Вентиляционные сети. Основные виды соединения горных выработок.

 

Проветривание шахты осуществляется путем создания воздушного потока в сети горных выработок. Принятое направление воздушных потоков в сети определяют схему проветривания шахты и отдельных ее участков. В шахтную вентиляционную сеть входят горные выработки и сооружения, по которым движется воздух, а так же выработки, вентиляционное сооружение и вентиляционное пространство, через которое просачивается воздух в таком количестве, которое оказывает влияние на проветривание шахты. Направление воздушных потоков осуществляется с помощью вентиляционных сооружений (вентиляторы, перемычки, двери, трубопроводы и др.).

Схема шахтной сети может быть открытой и замкнутой. Замыкание аэродинамической схемы осуществляется атмосферой на поверхности.

а – открытая, б – замкнутая

 

Рисунок 1 – Аэродинамические схемы вентиляционной сети

 

Шахтная вентиляционная схема представляет собой замкнутый связной граф. В теории графов приняты следующие понятия (см. рисунок 1):

- узел – место соединения трех или нескольких выработок (точки 2, 3, 5, 6, 7, 8);

- ветвь – отдельная выработка или (или несколько последовательно соединенных выработок), соединяющая два узла;

- маршрут – путь в сети, включающий неповторяющиеся ветви;

- контур – замкнутый путь в сети, включающий неповторяющиеся ветви;

- элементарная ячейка – часть сети, которая не пересекается с ветвями.

В зависимости от способа связи горных выработок различают вентиляционные сети неразветвленные и разветвленные (см. рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Аэродинамическая схема неразветвленной и разветвленной вентиляционных сетей

 

Неразветвленная вентиляционная сеть состоит из одного контура последовательно соединенных горных выработок. Разветвленные вентиляционные сети делятся па параллельные и диагональные. Простая параллельная сеть состоит из двух узлов и не менее двух ветвей, соединяющих эти узлы. Сложные параллельные сети образуются из последовательно и параллельно соединенных ветвей. Все разветвленные непараллельные сети называются диагональными.

 

9. Основные законы движения воздуха в шахтных вентиляционных сетях. Методы расчета вентиляционных сетей. Расчет последовательного, параллельного, диагональ­ного соединения. Расчет вентиляционных сетей на ЭВМ.

 

     При движении воздуха в шахтных вентиляционных сетях действуют следующие законы:

     - закон сопротивления в ветвях;

     - закон сопротивления массы воздушных потоков в узлах;

- закон сохранения механической энергии воздушных потоков в контурах.

Вследствие изменения температуры, давления и влажности в шахте воздуха изменяется и плотность воздуха.

Переменная плотность шахтного воздуха оказывает влияние на дебит воздушных потоков, аэродинамическое сопротивление ветвей и депрессию вентиляторов, которые выражаются через стандартную плотность воздуха ρ_с = idem в виде

Q = ;

R = ;

h = ,

где Q_c, R_c, h_c – дебит, аэродинамическое сопротивление, депрессия, соответствующая стандартной плотности воздуха.

На основании выше приведенных зависимостей можно вывести первый и второй законы вентиляционных сетей, описывающие движение в вентиляционных сетях с переменной плотностью воздуха

;

,

где j – номер узла;

I – номер ветви;

Q – объемный дебит воздушного потока, м³/с;

h_в – депрессия вентилятора, Па;

R – аэродинамическое сопротивление ветви, Н·с²/м⁸;

 h_е – депрессия естественной тяги в контуре, Па;

ε – коэффициент направления воздушного потока;

z – геодезическая высота ветви.

Расчет шахтной вентиляционной сети сводиться к определению распределения воздуха в сети, рабочего режима вентиляторов, общего аэродинамического сопротивления сети, аэродинамического сопротивления регуляторов в сети естественной тяги. Для этого на основании первого закона составляется независимое узловое уравнение для произвольно выбранных узлов, а в соответствии со вторым законом – независимых контурных уравнений, соответствующих тому же числу произвольно выбранных независимых контуров в сети. Таким образом, составляется m независимых уравнений, которое взаимно связывают такое число дебитов вентиляционных потоков, аэродинамических сопротивлений сетей, средних плотностей воздуха в ветвях и q вентиляторных напорных характеристик. Общее число параметров равно       3m + q.

Неразветвленная вентиляционная сеть состоит из одной ветви m = 1, одного контура к = 1 и не имеет вентиляционных узлов n = 0. Основная ветвь составлена из последовательно соединенных горных выработок, которые соединяют ее на j вспомогательных ветвей с  i вспомогательными узлами. Расход воздуха в основной ветви постоянный, т.е. Q = idem. Депрессия в сети составляет

h = R_обQ².

Общее сопротивление последовательно соединенных участков равно сумме сопротивлений этих выработок

R_об = .

Простая параллельная вентиляционная сеть имеет m – 1 вентиляционных ветвей, n узлов и к независимых контуров. Она описывается уравнениями

Q_об = Q₁ + Q2 + … + Q_м.

h = R_обQ_об².

Формулы для определения расхода воздуха в сетях и общего сопротивления сети

Q_j = ;

R_об = .

Для определения общего сопротивления сложной параллельной сети каждое простое параллельное соединяется условной ветвью с сопротивлением, определенным для простой параллельной сети. Затем определяют сопротивление вновь образованных последовательных соединений. Расчет повторяют до приведения сложной параллельной сети в одно последовательное соединение.

Определение общего расхода воздуха в сложной параллельной сети осуществляется в обратном порядке.

Движение воздуха в диагональных сетях может быть описано узловыми и контурными уравнениями.

Решение системы уравнений осуществляется с помощью приближенных или итеративных вычислений. Движение воздуха в наиболее простой диагональной сети тремя узловыми и тремя контурными уравнениями:

Q_об – Q₁ – Q₄ = 0;

Q₄ – Q₂ – Q₃ = 0;

Q₅ – Q₁ + Q₂ = 0;

R₁Q²₁ + R₅Q²₅ = h;

R₂Q²₂ + R₅Q²₅ – R₃Q²₃ = 0;

R₂Q²₂ + R₄Q²₄ – R₁Q²₁ = 0.

Для приближенного решения нелинейных алгебраических уравнений, описывающих движение и распределение воздуха в шахтных вентиляционных сетях, применяют метод прямого итеративного вычисления воздухораспределения (метод Андрияшева-Кросса), метод линеаризации контурных уравнений (метод Ньютона) и принцип минимизации мощности вентиляционных потоков. Решение осуществляется при заданных вентиляционной сети, аэродинамическом сопротивлении ветвей и напорной характеристике вентиляторов.

 

10. Работа вентиляторов на шахтную сеть. Работа одного вентилятора. Последовательная, параллельная совмест­ная работа вентиляторов. Совместная работа вентиля­тора и естественной тяги. Устойчивость совместной работы.

 

