага­

ются на стволах, не выполняющих операций по подъему-спуску; наличием возможностей регулирования воздухораспределения в шахте за счет изменения нагрузок вентиляторов; большим ко­ личеством выходов из шахты.

Диагональная схема создает также хорошие условия для при­ менения нагнетательно-всасывающего способа проветривания.

Основные недостатки крыльевых и групповой диагональных схем: необходимость проходки дополнительных капитальных вы­ работок; большее число вентиляторных установок и худшие условия их обслуживания; сложность в осуществлении реверси­ рования вентиляционных струй и автоматизации управления установками; в некоторых случаях большие потери угля в охран­

ных целиках; более поздний ввод шахты в эксплуатацию из-за необходимости сбойки основного и вентиляционных стволов.

Исходя из конкретных условий и учитывая длительность срока отработки шахтного поля, принимают иногда разные схе­ мы вентиляции для разных периодов работы шахты.

Так, например, если пологий газовый пласт вскрывается вер­ тикальными центрально-сдвоенными стволами с капитальными бремсбергами и уклонами, то при отработке этажей бр'емсбер-

гового поля часто принимают центрально-отнесенную схему про­ ветривания, переходя в дальнейшем при отработке этажей уклон­ ного поля к центрально-сдвоенной схеме.

Сразу принять центрально-сдвоенную схему нельзя вследст­

вие запрещения нисходящего направления движений исходящей струи воздуха по капитальному бремсбергу. Сохранять до конца

нальная (фланговая) крыльевая схема, это не значит, что эта же

370

схема обязательна и для первого горизонта. При малой величине наносов будет, по-видимому, целесообразнее для первого этажа'

принять диагональную участковую схему при нагнетательном

проветривании, что позволит ввести шахту в эксплуатацию, не; создавая вентиляционного горизонта.

Крыльевую же схему следует принять для проветривания го­ ризонтов, начиная со второго, когда в качестве вентиляционных могут быть использованы откаточные выработки первого гори­

зонта.

Особенности месторождений и отдельных шахтных полей,

определяющие в значительной мере решение вопросов вскрытия,

находят отражение и в принимаемых схемах проветривания. Так, для Подмосковного бассейна характерно горизонтальное

или близкое к нему залегание пластов, отсутствие в шахтах ме­ тана и наличие выделений углекислого газа, сложные гидрогео­

логические условия (обводненность, наличие плывунов и т. д.).

Шахтные поля вскрываются преимущественно вертикальными центрально-сдвоенными стволами и отрабатываются панелями.

Вэтих условиях наибольшее распространение получила цент­

рально-сдвоенная схема вентиляции при нагнетательном способе проветривания.

В1951 г. по комбинату Тулауголь [102] проветривалось по

центральной схеме 68%, а по комбинированной, с нагнетанием

воздуха по шурфам, — 32% шахт. В последнее время находят распространение диагональные схемы с нагнетанием свежего воздуха по стволу и отводом исходящей струи через вентиляцион­ ные скважины.

Для Кузнецкого бассейна в целом характерно наличие свит пластов, а для южного Кузбасса — преимущественно мощных'

крутых пластов с самовозгорающимися углями. Месторождение

углей имеет значительную нарушенность, пласты газоносны.

Мощность наносов небольшая. В этих условиях больше 90%'

шахт имеют диагональные схемы проветривания [14, 15], глав­ ным образом групповые, причем наряду с всасывающим спосо-'

бом проветривания широкое и все возрастающее значение приоб­ ретает нагнетательно-всасывающий способ.

Принципиальные решения по комплексу вопросов вентиляции должны быть приняты уже при проработке вопросов вскрытия шахтного поля.

В тех случаях, когда проветривание шахты не может вызвать, особых затруднений, основой решения вопросов вскрытия явля­ ются общие вопросы технической и экономической целесообраз­ ности его вариантов, но при разработке сильно газовых или са­ мовозгорающихся углей и при разработке на больших глубинах вопросы проветривания в ряде случаев являются уже определя­ ющими в выборе вариантов вскрытия и разработки шахтного> поля.

Учитывая сложность выбора системы и схем проветривания,

при проектировании часто прибегают к решению его методом технико-экономического сравнения наиболее целесообразных ва­

риантов.

