книги / Проветривание подземных горнодобывающих предприятий

газовых шахтах могут играть полезную роль, разбавляя выделяющийся в выработанное пространство метан (из подрабатываемых или надрабатываемых нерабочих угольных пластов, а также из налегающих пород) и не допуская его выхода в рабочее пространство лавы при прямом порядке отработки пласта и возвратно-точной схеме проветривания (рис. 7.10, Л) или обратном порядке отработки пласта и прямоточной схеме проветривания (рис. 7.10, Г).

При обратном порядке отработки пласта и возвратноточной схеме проветривания (рис. 7.10, Б) и при прямом порядке отработки пласта и прямоточной схеме движения струй воздуха (рис. 7.10, В) выделяющийся в выработанное пространство метан может утечками воздуха выноситься в рабочее пространство лавы, создавая там напряженную газовую обстановку.

Величина утечек воздуха через выработанное пространство зависит (рис. 7.10, А, В, Г) от перепада давления между свежей и исходящей струями, схемы движения струй воздуха (прямоточная, возвратноточная), аэродинамического сопротивления пространства, которое определяется физико-механическими свойствами вмещающих пород, мощностью пласта, длиной лавы, углом падения пласта, способом управления кровлей. Максимальные утечки воздуха имеют место на расстоянии до 50 м от забоя лавы. Здесь воздух движется в зоне неуплотнившейся обрушенной горной массы. По мере удаления от лавы обрушенные горные массы все больше уплотняются, утечки воздуха уменьшаются и на расстоянии 500-600 м от лавы приближаются к нулю.

Утечки воздуха в добычных участках калийных рудников (в панелях) - это потери воздуха на пути его движения от начала участковых транспортных штреков до рабочих камер независимо от применяемой схемы подготовки. На рис. 7-11 и 7. 12 приведены два из многих вариан-

Рйс. 7.11. Схема подготовки и отработки калийных пластов в неустойчивых боковых породах

тов подготовки и отработки калийных пластов Красный-2 (на рисунках обозначен Кр-2) и АБ.

На рис. 7.11 показан один из вариантов подготовки и отработки калийных пластов в неустойчивых боковых породах. Свежий воздух поступает к рабочим блокам по полевому транспортному штреку 1, состоящему из собственно транспортной и конвейерной выработок. Рядом расположен полевой вентиляционный штрек 2. В выемочные штреки 4 пластов Красный-2 (см. рис. 7.11, а) и АБ (см. рис. 7.11, б) воздух из полевых штреков поднимается по уклону 3. С этого уклона в каждом пласте осуществляется проходка выемочных штреков. По выемочным штрекам воздух поступает к рабочим камерам. Для удаления загрязненного воздуха рядом с выемочным в каждом пласте проходят односторонние вентиляционные штреки 5, которые сбиваются с полевым вентиляционным штреком 2.

Камеры отрабатываются в один или два хода комбайнами тупиковым забоем и проветриваются вентиляторами с вентиляционными трубами. Основные утечки воздуха при данной схеме подготовки существуют между полевыми транспортными и вентиляционным штреками, пройденными парными забоями, через сбойки (транспортные и вентиляционные). Количество таких сбоек при длине панели 2,5 - 4 км насчитывается от 12 до 20, а утечки воздуха колеблются от 10 до 25 % объема воздуха, поступающего в начало панели.

Непосредственно в рабочих блоках утечки наблюдаются между выемочными и сближенными вентиляционными штреками через сбойки между ними. Эти утечки колеблются в пределах от 5 до 15 % объема воздуха, поступающего в блоки, и зависят от длины блоков.

В показанной на рис. 7.11 схеме возможны некоторые изменения, связанные с тем, что вместо полевой вентиляционной выработки (рудник БКПРУ-3) может быть пройдена пластовая по одному из пластов; в пределах блоков вместо одностороннего могут, быть пройдены двусторонние вентиляционные штреки (рудник БКПРУ-2).

В устойчивых породах чаще всего применяется пластовая подготовка панелей, вентиляционные штреки отнесены на границы панели, выемка пластов осуществляется комбайнами в несколько ходов в пределах контура камеры или буровзрывная с проведением разрезного штрека по оси камеры с выемочного штрека на вентиляционный. В этих условиях возможно выполнение основных требований, предъявляемых к схемам вентиляции: организация сквозного проветривания камер и пропуск значительных объемов воздуха через рабочие камеры без осуществления специальных мер по регулированию воздухораспределения. Описанным требованиям удовлетворяет схема вентиляции на рис. 7.12.

