Вентиляция шахт и карьеров
..pdfПри реверсии диффузор 2 закрывается шибером <3, а диффузор 3 открывается. Клапан 6 поворачивается в положение //, снова отде ляя нагнетательную сторону от всаса вентилятора.
При сохранении постоянным направления вращения рабочего колеса вентилятора происходит реверсия вентиляционной струи. Производительность вентилятора после реверсии остается постоян ной, так как утечки через неплотности шиберов 7 и 8 и клапана 6 будут одинаковы для обоих случаев.
Реверсия струи блоковыми вентиляторами повысит безопас ность производства горных работ, резко сократит время реверсии общешахтной струи и позволит сохранить постоянными количества воздуха, подаваемые в очистные блоки и в шахту в целом.
Глава II
ПРОВЕТРИВАНИЕ РУДНИКОВ ПРИ МНОГОЭТАЖНОЙ РАЗРАБОТКЕ ЗАЛЕЖЕЙ
§ 1. Общие сведения
На большинстве отечественных и зарубежных рудников вскры тие, подготовку и отработку залежей ведут одновременно на не скольких горизонтах. Это объясняется наличием в пределах шахт ного поля нескольких разобщенных залежей и параллельных про стираний рудных тел, находящихся на различной глубине, а также стремлением к расширению фронта горных работ и увеличению производительности рудников.
При ведении горных работ только на одном горизонте трудно обеспечить ритмичную работу и высокую производительность. Ве дение очистных работ на нескольких горизонтах является обычным в период перехода на нижележащий горизонт, когда работы по очистной выемке в вышележащем этаже сокращаются и развора чиваются на вводимом в эксплуатацию новом этаже.
Многоэтажная разработка имеет место также при объединении в одно целое шахтных полей, горные работы в пределах которых вели на различных глубинах. На протяжении некоторого периода горные работы в таком объединенном шахтном поле ведут в раз ных этажах с перепуском отбитой руды на главный откаточный горизонт. Для многих рудников (например, Лениногорский поли металлический комбинат) такой порядок очистной выемки сохра няется на все время отработки месторождения.
В Криворожском бассейне вскрытие месторождений осуществ ляют сдвоенными этажами. Подготовку и частично отработку спа ренных горизонтов производят одновременно. Такой способ веде ния горных работ дает возможность ускорить ввод новых горизон тов в эксплуатацию, уменьшить количество горнокапитальных вы работок и повысить интенсивность отработки залежей.
42
На верхних горизонтах многих рудников ведётся отработка «пиковых» залежей, запасов руд в бывших охранных целиках под промплощадки, железнодорожные пути, реки и т. п. Таким обра зом, с учетом подготовительных работ на каждом руднике одновре менно находится в работе не менее трех-пяти горизонтов.
При разработке месторождения одновременно на нескольких горизонтах особенно важное значение приобретает вопрос эффек тивного проветривания шахт. В данном случае свежий воздух по дают на несколько горизонтов в необходимых количествах. Отвод загрязненного воздуха на основной вентиляционный горизонт или непосредственно к вентиляционным стволам следует производить в таком порядке, чтобы избежать возможности последовательного проветривания горных выработок. Наряду с этим возникает необ ходимость увеличения подачи воздуха в шахту, так как приходится проветривать большее количество выработок. При многоэтажной разработке усложняется проветривание околоствольных выработок основных рудоподъемных стволов, которые служат также и для подачи свежего воздуха в подземные горные выработки на все го ризонты. Разгрузка руды на двух-трех горизонтах и последующий ее перепуск на нижние горизонты для погрузки в скипы, работа дробильных установок под землей и т. д. повышают запыленность свежего воздуха, поступающего в шахту. Отсутствие недорогих и эффективных средств обеспыливания воздуха в околоствольных выработках ставит на очередь вопрос об организации обособлен ного проветривания околоствольных выработок рудоподъемных стволов.