       Вентилятором называется механическая установка, создающая разность давлений на входе в вентиляционную сеть и выходе из нее.       Все выпускающиеся для горной отрасли вентиляторы относятся по конструкции к так называемым « лопастным нагнетателям». В вентиляторах этого типа энергия вращающегося ротора преобразовывается в потенциальную и кинетическую, в свою очередь сообщаемые перемещаемому воздуху.     Лопастные вентиляторы в соответствии с характером движения воздуха в них и формы ротора (рабочего колеса) подразделяются на осевые и радиальные, последние более известны как центробежные.      Осевые вентиляторы. Осевой вентилятор состоит из рабочего колеса, на втулке которого закреплены профильные ( в форме крыла самолета) лопатки ; рабочее колесо вращается в цилиндрическом корпусе или, как его часто называют, кожухе. За рабочим колесом располагается спрямляющий аппарат  с неподвижными лопатками.     Вращающееся рабочее колесо с помощью лопаток передает энергию привода перемещаемому воздуху. Лопатки рабочих колес изготавливаются из стали или пластмасс ( для вентиляторов малых размеров).      Все основные параметры вентилятора связаны между собой через аэродинамическую схему этого вентилятора. Изменение производительности вентилятора приводит к изменению других параметров – депрессии, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия. Для успешного использования вентилятора в системе проветривания шахты необходимо четко представлять эту связь параметров. С этой целью в теорию и практику применения вентиляторов введено понятие « характеристика вентилятора».       Режим работы одиночного вентилятора в сеть. Индивидуальная характеристика любого современного шахтного вентилятора представляет собой семейство частных характеристик, построенных на основе изменения скорости вращения рабочего колеса или угла поворота лопаток. Однако следует помнить, что после окончания регулировки, т.е. выбора конкретной величины скорости вращения и угла поворота лопаток, вентилятор работает на единственной напорной характеристике, соответствующей выбранным регулировочным параметрам.     Вентилятор при его эксплуатации работает на определенную вентиляционную сеть. Следуя законам аэродинамики, любую сеть можно представить выражениемH = RQ² ,        где R – аэродинамическое сопротивление сети, Нс /м .        Это выражение представляет собой общий вид характеристики сети. Характеристика сети может быть построена в осях H –Q, если известна величина аэродинамического сопротивления этой сети. Характеристика сети представляет собой параболу, проходящую через начало координат.Режимом работы сети называется точка на ее характеристике с координатами, представляющими собойрасход воздуха в сети и депрессию, необходимую для обеспечения этого расхода.         Если обе характеристики (вентилятора и сети ) построить в одном масштабе в системе координат, при соответствии параметров сети возможностям вентилятора, появится точка А (возможно не одна) пересечения этих характеристик.          Поскольку эта точка одновременно является и режимом работы вентилятора и режимом работы сети, она получила название – режим работы вентилятора на сеть.        В горной отрасли часто практикуется совместная работа двух или нескольких вентиляторов на вентиляционную сеть шахты.             При проектировании системы вентиляции для обеспечения предприятия воздухом предусматривается, как правило, один вентилятор, но по мере работы шахты может возникнуть необходимость изменения основных параметров вентиляции, и выясняется, что эти новые параметры не могут быть обеспечены одним вентилятором. В таком случае задача решается включением в систему проветривания дополнительного вентилятора. Необходимость в этом может возникнуть при реконструкции шахты, при введении в технологическую схему новых стволов или других выработок, при переходе горных работ на более глубокие горизонты, при возрастании депрессии и потребностей в воздухе.       Совместная работа вентиляторов на шахтную сеть может быть последовательной, параллельной и комбинированной. При комбинированной работе некоторые вентиляторы могут находиться в подземных выработках, чаще всего они выполняют роль вспомогательных.        Выбор варианта совместной работы диктуется необходимостью получения в результате тех или иных параметров по количеству воздуха и давлению.         При последовательной работе через оба вентилятора идет один и тот же воздух, таким образом, их производительности равны, а депрессия сети складывается из парциальных депрессий вентиляторовQ В₁ = Q В₂ , H Ш = H В₁ + H В₂ .           Параллельная совместная работа характеризуется тем, что вентиляторы развивают одинаковую депрессию, а количество воздуха в сети равно сумме их парциальных производительностейQ Ш = Q В₁ + Q В₂ ,H В₁ = H В₂ .       Расчет вентиляционного режима выработок, выбор и регулирование режимов совместной работы вентиляторов представляют известные трудности. Это приводит к тому, что во многих случаях на практике вентиляторы работают либо в неустойчивом режиме, либо с чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. Для предупреждения подобных ситуаций совместная работа вентиляторов может быть организована только после проведения предварительного анализа возможности такой работы и выявления необходимых регулировочных параметров, обеспечивающих ее рациональность.       В связи с отсутствием корректных аналитических описании напорных характеристик вентиляторов, в практике используются графические методы анализа совместной работы.       В зависимости от поставленной задачи, для анализа совместной работы вентиляторов могут применяться:       - метод суммарных характеристик вентиляторов;        - метод приведенных характеристик вентиляторов;        - метод активизированных характеристик сети.        Анализ последовательной совместной работы вентиляторов. Обычно последовательная работа вентиляторов на сеть применяется с целью повышения депрессии, создаваемой вентилятором, об эффективности последовательной работы судят по приросту депрессии от совместной работы по отношению к депрессии, создаваемой одним вентилятором.       Анализ последовательной совместной работы вентиляторов производится с использованием метода суммарных характеристик.         Последовательная совместная работа двух одинаковых вентиляторов всегда устойчива и дает положительный эффект.       Целесообразность такой работы возрастает с увеличением сопротивления сети, на которую работают вентиляторы. 

11. Регулирование распределения воздуха в вентиляцион­ной сети. Изменение режима работы главного вентиля­тора. Регулирование распределения воздуха увеличе­нием и уменьшением сопротивления ветвей. Техничес­кие средства регулирования.

Ведение горных работ вызывает непрерывное изменение аэродинамического сопротивления шахтной вентиляционной сети, вследствие увеличения протяженности выработок и уменьшения их площади поперечного сечения под воздействием горного давления. Изменяется выделение вредностей в шахтную атмосферу, так как с возрастанием глубины увеличивается газообильность и изменяется производительность добычных участков. Поэтому заданный режим проветривания обеспечивается путем изменения расхода воздуха без замены вентилятора главного проветривания или перераспределение его между участками, блоками, выработками.

Различают отрицательное и положительное регулирование. Ветвь, в которой расход уменьшается, называется ослабляемой. Ветвь, в которой расход воздуха увеличивается, называется усиливаемой. Регулирование, вызывающее увеличение вентиляционной сети, называется отрицательным. Регулирование, не вызывающее аэродинамического сопротивления, называется положительным. Уменьшение аэродинамического сопротивления обеспечивается увеличением площади поперечного сечения выработки и уменьшением шероховатости ее поверхности. Увеличение расхода воздуха в усиливаемой ветви достигается установкой вспомогательного вентилятора в ней, работающего через перемычку либо без нее.

Изменение общего количества, поступающего в шахту воздуха, может быть достигнуто либо изменением количества воздуха, на которое работает вентилятор, либо изменением производительности вентилятора. В последнем случае дебет вентилятора может быть увеличен или уменьшен путем изменения:

- угла установки лопаток рабочего колеса (осевого вентилятора);

- угла установки лопаток направляющего аппарата;

- угла поворота закрылков лопаток рабочего колеса (центробежные вентиляторы);

- частоты вращения рабочего колеса вентилятора.

Уменьшение аэродинамического сопротивления выработок – наиболее рациональный способ регулирования расхода воздуха, так как при этом увеличивается расход воздуха, поступающего в шахту, а потери воздуха в ослабляемой ветви меньше его притока в усиливаемой ветви. При положительном регулировании расход воздуха в усиливаемой ветви уменьшается с Q'₁ до  Q₁, а расход воздуха в ослабляемой ветви уменьшиться с Q'₂ до  Q₂. Нарушение естественного распределения воздуха в параллельных сетях нарушает равенство депрессии в них, т. е.

h₁ = RQ²₁ > h₂ = RQ²₂.

Уменьшить аэродинамическое сопротивление можно путем уменьшения коэффициент аэродинамического сопротивления α.

Средства регулирования расхода воздуха в шахтах включают аппаратуру непрерывного контроля состава атмосферы, регуляторы и систему передачи информации, ее обработки и выдачу команды регуляторам. Распределение расхода воздуха возможно с помощью преграждающих и регулирующих устройств.

Отрицательными регуляторами являются вентиляционные окна, пластинчатые регуляторы, дверные проемы, регуляторы жалюзийного типа, воздушные завесы.

При положительном регулировании распределения расхода воздуха с помощью вентилятора, работающего без перемычки, чаще всего используют осевые вентиляторы, которые устанавливаются на почву в середине выработки или укрепляют под кровлей.

 

12. Вентиляция очистных выработок. Вентиляция тупиковых выработок при их проведении. Проветривание с помощью вентиляторов местного про­ветривания.

       При проведении подготовительных выработок со слоевой отработкой угольных пластов по второму и следующим слоям минимальная скорость воздуха в призабойных пространствах подготовительных выработок независимо от мощности оставшейся пачки угля и разности природной и остаточной метаноносности пласта должна составлять не менее 0,25 м/с. При проходке и углубке вертикальных стволов и шурфов, в тупиковых выработках негазовых шахт и в остальных выработках шахт всех категорий, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, - не менее 0,15 м/с. Минимальная скорость воздуха в камерах не регламентируется.

      Производство ремонтных работ в стволах и передвижение людей по лестничным отделениям разрешается при скорости воздуха не более 8 м/с.