Свежий воздух подается в рабочие блоки по выемочному штреку 1 в пластеКрасный-2 (рис. 7.12, а). Часть этого воздуха идет к рабочим каме -

рам. а часть по >тслону 5 подается в выемочный штрек / в пласте АБ (см. рис. 7.12, б) и далее к камерам 2. Отработанный воздух удаляется по вентиляционным штрекам 3 и вентиляционным сбойкам 4 в выемочный штрек в пласте АБ. Этот штрек служит и для подачи свежей струи к камерам, и для удаления исходящей струи панели, а поэтому разделен перемычками (см. рис. 7.12, б).

С? 1 V

^ I

г

к

s r О J

Рис. 7.12. Схема подготовки и отработки калийных пластов

в устойчивых породах

Основные пути утечек при движении воздуха от начаЛа выемочного штрека панели в пласте Красный-2 до рабочих блоков наблюдаются через бывшие рудоспуски и вентиляционные скважины, которые использовались при проходке выработок в пластах Красный-2 и АБ. При длине панели от 2,5 до 4 км величина утечек колеблется от 5-7 до 15 % объема воздуха, поступающею в панель.

В рабочих блоках основные пути утечек воздуха происходят через перемычки в выемочном штреке пласта АБ (до 7 % объема воздуха, поступающего к блокам) и через отработанные, но не изолируемые камеры (до 60 % от подаваемого к камерам объема воздуха). В целом утечки воздуха в панелях колеблются в довольно широких пределах (от 25 до 60 % объема воздуха, поступающего в панель) и зависят от схемы вентиляции, порядка отработки панелей^ схемы подгоЮвки пластов (пластовая или полевая).

7.3.2. Подсчет утечек воздуха

Общие утечки воздуха через перемычки определяются по формуле:

где п - количество перемычек в панелях (добычных участках), главных выработках и околоствольных дворах;

Qyri - утечки воздуха через i-ю перемычку, м3/с.

Утечки воздуха через перемычку определяются по формуле

Для подсчета величин утечек по формулам (7.1) и (7.2) необходимо знать значение hn , для чего все перемычки условно разделены на 3 группы:

-перемычки в околоствольном дворе с перепадом давления от 35 до 55 даПа (в среднем hn = 45 даПа);

-перемычки в главных выработках с перепадом давления от 5 до 35 даПа, т.е. в среднем hn = 20 даПа;

-перемычки в пределах добычных участков с перепадом давления от 0,1 до 5,0 даПа, т.е. в среднем hn = 2,5 даПа.

Нормируемые удельные утечки воздуха через перемычку определяются по формуле

где a, d - эмпирические;коэффициенты, приведенные в табл. 7.1 ;

Т- межремонтный период времени эксплуатации перемычки, лет, определяемый по формуле

где Срвмстоимость ремонта перемычки, принимаемая равной 0,3 от стоимости ее возведения, руб.;

А - комплексная величина, определяемая по формуле

стволов, по которым производится спуск людей и грузов; 1,05 для клетевых стволов, не используемых для спуска людей и грузов; 1,25 для скипо-клетевых стволов и 1,20 для скиповых стволов;

тъ - КПД ГВУ, определяемый на характеристике по точке режима работы вентилятора.

Выражение (7.3) решается методом последовательных приближений (достаточно 3 шага), причем за начальное приближение Т, принимается величина, полученная из условия равенства стоимости возведения перемычки Сп (берется из табл. 7.2) и стоимости утечек воздуха через перемычку:

Для оперативных расчетов вентиляции рудника при составлении ежегодных планов ведения горных работ нормируемые удельные утечки воздуха Qyft и соответствующие для их поддержания на данном уровне межремонтные периоды времени Т для различных типов перемычек принимаются по табл. 7.3.

Если известно аэродинамическое сопротивление вентиляционного сооружения (перемычки) R* и перепад давления через сооружение he, то утечки воздуха в нем определяются по формуле

Места утечек воздуха зависят от вида вентиляционного сооружения. В глухих вентиляционных перемычках основным местом утечек являются контакты тела перемычки с горной породой (в особенности у кровли

Таблица 7.1

изготовления сооружения и его материала. Максимальные утечки воздуха наблюдаются через перемычки из досок и чурок, минимальные - через перемычки из бетона. При прочих равных условиях утечки воздуха через глухую перемычку будут тем больше, чем больше ее периметр и чем меньше толщина возводимой стенки. Утечки воздуха через глухую перемычку определяются по формуле А.А.Патрушева