Многоэтажная разработка усложняет регулирование распреде ления свежего воздуха как между отдельными горизонтами, так и между блоками и забоями в пределах каждого этажа. Это объяс няется большой разветвленностью вентиляционных сетей рудников при работе на нескольких горизонтах и большим количеством вы работок, соединяющих горизонты между собой, что способствует появлению коротких токов и непроизводительных утечек воздуха через верхние горизонты. Затрудняется также управление провет риванием при производстве массовых взрывов по отбойке руды и погашению пустот.
Большого внимания требует вопрос поддержания в рабочем со стоянии значительного количества вентиляционных выработок на верхних горизонтах. Эти выработки используются для сбора отра ботанного воздуха из нижележащих горизонтов и отвода его к вен тиляционным стволам. Кроме того, удлиняются сроки существова ния вентиляционных восстающих и других выработок, по которым отработанный воздух выбрасывается на поверхность.
Многоэтажная разработка залежей требует своевременной углубки основных вентиляционных стволов. Отставание последних от действующего уровня горных работ весьма затрудняет провет ривание шахт. Вентиляционные стволы должны углубляться до уровня подготовительных горизонтов. Только при этом условии
появляется возможность использования для отвода загрязненного* воздуха к вентиляционным стволам выработок промежуточных го ризонтов, а также отпадает необходимость передачи на верхний вентиляционный горизонт отработанного воздуха со всех рабочих этажей. Положительная сторона многоэтажной разработки заклю чается в заметном снижении аэродинамического сопротивления шахтных вентиляционных сетей.
При одновременном ведении горных работ на нескольких эта жах в откаточные выработки нельзя подавать загрязненный воздух с нижележащих горизонтов. Для сбора и отвода отработанного воздуха необходимо иметь на каждом рабочем горизонте специаль ные вентиляционные выработки. Путей отвода загрязненного воз духа в этом случае два: 1 ) на общий вентиляционный горизонт и далее к вентиляционным стволам или 2 ) из пределов данного горизонта по вентиляционным сборным выработкам непосредст венно к вентиляционным стволам.
В настоящее время для обеспечения обособленного проветрива ния забоев и блоков используются старые выработки: откаточные квершлаги, штреки, подэтажные выработки, восстающие, а также непогашенные камеры. Использование старых выработок не дает полного решения проблемы, а лишь является выходом из создав шегося положения.
Как правило, для нормального проветривания забоев, блоков* и горизонтов при интенсивной отработке залежей на нескольких горизонтах должны проходиться специальные вентиляционные вы работки;
Применение для проветривания специальных вентиляционных выработок дает возможность: исключить запыление воздуха, пода ваемого в шахту; регулировать распределение воздуха по горизон там с помощью вентиляционных дверей с окнами в воздухоподаю щих квершлагах, по которым не производится откатка грузов; отка заться от строительства вентиляционных шлюзов на главных отка точных выработках; осуществить более надежное управление вен тиляцией и создать благоприятные условия для очистки подавае мого и выдаваемого воздуха и кондиционирования его перед посту плением в забои; применить полную автоматизацию вентиляторных установок и вентиляционных устройств; обеспечить обособленное проветривание околоствольных выработок рудоподъемных стволов, в которых производится разгрузка, перепуск, дробление и погрузка руды в скипы с выдачей запыленного воздуха по этим стволам. Кроме того, при этом повышается надежность проветривания и упрощается реверсирование вентиляционной струи в случае аварий и становится возможным использование части или всего воздуха, выбрасываемого с нижних подготовительных или эксплуатацион ных горизонтов или соседних блоков для проветривания верхних горизонтов, для чего необходима полная очистка отработанного» воздуха от вредных газов и пыли. Осуществление повторного ис
пользования воздуха (рециркуляционных схем проветривания) даст возможность подавать в шахту меньшее количество воздуха
иустанавливать главные вентиляторы пониженной мощности.
§2. Главные вентиляционные выработки
Суглублением горных работ, усложнением сети горных выра боток и увеличением потребности рудников в воздухе нормальное
проветривание последних невозможно без наличия главных венти ляционных выработок достаточной воздухопропускной способности, к которым относятся: воздухоподающие стволы для вентиляции всего шахтного поля или его участков, квершлаги, штреки и вос стающие для подачи свежего и отвода загрязненного воздуха из горизонтов или участков.
