Лекция 11. Вентиляционные сооружения и устройства

1 Назначение и классификация вентиляционных сооружений и устройств

2 Поверхностные вентиляционные сооружения и устройства

3 Подземные вентиляционные сооружения и устройства

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА

1 НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВ

Вгорной промышленности для проветривания подземных выработок и поверхностных сооружений применяются вентиляторы главного проветривания (главные и вспомогательные), вентиляторы частичного проветривания и вентиляторы общего назначения (сантехнические).

Вентиляторы главного проветривания обеспечивают подачу воздуха всей шахте (главные вентиляторы) или отдельному ее крылу (вспомогательные вентиляторы). Они располагаются на поверхности земли у устья герметически закрытых стволов или шурфов и действуют непрерывно.

Вентиляторы главного проветривания являются стационарным" электромеханическим оборудованием шахт. Для их установки сооружаются фундаменты, здания и воздухоподводящие каналы.

На газовых шахтах вентиляторы должны работать на всасывание. Работа нагнетанием допускается на негазовых шахтах и при разработке первых горизонтов шахт I и II категории по газу.

Главные вентиляторные установки должны оборудоваться реверсивными устройствами для изменения направления движения воздушной струи, поступающей в подземные выработки шахт.

Для привода вентиляторов главного проветривания применяются синхронные и асинхронные электродвигатели с фазовым и короткозамкнутым ротором.

К вспомогательным вентиляторам относятся также подземные вентиляторы, обслуживающие один или несколько эксплуатационных участков или блоков, периодически переносимые по мере подвигания горных работ. Широкое распространение такие вентиляторы получили на железорудных шахтах Криворожского бассейна и других районов (блоковые вентиляторы). Установка подземных вспомогательных вентиляторов на угольных и сланцевых шахтах допускается только с разрешения Госгортехнадзора.

Вентиляторы частичного проветривания служат для проветривания глухих забоев горных выработок, как правило, нагнетанием свежего воздуха по вентиляционным трубам и характеризуются малыми размерами, отсутствием специальных фундаментов и сооружений. Привод вентиляторов электрический, пневматический или гидравлический. Исполнение взрывобезопасное или нормальное.

Разновидностью вентиляторов частичного проветривания являются проходческие вентиляторы, предназначенные для проветривания забоев стволов и околоствольных выработок. Они устанавливаются на поверхности земли и нагнетают по трубам свежий воздух в забои.

Вентиляторы общего назначения (сантехнические) применяются для перемещения воздуха в системах приточно-вытяжной вентиляции производственных (обогатительных фабрик и др.) и жилых помещений, в котельных агрегатах, калориферных установках, системах пневмотранспорта и др.

По принципу действия шахтные вентиляторы делятся на центробежные и осевые.

Центробежный вентилятор (рисунок 1) состоит из рабочего колеса 1, спирального кожуха 2, направляющего аппарата 3, входного патрубка 4, диффузора 5 с выходным коленом 6.

Рисунок 1- Шахтный центробежный вентилятор

Воздушный поток поступает к рабочему колесу вентилятора через входной патрубок и направляющий аппарат. В колесе поток поворачивает на 90° из осевого в радиальное направление и под действием центробежной силы и динамического давления лопаток выбрасывается в спиральный кожух, откуда поступает в нагнетательный трубопровод или через диффузор и колено в атмосферу. Установленный перед рабочим колесом направляющий аппарат с поворотными лопатками служит для регулирования производительности.

Центробежные вентиляторы выполняются одно- или двустороннего всасывания. Их рабочие колеса имеют от 6 до 64 лопаток, загнутых вперед, назад или радиальных. Кожухи вентиляторов спиральные, как правило, постоянной ширины, с радиальным диффузором или без него.

Осевой вентилятор (рисунок 2) состоит из рабочего колеса 1спрофилированными лопатками 2, кожуха 3, коллектора 4, переднего обтекателя (кока) 5, спрямляющего аппарата 6, диффузора 7, вала и подшипников. Рабочим органом вентилятора служит ротор, при водимый во вращение электродвигателем и состоящий из колеса, вала иподшипников. При вращении ротора, в результате воздействия лопаток рабочего колеса на воздушный поток, перед колесом образуется разрежение, а за колесом - давление. В зону разрежения из канала поступает воздушный поток, который колесом перемещается вдоль оси вентилятора к диффузору или к нагнетательному трубопроводу.

Рисунок 2 - Шахтный осевой вентилятор

Перед рабочим колесом установлен направляющий аппарат, предварительно подкручивающий воздушный поток, за рабочим колесом - спрямляющий аппарат, предназначенный для выпрямления воздушного потока. Направляющий и спрямляющий аппараты способствуют образованию устойчивого воздушного потока в вентиляторе и повышению давления.

Осевые вентиляторы низкого давления имеют одно рабочее колесо (одноступенчатые). Для повышения давления число рабочих колес увеличивается до двух и в редких случаях до трех ичетырех (многоступенчатые вентиляторы).

Рабочие колеса шахтных осевых вентиляторов имеют число лопаток от 8 до 20. Относительные диаметры их втулок составляют 0,3-0,7 диаметра рабочего колеса. Зазоры между лопатками колес и кожухом не должны превышать 1,5% длины лопаток.

Регулирование производительности осевых вентиляторов производится изменением углов установки лопаток рабочих колес иуглов установки закрылков лопаток направляющих аппаратов.

По развиваемому давлению различают вентиляторы:

- низкого давления, развивающие давление до 100 кг/м²;

- среднего давления, развивающие давление до 200-300 кг/м²;

- высокого давления, развивающие давление более 300 кг/м².