При температуре воздуха ниже 16° скорость воздушной струи в призабойных пространствах очистных и тупиковых выработок, где ведутся работы, не должна превышать 0,75 м/с, если для удаления вредных газов не требуется большая скорость.

      Проветривание тупиковых выработок должно производиться с помощью вентилятора местного проветривания (ВМП) или за счет общешахтной депрессии.

       При проветривании за счет общешахтной депрессии и проведении выработок по пластам узким забоем должны проходиться параллельные выработки для исходящей струи воздуха, сбиваемые с основной выработкой через промежутки не более 30 м печами (просеками). По мере проведения новых печей (просеков) старые должны изолироваться постоянными перемычками, покрываемыми воздухонепроницаемыми составами.   Проветривание тупиков параллельных выработок (за последней печью) и сбоек между ними за счет общешахтной депрессии должно осуществляться с помощью жестких вентиляционных труб длиной не более 60 м.

      Из тупиковых выработок, находящихся в проходке, запрещается проведение новых тупиковых выработок, кроме тех, которые предназначены для ликвидации тупиков и сокращения их длины.

      ВМП должны работать непрерывно и управляться из диспетчерской шахты с помощью аппаратуры автоматического контроля и телеуправления ВМП. На негазовых шахтах обслуживание вентиляторов может осуществляться специально назначенными и соответственно обученными лицами (допускается совместительство).

      В случае остановки ВМП или нарушения вентиляции работы в тупиковой выработке должны быть прекращены, напряжение с электрооборудования автоматически снято и люди из нее немедленно выведены в проветриваемую выработку, а у устья тупиковой выработки должен быть установлен запрещающий знак. При этом в негазовых шахтах допускается не снимать напряжение с электрооборудования автоматизированных насосных установок. Возобновление работ разрешается после проветривания и обследования выработки инженерно-техническими работниками.

       В шахтах III категории и выше тупиковые выработки длиной более 100 м должны оборудоваться резервными ВМП с резервным электропитанием. Условия резервирования определяются Госгортехнадзором России. При проведении выработок по выбросоопасным угольным пластам или породам допускается в качестве резервных применять ВМП с пневматическим двигателем.

        Установка ВМП должна производиться по паспорту выемочного участка, проведения и крепления подземных выработок или специальному паспорту, утвержденному главным инженером шахты. ВМП, работающий на нагнетание, должен устанавливаться в выработке со свежей струей воздуха на расстоянии не менее 10 м от исходящей струи. Запрещается установка ВМП в очистных выработках, кроме случаев проведения обходных гезенков (печей) в зонах местных геологических нарушений при наличии выходов из очистных выработок в соответствии с требованиями _ 83, а также ближе 25 м от мест постоянного присутствия людей (погрузочные пункты, посадочные площадки и т.п.).

         Фактическая производительность ВМП не должна превышать 70% расхода воздуха в выработке в месте его установки. При установке в одной выработке нескольких вентиляторов, работающих на отдельные трубопроводы и расположенных один от другого на расстоянии менее 10 м, суммарная их производительность не должна превышать 70% расхода воздуха в выработке в месте установки первого вентилятора, считая по ходу струи. Если расстояние между вентиляторами более 10 м, то производительность каждого из вентиляторов не должна превышать 70% расхода воздуха в выработке в месте его установки. В шахтах, опасных по газу, запрещается проветривание двух и более выработок при помощи одного трубопровода с ответвлениями.

       Допускается установка ВМП в выработках с исходящей струей воздуха, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, при условии, что в месте установки вентилятора содержание метана не превышает 0,5%, состав воздуха соответствует требованиям п.201, а в шахтах III категории и выше контроль концентрации метана перед вентилятором осуществляется стационарной автоматической аппаратурой.

Запрещается установка ВМП с электрическими двигателями в выработках с исходящей струей воздуха на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа.

          У каждого вентилятора должна устанавливаться доска, на которую записываются фактический расход воздуха в выработке в месте установки вентилятора, фактическая производительность вентилятора, расчетный и фактический расход воздуха у забоя тупиковой выработки, максимально допускаемая длина тупиковой части выработки, проводимой при данной вентиляторной установке, время проветривания выработки после взрывных работ, дата заполнения и подпись лица, производившего запись на доску.

        При проведении или погашении вентиляционных выработок, примыкающих к очистным забоям, допускается установка ВМП с пневматическим двигателем в этих же выработках при соблюдении следующих условий:

       а) вентилятор должен быть установлен не ближе 15 м от забоя лавы, считая по ходу вентиляционной струи;

      б) длина тупиковой части выработки не должна превышать 30 м;

      в) состав воздуха в месте установки вентилятора должен соответствовать требованиям п.201, а содержание метана в исходящей из тупиковой части выработки струе не должно превышать 1%;

      г) должно быть исключено воспламенение метана при ударах и трении вращающихся частей о корпус вентилятора.

       Расстояние от конца вентиляционных труб до забоя в газовых шахтах не должно превышать 8 м, а в негазовых - 12 м. При проведении тупиковых выработок по углю с помощью комбайнов в газовых шахтах должны применяться аккумуляторы вентиляционных труб.

В конце гибких воздухопроводов должна навешиваться труба из жесткого материала длиной не менее 2 м или должны вставляться жесткие распорные кольца (не менее двух), обеспечивающие нормальное сечение выходного отверстия трубы. Гибкий воздухопровод должен подсоединяться к ВМП с помощью металлического переходного патрубка заводской конструкции.

     Запрещается проветривать за счет диффузии тупиковые выработки газовых шахт, исключая тупики длиной до 6 м.

      В газовых шахтах средства местного проветривания должны быть установлены до начала работ по проведению выработки.

       В негазовых шахтах допускается проветривание за счет диффузии тупиков длиной до 10 м.

        Стволы (шурфы) должны проветриваться на всю глубину в течение всего времени их строительства.

        Вентиляторные установки для проветривания стволов должны находиться на поверхности не ближе 20 м от стволов и работать непрерывно.

В холодный период года воздух, поступающий в ствол, должен подогреваться до температуры не ниже +2°С. При проходке стволов в зоне многолетней мерзлоты температура подогрева воздуха в холодный период года устанавливается проектом производства работ.

      Для проветривания вертикальных стволов (шурфов) должны применяться трубы из жесткого материала. Допускается навешивать гибкую вентиляционную трубу у забоя ствола (шурфа), а также применять такие трубы при углубке стволов с действующих горизонтов на высоту одного этажа.

Расстояние от конца вентиляционных труб до забоя ствола (шурфа) должно быть не более 15 м, а во время погрузки грейфером - 20 м. Трубы должны подвешиваться на канатах и крепиться жестко к крепи (армировке) ствола (шурфа).

         В период строительства шахт до сбойки стволов при проветривании околоствольных выработок применение воздухозаборных камер допускается территориальным органом Госгортехнадзора России.

 

13. Проектирование проветривания подготовительных вы­работок.

 

       При проектировании и эксплуатации вентиляторных установок должны предусматриваться специальные меры по предупреждению обмерзания проточной части вентиляторов, каналов и переключающих устройств, а также меры по предупреждению попадания в проточную часть вентиляторной установки частиц горной массы (штыба) и воды. Вентиляционные каналы не должны загромождаться посторонними предметами и должны очищаться от пыли в порядке, утвержденном Госгортехнадзором России. Вентиляционные каналы должны иметь оборудованный шлюзом выход на поверхность.

      В канале вентиляторной установки у места сопряжения со стволом (шурфом, скважиной) и перед колесом вентилятора должны устанавливаться ограждающие решетки высотой не менее 1,5 м.

     Проверка реверсирования вентиляционной струи и реверсивных устройств производится в порядке, утвержденном Госгортехнадзором России.

200. Проветривание шахт должно быть организовано таким образом, чтобы состав, скорость и температура воздуха в действующих горных выработках соответствовали требованиям Правил.

      Проветривание шахт должно вестись в соответствии с проектами, выполненными и утвержденными в установленном порядке. Запрещается ведение горных работ с расходами воздуха не соответствующими расчетным.

      Проветривание подземных выработок должно производиться при помощи непрерывно действующих вентиляторных установок, расположенных на поверхности не ближе 20 м от устьев стволов, шурфов, штолен, скважин.