§ 55. РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СЕТИ

Расчет вентиляционной сети производят с целью выяснения фактической возможности обеспечения проветривания рабочих

забоев при принятых проектом условиях и с целью получения значений Q и h для выбора электромеханического оборудования вентиляции.

Ввиду того, что работа вентилятора экономична лишь в опре­ деленных границах изменения эквивалентного отверстия шахты, при расчете сети должны быть выявлены возможные границы этого изменения, т. е. подсчитаны значения Q и h, соответствую­

щие наиболее трудным и наиболее легким условиям проветрива­ ния. При этом, если за срок существования шахты проектом не предусматривается изменение принципиальной схемы проветри­ вания и колебание эквивалентного отверстия шахты в течение этого периода невелико, выбирают один вентилятор на весь срок

существования шахты. В противном случае расчет вентиляции

делают отдельно на каждый период и для каждого периода опре­ деляют соответственные пределы изменения значений Q и h. Ино­ гда, если срок существования шахты большой, выбор вентилятора производят только для первого периода ее работы, но это не ис­

ключает необходимости подсчета Q и h для наиболее трудного

в отношении проветривания периода, с целью проверки правиль­ ности решения вопросов вскрытия шахты для более поздних пе­ риодов ее существования.

Вкачестве основы для составления детальной расчетной «схемы проветривания используют обычно календарный план вы­ емки запасов. Из календарного плана, дающего картину распо­ ложения забоев во времени и пространстве, легко установить путем приближенных подсчетов периоды наименьшей и наиболь­

шей нагрузки на вентилятор в течение всего рассматриваемого отрезка времени. Соответственно этим периодам и составляются детальные расчетные схемы проветривания.

Втех случаях, когда календарный план выемки запасов не со­ ставляется, необходимо задаться определенной схемой располо­ жения забоев и распределения по ним добычи, исходя из общих

соображений о порядке отработки пластов. Расчетная схема со­ ставляется в прямых линиях по типу схемы, представленной на

рис. 145. На схеме наносятся для выбранного периода все дей­ ствующие и резервные забои, выработки, используемые для вен­ тиляции, и направление движения всех вентиляционных струй.

Распределение общего для шахты количества воздуха по от­

дельным направлениям и участкам сети производят соответ-

372

ственно потребностям рабочих забоев, пропорционально газо­ обильности, расходу ВВ или другому определяющему фактору (т. е. фактору, при учете которого получено наибольшее значе­ ние общего дебита воздуха). При этом из подготовительных за­

боев в схеме следует учитывать только те забои, которые про­ ветриваются обособленной струей, а не последовательно с очист­

ными забоями.

Установленное таким образом распределение воздуха показы­ вают на расчетной схеме и производят проверку схемы с точки зрения ее соответствия требованиям Правил безопасности в от­ ношении скоростей движения воздуха по выработкам и его темпе­

ратуры.

В целях уменьшения депрессии целесообразно разделять общее количество воздуха на возможно большее количество па­ раллельных струй. Наличие в соединении диагоналей дает уменьшение общего сопротивления соединения, но требует пред­ усматривать возможность обращения воздуха в ней при изменении

соотношения сопротивлений параллельных ветвей, включающих диагонали.

При расчетах проветривания глубоких шахт к расщеплению входящей струи стремиться не следует, так как при снижении скорости струи увеличивается возможность прогревания воз­ духа.

При расчетной схеме, составленной для наиболее легких усло­ вий проветривания, подсчитывают QMHH и Лм„н для определения

максимального эквивалентного отверстия шахты Лмакс; по схеме, составленной для наиболее трудных условий проветривания,

подсчитывают QMaKC и ^максДЛя определения минимального экви­ валентного отверстия шахты Лми„. В зависимости от конкретных условий количество воздуха в первом и во втором случае может

быть либо одинаковым, либо разным.

Если предполагается проветривать шахту одним вентилято­ ром, то депрессию подсчитывают обычно по одной струе — по струе, наиболее трудной для проветривания, например по струе 1—4—7—8 схемы, представленной на рис. 145, полагая при этом, что в разветвлении 2—7 потери депрессии в ветвях 2—3—6—7

и 2—5—6—7 будут доведены до величины потери депрессии в ветви 2—3—4—7 путем установки в этих ветвях вентиляцион­ ных окон. Если неясно, по которому из направлений: 2—5—7,

2—3—6—7 или 2—3—4—7 можно ожидать наибольшую депрес­ сию, то следует сделать подсчет на участке 2—7 по каждому из направлений и за расчетную депрессию принять наибольшую из полученных. Методика подсчета /?мпн и /гмаксв этом отношении

одинакова. Безразлично также, один или несколько пластов на­ ходятся одновременно в работе. Во всех случаях отыскивается направление, по которому будет наибольшая депрессия, и по­ следняя принимается за расчетную, исходя й'з предположения отрицательного регулирования воздуха в других струях.

