Лекция 15. Проектирование вентиляции рудника

1 Состав проекта вентиляции рудника

2 Выбор и обоснование способа проветривания рудника

3 Выбор и обоснование схемы проветривания рудника

4 Особенности вентиляции высокогорных шахт

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ РУДНИКОВ

Системой вентиляции шахты названа совокупность вентиляционный сети шахты и включенных в нее источников тяги, совокупность элементов, составляющих единую аэродинамическую систему.

Шахта может приставлять собой единую систему вентиляции (иметь общее проветривание) или быть разделенной на несколько секций с самостоятельной системой вентиляции в каждой из них (секционное проветривание)

Способом проветривания назван способ получения разности давлений, необходимой для перемещения воздуха в вентиляционной сети. Различают:

1. нагнетательное проветривание – нагнетание воздуха вентилятором;

2. всасывающее проветривание – всасывание воздуха вентилятором;

3. нагнетательно-всасывающее, или комбинированное, проветривание- комбинацию всасывания и нагнетания;

4. естественное проветривание-проветривание естественной тягой.

Схемой вентиляции шахты назван определенной порядок распределения и движения воздуха по выработкам, обусловленной расположением рабочих забоев и горных выработок.

В зависимости от взаиморасположения выработок, по которым проходят главные входящие и исходящие струи, известны следу­ющие основные схемы проветривания:

1) центральная: а) с центральным расположением стволов, используемых для входящей и исходящей струй; б) с центрально-
отнесенным расположением стволов;

2) диагональная (фланговая): а) крыльевая— когда при
восходящем проветривании очистных забоев целое крыло шахты
имеет одну общую выработку для исходящей струи; б) групповая —
когда одна выработка для исходящей струи имеется не для всего
крыла, а лишь для группы участков данного крыла; в) участковая —
когда каждый участок имеет свою выработку для исходящей струи.

При нисходящем проветривании определяющим будет наличие общих выработок для входящих струй;

3) комбинированная, имеющая элементы центральной
и диагональной схем.

При проектировании вопрос о том, будет ли шахта иметь единую вентиляционную систему или комплекс систем, решают исходя из размеров шахты и сложности организации управления ее прове­триванием.

В подавляющем большинстве случаев для шахты принимают одну систему, прибегая к секционному проветриванию только при крупных шахтах или при объединении в одну производственную единицу двух-трех отдельных шахт. При разделении шахты на секции должна быть предусмотрена надежная изоляция выработок разных секций друг от друга, чтобы исключить возможность нару­шения вентиляции участков вследствие короткого замыкания струй, относящихся к разным вентиляционным системам,

Выбор способа проветривания ограничивается Правилами без­опасности только в отношении обязательности искусственного про­ветривания. При решении вопроса о способе проветривания исходят из соображения технической и экономической целесообразности его применения.

Нагнетательное проветривание удобно в том отношении, что оно допускает возможность осуществления диагональной схемы при восходящем проветривании забоев и при наличии одной вентилятор­ной установки в центре поля.

Этот вариант удобен при разработке верхней части месторожде­ния, когда нет смысла иметь общий для всей шахты вентиляционный горизонт и для каждого добычного участка или группы их можно иметь один участковый или групповой вентиляционный шурф.

При отработке второго и последующих горизонтов от этой схемы проветривания можно легко перейти к диагональной крыльевой или к центральной схеме проветривания.

От нагнетательного способа проветривания при расположении вентилятора на воздухоподающем стволе в центре шахтного поля в случае надобности (например, при недостаточности напора нагне­тающего вентилятора по всем или некоторым направлениям вентиляционной струи) легко перейти к нагнетательно-всасывающему проветриванию.

Нагнетательное проветривание удобно также при сообщении действующих выработок с поверхностью через выработанные про­странства, так как исключает подсос воздуха из последних, что весьма существенно, если в выработанных пространствах имеет место образование каких-либо вредных газов, например углекислоты. Кроме того, очевидно, что перепад давлений между вентиляционным штреком и поверхностью при восходящем проветривании и нагне­тающем вентиляторе меньше, чем при том же условии, но при вса­сывающем вентиляторе, следовательно, меньше будут и утечки на поверхность или подсосы с поверхности через выработанное про­странство.

