18-12-2012_19-20-01 / Аэрология горных предприятий_Лекция_7

На выбор способа проветривания влияют следующие факторы: порядок отработки шахтного поля, глубина разработки, действующая депрессия на выемочных участках, склонность пластов к самовозгоранию, абсолютная величина внешних и внутренних утечек воздуха через выработанное пространство и вентиляционные сооружения, интенсивность газовыделения (метана и углекислого газа), места установки регуляторов воздуха, соотношение аэродинамических сопротивлений выемочных участков шахты, схема проветривания шахты, туманообразование в надшахтном здании вследствие взаимодействия насыщенного влагой воздуха, выдаваемого из шахты, с холодным воздухом на поверхности и ряд других.

При проектировании нагнетательного и комбинированного способов проветривания должно быть предусмотрено следующее основное требование: вентилятор, работающий на нагнетание, должен устанавливаться на специальных стволах, не оборудованных подъемом, либо, как исключение, оборудованных только людским подъемом без выхода клетей на поверхность. Только в этом случае можно достичь необходимой депрессии вентилятора.

При нагнетательном способе проветривания (рис. а) максимальная депрессия действует в районе подающего ствола (линия КГ) и нулевая – у

выдающего ствола (точка А), при всасывающем – наоборот (рис. б), при комбинированном способе место приложения нулевой депрессии располагается между стволами (рис. в).

Из депрессиограмм, приведенных на рисунке, следует, что при всасывающем способе проветривания увеличение сопротивления выработок вентиляционного горизонта приводит к увеличению депрессии только одного вентилятора (пунктирная линия Г'В), в то время как действующая депрессия участка остается неизменной (линия ВЕ и БД). При нагнетательном способе проветривания увеличение сопротивления выработок вентиляционного горизонта приводит к увеличению действующей депрессии участка (линия АБ'В'Г'). Следовательно, в случаях, когда общее сопротивление выработок вентиляционного горизонта значительно превышает сопротивление выработок откаточного горизонта, рекомендуется применять всасывающий способ проветривания до тех пор, пока очистные работы не подойдут к фланговому стволу, где действующая депрессия может оказаться выше некоторого допустимого предела. В этом случае целесообразно (при определенных конкретных для каждой шахты технических возможностей) применять комбинированный нагнетательно-всасывающий способ проветривания, при котором доработка этажа ведется с пониженной действующей депрессией участка. Применение этого способа может быть рекомендовано и для тех случаев, когда при всасывающем способе проветривания на значительной части шахтного поля не обеспечивается действующая депрессия участка ниже предельно допустимой.

Комбинированный способ не рекомендуется применять:

–при центральной схеме проветривания, особенно при центральносдвоенном расположении стволов, так как в этом случае будут иметь место большие утечки через вентиляционные сооружения, изолирующие стволы друг от друга;

–при недостаточной герметизации подающего ствола, так как малая компрессия, развиваемая нагнетательным вентилятором, существенно не меняет действующего напора участка по всей протяженности шахтного поля.

Выбираемый способ проветривания должен обеспечить действующий напор на пожароопасных участках в любой период их совместной отработки, не превышающий допустимый. В противном случае рекомендуется переходить на схему с вентиляционными областями, устанавливая способы проветривания

вкаждой области в соответствии с вышеизложенным.

Общие требования, которым должны удовлетворять схемы вентиляции: подача необходимого количества воздуха к местам потребления; минимальные депрессия шахты, утечка воздуха, число вентиляционных сооружений; максимальное приближение естественного воздухораспределения к требуемому; легкость реверсирования; исключение подачи и удаления воздуха через завалы и обрушения; высокая надежность; обеспечение благоприятных условий труда, а также условий для спасения людей при авариях и ликвидации аварий; экономичность.

Основные требования к схемам вентиляции выемочных участков Схема проветривания должна обеспечивать:

–наиболее полное обособленное разбавление метана;

–полное использование свежей струи, проходящей по рабочему пространству очистной выработки, для разбавления метана, выделяющегося из обнаженной поверхности пласт и отбитого угля;

–обособленность проветривания, предусматриваемую и для других выработок на участке, в которых отмечается или может наблюдаться повышенное газовыделение из транспортируемого по ним угля и обнаженных поверхностей пласта;

–необходимую степень устойчивости вентиляционных струй по направлению и расходу как при нормальном, так и при аварийном режиме;

–максимально благоприятные санитарно-гигиенический условия в очистных выработках;

–максимальное снижение бесполезных утечек воздуха путем уменьшения числа вентиляционных сооружений;

–и другие.

Выбор схем проветривания и управления газовыделением производится поэтапно. В начале выбирается наиболее эффективный по техникоэкономическим показателям порядок ведения горных работ. Устанавливаются необходимые нагрузки на очистную выработку и параметры системы разработки. Определяется расход воздуха для проветриваемого выемочного поля и соответствующая депрессия.