Главные вентиляционные выработки должны обеспечивать про пуск достаточного количества как свежего, так и загрязненного
воздуха на случай возможного увеличения |
потребности в нем лю |
|
бого горизонта и участка, при расширении |
фронта работ, |
а также |
с учетом неизбежных потерь некоторого количества воздуха. |
||
Капитальные затраты на проведение и поддержание |
главных |
|
вентиляционных выработок, расход электроэнергии на вентиляцию должны быть минимальными. Кроме того, главные вентиляционные выработки по возможности должны использоваться для транспор тирования руды и материалов, передвижения людей и в качестве запасных выходов. В каждом конкретном случае вопрос о проведе нии и использовании выработки для тех или иных целей должен решаться экономическим подсчетом. При этом должен выбираться •самый дешевый вариант, но полностью обеспечивающий безопас ные условия труда.
Так, например, при решении вопроса об оборудовании вентиля ционного ствола лестничным отделением следует определить, что выгоднее — закрепить ствол бетоном и устроить лестничное отде ление или пройти новый ствол небольшого сечения для использо вания его в качестве запасного выхода. Когда стволы проходят по устойчивым породам и крепь может отсутствовать, вторрй вари ант может быть экономически более эффективным, чем первый.
Экономическим подсчетом следует также обосновывать выбор схем проходки стволов. Так, для рудника им. Кирова возможны два варианта проходки вентиляционных стволов. По первой схеме •стволы могут проходиться вертикально до предельной глубины от работки месторождения. Тогда от каждого ствола в сторону зале жи потребуется проходить вентиляционные квершлаги сечением 17,5 м2 и длиной по 1000—1800 м. Вторая схема предусматривает проходку всех вертикальных вентиляционных стволов только до горизонта 400 м. Ниже горизонта 400 м проходят наклонные ство лы до предельной глубины отработки. Эти стволы располагают вне проектной границы обрушения пород лежачего бока, но ближе к залежам для уменьшения длины квершлагов (рис. 28).
Для пропуска 260 мг/сек воздуха сечение в свету вентиляцион ного ствола должно быть около 32 м2. В связи с тем, что проходка наклонных стволов такого сечения связана с большими технически ми трудностями, институт Кривбасспроект предусмотрел проходку двух параллельных наклонных стволов сечением в свету по 16 ж2 каждый с горизонтальными сбойками между ними. Наклонные стволы проходят снизу вверх участками на высоту одного этажа. На горизонте 400 м вертикальные и наклонные стволы соединяются, между собой двумя вентиляционными квершлагами сечением.
Рис. 28. Схема проходки вентиляционных выработок шахты им. Ки рова:
/ — вертикальный ствол шахты; |
2 — спаренные |
вентиляционные квершлаги; |
3 — спаренные |
вентиляционные |
стволы |
17,5 м2 из условия пропуска воздуха со скоростью, не превышаю щей 8 м/сек. Начиная с горизонта 475 м, сдвоенные наклонные вен тиляционные стволы соединяют с откаточными штреками на всех горизонтах вентиляционными квершлагами сечением 17,5 м2.
Подсчеты показывают, что по первой схеме объем проведения вентиляционных выработок до горизонта 1 0 0 0 м с расположением квершлагов через горизонт на 40—45% больше объема проходче ских работ по второй схеме.
Путем подсчета можно определять также, следует ли проходить вентиляционные стволы сразу на проектную глубину отработки месторождения или после 10—15 лет эксплуатации закладывать новые стволы для проветривания нижних горизонтов.
Местоположение и устройство главных вентиляционных выра боток должны быть такими, чтобы в случае аварии (например, по жара под землей или на поверхности около стволов шахт) они обеспечили аварийный режим проветривания. При этом может воз никнуть необходимость усиления, ослабления или реверсирования вентиляционной струи как в пределах всего шахтного поля, так и
46
для отдельных участков, а также изоляции какого-либо блока или участка с помощью перемычек, ляд и других устройств.
