Вентиляция шахт и карьеров

Исследования показали, что обе схемы проветривания шахт име­ ют ряд общих недостатков. Как в центральной, так и в фланговой схемах давление воздуха на вентиляционном горизонте распределя­ ется неравномерно. По мере движения воздуха к вентиляционным квершлагам растет его количество и депрессия. Возле квершлагов образуются зоны повышенной депрессии. При центральной схеме проветривания имеется одна такая зона в центре шахтного поля, а при фланговой — две на его флангах.

Зоны повышенной депрессии создают непроизводительные под­ сосы воздуха из атмосферы через обрушенные породы и резко из­ меняют распределение свежего воздуха по очистным блокам на от­ каточных горизонтах. При центральной схеме проветривания около 70% воздуха, поступающего в шахту, проходит за счет общешахт­ ной депрессии по пяти-семи очистным блокам, входящим в зону повышенной депрессии. Блоки, расположенные на флангах шахт­ ного поля, практически не проветриваются.

Наоборот, при фланговой схеме проветривания около 70% воз­ духа, подаваемого в шахту, проходит за счет общешахтной депрес­ сии по шести крайним фланговым очистным блокам (по три на каждом крыле шахты). Блоки центральной части шахтного поля практически не проветриваются.

В своем чистом виде центральная и фланговая схемы проветри­ вания шахт могут применяться при ведении горных работ только в одном этаже, чего в действительности не бывает. На шахтах Криворожского бассейна, Урала и Казахстана имеет место много­ этажная разработка. Как правило, одновременно в работе нахо­ дится несколько этажей: основной, один или два-три дорабатыва­ емых и один-два подготовительных. Для таких условий обе типич­ ные схемы проветривания шахт неэффективны, так как практически не создают условий для обособленного проветривания всех дейст­ вующих этажей и отдельных их участков. Для наглядности сказан­ ное подтвердим на следующем примере.

Пусть на шахте одновременно эксплуатируются подготовитель­ ный, два откаточных и один вентиляционный горизонты. Для обособ­ ленного проветривания подготовительного горизонта необходимо загрязненный воздух с него удалять по восстающим на вентиля­ ционный горизонт через два эксплуатационных этажа. При отсутст­ вии восстающих загрязненный воздух поднимается на ближайший откаточный горизонт и загрязняет его атмосферу.

Для удаления загрязненного воздуха с нижнего эксплуатацион­ ного этажа на вентиляционный горизонт необходимо иметь и дли­ тельное время сохранять вентиляционные восстающие в верхнем рабочем этаже. Если таких восстающих нет, происходит последо­

вательное проветривание рабочих этажей со всеми вытекающими отсюда последствиями.

При применении систем разработки с обрушением руды и вме­ щающих пород отработка верхнего этажа сопровождается выходом из строя воздухоотводящих вентиляционных восстающих и, как 92

следствие этого, возникновением последовательного проветривания этажей. Не обеспечивая обособленного проветривания нескольких одновременно работающих этажей, центральная и фланговая схемы в их чистом виде, по существу, сдерживают рост производитель­ ности шахт.

Указанные выше общие недостатки схем проветривания шахт можно устранить путем использования для целей вентиляции спе­ циальных выработок, в частности сборных вентиляционных штре­ ков-коллекторов, которые предназначены для сбора и в сочетании с восстающими для передачи на вентиляционный горизонт загряз­ ненного воздуха из всех очистных блоков. Наиболее целесообразно располагать такие штреки в лежачем боку залежи между вентиля­ ционным и откаточным горизонтами на несколько метров выше уровня последнего.

Исследования, проведенные на аэродинамических моделях шахт в лаборатории руднцчной вентиляции Криворожского горнорудно­ го института, позволили выяснить свойства схем проветривания шахт со штреками-коллекторами и сделать следующие выводы.

1. Если загрязненный воздух удаляется из штрека-коллектора на вентиляционный горизонт по специальным восстающим, располо­ женным через равные расстояния, то в штреке по всей его длине создается примерно постоянное по величине давление воздуха.

2. В результате того, что давление воздуха в штреке-коллекторе постоянно, через очистные блоки проходят одинаковые количества воздуха, если равны аэродинамические сопротивления их сетей.