       Главные вентиляторные установки должны состоять не менее чем из двух вентиляторных агрегатов, один из которых резервный. В многоагрегатных вентиляторных установках допускается иметь один резервный вентиляторный агрегат при условии обеспечения автоматического ввода его в работу при остановке любого из рабочих вентиляторов. На многоагрегатных вентиляторных установках запрещается эксплуатация вентиляторов, отличающихся по производительности и действующему напору более чем на 10%.

       Расход (количество) воздуха для проветривания шахт должен определяться в соответствии с руководствами (инструкциями), утвержденными в установленном порядке.

      Расход воздуха, подаваемого в горные выработки, должен соответствовать расчетному.

      Содержание кислорода в воздухе выработок, в которых находятся или могут находиться люди, должно составлять не менее 20% (по объему).

       Содержание метана в рудничном воздухе должно соответствовать нормам, приведенным в таблице 1, а содержание диоксида углерода (углекислого газа) в рудничном воздухе на рабочих местах и в исходящих струях выемочных участков и тупиковых выработок не должно превышать 0,5%, в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и шахты в целом - 0,75%, при проведении и восстановлении выработок по завалу - 1%.

        Содержание водорода в зарядных камерах не должно превышать 0,5%. Концентрация вредных газов в воздухе действующих подземных выработок не должна быть выше предельно допустимой, приведенной в табл.3.1. В случае применения материалов или технологических процессов, при которых возможно выделение других вредных веществ, контроль за их содержанием должен осуществляться в соответствии с требованиями государственных стандартов.

 

Таблица 1

Вредные газы	Предельно допустимая концентрация газа в действующих выработках шахт
	% по объему	мг/м3
Оксид углерода (СО)	0,00170	20
Оксиды азота (в перерасчете на NO2)	0,00025	5
Диоксид азота (NO2)	0,00010	2
Сернистый ангидрид (SO2)	0,00038	10
Сероводород (H2S)	0,00070	10

 

 

      Перед допуском людей в выработку после взрывных работ содержание вредных газов, приведенных в табл.3.1, не должно превышать 0,008% по объему в пересчете на условный оксид углерода. Такое разжижение вредных газов должно достигаться не более чем за 30 мин после взрывания зарядов.

      При проверке достаточности разжижения вредных продуктов взрыва 1 л диоксида азота следует принимать эквивалентным 6,5 л оксида углерода.

     При несоответствии состава воздуха в выработках нормам, приведенным выше, работы должны быть остановлены и люди выведены на свежую струю. Об этом следует немедленно сообщить горному диспетчеру. Одновременно должны быть приняты меры по улучшению качества воздуха.

     На негазовых шахтах при остановке главных или вспомогательных вентиляторных установок продолжительностью более 30 мин люди должны быть выведены в выработки со свежей струей. Возобновление работ разрешается техническим руководителем эксплуатирующей организации после проветривания и обследования очистных и тупиковых выработок инженерно-техническими работниками.

      Газообильность шахт по метану и углекислому газу должна определяться в порядке, утвержденном Госгортехнадзором России.

     Скорость воздуха в горных выработках не должна превышать установленных норм.  При этом средняя скорость воздуха в призабойных пространствах очистных и подготовительных выработок шахт всех категорий по газу должна быть не менее 0,25 м/с, за исключением подготовительных выработок газовых шахт с проектной длиной 75 м и более, проводимых по угольным пластам мощностью 2 м и более, при разности между природной и остаточной метаноносностью пласта на участке проведения выработки 5 м³/т и выше, где минимальная скорость должна составлять 0,5 м/с.205. Скорость воздуха в горных выработках не должна превышать величин, приведенных в табл.3.2. При этом средняя скорость воздуха в призабойных пространствах очистных и подготовительных выработок шахт всех категорий по газу должна быть не менее 0,25 м/с, за исключением подготовительных выработок газовых шахт с проектной длиной.

           

 

14. Способы проветривания. Расчет количества воздуха по ВГ, по людям, по пыли. Расчет произво­дительности вентилятора.

       Порядок проветривания всех выработок шахты определяется вентиляционным планом, который составляется не реже одного раза в полугодие. Все изменения в положении выработок, вентиляционных дверей, перемычек, окон, кроссингов, вентиляторов местного проветривания в направлении движения и количестве по выработкам воздуха отмечаются на вентиляционном плане в течение суток.

       В зависимости от направления подачи воздуха вентиляторами главного проветривания различают три способа проветривания :

      - всасывающий;

      - нагнетательный;

       - комбинированный.

       Схемы проветривания:

       - центральная;

       - фланговая.

        В качестве главных вентиляторов на шахтах применяют осевые и центробежные вентиляторы.

         Подаваемый в шахту и далее к очистным и подготовительным забоям рудничный воздух, называют - свежей струей.

         Рудничный воздух, движущийся из забоев на поверхность - исходящей струей.

        Количество воздуха, необходимое для проветривания подготовительных и очистных выработок, рассчитывается по выделению метана, углекислого газа и газов образующихся при взрывных работах, а также по наибольшему числу людей, одновременно работающих в смене, ( не менее 6 м³/ мин ) на каждого человека.

      Очистные забои проветривают за счет общешахтной депрессии, создаваемой вентиляторами главного проветривания.

      Свежая струя, как правило, поступает в лаву по откаточному штреку и направляется по вентиляционному штреку к общей исходящей струе шахты.

        Подготовительные или тупиковые горные выработки проветривают за счет общешахтной депрессии, или с помощью вентиляторов местного проветривания (ВМП). При выключении ВМП или нарушении проветривания забоя, автоматически отключается электроэнергия, подаваемая к механизмам в забои.

Расход количества воздуха определяют по природному газовыделению, расходу ВВ, числу работающих людей минимальной скорости движения воздуха и тепловому фактору.

Для выработок, проводимых комбайнами, отбойными молотками и буровыми машинами, расход воздуха по фактору метановыделения, определяется по формулам, м³/мин:

- для проветривания призабойного пространства

Q_э = ;

- для проветривания всей выработки

Q_э = ,

где I_з – метановыделение из отбитого полезного ископаемого и обнаженных поверхностей выработки в призабойной зоне длиной 20м, м³/мин;

  I_в – полное метановыделение в выработку на всем ее протяжении, м³/мин;

   С_и и С_п – допустимая концентрация газа в исходящей и поступающей вентиляционных струях, %.

При проветривании выработок буровзрывным способом расход воздуха для проветривания призабойного пространства по фактору метановыделения, определяется по формуле, м³/мин:

Q_э = ,

где S_в – площадь сечения выработки, м²;

  I_max – максимальное метановыделение в призабойное пространство после отборки полезного ископаемого, м³/мин;

  ℓ_з = 8м – расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя;

  к_с – коэффициент использования струи.

Расход воздуха по пыли определяется по формуле, м³/мин

Q_з = 60ν_в.минS_в,

где ν_в.мин – минимально допустимая скорость движения воздуха, м/с.

Расход воздуха по максимальному числу людей, одновременно работающих в выработке, определяется, по формуле, м³/мин

Q = 6n,

где 6 – норма расхода воздуха на человека, м³/мин;

n – число людей.

Производительность отсасывающего вентилятора определяется по формуле, м³/мин

Q_от = ,

где к_ут – коэффициент, учитывающий утечки воздуха в отсасывающем трубопроводе;

V_п.ч. – объем, проветриваемой части камеры, равный произведению площади поперечного сечения на расстояние от забоя до всасывающего вентилятора;

t_п – температура приточного воздуха, ^оС.

 

 

15. Вентиляционные сооружения. Требования к ним. Спо­собы и средства обеспечения аэродинамического ка­чества вентиляционных сооружений.

       Для предупреждения короткого замыкания вентиляционных струй и обеспечения реверсирования должны устраиваться шлюзы, кроссинги и глухие перемычки. Конструкция шлюзов не должна допускать одновременного открывания дверей.

      Шлюзы, устанавливаемые в выработках, соединяющих стволы (подающий и вытяжной), а также предназначенные для предотвращения закорачивания вентиляционных струй, поступающих на крыло, панель, группу выемочных участков, должны сооружаться из негорючих материалов.

     Стволы, шурфы и другие выработки, оборудованные вентиляционными устройствами и предназначенные для передвижения людей и транспортирования грузов, должны шлюзы.