Всасывающее проветривание примерно равноценно нагнетатель­ному при центральной схеме проветривания. При фланговой схеме — увеличивается число вентиляторных установок и усложняется упра­вление проветриванием. Однако это усложнение в некоторой степени компенсируется большими возможностями регулирования распре­деления воздуха за счет изменений режимов работы фланговых вентиляторов. Проще обычно решаются вопросы герметизации вен­тиляционных стволов.

От всасывающего проветривания можно перейти к комбиниро­ванному за счет установки нагнетающего вентилятора в клетевом стволе или в другой пригодной для этих целей выработке.

Нагнетательно-всасыватощее проветривание невыгодно-из-за боль­шого числа вентиляторных установок и сложности управления про­ветриванием, но оно:

1) позволяет распределить общую депрессию шахты на два последовательно работающих вентилятора, располо­женных на разных стволах, что облегчает борьбу с утечками воздуха у вентиляторной установки;

2) дает большие возможности в полу­чении высоких напоров в вентиляционной сети;

3) облегчает борьбу с утечками через выработанное пространство, так как при правиль­ном управлении проветриванием в районе очистных работ, на гра­нице действий нагнетающего и всасывающего вентиляторов давление воздуха будет близко к атмосферному. Следовательно, мини­мальным будет перепад давления, вызывающий утечки по напра­влению: горные выработки — выработанное пространство — земная поверхность. Последнее особенно важно при разработке самовозго­рающихся углей и руд.

Выбор схемы проветривания производится на основе оценки конкретных особенностей схем в сочетании с определенным спосо­бом проветривания и значимости этих особенностей для условий проектируемой шахты.

Для центральной схемы проветривания (рис.1) характерным является параллельное, но противоположно направлен­ное движение входящей (до забоя) и исходящей (от забоя) вентиля­ционных струй по откаточному и вентиляционному горизонту, по­этому данную схему называют также и возвратноточной.

Для осуществления проветривания по центральной схеме нужно наличие только двух стволов, в качестве которых используются обычно основной и вспомогательный стволы шахты. Вентиляцион­ная установка при этом только одна и расположена обычно в преде­лах шахтной площадки, в комплексе с другим оборудованием шахт­ной поверхности.

Основными преимуществами центральной схемы являются отсут­ствие надобности в дополнительных вентиляционных стволах (мень­шие капитальные затраты), возможность быстрого осуществления проветривания шахты через стволы, а также удобства, связанные

с обслуживанием и упра­влением одной вентиля­торной установкой.

Недостатки этой схемы состоят: в большом коле­бании депрессий за период отработки этажа; в отно­сительно большой макси­мальной депрессии, так как при работе у границ шахтного поля вентиля­-

Рис 1 Центральная схема проветривания

ционная струя по гори­зонтам дважды проходит длину проветриваемого крыла;

в необходимости иметь вентиляционный го­ризонт, выработки кото­рого все или частично должны поддерживаться на всю длину шахтного поля;

в трудности борьбы с утечками воздуха у вен­тиляторных установок, учитывая их относительно высокую деп­рессию и расположение на стволах, используемых для спуска-подъема; в трудности предотвращения утечек и коротких замыка­ний между входящей и исходящей струями, особенно в рудничных дворах при центрально-сдвоенном расположении стволов. При цен­трально-отнесенной схеме проветривания для установки вентиля­тора иногда используют шурф или другую выработку в центральной части поля. Это облегчает борьбу с утечками, но при этом необходимо проходить и поддерживать дополнительные вентиляционные выра­ботки. Менее удобным относительно общего комплекса становится размещение вентилятора.

При диагональной схеме проветривания (рис. 2) воздух движется только от ствола шахты к границам шахтного поля, поэтому эту схему называют и прямоточ­ной.

Диагональная схема с участковыми шурфами удобна в сочетании с нагнетательным способом проветривания при разработке первого горизонта шахты при небольших наносах. Для осуществления ее в верхней части каждого очистного забоя проходится опережающий его вентиляционный просек, который сбивается с земной поверх­ностью шурфами через 50—250 м.

При этой схеме обеспечивается минимальная депрессия венти­лятора, возможность полного погашения вентиляционного горизонта. Наличие большого числа выходов создает относительно большую безопасность работ.