По быстроходности вентиляторы делятся на:

1) Быстроходные, n_у > 100 (осевые вентиляторы низкого и среднего давления).

2) Средней быстроходности n_у = 50 - 100 (осевые высокого давления, турбоосевые и центробежные вентиляторы двустороннего всасывания).

3) Тихоходные n_у = 10 - 50 (центробежные одностороннего всасывания с загнутыми вперед и радиальными лопатками).

2 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА

В период строительства шахт применяют постоянные и временные вентиляторные установки. Схема временной вентиляторной установки с наземным каналом представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема временной вентиляторной установки с наземным каналом:

1 - вентилятор; 2 - основные вентиляционные каналы; 3 - обводной канал для

реверсирования; 4 - диффузоры; 5 - всасывающие люки; 6 - вертикальный ствол;

7 - ось свободного канала; 8 - ляды

Вентиляционный канал не должен обладать высоким аэродинамическим сопротивлением. Его депрессия должна быть не свыше 10% депрессии шахты.

Все вентиляторные установки должны обеспечивать реверсирование вентиляционной струи. Изменение направления движения воздуха в реверсивном устройстве обеспечивается изменением положения задвижек 3, 3', 4, 4' (рисунок 4). При таком их положении воздух подается в ствол и затем в систему горных выработок, при положениях задвижек 3 и 4 воздух всасывается из ствола и выдается на поверхность.

Рисунок 4 - Схема реверсивного устройства для установки с центробежным вентилятором:

1 - вентиляционные каналы; 2 - вентилятор; 3; 3'; 4; 4' - задвижки; 5 - вентиляционный

ствол

Чтобы исключить подсосы воздуха в ствол с поверхности, надшахтное здание выполняется герметичным, а для пропуска людей и грузов используются шлюзы.

Для обеспечения герметичности вентиляционные стволы перекрываются глухим затвором (рисунок 5), однако они не позволяют использовать вентиляционный ствол для вспомогательного подъема.

Рисунок 5 - Схема перекрытия ствола глухим затвором:

1 — металлическое кольцо с канавками для воды; 2 — металлические балки;

3 —настил из досок; 4 — бетон или глина; 5 — земля

3 ПОДЗЕМНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА

Перемычки возводятся для разделения струй воздуха (свежей и исходящей) и прекращения поступления воздуха в выработку или в забой. Они могут быть дощатыми, каменными, кирпичными, бетонными и надувными. Перемычки должны быть воздухо- и газонепроницаемыми. Они рассчитываются на воздухо- и газопроницаемость, на сопротивление горному давлению, па взрывную волну.

Вентиляционные двери, так же как и перемычки, служат для разделения воздушных струй. Они устраиваются так, чтобы не возникало коротких токов воздуха при их открывании. Вентиляционные двери бывают деревянные, обитые железом, металлические, открывающиеся как вручную (рисунок 6), так и автоматически (рисунок 7).

Кроссинги предназначены для разделения пересекающихся вентиляционных струй. Они могут быть типа «перекидной мост» (рисунок 8, а) и трубчатые (рисунок 8, б). Длина кроссингов должна быть такой, чтобы можно было установить по две вентиляционные двери для перехода из одной выработки в другую. Для уменьшения аэродинамического сопротивления кроссинга на входе в него необходимо устраивать коллектор, а на выходе - диффузор. Кроссинги бывают капитальные и участковые. Аэродинамическое сопротивление кроссинга изменяется в зависимости от его типа (таблица 1).

Рисунок 6 - Вентиляционные ручные двери:

а — металлические; 6 — деревянные

Рисунок 7 - Автоматические вентиляционные двери АВД-2 202

Рисунок 8 - Кроссинги типа «перекидной мост» и трубчатый

Таблица 1 - Характеристика кроссинга

Тип	Размеры поперечного сечения, м	Наличие коллектора и диффузора	Аэродинамическое сопротивление, Па∙с2/м3
Трубчатый: однотрубный двухтрубный трехтрубный однотрубный двухтрубный » однотрубный двухтрубный однотрубный двухтрубный » Прямоугольный: » » »	d=0,7 d=0,6 d=0,6 d=0,9 d=0,75 d=0,6 d=0,75 d=0,9 d=0,9 d=0,75 d=0,8 1,2·0,6 1,5·0,75 1,65·0,75 2,50·1,0	Нет » Есть Нет » Есть » Нет Есть » » » » Перекидной бетонный мост То же	5000-7500 1500-2500 500-750 100-300 100

При применении трубчатых кроссингов площадь сечения труб должна быть не менее 0,5 м², толщина стенок труб - не менее 5 мм, а дебит проходящего через кроссинг воздуха - не более 5 м³/с.

Замерные станции представляют собой участок выработки длиной 5-6 м, тщательно отшитый по бокам и кровле гладкими досками (рисунок 9) и имеющий плавное сужение и расширение под углом 10° в начале и конце. Конструкция их зависит от сечения выработки и типа крепи. Станции служат для замера скорости движения и определения количества воздуха, проходящего по выработке. Их располагают на прямолинейном участке выработки.

Рисунок 9 - Замерные станции в выработках, закрепленных

металлическими арками:

1 — отшивка; 2 — кружало

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кирин Б.Ф., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология: Учеб.

для вузов. – М.: Недра, 1983. – 256 с.

2. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1987. – 421 с.

3. Рудничная вентиляция: Справ. /Под ред. К.З. Ушакова. – М.: Недра, 1988.– 440 с.

4. Правила безопасности в угольных шахтах. – Самара: Самарск. дом печати,1995. – 242 с.

5. Проходчик горных выработок: Справ. /Под ред. проф. А.И. Петрова – М.:Недра, 1991. – 646 c.