373»

Можно полагать, однако, что при проветривании глубоких шахт от этого метода в отдельных случаях целесообразно отсту­ пать, ориентируясь на одновременное применение положитель­ ного и отрицательного регулирования или на положительное регулирование.

В случае проветривания несколькими вентиляторами такого рода расчет должен быть сделан для каждого из вентиляторов,

т. е. для каждого вентилятора нужно найти струю с максималь­ ной депрессией, которую и принять за расчетную депрессию для этого вентилятора — за Лмин данного вентилятора, если расчет сделан по схеме, когда проветривания осуществляются наиболее легко, или за ймакс, если расчет сделан по схеме, предусматри­ вающей наиболее трудный период проветривания.

Общую депрессию струи по выбранному направлению опре­ деляют как сумму депрессий последовательно соединенных вы­ работок, омываемых этой струей. Депрессия каждой из вырабо­ ток определяется по формуле

Л — я $3 Q-,

где значения периметра Р, длины L и площади S берут согласно

.данным, принятым в других разделах проекта, а количество воз­ духа Q — согласно вентиляционной схеме.

Значения коэффициента а берут из таблиц или определяют по соответствующим формулам.

Расчет сводится в специальную форму (табл. 49).

Таблица 49

Расчет вентиляционной сети шахты

Определенной нормы в отношении предельной величины де­

прессии, которую можно допустить при проектировании, не уста­

новлено, но, исходя из возможностей одиночной работы венти­

ляторов и существующих типов их, не следует принимать вели­ чину Амакс более 300 мм вод. ст. В том случае, если меньшее значение /гмакс недостижимо, следует ориентироваться на дослещовательную работу вентиляторов, установленных на одном или разных стволах. На последний способ проветривания приходится

ориентироваться при разработке полезных ископаемых, склон­

ных к самовозгоранию.

374

§ 56. ПОДСЧЕТ ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЯГИ

Подсчет естественной тяги по заданному направлению произ­ водится способами, указанными в главе V.

В том случае, когда шахта проветривается одним вентилято­ ром. естественную тягу подсчитывают только по одному направ­ лению, по тому горизонту, через который движется основная масса воздуха. При этом естественная тяга определяется для летнего и зимнего периода отдельно. Полученные результаты

подсчета учитываются при выборе вентилятора, а именно: абсо­ лютная величина наибольшей отрицательной естественной тяги прибавляется к полученной расчетом максимальной депрессии

шахты (Амакс + Ле); абсолютная величина наибольшей положи­ тельной естественной тяги или вычитается из полученной расче­

том минимальной депрессии (Амин — /ze), или чаще не учиты­ вается, хотя это и не совсем правильно. Таким образом, учет

•естественной тяги практически отражается в увеличении диапа­

зона изменения эквивалентного отверстия шахты, что имеет су­ щественное значение при выборе вентилятора.

При проветривании шахты несколькими вентиляторами ана­ логичный подсчет и учет естественной тяги должен быть сделан для каждого из них.

§ 57. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Проект шахты должен предусматривать весь комплекс вопро­ сов, связанных с инженерным обеспечением принятой схемы про­

ветривания. Детальное решение вопросов механического и элек­ тромеханического комплекса, включая решение вопросов авто­

матики и контроля, дается в соответствующих разделах проекта. Однако выбор вентилятора приводится обычно в разделе «Вен­ тиляция». Близко к вопросам вентиляции примыкает также вопрос обогревания стволов. Во всяком случае принципиальное

решение вопросов обогревания стволов должно быть увязано

с вопросами вентиляции и не только в отношении количества воздуха, подлежащего подогреву, но и в отношении согласования работы главного и калориферного вентилятора, в частности, при нагнетательном проветривании (см. главу VI, § 34).