3.Искусственное уменьшение количества воздуха в одном очист­ ном блоке вызывает одинаковый общий прирост его во всех осталь­ ных блоках, и наоборот.

4.Штрек-коллектор должен быть общим всасывающим каналом

для главных шахтных или вспомогательных вентиляторов.

5.Количества воздуха, проходящие по очистным блокам, про­ порциональны сопротивлению их выработок.

6.Выход из строя любого восстающего, удаляющего загрязнен­

ный воздух из штрека-коллектора на вентиляционный горизонт, не прекращает проветривания какого-либо блока, а лишь уменьшает на равную величину количества воздуха во всех очистных блоках. Тем самым создается гарантия безопасности горных работ с точки зрения проветривания.

Возможны четыре основных варианта фланговой и три варианта Центральной схем проветривания шахт со штреками-коллекто­ рами.

Первый вариант фланговой схемы (рис. 54) предназначен для проветривания шахт большой производительности (более 6 млн. т в год), ведущих разработку на больших глубинах и имеющих шахт­ ное поле сравнительно небольшой длины (1000—1500 м) [41].

Схема включает в себя один штрек-коллектор на каждый рабо­ чий этаж и комбинированный способ общешахтного проветривания. Свежий воздух подается в шахту по специальным нагнетательным

вентиляционным стволам 1 и 2 за счет работы нагнетательных вен­ тиляторов 3 и 4. Пройдя по выработкам откаточных горизонтов 5 и 6, воздух поступает в очистные блоки рабочих этажей и, про­ ветрив рабочие места в них, загрязненным уходит по блоковым вос­ стающим 7 в вентиляционный штрек-коллектор 8. Последний

Рис. 54. Фланговая схема проветривания шахт большой произ­ водительности с применением одного вентиляционного штрекаколлектора на каждый рабочий этаж (первый вариант)

собирает воздух только с одного рабочего этажа. Отсюда по ди­ агональным вентиляционным квершлагам 9 и 10, пройденным по­ парно от каждого ствола, загрязненный воздух проходит к отсасы­ вающим вентиляционным стволам 11 и 12 и по ним всасывающими главными вентиляторами 13 и 14 удаляется в атмосферу.

Проходка двух квершлагов к каждому вентиляционному стволу необходима для пропуска значительных количеств воздуха, удаля­

емых с каждого рабочего этажа. Отработанные горизонты для вен­ тиляции не используются.

Второй вариант фланговой схемы рекомендуется для проветри­ вания шахт средней производительности (2—6 млн. тв год), имею­ щих шахтное поле сравнительно небольшой длины (1000—1500 м). Она включает один штрек-коллектор на два рабочих этажа и при­ годна для любого способа проветривания (рис. 55).

ш

водительности с применением одного вентиляционного штрекаколлектора на два рабочих этажа (второй вариант)

Свежий воздух поступает в шахту по подающему стволу /, проходит по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 и поднимает­ ся на рабочие горизонты очистных блоков рабочих этажей. Про­ ветрив рабочие места в блоках, воздух, будучи загрязненным, ухо­ дит по блоковым вентиляционным восстающим 4 в штрекколлектор 5. Отсюда по вентиляционным квершлагам б и 7, вентиляционным стволам 8 и 9 он выбрасывается в атмосферу главными вентиляторами 10 и 11.

Штрек-коллектор собирает загрязненный воздух с двух одно­ временно работающих этажей. В зависимости от количества уда­ ляемого воздуха вентиляционные квершлаги проходятся по одному (пунктир на рис. 55) или по два к каждому вентиляционному ство­ лу. Отработанные горизонты для вентиляции не применяются.

Третий вариант фланговой схемы рассчитан для проветривания шахт производительностью менее 2 млн. тв год, а также для шахт с шахтным полем длиной 1500—2000 м.

Схемой предусматривается один штрек-коллектор на два одно­ временно работающих этажа (рис. 56). Свежий воздух поступает в шахту по центральному подающему стволу / и по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 проходит к очистным блокам. Про­ ветрив рабочие места в последних, загрязненный воздух уходит по блоковым вентиляционным восстающим 4 в штрек-коллектор 5. От­ сюда он по специальным восстающим 6 удаляется в штрек 7 на вен­ тиляционном горизонте и далее по квершлагам 8 и 9 и вентиляцион­ ным стволам 10 и 11 главными вентиляторами 12 и 13 выбрасывает­ ся в атмосферу.

