Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

Предлагаемыйспособвоздухоподготовкиосуществляетсяследующимобразом. Наружный воздух подается в воздухоподающий ствол за счет общешахтной депрессии. Часть наружного воздуха нагревается в ШКУ и по калориферному каналу поступает в воздухоподающий ствол. Кроме нагретого воздуха, поступающего

через калориферный канал, в воздухоподающий ствол подсасывается наружный воздух через надшахтное здание. Для предотвращения (снижения) инфильт-

раций (подсосов) наружного воздуха через надшахтное здание

воздухоподающего ствола в нем выше уровня пересечения калориферного канала со стволом устанавливается воздушная за-

веса, подающая воздух, навстречу подсасываемому наружному воздуху.

Процесс воздухоподготовки предположено выполнять в автоматизированном режиме, при котором за счет информации с датчиков расположенных в воздухоподающем и вентиляционном стволах, а также в выработках главных направлений процесс воздухоподготовки управляется микроконтроллерным блоком, выдающим сигнал на устройства управления: электропри-

вода нагнетательных вентиляторов ШКУ, воздушной завесы и главной вентиляторной установки (ГВУ), расположенной на вентиляционном стволе (на рис. 1 и 2 не показана).

Как показали исследования [11, 12] подобный способ снижения подсосов воздуха значительно повышает эффективность проветривания при расположении воздушной завесы на вентиляционном стволе.

В ходе математического моделирования было установлено, что расположение воздушной завесы в воздухоподающем стволе позволит обеспечить более равномерное распределение температурного поля по сечению ствола, а также снизить значение температуры воздуха, подаваемого из ШКУ и инфлитрацию воздуха через надшахтное здание, повысив тем самым эффективность процесса воздухоподготовки.

211

Список литературы

1.Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Сер. 03. Вып. 78. – М.: Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности, 2014. – 276 с.

2.Результаты математического моделирования смешивания холодного и теплого потоков воздуха в воздухоподающем стволе рудника / Н.И. Алыменко, А.В. Николаев, А.А. Каменских, А.И. Петров // Горное оборудование и электроме-

ханика. – 2014. – № 12. – С. 31–33.

3.Об эффективности работы шахтной калориферной установки, располо-

женной по периметру надшахтного здания / Н.И. Алыменко, А.В. Николаев, В.А. Николаев, А.А. Каменских // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное де-

ло. – 2016. – № 18. – С. 91–98.

4.Движение воздуха в воздухоподающем и вентиляционном стволах рудника / Н.И. Алыменко, А.А. Каменских, А.В. Николаев, А.И. Петров // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. – Т. 1, № 1. – С. 122–125.

5.Николаев А.В., Алыменко Н.И., Седунин А.М. Автоматизированная ресурсо- и энергосберегающая система воздухоподготовки шахтного воздуха // Горное оборудование и электромеханика. – 2013. – № 11. – С. 14–18.

6. Анализ работы системы воздухоподготовки на руднике БКПРУ-2 / А.В. Николаев, Н.И. Алыменко, А.М. Седунин, Г.З. Файнбург, В.А. Николаев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2015. – № 2. – С. 255–265.

7.Результаты исследования системы вентиляции рудника БКПРУ-2 в холодное время года / Н.И. Алыменко, А.В. Николаев, А.А. Каменских, А.П. Тронин // Вестник Пермского университета. Геология. – 2011. – № 3. – С. 89–96.

8.Николаев А.В., Постникова М.Ю., Мохирев Н.Н. Сравнительный анализ потребления тепло- и энергоресурсов шахтными калориферными установками // Вестник ПГТУ. Геология, геоинформационные системы, горно-нефтяное дело. – 2010. – № 5. – С. 95–102.

9.Николаев А.В. Управление тепловыми депрессиями в системах вентиляции калийных рудников: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 2012. – 20 с.

10.Заявка на патент № 2015140487. Способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия / А.В. Николаев, Н.И. Алыменко, В.А. Николаев, А.А. Каменских.

