книги / Рудничная аэрология

отдельной ее подсистемы. Эта функция называется функцией состояния ф. Затем определяется значение этой функции для фактического состояния вентиляции Фф и для требуемого состо­ яния Фт. Очевидно, что интенсивность отказов будет тем больше, Ч0 М больше будет отличие (в худшую сторону) фактического со­ стояния системы от требуемого, т. е. чем больше будет разность Фф — Фт. Однако в конечном счете не столько важно абсолютное значение разности Фф — Фт, сколько ее значение относительно Фтг т. е. отношение (Фф — Фт)/Фг. Действительно, отказы в вентиля­ ционной системе будут тем интенсивнее, чем больше различие состояний системы (т. е. Фф — Фт) будет отличаться от требуемого состояния (т. е. от Фт). Например, если разность Фф— Фт будет равна 1% величины Фт, т. е. состояния фактическое и требуемое почти одинаковы, можно ожидать, что отказы вентиляции при этом будут весьма редки. Если же Фф — Фт составит, допустим, 50% от Фт, фактическое состояние системы будет весьма отлична в худшую сторону от требуемого состояния, и отказы вентиляции на такой шахте будут частым явлением. Поэтому можно положить, что интенсивность отказов К пропорциональна отношению (Фф _ Фт)/Фт:

Если для одной и той же шахты сравниваются два варианта системы вентиляции, то можно принять, что для них b = const и

где индексы обозначают варианты системы вентиляции. Очевидно, что более надежным будет тот вариант, для которого

Я будет меньше, т. е. для которого будет меньше Ф.

Функцию состояния вентиляционной системы можно опре­

расходам воздуха во всех местах его потребления в шахте.

При таком определении Ф задача оценки надежности вентиля­

где R T— требуемое (расчетное) сопротивление сети; Дф — факти­ ческое сопротивление сети.

Для оценки надежности подсистемы «вентиляционная сеть» можно использовать метод Монте-Карло. Сущность этого метода состоит в том, что для наиболее вероятных комбинаций сопроти­ влений всей сети рассчитывается распределение воздуха, которое затем сравнивается с требуемым. Это сравнение позволяет пред­ сказать возможные отказы, их места, глубину и вероятность. Метод требует знания закона распределения сопротивлений выра­ боток. По данным МГИ, этот закон достаточно близок к логнор­ мальному.

ЯМетод, использующий теорию графов, основан на составлении ориентированного графа надежности вентиляционной системы. Каждая дуга такого графа отображает тот или иной элемент системы. Элементы системы (дуги графа) соединяются друг с дру­ гом в соответствии с происходящими в шахте процессами, тополо­ гией сети и взаимным влиянием элементов. Для каждой дуги графа должен быть известен закон распределения вероятности отказов. Это позволяет определить известными методами крити­ ческий путь на графе, соответствующий наибольшей надежности системы. Для определенных критическим путем условий наиболь­

шей надежности ищется распределение воздуха в шахте (?ш =

где ф (Çb Ç2î • • -, Qn) — закон распределения случайной вели­ чины Qm, зависящий от отказов в системе; Q — область отказов.

При аналого-цифровом методе вначале на аналоговой машине (например, типа ЭМВС) определяются элементы вентиляционной сети, оказывающие влияние на надежность вентиляции. Затем на ЭЦВМ рассчитываются долевые влияния этих элементов на надежность вентиляции шахты, по которым определяется общий показатель надежности для шахты в целом:

/ - 1

где Qj — средний расход воздуха в /-м забое; qt — долевое вли­ яние ï-го элемента, влияющего на надежность /-го забоя; т — число забоев; п — число влияющих элементов на /-й забой.

Существует также метод оценки надежности вентиляционной

системы по ее выходному эффекту, согласно которому надежность системы оценивается критерием ее эффективности

где г, — показатель надежности i-ro элемента системы; Qt — расход воздуха в i-u элементе; п — число элементов в системе.