     Каждая перемычка в шлюзе должна иметь основные и реверсивные двери (ляды), открывающиеся в противоположные стороны.

Вентиляционные устройства должны выполняться в соответствии с типовым проектом.

     В шахтах III категории по газу и выше с пульта горного диспетчера или оператора аэрогазового контроля (АГК) должен осуществляться централизованный контроль за положением вентиляционных дверей в шлюзах, предназначенных для предупреждения закорачивания вентиляционных струй, поступающих на крыло, панель, группу выемочных участков. Система контроля за положением вентиляционных дверей на выемочных участках должна иметь блокировку со схемой энергоснабжения, препятствующей подаче электроэнергии на соответствующие объекты при закорачивании вентиляционных струй воздуха в шлюзах.

     Каждое вентиляционное сооружение должно иметь номер и доску, на которой указываются нормативные и фактические утечки воздуха.

Требование об устройстве реверсивных дверей (ляд) не распространяется на перемычки с автоматизированными вентиляционными дверями.

     При устройстве вентиляционных дверей расстояние от наиболее выступающей кромки подвижного состава до перекладин проема в перемычке должно быть не менее 0,5 м (за исключением дверей в выработках, оборудованных монорельсовыми и подвесными канатными дорогами), а до косяков - не менее 0,25 м.

    Перемычки с окнами для регулирования расхода воздуха могут быть дощатыми. При возведении перемычек, предназначенных для изоляции вентиляционных струй, необходимо производить оборку отслоившейся породы.

      При установке перемычек с одностворчатыми дверями в откаточных выработках следует предусматривать в тех же перемычках специальные двери для прохода людей шириной не менее 0,7 м. В проемах двухстворчатых дверей в однопутных выработках, если в перемычке нет специальной двери для прохода людей, зазор между косяком и выступающей кромкой подвижного состава с одной из сторон должен составлять 0,7 м. Это требование не распространяется на автоматизированные шлюзовые устройства.

      При депрессии шлюзов 50 даПа и более вентиляционные двери должны быть снабжены устройством, облегчающим их открывание.

Все вентиляционные двери (в том числе и реверсивные) должны быть самозакрывающимися и постоянно закрытыми. В выработках с интенсивной откаткой (6 и более составов в смену) двери (ляды) для пропуска составов должны открываться и закрываться автоматически или дистанционно.

     Запрещается установка вентиляционных сооружений с дверями на участках наклонных выработок, оборудованных рельсовым и монорельсовым транспортом, подвесными канатными дорогами и транспортными средствами.

       Вентиляционные сооружения, установленные ниже участков выработок, по которым производится откатка, должны быть защищены барьерами.

Исправность автоматических дверей должна проверяться ежесуточно инженерно-техническими работниками участка ВТБ или специально назначенными лицами.

      Вспомогательные вентиляторные установки должны обеспечивать реверсирование вентиляционной струи в том случае, когда это предусмотрено планом ликвидации аварий.

       Перевод вентиляторных установок на реверсивный режим должен выполняться не более чем за 10 мин.

Расход воздуха, проходящего по выработкам в реверсивном режиме проветривания, должен составлять не менее 60% от расхода воздуха, проходящего по ним в нормальном режиме.

       Исправность действия реверсивных, переключающих и герметизирующих устройств должна проверяться главным механиком шахты и начальником участка ВТБ не реже одного раза в месяц. Результаты проверок фиксируются в порядке, утвержденном Госгортехнадзором России.

      На всех шахтах не реже двух раз в год (летом и зимой), а также при изменении схемы проветривания и замене вентиляторов, должно производиться реверсирование вентиляционной струи в выработках в соответствии с планом ликвидации аварий. При этом в течение периода работы в реверсивном режиме содержание метана в выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии (компрессии), не должно превышать 2%.

       Вентиляторы на газовых шахтах и на вновь вводимых и реконструируемых вентиляторных установках должны быть одного типоразмера и одинаковой производительности.

     На негазовых шахтах главные вентиляторные установки могут состоять из одного агрегата с резервным электроприводом.

      Если на действующих шахтах резервный вентилятор имеет меньшую подачу чем основной, то техническим руководителем эксплуатирующей организации должен быть утвержден режим работы шахты на случай проветривания резервным вентилятором.

       На всех газовых шахтах вентиляторы главного проветривания должны иметь надежность электроснабжения по первой категории (с АВР). При этом должен быть 100-процентный резерв источника питания для собственных нужд.

       Вентиляторы должны быть оборудованы тормозными или стопорными устройствами, препятствующими самопроизвольному вращению рабочего ротора вентилятора.

 

 

16. Пылевентиляционная служба. Контроль скорости и количества возду­ха. Депрессионная съемка. Автоматизация вентиляции шахт.

Вентиляция шахты обеспечивается вентиляционной службой шахты, в задачи которой входит контроль правильности распределения воздуха по выработкам и соблюдения норм подачи воздуха на участки потребления, контроль качественного состава воздуха, проведение воздушных и депрессионных съёмок, ремонт вентиляционных выработок и сооружений. Для повышения эффективности и надёжности вентиляции шахты осуществляют автоматизацию управления на основе дистанционного контроля параметров вентиляции шахты, применяют ЭВМ.

       Одна из проблем вентиляции шахты — утечки воздуха, которые происходят через вентиляционные сооружения в шахте и на поверхности, обрушенные породы, нарушенные целики. Они уменьшают поступление воздуха к участкам потребления, могут вызвать нарушение вентиляции шахты. Для компенсации утечек увеличивают подачу воздуха в шахту. Борьба с ними ведётся герметизацией вентиляционных сооружений, изоляцией выработанных пространств, использованием полевых выработок, рациональных схем вентиляции, снижением общешахтной депрессии. Важная задача вентиляции шахты — обеспечение безопасности людей при авариях (пожарах, взрывах газа и пыли, внезапных выбросах угля и газа) и их ликвидации. Требования к вентиляции шахты при авариях: предупреждение распространения ядовитых газов по шахте; быстрое и надёжное реверсирование вентиляционных струй; предупреждение образования опасных концентраций взрывчатых газов и др. Режимы вентиляции шахты при авариях: нормальная вентиляция; уменьшение или увеличение расхода воздуха; прекращение вентиляции; реверсирование.

         Служба депрессионных производит воздушно-депрессионные съемки (ВДС) в обычных и аварийных условиях, разрабатывая рекомендации по улучшению проветривания шахт и обеспечиванию устойчивой вентиляции при авариях. По мере необходимости служба воздушно-депрессионных съемок выполняет работы по решению вентиляционных задач перспективного развития или объединения вентиляционных систем шахт. По результатам ВДС вносятся сущуственные изменения в проекты проветривания рудниковых шахт.

     В настоящее время проведение воздушно-депрессионных съемок (ВДС) в обычных и аварийных условиях (как того требует ЕПБ) производится с помощью компьютерных программ, что позволяет сэкономить время и повысить надежность и качество решений по эксплуатации вентиляционных систем.
      Для правильного прогнозирования аварийных ситуаций при пожарах на шахтах проводится ВДС в нормальном режиме, в результате которой будет точно установлено распределение воздуха и депрессий в вентиляционной системе, а также рассчитано аэродинамическое сопротивление горных выработок и их связей с поверхностью через обрушение. С этой же целью проводится расчет тепловых депрессий. Как показывает опыт, только моделирование шахтной вентиляционной системы и компьютерные решения, могут гарантировать достоверность данных, ожидаемых в аварийных ситуациях.
     По мере необходимости СВДС решаются задачи перспективного развития или объединения вентиляционных систем шахт. Иногда по результатам ВДС вносятся существенные изменения в проекты проветривания рудников.
    Основные обязанности службы депрессионных съемок:
   -проводят депрессионную съемку;
    -проводят анемометрическую съемку;
    -обследуют работу главных вентиляционных установок и проводят работы по снятию действительных аэродинамических характеристик;
     -обрабатывают аэродинамические и другие замеры, полученные при выполнении работ по депрессионно-анемометрической съемке и обследованию главных вентиляционных установок, а также определяют естественную тягу в шахте;
      -производят расчет потребного количества воздуха для проветривания
      -на основании составленной расчетной схемы (математической модели) производят решения вентиляционных задач по перспективному проветриванию рудника;
     -производят анализ всех выполненных работ и делают необходимые выводы
     -разрабатывают рекомендации по улучшению проветривания горных выработок

Автоматизация вентиляции шахт предназначена для непрерывного измерения параметров состояния промышленных и горно-технологических объектов, в том числе параметров шахтной атмосферы и микроклимата, состояния горного массива, состояния основного и вспомогательного технологического оборудования, осуществления местного и централизованного диспетчерского ручного, автоматизированного и автоматического управления оборудованием, обмена информацией с диспетчерским пунктом, обработки информации, ее отображения и хранения. Область применения - подземные выработки шахт и рудников, в том числе опасные по газу, пыли и внезапным выбросам.