11.Каменских А.А. Разработка методов контроля и снижения поверхностных утечек воздуха нарудниках: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 2011. – 19 с.

212

12. Николаев А.В., Алыменко Н.И., Садыков Р.И. Расчет величины поверхностных утечек воздуха на калийных рудниках // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. – № 5. – С. 115–121.

Об авторах

Николаев Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. nikolaev0811@mail.ru.

Алыменко Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия. nik.alymenko@yandex.ru.

Каменских Антон Алексеевич, кандидат технических наук, научный сотрудник, Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия. anton.kamenskikh@mi-perm.ru.

Николаев Виктор Александрович, старший преподаватель кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. e-mail: eagp@mail.ru.

Петров Александр Игоревич, инженер, Горный институт УрО РАН, Пермь,

Россия. alex231287@yandex.ru.

About the authors

Nikolaev Aleksandr Viktorovich, Ph. D. in Technical Sciences, associate professor, Department of Mining Electromechanics, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. nikolaev0811@mail.ru.

Alymenko Nikolaj Ivanovich, Doctor of technical sciences, professor, research engineer, Mining Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia. nik.alymenko@yandex.ru.

Kamenskikh Аnton Аlexeevich, Ph. D. in Technical Sciences, research associate, Mining Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia. anton.kamenskikh@mi-perm.ru.

Nikolaev Viktor Aleksandrovich, senior lecturer of Mining Electromechanics Department, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. eagp@mail.ru.

Petrov Alexandr Igorevich, engineer, Mining Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia. alex231287@yandex.ru.

213

УДК 622.445

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОТ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА

И КОЭФФИЦИЕНТА РЕЦИРКУЛЯЦИИ В ДЛИННЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ В УСЛОВИЯХ РУДНИКА 4 РУ ОАО «БЕЛАРУСЬКАЛИЙ»

К.М. Агеева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Представлены результаты исследований зависимости микроклиматических параметров от скорости движения воздуха и коэффициента рециркуляции в длинных очистных забоях в условиях рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий».

Ключевые слова: микроклимат, температура, длинный очистной забой, рециркуляция, коэффициент рециркуляции, скорость воздуха.

INVESTIGATION OF MICROCLIMATE PARAMETERS DEPENDING ON AIR VELOCITY AND RECIRCULATION FRACTION IN LONGWALL FACES IN CASE OF 4-RU MINE OF “BELARUSKALI” OJSC

K.M. Ageeva

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

The article presents the results of investigations of microclimatic parameters depending on air velocity and recirculation fraction in longwall faces in case of 4-RU mine of "Belaruskali" OJSC.

Keywords: microclimate, temperature, longwall face, controlled recirculation, recirculation fraction, air velocity.

Согласно требованиям «Правил технической безопасности …» Республики Беларусь температура воздуха в выработках не должна превышать +26 °С [1]. На сегодняшний день на руднике 4 РУ ОАО «Беларуськалий» температура воздуха в длинных очистных забоях достигает +35 С. Это связано с действием целого ряда факторов: присутствием в горных выработках мощного электрооборудования,

214

являющегося источником интенсивных тепловыделений, удаленностью от выработок околоствольных дворов, значительной глубиной ведения горных работ и, как следствие, высокой температуры окружающих горных пород. Высокая температура воздуха оказывает негативное влияние на здоровье горнорабочих, что в свою очередь приводит к снижению производительности труда, увеличению травмоопасности производства, усложнению технологии добычи.

Одним из эффективных мероприятий по улучшению микроклиматических условий является увеличение скорости движения воздуха в лаве [2, 3]. При этом на практике увеличение воздуха может быть достигнуто за счет, например, организации рециркуляционной схемы проветривания панели с помощью дополнительных вспомогательных вентиляторных установок.

Для оценки эффективности применения систем частичного повторного использования воздуха на основании экспериментальных данных в АК «АэроСеть» была разработана математическая тепловая модель панели № 2 рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий» и выполнено распределение воздуха по данным воздушнодепрессионной съёмки.