Крыльевая и групповая диагональные схемы в сочетании со вса­сывающим способом проветривания обладают следующими достоин­ствами: относительным постоянством нагрузки на вентилятор и меньшей в сравнении с центральной схемой максимальной депрес­сией последнего; меньшими утечками в вентиляционной сети; большими возможностями

Рис. 2 Диагональная схема проветривания

борьбы с утечками у вентиляторов, так как последние часто располагаются на стволах, не выполняющих опера­ций по подъему-спуску; наличием возможностей регулирования воздухораспределения в шахте за счет изменения нагрузок вентиля­торов; большим количеством выходов из шахты.

Диагональная схема создает также хорошие условия для приме­нения нагнетательно-всасывающего способа проветривания.

Основные недостатки крыльевых и групповой диагональных схем: необходимость проходки дополнительных капитальных выра­боток; большее число вентиляторных установок и худшие условия их обслуживания; сложность в осуществлении реверсирования вентиляционных струй и автоматизации управления установками; в некоторых случаях большие потери угля в охранных целиках; более поздний ввод шахты в эксплуатацию из-за необходимости сбойки основного и вентиляционных стволов.

Исходя из конкретных условий и учитывая длительность срока отработки шахтного поля, принимают иногда разные схемы вентиля­ции для разных периодов работы шахты.

Так, например, если пологий газовый пласт вскрывается вер­тикальными центрально-сдвоенными стволами с капитальными брем­сбергами и уклонами, то при отработке этажей бремсбергового поля часто принимают центрально-отнесенную схему проветривания, переходя в дальнейшем при отработке этажей уклонного поля к цен­трально-сдвоенной схеме.

Если в проекте предполагается в качестве основной диагональ­ная (фланговая) крыльевая схема, это не значит, что эта же схема обязательна и для первого горизонта. При малой величине наносов будет, по-видимому, целесообразнее для первого этажа принять диагональную участковую схему при нагнетательном проветривании, что позволит ввести шахту в эксплуатацию, не создавая вентиля­ционного горизонта. Крыльевую же схему следует принять для про­ветривания горизонтов, начиная со второго, когда в качестве вен­тиляционных могут быть использованы откаточные выработки первого горизонта.

Особенности месторождений и отдельных шахтных полей, опре­деляющие в значительной мере выбор способа вскрытия, находят отражение и в принимаемых схемах проветривания.

Так, для Подмосковного бассейна характерно горизонтальное или близкое к нему залегание пластов, отсутствие в шахтах метана и наличие выделений углекислого газа, сложные гидрогеологиче­ские условия (обводненность, наличие плывунов и т. д.). Шахтные поля вскрываются преимущественно вертикальными центрально-сдвоенными стволами и отрабатываются панелями. В этих условиях наибольшее распространение получила центрально-сдвоенная схема вентиляции при нагнетательном способе проветривания.

В последнее время все чаще начинают применять диагональные схемы с нагнетанием свежего воздуха по стволу и отводом исходя­щей струи через вентиляционные скважины.

Для Кузнецкого бассейна в целом характерно наличие свит пластов, а для южного Кузбасса — преимущественно мощных кру­тых пластов с самовозгорающимися углями. Месторождение углей имеет значительную нарушенность, пласты газоносны. Мощность наносов небольшая. В этих условиях больше 90% шахт имеют диагональные схемы проветривания, главным образом группо­вые.

Принципиальные решения по комплексу вопросов вентиляции должны быть приняты уже при проработке вопросов вскрытия шахт­ного поля.

В тех случаях, когда проветривание шахты не может вызвать особых затруднений, основой решения вопросов вскрытия являются общие вопросы технической и экономической целесообразности его вариантов, но при разработке сильно газовых или самовозгора­ющихся углей и при разработке на больших глубинах вопросы про­ветривания в ряде случаев являются уже определяющими в выборе вариантов вскрытия и разработки шахтного поля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Рудничная вентиляция. Справочник под редакцией профессора К.З.Ушакова М., Недра, 1988.

2. К.З. Ушаков. Аэрология горных предприятий М., Недра, 1987.

3. А.А. Харев. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами М., Недра, 1978.

4. Кирин Б.Ф., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология М., Недра, 1983.

5. Комаров В.Б., Ш.Х. Килькеев. Рудничная вентиляция М., Недра, 1989.

6. М.Н. Бодягин Руднияная вентиляция М., Недра, 1967.

.