Вентиляционные выработки должны обеспечить возможность регулирования количества подаваемого по ним воздуха. Произво дить такое регулирование вентиляционными окнами и другими устройствами легче в выработках, по которым не производится дви жения транспорта. Регулирование, а также изоляция выработок от
вентиляционной |
сети в |
случае |
аварии должны |
производиться |
в максимально |
короткий |
срок |
и осуществляться |
дистанционно. |
Полная автоматизация вентиляционных устройств может быть применена с меньшими трудностями в выработках, предназначен ных только для вентиляции.
Главные вентиляционные выработки, пропускающие основную массу свежего и загрязненного воздуха, должны оказывать незна чительное сопротивление движению последнего. Обследование со стояния проветривания ряда рудников показало, что на воздухопо дающие вентиляционные стволы и квершлаги приходится 20—30%, а воздухоотводящие 45—50% потерь давления, если принять поте ри давления во всей сети шахты за 100%. Когда сопротивление движению воздуха в главных выработках значительно, то резко уменьшается пропускная способность вентиляционной сети и воз растают затраты на вентиляцию.
Особое внимание при проектировании разработки месторожде ния должно уделяться главным вентиляционным воздухоподаю щим и выдающим стволам.
§ 3. Проветривание шахт
Обеспечение каждого рабочего места обособленными (парал лельными) струями свежего воздуха при многоэтажной разработке залежей может быть достигнуто сохранением определенного по рядка отработки блоков в пределах смежных этажей. При этом горные работы на верхних горизонтах необходимо вести так (рис. 29), чтобы часть выработок верхнего эксплуатационного го ризонта служила для отвода загрязненного воздуха из блоков ниж него горизонта. Для осуществления такой схемы проветривания двух смежных горизонтов вентиляционный ствол должен быть углублен до уровня нижнего рабочего горизонта.
Ввиду того, что фронт нарезных работ в пределах этажа дол жен значительно опережать очистную выемку, а также в связи с удлинением срока отработки блоков при погашении запасов в це ликах, очевидно, трудно сохранить такой ступенчатый порядок от работки этажей. Кроме того, обычно необходимо проветривать еще один-два подготовительных горизонта, из которых отработанный воздух выбрасывается вверх на рабочий горизонт. Такая схема проветривания шахтного поля не обладает маневренностью, и ее трудно приспособить к непрерывно изменяющимся условиям гор ных работ. Распределение воздуха в необходимых для каждого горизонта количествах затрудняется и обычно осуществляется ис-
ключительно применением вспомогательных вентиляторов и час тично перемычек.
При производстве массовых взрывов по отбойке руды или пога шению пустот при такой последовательности отработки проветри вание крыла или всего шахтного поля нарушается. Это объясняет ся тем, что перед взрыванием вспомогательные вентиляторы и пе ремычки, как правило, демонтируются. Нарушения этих сооруже ний могут произойти и в момент массового взрыва. Если массовые
взрывы производятся часто, то такая схема проветрива ния вообще неосуществима. Она может быть рекомендо вана при отработке мало мощных разобщенных зале жей и месторождений, не требующих для отработки больших объемов взрывных работ.
При многоэтажной раз работке разобщенных зале жей для отвода загрязнен ного воздуха на промежу точных горизонтах могут быть использованы откаточ ные выработки этих гори зонтов, которые не нужны
больше для транспортирования руды. Такими выработками мо гут быть откаточные штреки, пройденные по пустым породам ви сячего бока, орты-заезды и квершлаги.
Для проветривания горизонтов доставки руды можно использо вать не только вышерасположенные выработки, но и нижележащие откаточные выработки. Схема проветривания с использованием для подачи свежего воздуха верхнего и нижнего и для отвода загрязненного воздуха промежуточного горизонта также примени ма при многоэтажной разработке залежей. Следует отметить, что управление вентиляцией горных работ в этом случае усложняется из-за значительных утечек воздуха накоротко между нижним и промежуточным горизонтами. Представляет трудности и подача свежего воздуха с верхнего горизонта вниз на промежуточный без вспомогательных вентиляторов.