§ 99. НАДЕЖНОСТЬ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

Вентиляционная система местною проветривания с точки зрения надежности может быть расчленена на подсистемы энерго­ снабжения, автоматики, вентилятора местного проветривания и трубопровода. Элементы каждой из этих подсистемапериодически выходят из строя, приводя к отказам системы в целом.

Для оценки надежности системы местного проветривания можно применить рассмотренные в предыдущем параграфе ме­ тоды. Обычно используют статистический метод. Для этого все существующие системы местного проветривания делят на одно­ родные по конструктивному исполнению типы. В пределах типа выбирают определенное число образцов систем, средних для дан­ ного типа, работу которых контролируют в части отказов доста­ точно длительное время. Полученные в результате обработки этих данных показатели надежности распространяют на все образцы систем данного типа.

Практика показывает, что надежность вентиляционных систем местного проветривания можно существенно повысить путем резервирования их отдельных элементов.

При резервировании всех элементов системы, кроме трубо­ провода, показатель надежности системы за месяц работы равен 0,9. По сравнению со 100%-ным резервом надежность системы в этом случае ниже всего в 1,25 раза. Наибольшее применение на практике нашла система, при которой резервируются все элементы, кроме линии электропередач и трубопровода. Показа­ тель надежности такой системы за месяц 0,76.

По данным ВостНИИ, применение резервирования в системах местного проветривания позволило повысить безопасность работ

Практика эксплуатации шахтных вентиляционных систем по­ казывает, что наименьшую надежность имеют такие их элементы, как подземные вентиляционные шлюзы и вентиляционные штреки. Поэтому мероприятия по повышению надежности вентиляции

должны быть направлены прежде всего на повышение герметич­ ности шлюзов и поддержание в хорошем состоянии вентиляцион­ ных штреков. Большое значение при этом приобретает достоянный контроль состояния вентиляционных сооружений и выработок и их своевременный ремонт. Повышения надежности вентиля­ ционных сооружений можно ожидать от их типизации. Надеж­ ность вентиляционной сети шахты повышается при увеличении числа параллельных соединений выработок. В частности, она выше, если воздух подается к местам его потребления и отводится от них не по одной, а по нескольким параллельным выработкам.

Важным элементом шахтной вентиляционной системы яв­ ляются главные вентиляторные установки. Если ухудшение со­ стояния вентиляционных сооружений и выработок обычно вызы­ вает отказы III ранга, то нарушения работы главных вентилятор­ ных установок могут привести к отказам I ранга с серьезными последствиями. Повысить надежность главных вентиляторных установок можно правильным резервированием их отдельных элементов. Например, применение горячего резерва линии элек­ тропередач (резервная ЛЭП находится под напряжением) и холод­

ВУПД, ОВД, ВШЦ, в среднем равного 0,76 за 720 ч работы. А при­ менение резервной ЛЭП в выключенном состоянии и холодного резерва вентиляторного агрегата повышает показатель надеж­ ности до 0,96 за тот же период.

Важное значение в повышении надежности вентиляции имеет увеличение достоверности исходных данных о газоносности пла­ стов, о степени герметичности вентиляционных сооружений, значений аэродинамического сопротивления выработок, различных экспериментальных коэффициентов и т. п. Расчеты показывают, что при наиболее неблагоприятном сочетании погрешностей исход­ ных данных ошибка в определении абсолютной метанообильности лавы может достигать 70—80%, ошибка в определении общешахтного расхода воздуха 60—70%.

Существенное значение имеет также совершенствование мето­ дов расчета. Это предполагает прежде всего глубокое изучение физических процессов и закономерностей, определяющих венти­ ляцию шахт. Совершенствованию методов расчета обычно сопут­ ствует усложнение математического аппарата и увеличение числа необходимых исходных данных. Последнее обстоятельство важно, ибо невысокая достоверность многочисленных исходных данных может свести на нет достоинства даже весьма совершенного метода расчета.

Часть третья

ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ

Г л а в а XVIII

ВЕНТИЛЯЦИЯ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

§ 101. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Под выемочным участком с точки зрения вентиляции пони­ мается система выработок, включающая очистной забой, откаточ­ ные и вентиляционные выработки и выработанное пространство.