         Функциональное назначение автоматизации шахт  определяется совокупностью контролируемых и управляемых параметров, алгоритмами обработки информации, назначением, количеством и расположением средств сбора информации, устройств сигнализации, исполнительных устройств.

       Требования к системе автоматизации проветриванием горных выработок метанообильных шахт следующие:

      - контроль и анализ текущих значений основных параметров рудничной атмосферы и режима проветривания в соответствии с требованиями правил безопасности в угольных шахтах;

      - формирование управляющих воздействий на технологические установки системы проветривания по результатам анализа текущего состояния руд-ничной атмосферы и режима проветривания шахты;

     - отображение информации о состоянии аэрогазовой обстановки в шахте и режима проветривания;

      - выработку предупреждающих сообщений об аварийной ситуации проветривания и отказах технических средств автоматизации.

17. Выбор и обоснование способа проветривания. Нагнета­тельный способ проветривания условия и способ при­менения. Всасывающий способ и нагнетательно-всасывающий. Преимущества и недостатки.

      Для обеспечения движения воздуха по горным выработкам в данном направлении и с требуемой интенсивностью необходимо создать определенный перепад давления воздуха на пути его движения. В зависимости от способа создания необходимого перепада давления воздуха различают нагнетательный, всасывающий и нагнетательновсасывающий (комбинированный) способы вентиляции.

     Нагнетательный способ вентиляции состоит в том, что перепад давления в шахте создается путем повышения давления воздуха вентилятором в воздухоподающем стволе. За счет механической энергии вентилятора нормальное атмосферное давление воздуха р_а увеличивается на выходе из вентилятора до величины р₁, а в устье ствола, отводящего воздух на поверхность, оно остается равным атмосферному. Таким образом, в выработке.

     Достоинства нагнетательного способа - возможность применения одной вентиляторной установки (при наличии разветвлений вентиляционной сети), располагаемой, как правило, в центре шахтного поля ведения горных работ без общего вентиляционного горизонта, высокая устойчивость работы главного вентилятора, удобство регулирования распределения расхода воздуха в сети и управления вентиляционными режимами при авариях, длительный срок службы вентилятора, отсутствие подсосов воздуха через обрушенные породы.

       Недостатки нагнетательного способа — необходимость устройства герметичного надшахтного здания и воздухоподающего ствола, а также установки мощного главного вентилятора с большим диапазоном регулирования расхода воздуха и депрессии, возможность загазования выработок и возникновения взрывоопасной среды при аварийной остановке вентилятора в газовых шахтах.

        При всасывающем способе вентиляции необходимый для движения воздуха перепад давления создается путем разрежения воздуха вентилятором в устье ствола, отводящего воздух. За счет механической работы вентилятора давление воздуха в устье ствола уменьшается до значения, меньшего нормального атмосферного давления.

      Нагнетательно-всасывающий способ вентиляции заключается в том, что в одной части выработок шахты нагнетательным вентилятором создается избыточное давление воздуха, а в другой части всасывающим вентилятором - разрежение. Депрессия шахты, создаваемая нагнетательным и всасывающим вентиляторами, определяется по формуле:

      При нагнетательно-всасывающем способе вентиляции в шахте имеется область, в которой давление воздуха равно нормальному атмосферному давлению. Между этой областью и дневной поверхностью перепад давления равен нулю, что даже при наличии каналов для прохода воздуха исключает его движение. Поэтому нагнетательно-всасывающий способ применяется в случаях, когда необходимо ликвидировать или уменьшить утечки или подсосы воздуха через выработанное пространство и трещины. Способ позволяет распределить общешахтную депрессию на два последовательно работающих вентилятора, устанавливаемых в воздухоподающем и воздухоотводящем стволах. Несмотря на то, что способ дает возможность получать высокие перепады давления на пути движения воздуха, аэродинамическая связь выработок с дневной поверхностью уменьшается, что является несомненным преимуществом по сравнению с нагнетательным и всасывающим способами вентиляции. Однако при наличии нескольких всасывающих вентиляторов и разбросанности горных работ возникают трудности в управлении проветриванием. Способ применяется на шахтах при значительной протяженности горных выработок и разработке самовозгорающихся углей и руд.

      Выбор способа проветривания шахты должен производиться на основе технико-экономического сравнения.

      В качестве основного способа проветривания при проектировании вентиляции газовых шахт рекомендуется всасывающий.

Нагнетательный способ проветривания можно применять на негазовых шахтах и на газовых — при метанообильности шахты не более 10м³/т, при отработке первого горизонта и на шахтах, имеющих аэродинамическую связь горных выработок и выработанных пространств с поверхностью при фланговых схемах проветривания.

     При проектировании новых шахт следует, как правило, отказываться от установки вентиляторов главного проветривания у скиповых стволов.

В случае установки вентиляторов на скиповых стволах должны быть разработаны специальные мероприятия по герметизации надшахтных зданий, улавливанию пыли в них, механизации очистки каналов от пыли, автоматизации контроля заполнения бункеров углем.

 

 

а) – нагнетательная; б) всасывающая

1 – вентиляция, 2 – трубопровод; 3 – сквозная выработка; 4 – тупиковая выработка

 

Способы проветривания  шахт

18. Выбор и обосно­вание схемы проветривания. Существующие схемы вен­тиляции.

    В пылевой вентиляции различают центральную, фланговую и комбинированную (центрально-фланговую) Комбинированная схема включает различные варианты центральной и фланговой схем.

Проветривание шахты характеризуется количеством подаваемого в шахту воздуха и величиной депрессии вентилятора. Необходимое количество воздуха определяется из условий: разбавления до допустимых норм метана, углекислого газа и газов, образующихся при взрывных работах; обеспечения работающих в шахте достаточным количеством чистого воздуха; снижения до санитарных норм содержания пыли в горных выработках. В результате этих расчётов принимается наибольшее количество воздуха с учётом величины утечек через герметизирующие устройства, выработанное пространство и разделительные вентиляционные устройства (кроссинги, перемычки и др.).

Рассчитанное по этим факторам количество воздуха проверяется по минимально и максимально допустимым скоростям его движения, исходя из требований температурных условий работы, удаления вредных газов и пыли из действующих выработок, а также предупреждения пылеобразования.

Тупиковые горные выработки могут проветриваться местными вентиляторами путём нагнетания чистого воздуха в призабойное пространство по воздухопроводу (нагнетательный способ), отсасывание из призабойного пространства загрязненного воздуха (всасывающий способ) или сочетания нагнетания чистого и отсасывания загрязнённого воздуха.

       Схема проветривания шахты может быть единой или секционной. При секционной схеме проветривания все шахтное поле разделяется на отдельные обособленно проветриваемые части-секции (блоки). Эта схема рекомендуется для глубоких газообильных шахт с большой производственной мощностью и значительными размерами шахтного поля. Экономическая целесообразность ее применения в каждом конкретном случае определяется технико-экономическим анализом.

     Наиболее рациональна фланговая схема проветривания. Ее применение позволяет уменьшить депрессию шахты, внешние и внутренние утечки воздуха. Она должна быть основной для абсолютного большинства угольных шахт, особенно при больших размерах шахтных полей по простиранию и при разработке газоносных, склонных к самовозгоранию угольных пластов.

     Центральная схема проветривания может применяться лишь при небольшой длине шахтного поля (как правило, до 2 км), метанообильности до 15 м³/т и производственной мощности не более 2000 т/сутки.

     Комбинированная схема рекомендуется при проектировании вентиляции реконструируемых шахт.