При многоэтажной разработке «пиковых» участков и обособ ленных залежей в пределах шахтного поля широко применяют вен тиляционные восстающие, пройденные на высоту всех рабочих эта жей. После проветривания горных выработок на горизонтах воздух по этим восстающим выбрасывается на вентиляционный горизонт. С промежуточными горизонтами такие восстающие не должны быть сбиты, так как в противном случае необходимо устраивать воздушные мосты.
Практическое использование воосстающих для проветривания горных выработок в пределах более чем двух этажей невозможно, что объясняется значительным сопротивлением движению по ним воздуха, трудностью проходки и поддержания восстающих боль шой длины.
Часто для отвода загрязненного воздуха из блоков используют подэтажные выработки или камеры смежных по простиранию и падению блоков. Как первые, так и вторые должны отвечать тре бованиям долговечности, достаточной пропускной способности, доступности для осмотра и ремонта, а также необрушаемости в мо мент массовых взрывов. Перечисленным требованиям отвечают только подэтажные выработки, и поэтому они могут использовать ся в качестве вентиляционных каналов. При отсутствии надежных для проветривания выработок следует проходить специальные вен тиляционные выработки, рассчитанные на эксплуатацию до конца отработки данного крыла, участка или горизонта.
Опыт проветривания рудников показывает, что при наличии полностью изолированных друг от друга блоков сравнительно лег ко добиться обособленного проветривания их даже при многоэтаж ной разработке. Для этого необходимо наличие в них воздухопода ющих и воздухоотводящих выработок и выработок, примыкающих к данным блокам и служащих для отвода загрязненного воздуха на вентиляционный горизонт.
Сложность проветривания рабочих мест в рудниках при одно временном ведении горных работ на нескольких горизонтах, увели чивающаяся глубина разработки и увеличение потребления возду ха ставят ряд новых задач по дальнейшему улучшению санитарногигиенических условий труда в современных рудниках.
Опыт работы рудников и научные исследования показали, что наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим независи мый отвод отработанного воздуха с каждого рабочего горизонта, является проходка сборных вентиляционных выработок (штреков, ортов, восстающих), применение которых позволяет осуществлять сбор отработанного воздуха со всех забоев и блоков данного гори зонта и отвод его к вентиляционным стволам, минуя воздухоподаю щие выработки данного и вышележащих горизонтов.
Сборные выработки должны отвечать следующим требованиям: невысокие затраты на их проведение; достаточная пропускная спо собность; незначительное аэродинамическое сопротивление и на дежная изоляция от воздухоподающих выработок; возможность ремонта и осмотра. В отдельных случдях сборные выработки долж ны допускать возможность использования их для доставки мате
риалов и оборудования.
Схемы проветривания шахт, включающие сборные выработки, должны быть безопасными и маневренными на случай аварии. Срок существования их должен быть таким, чтобы обеспечить пол ную выемку полезного ископаемого в пределах обслуживаемого ими этажа или участка шахтного поля.
4 2418 |
49 |
Использование в качестве сборных выработок штреков и ортов дает возможность уменьшить количество и длину вентиляционных восстающих в блоках, максимально приблизить вентиляционные отсасывающие каналы к местам наибольшего пыле- и газообразо вания (горизонтам выпуска и доставки полезного ископаемого). Наиболее целесообразно проходить сборные вентиляционные выра ботки несколько выше откаточных горизонтов на уровне горизонтов доставки по пустым породам. При этом сокращается длина сбоек, соединяющих приемные горизонты блоков с вентиляционными вы работками, и облегчается изоляция последних от воздухоподаю щих выработок путем установки глухих бетонных перемычек или заполнения сбоек породой.
Для сбора и отвода загрязненного воздуха из блоков на венти ляционный горизонт могут использоваться также вентиляционные восстающие, пройденные на высоту всех рабочих этажей и изоли рованные от промежуточных горизонтов.
Сборные выработки необходимо проходить до начала производ ства очистных работ в блоках и обеспечивать постоянную и гибкую вентиляцию. К сборным вентиляционным выработкам блоки и уча стки должны подключаться так же, как подключаются потребите ли блока к электрической сети.