Для выполнения необходимых расчётов данная модель панели № 2 была доработана. В транспортной сбойке лавы 2С-3 была установлена рециркуляционная установка.

Для исследования зависимости температуры воздуха в длинных очистных забоях от коэффициента рециркуляции выполнялось многократное моделирование воздухораспределения. Значения коэффициента рециркуляции принимались равными 25 %; 50 %; 75 %.

На следующем этапе параметры рециркуляционной установки задавались таким образом, чтобы проанализировать изменение температуры при достижении скорости движения воздуха в лаве предельно допустимого значения 4 м/с [1], и критического значения по пылевому фактору 2,5 м/с. Данным значениям скорости движения воздуха соответствуют коэффициенты рециркуляции 57 % и 87 %. Значение критической по пылевому фактору скорости движения воздуха определено по формуле [4]

ческого сопротивления выработки.

Для учета комплексного влияния температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха рассчитана эффективная температура воздуха.

Результаты исследования сведены в таблицу и представлены на рис.1 и 2.

215

Результаты проведённых исследований

На рис. 1 представлен график зависимости температуры воздуха и эффективной температуры от коэффициента рециркуляции.

Рис. 1. Зависимость температуры воздуха от коэффициента рециркуляции

На рис. 2 представлен график зависимости температуры воздуха иэффективной температуры от скорости движения воздуха.

Наоснованиипроведенных исследований можносделать следующиевыводы:

применение систем частичного повторного использования воздуха позволяет улучшить микроклиматические условия за счёт уменьшения нагрева воздушной струи из-за увеличения общего расхода воздуха, ассимилирующего тепловыделения от энергопоезда лавы;

исходящая струя воздуха полностью успевает охладиться до температуры непотревоженного массива, что благоприятствует её повторному использованию;

216

УДК 622.831

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО СПОСОБА ПРОВЕТРИВАНИЯ НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ

А.В. Кошель1, А.Г. Исаевич2

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Рассмотрен вопрос применения нагнетательного способа проветривания на калийных рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей. Проведен анализ изменения интенсивности газовыделения из массива при смене режиме работы вентилятора главного проветривания с нагнетания на всасывание, то есть при реверсировании вентилятора, и анализ концентрации метана в струе воздуха, исходящей с отработанной панели рудника при реверсировании вентилятора главного проветривания.

Ключевые слова: нагнетательный способ проветривания, газовые шахты, вентилятор главного проветривания, реверсирование воздушной струи, метан.

ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF BLOWING SYSTEM

OF VENTILATION ON POTASSIUM MINES

A.V. Koshel’1, A.G. Isaevich1,2

1Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

2Mining Institute of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia

In this paper we consider the question of the application of the blowing system of ventilation on potassium mines Verkhnekamskoye potash deposit. The analysis of changes in the intensity of gas release from the array by changing the operating mode of the fan main ventilation to discharge the absorption, ie when the fan is reversed, and the analysis of the concentration of methane in a stream of air coming from the mine waste panel by reversing the main ventilation fan.

Keywords: blowing system of ventilation, foul mine, main mine fan, reversal air flow, methane.

Согласно п. 176 «Федеральных норм и правил…» [1], способ проветривания шахт и рудников должен быть установлен проектом. Так как в настоящее время

218

нет правил, регламентирующих обязательное применение всасывающего способа проветривания газовых шахт, теоретически появляется возможность применения нагнетательного способа проветривания, например, на калийных рудниках. Тем не менее, проектные организации опасаются применять нагнетательный способ проветривания на ВКМКС при проектировании новых рудников.

На газовых шахтах еще с советских времен применяли исключительно всасывающий способ проветривания. Такое жесткое требование обосновывалось тем, что после аварийной остановки всасывающего вентилятора давление воздуха в шахте оказывается больше давления при работе вентилятора и, следовательно, на короткий промежуток времени несколько задерживается газовыделение из выработанного пространства и массива. И, наоборот, при отключении или реверсировании нагнетательного вентилятора, избыточное давление, создаваемое главной вентиляторной установкой, будет понижаться до атмосферного, расширяя газ, что на первый взгляд может создать условия для выхода загазованного воздуха из выработанного пространства и усилить интенсивность газовыделения из массива.