    В каждом конкретном случае выбор способа и схемы проветривания шахты следует производить на основе технико-экономических расчетов одновременно с выбором схемы вскрытия, способа подготовки, системы разработки и порядка отработки пластов в свите.

      При выборе  схемы проветривания шахты необходимо обеспечить:

     - устойчивый режим проветривания на весь период эксплуатации шахты;

     - минимальное число вентиляционных сооружений в целях снижения утечек воздуха и повышения надежности вентиляции;

     - обособленное проветривание главных транспортных выработок, оборудованных ленточными конвейерами, или использование их для отвода исходящих вентиляционных струй.

а) центральная; б) фланговая

1- вентилятор, 2 – очистные забои

 

Схемы вентиляции шахт

19. Условия и область применения центральной, фланговой схемы проветривания. Требования устойчивости схем вентиляции и их обеспечение. (Классификация систем)проветривания.

        Центральные схемы проветривания шахты характеризуются расположением воздухопадающего ствола в центре шахтного поля (рисунок 2, а, б, в, г). Свежий воздух поступает в шахту по одному из стволов, разветвляется на крылья шахты и по откаточным штрекам направляется к флангам крыльев и, дойдя до очистных забоев, проветривает их. Из очистных забоев воздух выходит в вентиляционные выработки (штреки), по которым в обратном направлении движется по второму стволу, по которому выдаётся на поверхность земли. Центральные схемы применяются на угольных и рудных шахтах при разработке пластов, не опасных по самовозгоранию, и при длине шахтного поля по простиранию не более 4000 м.

     Центральные схемы подразделяются на: центрально - сдвоенные всасывающие; центрально - сдвоенные нагнетательные; центрально - отнесенные всасывающие; центрально - отнесённые нагнетательные. Центрально-сдвоенные схемы применяются при значительной глубине разработке (более 200м),оба ствола располагают примерно в центре шахтного поля, расстояние между стволами составляет 25-100м.Центрально-отнесённые схемы применяют при отработке верхней части месторождения; стволы располагают на значительном расстоянии друг от друга. Так как при центральных схемах воздух движется по параллельным выработкам, но в противоположном направлении (свежий воздух - от центра к флангу, загрязнённый - от фланга к центру), то эти схемы называют также возвратноточными.

    Достоинства центральных схем: относительно малые капитальные затраты, так как проходятся только два шахтных ствола; быстрый ввод шахты в эксплуатацию в связи с возможностью начать отработку первого эксплуатационного горизонта от стволов к флангам: незначительные потери полезного ископаемого в целиках; концентрация всех поверхностных сооружений шахты в одной компактной группе, что упрощает систему электроснабжения и административного управления, наличие одной вентиляторной установки, что упрощает управление проветриванием.   Недостатки центральных схем: двойной обратноточный путь движения воздуха в шахте, что приводит к повышению обще шахтной депрессии; переменная величина депрессии в связи с изменением расстояния очистных забоев от стволов; большие утечки воздуха через выработанные пространства в случаи прямого порядка отработки шахтного поля.

      Фланговые (диагональные) схемы проветривания характеризуются расположением одного ствола (центрального) примерно в центре шахтного поля (по простиранию) и двух других стволов (фланговых) на границах шахтного поля. Эти схемы рекомендуется применять на шахтах имеющих длину шахтного поля более 4000м, и при разработке пластов, склонных к самовозгоранию. Воздух по всей длине крыла движется в одном направлении, т. е схемы являются прямоточными.

     Фланговые (диагональные) схемы подразделяются на: фланговые всасывающие с установкой всасывающих вентиляторов на фланговых стволах; фланговые нагнетательные с установкой нагнетательных вентиляторов на фланговых стволах (рисунок г, е); фланговые нагнетательные с установкой нагнетательного вентилятора на центральном стволе; фланговые нагнетательно - всасывающие.

     К достоинствам фланговых схем относятся: прямоточный, более короткий путь движения вентиляционной струи, а следовательно, и меньшая по сравнению с центральными схемами величина обще шахтной депрессии; постоянство депрессии в течение всего периода отработки горизонта; большая степень безопасности, поскольку имеются три выхода для людей из шахты на поверхность. Основные недостатки фланговых схем: значительные капитальные затраты, так как требуется проходка трёх стволов; значительное увеличение срока ввода шахты в эксплуатацию; трудность проветривания при проведении главных квершлагов и штреков основного и вентиляционного горизонтов; разбросанность вентиляционных сооружений, что усложняет подвод электроэнергии и надзор за работой вентиляторных установок. Комбинированные схемы проветривания  сочетают элементы центральных и фланговых схем с целью использования их преимуществ и подразделяются на центрально - фланговые и секционные . При этих схемах в качестве воздухопадающих используются обычно центральные стволы, воздуховыдающих - центральные и фланговые. В тех случаях когда шахтное поле целесообразно по условиям проветривания разделить на ряд секций, применяется комбинированная секционная схема проветривания, при которой снижается аэродинамическое сопротивление шахты, что позволяет уменьшить сопротивление шахты, что позволяет уменьшить сечения воздухопроводящих выработок, уменьшается температура воздуха в очистных забоях по сравнению с центральной схемой на 2,5 - 7,5єС из - за сокращения пути движения общешахтных вентиляционных струй. В данном проекте я выбираю фланговую схему проветривания.

         

а) центральная; б) фланговая

1- вентилятор, 2 – очистные забои

 

Схемы вентиляции шахт

 

       Правильный выбор схемы проветривания особенно для газовых и глубоких современных шахт в значительной степени определяет в дальнейшем не только технико-экономические показатели производственной деятельности, на и безопасность работ и санитарно-гигиенические условия труда. Поэтому к схемам проветривания в таких условиях предъявляются высокие требования.        Основные из них могут быть сформулированы следующим образом. Схема проветривания должна исключать возможность образования опасных скоплений метана в действующих выработках, особенно на сопряжении очистных выработок с вентиляционными и в выработанном пространстве, непосредственно примыкающем к рабочему, и обеспечивать:

    - надежный и устойчивый режим проветривания, как по расходу воздуха, так и направлению вентиляционных струй на весь период эксплуатации шахт в нормальной и аварийной обстановках, включая внезапные выбросы угля и газа;

     - полное и обособленное разбавление комплекса вредностей, выделяющихся из всех источников и в первую очередь обособленное проветривание струями свежего воздуха всех выработок, по которым производится транспортирование отбитого угля от забоев до ствола, а также подачу необходимого количества воздуха во все горные выработки в соответствии с их потребностью;

     - максимальное исключение вентиляционных сооружений;

      - благоприятные санитарно-гигиенические условия труда;

     - высокую степень регулируемости и реверсируемости вентиляционной сети;

     - возможность ведения работ по дегазации разрабатываемого пласта и пластов спутников с высокой эффективностью без усложнения технологического процесса по выемке угля; два и более выхода из каждого очистного забоя непосредственно на свежую струю воздуха, т.е. благоприятные условия для спасения людей и ликвидации аварий; возможность маневрирования вентиляционными струями на участках и по шахте в целом при автоматизации проветривания;

      - надежное проветривание магистральных выработок при секционных схемах проветривания;

     - максимальную нагрузку на лаву при минимальной себестоимости 1т угля.

20. Единая и секционная система проветри­вания. Область применения. Расчет потребного коли­чества воздуха для шахты в целом, при не большом использовании ВВ.

      В зависимости от взаимного расположения стволов различают секционную и единую схемы проветривания. При единой схеме - воздухоподающий ствол связан со всеми вентиляционными  стволами, вскрывающими поле. Секционную схему применяют на крупных шахтах, с выделением метана более 10 м³/т, суточной производительностью более 6-и тыс. тонн и простиранием шахтного поля более 6 км. В пределах единой и секционной схем различают центральную, фланговую и комбинированную схемы проветривания.

      Центральная схема проветривания шахты характеризуется расположением воздухоподающего и воздухоотводящего стволов в центре шахтного поля. Схему целесообразно применять при разработке относительно небольших шахтных полей (не более 4-х км по простиранию) и не выше третьей категории по газу.

     Недостатками центральной схемы являются: двойной путь движения воздуха, что приводит к необходимости повышения депрессии; переменная величина депрессии; большие утечки воздуха через выработанное пространство.

     Достоинствами схемы центральной схемы являются: меньшие капитальные затраты, быстрый ввод в эксплуатацию; концентрация всех сооружений поверхности в одном месте.

