Основные мероприятия по снижению величины утечек воздуха.

Снижение утечек воздуха через выработанное пространство достигается путем: изменения способа управления кровлей (переход с обрушения на закладку); увеличения ширины призабойного пространства; уменьшения сопротивления штреков, примыкающих к выработанному пространству; выкладки вдоль штреков более широких бутовых полос или специальной малопроницаемой стенки. Утечки воздуха через выработанное пространство в рудниках происходят через обрушения, достигающие дневной поверхности. Величина таких утечек достигает 75% от дебита вентилятора. Эти утечки создают неуправляемую схему вентиляции, нарушают нормальное проветривание очистных забоев, ограничивают добычу. Мероприятия по снижению утечек в этом случае: засыпка трещин с поверхности породой и ее уплотнение; изоляция очистного пространства; изменение режима работы главного вентилятора; применение нагнетательно-всасывающего способа проветривания. Утечки воздуха в параллельных выработках возникают через перемычки и через разделяющие целики угля. Иногда эти утечки достигают 50-70% подаваемого в выработки воздуха. основные меры по снижению этих утечек: увеличение сопротивления перемычек; увеличение размеров целиков; покрытие обнаженных поверхностей герметизирующими составами; уменьшение сопротивления (а значит и депрессии) выработок.

Сокращение величины поверхностных утечек воздуха на рудниках

Рост производственных мощностей современных горнодобывающих предприятий вызывает потребность в подаче в рабочие зоны все большего количества свежего воздуха, что, в свою очередь, обусловливает необходимость повышения производительности вентиляторных установок главного проветривания (ВУГП) и неизбежный рост затрат на их строительство и эксплуатацию. Вследствие недостаточной герметичности поверхностных комплексов вентиляционных стволов (ПКВС) одновременно с ростом производительности и размеров ВУГП происходит рост утечек воздуха (достигающих в некоторых случаях 50 % от производительности ВУГП), что существенно снижает эффективность проветривания.

Уменьшение поверхностных утечек воздуха является одним из основных направлений в комплексе мероприятий по снижению затрат горнодобывающего предприятия на проветривание. Основная часть поверхностных утечек воздуха происходит через устье вентиляционных стволов при использовании стволов в качестве скиповых, скипо-клетевых или клетевых.

В результате проведенных исследований по изучению снижения величины поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола предложена двухсторонняя встречная воздушная завеса запирающего типа, разделенная продольной перегородкой и располагаемая в устье вентиляционного ствола между нулевой отметкой и сопряжением с вентиляционным каналом.

Для детальной проработки с учетом всех геометрических особенностей вентиляционного ствола и предлагаемой конструкции воздушной завесы выполнено трехмерное моделирование и численный эксперимент с помощью методов вычислительной гидрогазодинамики. Математическое моделирование проведено в программном комплексе SolidWorks Flowsimulation на примере вентиляционного ствола № 3 рудника БКПРУ-2 ОАО «Уралкалий». В тестовой модели рассмотрен вариант конструкции и размещения воздушной завесы в устье вентиляционного ствола 5 между нулевой отметкой и вентиляционным каналом 6 (рис. 1). Использована двухсторонняя сопряженная встречная воздушная завеса. Воздухораздаточные короба 1 крепятся на полках 2 на отметке -4,4 метра в устье вентиляционного ствола. Вентиляторы завесы устанавливаются также на полках 2, а забор воздуха осуществляется ниже отметки -4,4 м. Трубопроводы прокладываются вдоль крепи ствола. Для повышения эффективности действия завесы поток утечек воздуха предложено разделить на два потока с помощью продольной перегородки 3, устанавливаемой на центральные расстрелы, начиная с отметки -5 м. Перегородка имеет высоту, не позволяющую взаимодействовать потокам воздуха в области действия каждой половины завесы. Высота перегородки 3 определяется скоростью и наклоном струи завесы, а также шириной сечения ствола в свету. Кроме того, по периметру сечения в свету также устанавливаются продольные перегородки 4, что обеспечивает более эффективное воздействие струи завесы на основной поток утечек воздуха. Воздухораздаточный короб 1 устанавливается в стволе так, что из щели со скоростью у0 выпускается струя воздуха под углом а к воздушному потоку (в расчетах взят угол 45°), проходящему через сечение в свету вентиляционного ствола. Взаимодействуя с потоком, струя завесы изгибается, перекрывая полностью половину сечения ствола. К каждому из двух воздухораздаточных коробов через воздуховод подсоединен вентилятор ВМЭ-6.1 с глушителем шума. В результате изменения структуры воздушных потоков воздуха в месте действия воздушной завесы увеличивается аэродинамическое сопротивление участка ствола от нулевой отметки до сопряжения с вентиляционным каналом и снижается депрессия на надшахтном здании, что, соответственно, способствует уменьшению величины поверхностных утечек воздуха.

Исследования проведены на трехмерной математической модели с различным количеством ячеек. Основываясь на полученных результатах исследования, расчеты проводились на расчетной сетке с количеством ячеек не менее 3 ООО ООО, т.к. при этом результаты получаются с наименьшим отклонением от среднего значения.

Осуществляя автоматический непрерывный контроль основных аэродинамических параметров проветривания рудника, совместно с воздушной завесой необходимо регулировать вентиляторы воздушной завесы, исходя из оптимального сокращения поверхностных утечек воздуха и снижения стоимости одного кубометра свежего воздуха, подаваемого в рудник.

Для каждого конкретного случая требуется провести поиск оптимального режима работы вентиляторов воздушной завесы и ВУГП, исходя из следующего:

количество воздуха, подаваемое в рудник, не должно быть меньше расчетного количества воздуха, необходимого для проветривания рудника;

затраты на воздушную завесу не должны превышать затраты на поверхностные утечки воздуха;

стоимость одного кубометра свежего воздуха, подаваемого в рудник, должна быть минимальной.

Автоматическое регулирование вентиляторов воздушной завесы необходимо осуществлять по следующему алгоритму:

при возрастании утечек воздуха через устье вентиляционного ствола необходимо увеличить производительность вентиляторов воздушной завесы;

при работе вентиляторов завесы на максимальную производительность и количество воздуха, подаваемое в рудник меньше расчетного, необходимы кардинальные мероприятия по выявлению причин резкого увеличения утечек воздуха через надшахтное здание;

при снижении поверхностных утечек воздуха необходимо отрегулировать производительность вентиляторов воздушной завесы, исходя из оптимального сокращения утечек воздуха.

В результате расчета и с учетом потребления электроэнергии двумя вентиляторами ВМЭ-6.1, работающими в составе воздушной завесы, экономия в год составит около 327,25 МВт.

Таким образом, применение воздушной завесы предлагаемой конструкции и её совместное использование с системой непрерывного автоматического контроля основных аэродинамических параметров проветривания рудника обеспечивает эффективное сокращение величины поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола путем регулирования производительности вентиляторов воздушной завесы в зависимости от величины поверхностных утечек воздуха, поступающего в рудник.