Однако при этом нагнетательный способ проветривания по сравнению с всасывающим имеет ряд некоторых существенных преимуществ:

через главную вентиляторную установку проходит чистый воздух, поэтому отпадает необходимость очищать канал ГВУ от рудничной пыли и сводится к минимуму вероятность взрыва вследствие возникновения искры в вентиляторе;

возможность отказаться от строительства отдельного калориферного канала и установить калориферную установку на всасе главного вентилятора, что значительно снижает уровень затрат на строительство рудника, поскольку при этом не требуются дополнительные вентиляторные установки, которые традиционно используются в системах шахтной воздухоподготовки;

подогрев всего объема воздуха, подаваемого в шахту, позволяет осуществлять равномерный обогрев ствола;

возможность обогрева надшахтного здания за счет внешних утечек возду-

ха.

Перечисленные выше преимущества нагнетательного способа проветривания позволяют говорить о необходимости оценки его применения.

Проблемы выбора нагнетательного способа проветривания газовых шахт связаны, в основном, с возможностью возникновения более интенсивного газовыделения из рабочих пластов и выработанного пространства при смене режима работы вентилятора главного проветривания.

Точнее можно выделить две основные проблемы:

1. Интенсивное газовыделение из рабочих пластов непосредственно в рудничную атмосферу при реверсировании воздушной струи, то есть при смене режима работы вентилятора главного проветривания с нагнетательного на всасывающий.

219

2. Выделение некоторых объемов загазованного воздуха из выработанных пространств, то есть с изолированных панелей, так же при реверсировании воздушной струи.

Многолетние исследования газодинамических процессов в массиве не подтверждают опасения увеличения газовыделения из пластов полезного ископаемого при остановке нагнетательного вентилятора. Это подтверждается исследованиями зависимости давления газа в массиве и давления в горных выработках, проведенными Н.О. Калединой [2]. Там описываются процессы газовыделения с поверхности обнажения угольного массива, позволяющие автору на основании исследований утверждать, что давление, развиваемое вентилятором главного проветривания несоизмеримо мало с давлением газа в массиве.

Анализ давления газа в массиве и давления в горных выработок в условиях рудников ВКМКС показал, что давление газа в массиве может достигать 9 МПа [3], а давление, развиваемое вентилятором главного проветривания, не превышает, в основном, 5000 Па. Если сравнить две эти величины, то можно сделать аналогичный вывод, что перепад давления, возникающий при смене режима работы вентилятора несоизмеримо мал по сравнению с давлением газа в массиве. Такая незначительная относительная разница между значениями давлений, составляющая

всреднем 0,05 %, говорит о том, что смена режима работы вентилятора не будет влиять на газовыделение из пласта.

Рассмотрим проблему газовыделения из выработанного пространства при реверсировании воздушной струи.

После окончания отработки панели (на Верхнекамских рудниках) образуется выработанное пространство значительного объема. Согласно технологии ведения горных работ, отработанные панели изолируются перемычками, т.е. не проветриваются, что создает вероятность скопления газа, в дальнейшем выделяющегося из массива.

Вкачестве объекта исследования выбран проектируемый рудник Половодовского калийного комбината (ПКК). Для оценки влияния выделяющегося воздуха с отработанных панелей на воздух в выработках главных направлений, необходимо рассчитать расход воздуха через изолирующие перемычки и концентрацию метана

внем при смене режима проветривания с нагнетательного на всасывающий. На рассматриваемый период будут полностью отработаны и изолированы следующие панели: 1 и 2 северо-западные, 1, 2 и 3 юго-западные. Расчет концентрации метана проводился при следующем условии – целики разрушились на 50%.

Результаты расчета представлены в табл. 2.

Если предположить, что все целики в выработанном пространстве разрушились на 50 % (что в реальности маловероятно, поскольку устойчивость целиков рассчитываются на расчетный период времени, равный 200 лет [4], что превышает

220