Кроме того, схемы вентиляции шахты должны также обеспечивать обособленную вентиляцию добычных участков и наклонных конвейерных выработок, рассредоточенную подачу и удаление воздуха, надежную вентиляцию магистральных штреков при секционных схемах. Свежая струя не должна подаваться по вертикальному скиповому или наклонному конвейерному стволу. Нельзя использовать одну выработку для одновременной подачи свежей и исходящей струи (кроме тупиковых). Число вентиляторных установок не должно быть большим.

Дополнительные требования, предъявляемые к схемам вентиляции в особых случаях для шахт с выделением метана – уменьшение газовыделения в очистной забой из выработанного пространства; обособленная вентиляция мест газовыделения (подготовительных выработок, транспортных путей с большими грузопотоками и пр.); как правило, восходящее движение воздуха в очистных забоях при углах падения пласта более 10° и за пределами забоев; наличие двух свежих струй при разработке выбросоопасных пластов.

Для шахт, разрабатывающих склонное к самовозгоранию полезное ископаемое, - минимальная депрессия участка; минимальные утечки воздуха (особенно через зоны обрушения); возможность изоляции выработанных пространств на действующих и ранее отработанных горизонтах.

Для шахт с высокой температурой горных пород – минимальная длина пути движения воздуха по наиболее глубоким горизонтам; нисходящее движение воздуха до очистных забоев и непосредственно по ним; попутное

движение отбитой горной массы и воздуха (эти требования не должны противоречить основным требованиям безопасности).

Схемы вентиляции шахт Схема вентиляции шахты представляет собой определенный порядок

распределения и движения воздуха по горным выработкам, обусловленный взаимным расположением забоев, горных выработок и вентиляционных сооружений.

На угольных шахтах применяются, в основном, три схемы вентиляции:

–центральная, характеризующаяся расположением воздухоподающего и воздухоотводящего стволов или в центре шахтного поля, или одного (двух) в центре, а другого – у верхней границы посредине шахтного поля; применяется при небольших размерах шахтного поля по простиранию (до 2 км на угольных шахтах), невысокой метанообильности шахты (до III категории), небольшой производительной мощности (до 2000 т/сут на угольных шахтах), и при ведении работ на глубоких горизонтах;

–фланговая, отличающаяся сооружением стволов как в центре шахтного поля, так и расположенных на флангах, главным образом у верхней его границы; это основная схема для угольных и железнорудных шахт при неглубоком залегании месторождения

–комбинированная, имеющая элементы как центральной, так и фланговой

схем.

Рудники средней и большой производственной мощности часто проветриваются по фланговой схеме.

Рис. Центральная (а) и фланговая (б) схемы проветривания шахт: 1 – воздухоподающий ствол; 2 – вентиляционный квершлаг;

3 и 4 – откаточные штреки; 5 – орты; 6 – вентиляционные восстающие; 7 – вентиляционный штрек; 8 – вентиляционный ствол

Схемы вентиляции выемочных участков Под схемой вентиляции выемочного участка понимают определенный

порядок распределения и движения воздуха в горных выработках выемочного участка, зависящий от взаимного расположения очистных забоев, воздухоподающих и воздухоотводящих выработок, направления движения по

ним свежей или исходящей струй воздуха, степени обособленности разбавления метана и распределения его между призабойным и выработанным пространствами.

В соответствии с применяемыми способами подготовки шахтного поля, системами разработки и направлением движения свежей или исходящей струи воздуха по главным и участковым выработкам различают следующие схемы вентиляции участков:

I – схемы вентиляции панелей с согласным движением воздушных струй по участковым (наклонным) выработкам (свежая и исходящая струи воздуха движутся по участ0ковым выработкам в одном направлении);

II – схемы вентиляции панелей со встречным движением струй по участковым (наклонным) выработкам (свежая и исходящая струи воздуха движутся по участковым выработкам в противоположных направлениях);

III – схемы вентиляции выемочных полей, подготовленных столбами и отрабатываемых лавами, движущимися по падению или восстанию;

IV – схемы вентиляции выемочных полей при этажной подготовке с разделением этажа на подэтажи и отработкой на промежуточные бремсберги и скаты;

V – схемы вентиляции выемочных полей на пластах, вскрытых этажными

слоевых систем разработки мощных пластов;

VIII – схемы вентиляции участков пластов наклонными слоями с выемкой их короткими полосами по простиранию и поперечно-наклонными слоями.

Вслучае применения системы разработки длинными столбами по простиранию наиболее надежной и эффективной является возвратноточная схема вентиляции участка с выпуском исходящей струи в сторону целика.

Для повышения эффективности изолированного отвода метана из выработанного пространства, с целью уменьшения опасности скоплений метана в местах сопряжения лавы с вентиляционным штреком применяют схемы вентиляции с использованием дренажных выработок, проводимых (поддерживаемых) по пласту или по породе параллельно вентиляционному штреку.

Втех случаях, когда при интенсивной разработке газоносных пластов значительное количество метана выделяется из отбитого угля, применяются схемы выемочных участков с отводом выделяющегося из отбитого угля метана по конвейерному штреку в специальные диагональные или наклонные выработки мимо очистного забоя.

При щитовых системах разработки необходимо применять нисходящее проветривание.