людей или транспорта, то основная масса воздуха просачивается через периметр примыкания двери к крепежной раме (к окладу), а также через проемы водосточной канавы и место прохода рельсовых путей. Для исключения короткого замыкания вентиляционного потока в момент прохода людей или транспорта в выработке устанавливают две и более перемычек с дверьми (такое устройство называется шлюзом). Утечки воздуха через шлюзы определяются по формуле

Коэффициент воздухопроницаемости двери равен 0,02; 0,012 и 0,007 соответственно для железных дверей без прокладок (или деревянных дверей в чураковых перемычках), двухстворчатых дверей в бетонной или каменной перемычках, одностворчатых дверей из сбитых в шпунт досок, обитых железом с прорезиненной тканью, в каменной или бетонной перемычке. Коэффициент, учитывающий число дверей в шлюзе, при наличии одной, двух, трех и четырех дверей равен соответственно 1,0;

Таблица 7.4 Значения коэффициентов воздухопроницаемости перемычки

и приведения утечек 1су

Больпше утечки воздуха могут происходить в параллельных выработках, по одной из которых идет свежая струя, а по другой исходящая. Они происходят через перемычки в сбойках или разделяющие их целики. Основные утечки воздуха происходят в основном через перемычки. Утечки воздуха в параллельных выработках зависят от расстояния между сбойками, в которых установлены перемычки, от состояния окружающих пород и перепада давления между ними. Они определяются по формуле

7.3.3. Мероприятия по снижению утечек воздуха

Выбор схемы вскрытия и порядка раскроя шахтного поля, а также схемы проветривания шахты должны производиться с учетом возможных будущих утечек воздуха. В связи с этим целесообразно применять фланговую схему вентиляции, которая, как правило, исключает близко расположенные параллельные выработки с различным направлением движения воздуха, что обеспечивает уменьшение депрессии и утечек воздуха. Однако, имея наименьшие утечки воздуха, фланговая схема имеет ряд недостатков: необходимость проходки выработок большой длины

тупиковым забоем (от центрального ствола кфланювому); необходимость строить па фланговых стволах надшохъше здания, инженерные сооружения, средства связи и коммуникации, что связано с отчуждением земли и удорожанием строительства шахты.

Раскрой шахтного поля и схема подготовки добычных участков должны обеспечивать минимальное число вентиляцюнных сооружений и пересечений горных выработок со свежей н исходящей струями. Полевая подготовка на угольных и рудных шахтах способствует уменьшению утечек воздуха, облегчает изоляцию отработанных утстков шахтного поля, снижает пожароопасность. Уменьшение аэродинамического сопротивления горных выработок уменьшает сопротивление шахты в целом, что вызывает уменьшение депрессии через вентиляционные устройства и выработанные пространства и, как следствие, уменьшение утечек воздуха.

Общешахшые утечки воздуха (%) определяются по формуле

Борьба с утечками воздуха должна вестись планомерно с момента строительства шахты и ввода ее в эксплуатацию. В начальный период (до освоения проектной мощности) объем подаваемого в шахту воздуха превышает ее потребности. Эю обстоятельство способствует ослаблению внимания веитиляциоппой службы к повседневной борьбе с утечками. По мере развития горных работ растет число вентиляционных сооружений и, соответственно, растет величина утечек воздуха, вследствие чего в забоях начинает ощущаться его недостаток. Постоянный контроль за состоянием вентиляционных сооружений и величиной утечек воздуха одна из важнейших задач вентиляционной службы на шахте или руднике. Необходимо учитывать и то обстоятельство, что главные вентиляторные установки являются одними из наиболее энергоемких механизмов, поэтому чем меньше потери воздуха, тем меньше затраты электроэнергии. По данным [34] на всех шахтах Донбасса только 31,4 % подаваемого в шахту воздуха используется в проветривании рабочих зон (по данным [30] 30 %). Эго значит, что около 70 % потребляемой ГВУ энергии, не считая затрат на поверхностные утечки воздуха, затрачивается впустую.

Замер величины утечек воздуха через перемычку производится одним из следующих способов (рис. 7.13): два замерщика одновременно измеряют потоки воздуха перед (сечение 1 - Qi) и после (сечение 11 - (£>) перемычки. Но в этом случае возникает ошибка, связанная с индивидуальными погрешностями измерения. Чтобы их устранить, за* мерщики меняются местами и повторяют измерения 2-3 раза, т.е.