С учетом утечек расход воздуха для шахты в целом определяется по формулам, м³/мин

Q = Q_о + Q_ут;

Q = Q_ок_ут,

где Q_о – основной расход воздуха шахты в целом, м³/мин;

Q_ут – утечки воздуха, м³/мин;

к_ут – коэффициент, учитывающий утечки воздуха.

Расход воздуха для вентиляции шахты в целом по фактору пылевыделения определяется по формуле, м³/мин

Q = 195А_ш,

где А_ш – годовая производительность шахты, тыс. т.

      Расход воздуха по фактору выделения взрывчатых газов определяется по формуле, м³/мин

Q = Q_нА_шк_з,

      где к_з- коэффициент запаса, зависящий от способа вентиляции.

21. Расчет потребного количества воздуха для шахт с большим применением ВВ. Расчет необходимого коли­чества воздуха для очистных блоков позабойным спо­собом.

Для вентиляции шахты после массового взрыва требуется подавать значительно большее количество воздуха, чем в обычных условиях. В результате возникает необходимость в усиленном и нормальном режимах вентиляции. Различие между ними в значительной степени определяется продолжительностью проветривания после массового взрыва. При значительной продолжительности проветривания и производства взрыва в предвыходной день шахта может быть очищена от газов при нормальном режиме вентиляции, т.е. необходимость в усиленном режиме отпадает.

Расход воздуха для вентиляции блока при усиленном и нормальном режимах определяется по формуле, м³/мин

Q = ,

где а – коэффициент, учитывающий особенности системы разряжения (при нормальном режиме а = 40,3; при усиленном режиме а = 40,3 … 50);

V_a – объем загазованной выработки, м³;

Т – продолжительность проветривания выработки после взрыва, мин.;

В – количество одновременно взрываемого ВВ, кг.

Величина В при усиленном режиме вентиляции принимается в 6 – 8 раз меньше по сравнению с нормальным режимом, так как не все образующиеся при взрыве газы выделяются на выработку в течение усиленного режима вентиляции (значительная их часть остается во взорванной массе). При расчете расхода воздуха для нормального режима вентиляции величина В равна сумме расхода ВВ на вторичное дробление и некоторого условного расхода ВВ, от взрыва которого выделилось бы столько же газов ВВ, сколько их выделиться при выпуске руды (при выпуске руды выделяется газ, оставшийся в отбитой горной массе после взрыва ВВ).

Расход воздуха в выработках, обслуживающих крыло или пласт, равен сумме расходов воздуха на всех выемочных участках.

В связи с тем, что на этапе проектирования вентиляции шахты установить распределение вредностей по выработкам часто не представляется возможным, общешахтный расход воздуха распределяется по сети выработок пропорционально добыче полезного ископаемого в забоях, на участках, блоках и др. Однако необходимая точность распределения воздуха при этом может быть достигнута лишь тогда, когда на всех объектах имеет место примерно одинаковое соотношение между числом очистных забоев, подготовительных выработок, камер и утечками воздуха. В любом случае запас расхода воздуха должен быть также распределяться по выработкам, уменьшаясь от стволов к забоям.

После распределения воздуха по выработкам проверяется их поперечное сечение по допустимой скорости движения воздуха с целью уточнения раннее принятых значений расхода воздуха.

Расход воздух в каждом забое определяется по формуле, м³/мин

Q = 100I_л(С_д – С_п),

где I_л – газовыделение в лаву, м³/мин.;

С_д – максимально допустимая концентрация газа в исходящей из очистного забоя струе, %;

С_п – концентрация газа в поступающей из очередного забоя струе, %.

Скорость для каждой выработки определяется по формуле, м/с

ν_в = ,

где φ – коэффициент, учитывающий загромождение сечения выработки крепью, транспортными средствами;

S_в – площадь поперечного сечения выработки, м².

Полученное значение должно удовлетворять условию

ν_в.мин < ν_в < ν_{в макс},

где ν_в.мин и ν_{в макс} – соответствующие минимально и максимально допустимая скорость движения воздуха в каждой выработке, м/с.

22. Определе­ние общешахтовой депрессии. Проверка поперечных се­чений по допустимым скоростям.

Для угольных шахт максимально допустимая депрессия равна 3000Па. Для сверхкатегорийных шахт по газу и шахт производительностью 4000т/сут и более максимально допустимая деперессия равна 4500Па.

При определении общешахтовой депрессии выбираются основные направления расчета. Каждое направление начинается в устье воздухоподающего ствола, проходящего через одну или несколько выработок шахты и заканчивается в устье воздуховыдающего ствола. Направления расчет аохватывают все основные выработки шахты. Для каждого направления составляется таблица, в которую заносятся минимальные и максимальные значения длины, аэродинамического сопротивления и депрессии всех входящих в направление выработок.

Депрессия шахты по каждому направлению определяется по формуле, Па

h_ш = ,

где к_к.в. – коэффициент, учитывающий потери давления в канале вентилятора;

   к_м.с. – коэффициент, учитывающий потери давления, вызываемые местными сопротивлениями;

   n_в  - число выработок;

   h_i – депрессия i-ой выработки, Па;

   h_в.о. – депрессия воздухоохладителей, Па.

После этого оценивается влияние естественной тяги на депрессию шахты. Если естественная тяга положительна в течении всего года, то она в расчете депрессии не учитывается, что обеспечивает некоторый резерв депрессии для вентиляции шахты. Если же естественная тяга отрицательна даже в течение относительно короткого времени в году, то депрессию шахты необходимо увеличит на величину максимальной отрицательной депрессии естественной тяги. Если для вентиляции шахты используются несколько вентиляторов, то аналогичные расчеты выполняются для каждого из них.

Депрессия рассчитывается на первые 15 – 20 лет работы, т.е. на срок службы вентилятора. На этот период строится график изменения депрессии шахты во времени.

Определение поперечных сечений осуществляется по допустимым скоростям. Скорость определяется по формуле, м/с

ν_в = ,

где φ – коэффициент, учитывающий загромождение сечения выработки крепью, транспортными средствами;

S_в – площадь поперечного сечения выработки, м².

 

23. Расчет для подбора вентилятора. Подбор вентилятора. Учет изменения аэродинамической характеристики шах­ты во времени и обеспечения устойчивой и экономи­ческой работы вентилятора. Определение количества подогреваемого воздуха, необходимого для подачи в шахту в зимнее время.

Для выбора вентилятора определяется  депрессия вентилятора и двигателя по формулам, Па

h_в = h_ш + h_вн;

h_дв = R_вQ²_в,

где h_ш – депрессия шахты, Па;

h_вн – внутренние потери давления в вентиляторе, Па;

R_в – аэродинамическое сопротивление вентилятора, Н·с²/м⁸;

Q_в – дебит вентилятора, м³/с.

Аэродинамическое сопротивление вентилятора определяется по формуле, Н·с²/м⁸

R_в = а(π/D),

где а – коэффициент, учитывающий тип вентилятора;

D – диаметр рабочего колеса вентилятора, м.

Мощность двигателя вентилятора определяется по формуле, кВт

N = ,

где η_в – КПД вентилятора;

η_д – КПД двигателя;

η_п – КПД передачи от двигателя к вентилятору.

При депрессии вентилятора < 1500Па выбираются осевые вентиляторы, при депрессии 1500 … 3000Па – осевые и центробежные вентиляторы, при депрессии > 3000Па – центробежные вентиляторы.

Если ни один из выпускаемых вентиляторов не может обеспечить требуемых режимов вентиляции, то возникает необходимость использования несколько вентиляторов при их совместной работе. В случае работы вентиляторов в расчетных режимах проверка их устойчивой совместной работы не требуется. Такая проверка требуется при существенном изменении режимов работы параллельно включенных вентиляторов.

На рудных шахтах при массовых взрывах для усиления вентиляции может потребоваться установка дополнительного вентилятора. Оба вентилятора соединяются параллельно. Дополнительный вентилятор включается лишь на время вентиляции шахты после массового взрыва ВВ.

При совместной работе нескольких вентиляторов предпочтение отдается центробежным вентиляторам, обеспечивающим большую устойчивость по сравнению с осевыми вентиляторами.

 

---

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 4493; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!