Наиболее интенсивное пылеобразование и газовыделение в очи стных блоках имеет место на горизонтах доставки руды. Оно тем более опасно, что происходит в течение всей рабочей смены почти непрерывно. Поэтому в первую очередь к сборным выработкам должны подключаться горизонты вторичного дробления и доставки руды.
Осуществление проветривания с отсосом отработанного воздуха из штреков скреперования прямо в вентиляционные выработки с достаточной скоростью и в необходимых объемах дает возмож ность оздоровить рабочие места скреперистов. Такая схема долж на осуществляться для проветривания очистных блоков чаще за счет работы главных вентиляторов, что наиболее рационально, без опасно и эффективно. Иногда может оказаться целесообразным применять дополнительно вспомогательные вентиляторы.
Сборные вентиляционные выработки рабочих горизонтов ис пользуются также для отвода загрязненного воздуха из блоков, находящихся в подготовке, из подготовительных горизонтов. Все вентиляционные восстающие, проходимые для проветривания под готовительных горизонтов, сбивают со сборными выработками. При наличии таких выработок схема вентиляции шахты, ведущей раз работку в нескольких этажах, будет следующей.
Свежий воздух по клетевым или специальным воздухоподаю щим стволам подают в шахту на все рабочие горизонты. По кверш лагам и откаточным штрекам этих горизонтов свежий воздух на правляется для проветривания блоков и других рабочих мест. Омыв забои и блоки на горизонте, воздух попадает в сборные вен тиляционные выработки и по ним, не смешиваясь со свежим воз-
50
духом, выбрасывается к вентиляционным стволам (непосредствен но через вентиляционный горизонт).
Только такие схемы обособленного проветривания забоев шах ты со сбором отработанного воздуха в специальную сеть вырабо ток обеспечивают при многоэтажной разработке нормальное со стояние рудничной атмосферы на рабочих местах.
§ 4. Проветривание очистных блоков при многоэтажной разработке залежей
Схемы подготовки и нарезки очистных блоков, применяемые в настоящее время, предусматривают, как правило, сквозное про ветривание всех выработок выпуска руды, буровых камер и очист ных забоев с последующей выдачей отработанного воздуха на вы шележащий горизонт по вентиляционно-ходовым восстающим.
Обеспечение обособленного проветривания блоков при много этажной разработке затрудняется тем, что взрывные работы на го ризонтах выпуска и доставки руды ведутся на всем протяжении, рабочей смены. Частые массовые взрывы требуют быстрейшего проветривания выработок блока. При этом газы от взрывных работ должны кратчайшим путем, минуя соседние блоки, направляться к вентиляционным стволам.
Подачу в блок свежего и отвод из него загрязненного воздуха обычно осуществляют за счет тяги главных вентиляторов, что обеспечивает устойчивую и надежную вентиляцию рабочих мест и минимальные затраты на проветривание, безопасность работ и простоту их обслуживания.
Сборные вентиляционные выработки для блоков следует прохо дить в лежачем боку, так как продолжительность существования их будет определяться сроком отработки двух и более этажей.
Возможный вариант проходки сборных полевых восстающих на высоту нескольких этажей предусматривает выдачу отработанного воздуха со всех рабочих этажей на общий вентиляционный гори зонт. В качестве общего вентиляционного горизонта служит поле вой штрек одного из вышележащих этажей.
Сборные вентиляционные восстающие рационально проходить по одному для двух-трех смежных блоков. Размеры поперечного* сечения восстающих и сборных штреков следует определять исходя из условий пропуска необходимого для проветривания рабочих за боев количества воздуха с допустимой по ПБ скоростью.
Особое внимание необходимо уделять своевременности проведе ния сборных выработок, чтобы к началу очистных работ в блоке было организовано нормальное проветривание.
Сборные вентиляционные штреки рационально применять при значительной мощности месторождения и большой протяженности залежей. Отработанный воздух с нижних рабочего и подготови тельного горизонтов удаляется в сборный штрек по вентиляцион ным восстающим. При разработке залежей большой мощности