На угольных и рудных шахтах очистные выработки являются местами наиболее интенсивной производственной деятельности. Следствием горных работ является выделение вредных газов из полезного ископаемого, горных пород и в результате взрывных работ, выделение тепла и рудничной пыли.

Первоочередная задача вентиляции — обеспечить в выработках необходимый расход воздуха для обеспечения нормальной физи­ ологической деятельности человека. Кроме того, целью проветри­ вания является разбавление и вынос вредных газов, выделя­ ющихся в очистных забоях, обеспечение нормальных тепловых условий и разбавление пыли.

Параметры воздушного потока — расход и скорость движения воздуха, а также турбулентность — должны быть такими, чтобы не допускалось опасных скоплений вредных и взрывчатых газов,

п л а н г о р н ы х р а б о т с н а н е с е н н ы м н а п р а в л е ­ н и е м д в и ж е н и я с в е ж е й и и с х о д я щ е й с т р у й . Обычно на схемах вентиляции показывают движение основных струй воздуха по выработкам, в необходимых случаях наносятся также пути и направления утечек воздуха.

Схемы вентиляции должны обеспечивать максимальное исполь­ зование подаваемого в шахту воздуха, что достигается снижением бесполезных утечек, уменьшением числа или полным исключе­ нием вентиляционных устройств и дополнительных источников тяги, устранением источников загрязнения поступающего воз­ духа, отводом исходящей из забоя струи непосредственно в вен­ тиляционные выработки, в которых не проводятся работы. Схемы вентиляции должны быть надежными и должны обеспечивать необходимый контроль4 за вентиляционными параметрами и

работок к выработанному пространству, определяющий выделение метана из выработанного пространства в очистной забой и вен­ тиляционные выработки. На эффективность вентиляции оказы­ вает влияние также и направление движения воздуха по очист­

ному забою.

В табл. 20 приведена классификация схем проветривания выемочных участков, наиболее полно учитывающая влияние различных факторов на эффективность вентиляции очистных забоев и выемочных участков.

§ 103. СХЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РАЗБАВЛЕНИЕМ ВРЕДНОСТЕЙ

Из схем 1-го типа при отработке пластов по простиранию наиболее распространенной является схема 1-М-Н-в-вт, т. е. по классификации в соответствии с табл. 2 0 схема с последова­ тельным разбавлением вредностей (1 ), с выдачей исходящей струи

из лавы по направлению к массиву угля (М), восходящим про­ ветриванием лавы (в), возвратноточным движением свежей и исходящей струй (вт) (рис. 159). Данная схема наиболее проста, свежий воздух подается по откаточному штреку, распределяется между очистным забоем и выработанным пространством и отво­ дится по вентиляционному штреку. Положительными свойствами

уменьшение температуры поступающей струи воздуха за счеттепловыделений от местных источников;

уменьшение запыленности поступающей струи, так как воздух, подаваемый в лаву, движется не по конвейерным выработкам; повышение безопасности работ за счет дополнительных вы­

ходов на свежую струю.

Основные варианты схем 3-го типа, применяемые при отра­ ботке пластов по простиранию, приведены на рис. 161. В значи-

Рис. 161. Варианты схем вентиляции участков с обособленным разбавле­ нием вредностей (схемы 3-го типа)

тельной степени аналогичные схемы вентиляции выемочных уча­ стков применяются и при отработке пластов лавами по восстанию' (падению).

§ 105. СХЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОЩНЫХ КРУТЫХ ПЛАСТОВ

При разработке мощных крутых пластов щитовой системой очистной забой проветривается по схеме, приведенной на рис. 162. Свежий воздух поступает в забой по углеспускным печам, проходит по очистному пространству под щитом и далее через сбойку и по ходовой печи поступает в вентиляционный штрек.

На рис. 163 показана схема вентиляции участка при системе разработки мощного крутого пласта с закладкой выработанного пространства. При отработке мощного крутого пласта системой