На весьма газообильных участках следует использовать комплексные схемы вентиляции, предусматривающие бурение скважин из дренажных

Вентиляция тупиковых выработок Схемы и способы вентиляции

Различают следующие основные схемы проветривания:

–сквозные, когда свежий воздух подается в тупиковую горную выработку

иудаляется из нее за счет работы вентиляторов главного проветривания с помощью специальных средств и приспособлений (рис. а, б, в, г);

–принудительные, когда проветривание тупиковой выработки осуществляется с помощью специальных побудителей тяги (рис. д, е, ж);

–комбинированные, когда проветривание организовано путем сочетания сквозной и принудительной схем (рис. з, и, к, л, м, н).

Сквозное проветривание горных выработок Продольные перегородки (рис. а) применяются тогда, когда к забою нужно

подать большое количество воздуха. В этом случае выработка делится продольной перегородкой на две части, по одной воздух подается к забою, по другой – удаляется.

Проветривание тупиковых забоев жесткими вентиляционными трубами, пропущенными через перемычки (рис. б, в, г), применяется в тех случаях, когда длина тупиковой выработки невелика.

Вентиляция протяженных выработок с помощью вспомогательных параллельных выработок (рис. з) применяются тогда, когда в забои следует подавать большое количество воздуха. Данный способ чаще всего применяют тогда, когда выработки проводят по полезному ископаемому или когда сквозную и вспомогательную выработки предусмотрено впоследствии использовать для каких-либо эксплуатационных целей.

Основным достоинством перечисленных способов подачи воздуха в тупиковые забои за счет общешахтной депрессии является непрерывность действия вентиляции в течение суток и отсутствие в выработке механических побудителей тяги, что улучшает санитарно-гигиенические условия труда (отсутствие шума) и повышает надежность и безопасность работ.

Принудительное проветривание горных выработок Наибольшее распространение на практике получило принудительное

проветривание.

Нагнетательный способ проветривания с механическим побудителем тяги (рис. д) заключается в том, что свежий воздух подается вентилятором из сквозной выработки в тупиковую по вентиляционным трубам.

Правила безопасности требуют, чтобы конец трубопровода располагался от забоя на расстоянии не более 8 м на газовых шахтах и рудниках 12 и 10 соответственно – на негазовых.

Всасывающий способ проветривания (рис. е) может применяться в тех случаях, когда выработку проводят по горному массиву, не содержащему горючих и ядовитых газов.

а

г б в

д

з

Рис. Основные схемы проветривания тупиковых выработок

Призабойная зона и зона отброса газов хорошо проветривается, если конец всасывающего трубопровода будет отстоять от забоя на расстоянии

lвс =0,5 S , а максимальное расстояние удаления трубы от забоя не должно

превышать lвс =3 S , где S – площадь поперечного сечения выработки.

Комбинированный способ проветривания чаще всего применяется при скоростной проходке на негазовых шахтах и рудниках. Его преимущество заключается в том, что в нем сочетаются положительные стороны нагнетательного (активное перемешивание газов в призабойной зоне) и всасывающего (ограниченный объем проветривания) способов. Комбинированный способ проветривания осуществляется либо двумя вентиляторами (рис. ж), либо одним. Подача нагнетательного вентилятора должна быть на 20-30 % меньше расхода воздуха, который поступает во всасывающий трубопровод.

Подсчет общерудничного количества воздуха Определение необходимого и достаточного количества воздуха для

проветривания рудника представляет весьма трудную задачу, что вызывается: недостаточной изученностью газовыделений, а также процессов разбавления и удаления различных газов и пыли из подземных выработок; трудностью установления ожидаемых утечек воздуха, особенно на металлических рудниках, где они изучены пока недостаточно.

На металлических рудниках подсчет количества воздуха усложняется особенностями их проветривания – переменной во времени потребностью в воздухе. Проветривание рабочих пространств на рудниках существенно отличается от проветривания очистных забоев в каменноугольных шахтах. На шахтах, несмотря на чередование различных по газоотдаче операций в очистных забоях и переменное по интенсивности выделение газа из выработанного пространства, общее количество выделяющегося газа остается в течение суток более или менее постоянным. При этом нет оснований изменять объем подаваемого в шахту количества воздуха. На металлических рудниках потребность в воздухе резко меняется: от минимальных (в промежутки между взрыванием шпуров) до максимальной (во время удаления из выработок ядовитых газов после взрывания шпуров обычно в конце смены, а при массовых взрывах – в конце недели). В результате расчетное количество воздуха на угольных шахтах остается для определенного периода времени постоянным.

На металлических рудниках, где добычу ведут в основном взрывными работами, предусматривается два, а иногда и больше режимов проветривания. В Правилах безопасности отражены все основные моменты, от которых зависит количество подаваемого воздуха, а потому, казалось бы, этот объем может быть определен с достаточной точностью. Однако практика показывает, что потребное количество воздуха может быть установлено достаточно точно только для уже работающих рудников и шахт. Для проектируемых шахт и рудников весь расчет может иметь в отдельных случаях только ориентировочный характер. Известны следующие способы расчета потребного