Рис. 56. Фланговая схема проветривания шахт небольшой про­ изводительности с применением одного вентиляционного штре­ ка-коллектора на два рабочих этажа (третий вариант)

Вентиляционные квершлаги могут быть пройдены по одному или по два к каждому стволу. В схеме используются для вентиля­ ции выработки верхнего отработанного горизонта.

На рудниках Криворожского бассейна, разрабатывающих мощ­ ные рудные залежи, очистные блоки проветриваются с помощью блоковых вентиляторов. Четвертый вариант фланговой схемы раз­ работан для проветривания существующих рудников Криворожско­ го бассейна и включает в себя один штрек-коллектор на два одно­ временно работающих этажа и вспомогательные блоковые вентиля­ торы (рис. 57).

Свежий воздух подается в шахту по центральному стволу 1 и по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 поступает в очистные бло­ ки. Проветрив рабочие места в них, загрязненный воздух уходит по блоковым вентиляционным восстающим 4 в штрек-коллектор 5,

отсюда по специальным восстающим 6 удаляется с помощью вспо­ могательных вентиляторов 7 в штрек 8 вентиляционного горизонта и далее по вентиляционным квершлагам 9 и 10 и стволам 11 и 12 главными вентиляторами 13 и 14 выбрасывается в атмосферу.

Штрек-коллектор собирает загрязненный воздух с двух одно­ временно работающих этажей. Откаточный штрек верхнего нерабо­ чего горизонта используется в качестве вентиляционного. Вентиля­ ционные квершлаги сдвинуты с флангов ближе к центру крыльев

Рис. 57. Фланговая схема проветривания шахт средней про­ изводительности с применением вспомогательных вентиля­ торов и одного вентиляционного штрека-коллектора на два рабочих этажа (четвертый вариант)

шахтного поля. На каждый из них приходится участок вентиля­ ционного штрека равной длины. Располагаясь в центре участков, квершлаги уравнивают условия работы вспомогательных вентиля­ торов. Описанный вариант схемы проветривания целесообразно применять для проветривания шахт средней производительности с шахтным полем длиной 1500—2000 м.

Если проходить от вентиляционного ствола по два диагональных квершлага, то штреки-коллекторы можно применять и для центральных схем проветривания шахт. Ниже приводятся возможные варианты центральных схем проветривания шахт, имеющих штреки-

коллекторы.

Пятый вариант предназначен для шахт, проветривание которых осуществляется по центральной схеме. Он включает в себя один штрек-коллектор на два этажа (рис. 58). Свежий воздух поступает в шахту по центральному подъемному стволу 1, проходит по выра­ боткам откаточных горизонтов 2 и 3 и поступает в очистные блоки

рабочих этажей. Проветрив рабочие места в блоках, загрязненный воздух попадает по блоковым вентиляционным ортам 4 и восстаю­ щим 5 в штрек-коллектор 6. Отсюда по*специальным вентиляцион­ ным квершлагам 7 и 8 и центральному вентиляционному стволу 9 воздух главным шахтным вентилятором 10 выбрасывается в атмо­ сферу.

Описанный вариант схемы проветривания целесообразен для проветривания шахт небольшой и средней производительности, по­ ле которых имеет длину 1500—2000 м.

к очистным блокам по центральному подъемному стволу 1 и выра­ боткам откаточных горизонтов 2 и 3 (рис. 59). Проветрив забои

вблоках, загрязненный воздух уходит по вентиляционным ортам 4

ивосстающим 5 в штрек-коллектор 6. Отсюда по специальным вос­ стающим 7 он поднимается в штрек 8 на вентиляционном горизон­ те и из него по диагональным вентиляционным квершлагам 9 и 10

ицентральному стволу 11 главным вентилятором 12 выбрасывает­ ся в атмосферу.

Штрек-коллектор используется для сбора воздуха из двух одно­ временно работающих этажей. Схема рекомендуется для проветри­ вания шахт небольшой и средней производительности, имеющих шахтное поле длиной 1500—2000 м.

