Проходке стволов

На вентиляцию вертикальных стволов при их проходке влияет ряд горнотехнических особенностей. К ним относятся:

1) вертикальное расположение стволов;

2) обводненность стволов и капеж;

3) контакт стенок стволов с боковыми породами, имеющими высокую температуру (в глубоких стволах).

Вертикальное расположение ствола обусловливает появ-ление объемных сил при его вентиляции. Их действие проявляется двояко: во-первых, в виде естественного воздухообмена или естественной тяги, обычно наблюдающейся в стволах. Действие ее вызывается нагревом слоев воздуха, прилегающих к теплым стенкам ствола. В стволе образуются два столба воздуха с разной температурой и, следовательно, с разной плотностью: столб теплого, легкого воздуха в виде толстостенного полого цилиндра у стенок и столб более холодного, тяжелого воздуха в центральной части. В результате теплый воздух вдоль стен имеет тенденцию подниматься вверх, а холодный воздух в центральной части ствола – опускаться вниз. Это в определенной степени затрудняет работу вентилятора при нагнетательном способе вентиляции ствола, который обычно применяется на практике.

Например, если глубина ствола Н=500м, атмосферное давление на поверхности Р₀=102.6 кПа, абсолютная температура воздуха у стенки ствола Т ' _ср= 273+15=288⁰С, в средней части ствола Т '' _ср= 273+13=286⁰С, газовая постоянная воздуха R_r=2965, то депрессия естественной тяги будет

Следовательно, естественная тяга, вызываемая контактом воздуха с теплыми стенками ствола, может достигать больших значений.

Особенно это возможно в холодное время года, когда воздух в стволе, подаваемый с поверхности вентилятором, имеет низкую температуру.

Во-вторых, естественная тяга проявляется в стволах при проведении взрывных работ, когда в ствол выбрасываются большие массы нагретых газов. Имея более высокую температуру, чем основная масса воздуха в стволе, они начинают быстро перемещаться вверх, способствуя тем самым вентиляции ствола.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: объемные силы могут затруднять вентиляцию ствола, если имеет место интенсивный нагрев слоев воздуха, прилегающих к его стенкам, и могут помогать вентиляции после выполнения взрывных работ.

Обводненность ствола способствует ускорению его вентиляции после взрывных работ, так как образующиеся при этом газы взрывчатых веществ, особенно окислы азота, хорошо поглощаются водой и при этом содержание их в воздухе уменьшается. Кроме того, она способствует уменьшению содержания в воздухе окислов азота в результате ускорения химических реакций окислов азота с металлами.

Капеж в стволе играет в отношении окислов азота ту же роль, что и влага, покрывающая стенки ствола, оборудование и пр.: он способствует их растворению и, следовательно, снижению содержания в воздухе.

Однако, действие капежа в стволе имеет и другую сторону. Известно, что брызги воды, движущиеся в воздухе, обладают высокой эжектирующей способностью: при движении они увлекают за собой значительные объемы воздуха. На этой способности основано, например, действие гидромониторной струи. Если скорость движущегося вверх по стволу воздуха (а следовательно, и его кинетическая энергия) мала, по сравнению со скоростью капель и количество последних в единице объема воздуха велико, капеж может опрокинуть воздушную струю на отдельных участках ствола. Если же скорость воздуха значительна, а плотность потока капель велика, последний будет оказывать лишь дополнительное сопротивление движущемуся воздуху.

Большое значение имеет распределение плотности капель в поперечном сечении ствола: она обычно больше у стенок и меньше в средней его части. Так, измерения в стволе одной из шахт показали, что на расстоянии 0,7 м от стенки ствола за счет капель расход воды составил 12 л/мин на 1м² сечения ствола, на расстоянии 1,7м - 5 л/мин, в центре ствола – менее 1 л/мин.

Таким образом, особенностью процесса вентиляции ствола является то, что кроме воздействия вентилятора, проветривающего ствол, на движение воздуха в стволе существенное влияние оказывают объемные (конвективные) силы и кинетическая энергия падающих капель воды. В результате их совокупного действия движение воздуха в стволе имеет следующий характер: у стенок ствола воздух движется вниз, а в средней части – вверх (рис.18.1). Восходящий поток воздуха является более мощным, чем нисходящий, и занимает основную часть поперечного сечения ствола. Последнее объясняется тем, что вверх движется не только количество воздуха, которое опустилось в ствол вдоль стенок, но и количество воздуха, нагнетаемое вентилятором.

Если не учитывать нисходящий поток воздуха вдоль стенок ствола и рассматривать лишь основной поток, то в стволе можно выделить две аэродинамические зоны, подобные таковым в горизонтальной тупиковой выработке. В первой зоне, расположенной между концом нагнетательного трубопровода и забоем, происходит интенсивное перемешивание чистого воздуха, поступающего из трубопровода, с газами в призабойной зоне. Во второй зоне, охватывающей весь ствол от устья до сечения, в котором располагается конец трубопровода, происходит вынос газов, поступивших в поток в призабойной части, а также перемешивание и вынос газов, поступающих в поток со стенок ствола (если такое газовыделение имеет место). В первой зоне поток воздуха из трубопровода, расширяясь, движется вниз, к забою, затем омывает его, поворачиваясь на 180⁰, и движется вверх, продолжая расширяться. На границе первой и второй зон восходящий поток воздуха занимает уже все сечение ствола и далее, уже во второй зоне, продолжает движение по всему сечению ствола.