Основой для выбора вентилятора является количество воз­ духа и депрессия шахты, подсчитанные по изложенной выше ме­ тодике. К этому необходимому для проветривания шахты коли­ честву воздуха Q щ добавляют 10% на подсос с поверхности, по­ лучая в итоге количество воздуха, поступающего к вентилятору по каналу, QB. К депрессии шахты йш прибавляют потери де­ прессии в канале, получая полную депрессию вентилятора /гв. Ве­

личины QB и ha являются исходными параметрами для подбора вентилятора.

375

В. Б. Комаров рекомендует несколько иную методику опре­ деления исходных данных для подбора вентилятора, а именно: определяя дебит вентилятора как Q'B = 1,1 Qm, подсчитывают да­

индивидуальных характеристик вентиляторов соответствующего типа. Точка с заданными параметрами QB и hB должна лежать на правой нисходящей ветви характеристики, ниже ее горба на ОД Лмакс, т. е. Ладолжна составлять примерно 0,9 от максимальной депрессии вентилятора при данном числе оборотов. Пределы ре­ гулирования производительности и напора выбранного вентиля­

тора должны быть таковы, чтобы и при Дмин и Дмакс работа его была экономична. Кроме того, обычно учитывают некоторый за­

пас производительности вентилятора (10—20%), т. е. Аминдол­

жно обеспечиваться не при предельном числе оборотов и угле установки лопаток.'

Мощность двигателя вентилятора определяется по формуле

где т] — общий к. п. д. вентилятора.

При выборе вентилятора надо иметь в виду, что осевые вен­ тиляторы предпочтительнее центробежных при больших дебитах

и сравнительно невысокой депрессии. При напоре свыше

300 мм вод. ст. осевые вентиляторы применять не следует. Цент­

робежные вентиляторы применяют при более высоких напорах.

При подборе вентиляторов для параллельной работы реко­

мендуется принимать геометрически подобные вентиляторы од­ ной и той же серии с ровными и устойчивыми характеристиками,

например типа ВЦД.

Осевые вентиляторы с резко седлообразными напорными ха­ рактеристиками для установки на параллельную работу на од-

376

ном стволе не рекомендуются вообще. При установке на флан­

говых стволах их использование возможно и встречается до­ вольно часто.

При работе нескольких вентиляторов на общую сеть следует иметь в виду, что их взаимное влияние на работу друг друга гем меньше, чем большую часть своего напора они тратят на инди­ видуальном участке сети. Поэтому проверку устойчивости сов­ местной работы вентиляторов следует производить для условий, которые могут быть при наименьших отношениях значений со­ противлений индивидуальных участков вентиляционной сети к со­ противлению ее общего участка. Для проектируемой шахты, а тем более для действующей, желательно иметь также подсчет

режима данного вентилятора в случае отключения или реверси­ рования отдельных вентиляторов, входящих в систему вентиля­ ции.

На угольных шахтах режим проветривания обычно сохра­ няется один и тот же в течение суток. На рудных шахтах иногда имеет место необходимость в двух режимах; нормальном и уси­ ленном (после производства взрывных работ).

Возможность обеспечения такого проветривания должна быть

учтена уже при проектировании.

§ 58. ПОДСЧЕТ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ И СТОИМОСТИ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Проектирование шахт производится обычно в две или три стадии; в первом случае разрабатывают проектное задание и ра­ бочие чертежи, во втором — проектное задание, технический проект и рабочие чертежи.

Для определения сметной стоимости всего строительства и отдельных его сооружений составляют:

а) при двух стадиях проектирования — сводный сметно-фи­ нансовый расчет со сметами или сметно-финансовыми расчетами на отдельные объекты к проектному заданию;

б) при трех стадиях проектирования — сводный сметно-фи­ нансовый расчет со сметами или сметно-финансовыми расчетами

на отдельные объекты к проектному заданию и сводную смету к техническому проекту.

Как сводный сметно-финансовый расчет, так и сводная смета подразделяются на отдельные главы, а последние — на отдель­ ные комплексы затрат. Комплекс затрат по вентиляции вклю­ чают в третью главу 1-й части сметы: «Объекты подсобного, про­ изводственного и обслуживающего назначения».

По вентиляционному комплексу в смету (сводный сметно­

финансовый расчет) включают:

а) горные выработки: вентиляционные шурфы и скважины,, подземные камеры для вентиляторов, кроссинги;

377