Седьмой вариант подобен четвертому варианту фланговой схе­ мы проветривания. В нем используются один штрек-коллектор на

разработке их с главными, чем способствуют резкому увеличе­ нию производительности рудников; 2) распределение количества воздуха по очистным блокам пропорционально сопротивлению се­ ти их выработок; 3) снижение непроизводительных подсосов воз­ духа через обрушение; 4) повышение безопасности горных работ

сточки зрения проветривания.

Впервом и втором вариантах рекомендуемых схем вентиля­ ционные горизонты не связаны с откаточными и другими выработ­ ками этажей. Помимо этого, во всех четырех вариантах фланговых схем предусматривается сдвижение вентиляционных квершлагов

струи на нескольк^оисходит Разлеление исходящей воздушной а также устраня° Частей и связанное с этим снижение депрессии, Главными и на°Тся ПРИЧИНЫ возникновения подсосов воздуха, фланговой схемь! ^олее важными недостатками новых вариантов ных затрат на пр проветривания являются: увеличение капитальгональных венти^0)СоДку штрека-коллектора и более длинных диа­ вентиляции в экс Зонных квершлагов и удлинение срока ввода

Во всех четыр^Уатацию.

ветривания шахт ^вариантах можно применять любой способ пронеболыпих колиц^Чри недлинных шахтных полях и сравнительно проходить от ках^твах воздуха, удаляемого из шахты, можно ционному кверцО^го вентиляционного ствола по одному вентиля-

Когда шахтное поле длинное или из шахты удаляется большое количество воздуха, то целесообразнее проходить от каждого вен­ тиляционного ствола по два вентиляционных квершлага.

Варианты центральной схемы проветривания с штреком-кол­ лектором и диагональными вентиляционными квершлагами не имеют присущих типичной центральной схеме недостатков. Диаго­ нальные квершлаги выравнивают депрессию в вентиляционном штреке и устраняют причины «короткого тока». Штрек-коллектор способствует равномерному распределению воздуха по очистным блокам и устойчивости их проветривания. Величина общешахтной депрессии уменьшается, так как диагональные квершлаги сокра­ щают путь движения воздуха.

Общий недостаток всех вариантов центральной схемы провет­ ривания заключается в меньшей безопасности горных работ сточ­ ки зрения проветривания в результате применения только одного главного шахтного вентилятора.

Рассмотренные выше варианты центральной схемы проветри­ вания обладают той же эффективностью, как и варианты фланго­ вой схемы проветривания. Однако капитальные затраты при цент­ ральной схеме значительно ниже, чем при фланговой, так как для удаления загрязненного воздуха используется только один вен­ тиляционный ствол и одна главная вентиляторная уста­ новка.

Оценка и выбор того или иного варианта схем проветривания должны производиться на основании подсчета капитальных за­ трат при данном варианте, определения наивыгоднейших его эле­ ментов и целесообразности применения в конкретных горнотехни­ ческих условиях, сравнения его эффективности с другими вариан­ тами и в соответствии с поставленными целями.

Эффективность схем проветривания со штреками-коллектора­ ми зависит от расстояния между всасывающими каналами, т. е. выработками, по которым загрязненный воздух отсасывается из штрека-коллектора. Чем меньше расстояние между такими кана­ лами, тем эффективнее действие штрека-коллектора, но выше ка­ питальные затраты, и наоборот, чем больше расстояние между всасывающими каналами, тем ниже капитальные затраты и ниже эффективность штрека-коллектора. Поэтому необходимо опреде­ лить .наивыгоднейшее расстояние между указанными кана­

лами.

Постоянство давления в штреке-коллекторе создается при рав­ номерном распределении по его длине точек отсасывания воздуха.

В этих точках должно происходить соединение штрека-коллектора

сотсасывающими вентиляционными квершлагами или восстаю­ щими. Рассмотренные выше семь вариантов схем проветривания

можно разделить на две группы:

1) варианты схем проветривания, в которых загрязненный воз­ дух из штрека-коллектора удаляется непосредственно в вентиля­ ционные квершлаги (первый, второй и пятый варианты);