Определение вент. системы проветривания шахты

Под вентиляционной системой следует понимать совокупность объектов управления (газоносных массивов и rорных выработок) и управляющих устройств (дегазационных установок, газоотсасывающих вентиляторов и вентиляторов главного проветривания), действие которых направлено на управление выделением в нее опасных и вредных факторов не выше допустимого предела. Вентиляционная система должна обеспечивать работу шахт в нормальном и аварийном режимах. Критериями оценки опасности вентиляционной системы являются концентрации в ней вредных и опасных факторов (в дальнейшем для краткости называемых факторами), точнее примесей газов, ядов, паров, пыли, а также параметры окружающей среды (температура, влажность, давление, скорость движения воздуха и др.). Поэтому назначением вентиляционной системы является управление концентрацией кратковременным или продолжительным выделени­ем в нeё факторов С(х, у, г, t) не выше безопасного допустимого преде­ла, т.е. Сб (x,y,z,t)=Sв, где к, у, z, t- пространственные и временная координаты изменения факторов; S_в вентиляционная система.В системе возможны следующие соотношения изменения факторов:С1<Сб<С2, где С6 - регламентированный безопасный предел факторов; С1, С2 - соответственно фактические их значения. При условии Cб > С1 содержание факторов в системе находится ниже безопасного предела в виде бедных смесей. При условии Сб. < С2 содержание факторов в системе находится выше безопасного предела в виде богатых смесей. Вентиляционная система является управляемой и состоит из объектов управления Х1 и управляющих У, устройств: Sв=Xi,Yi, где i= 1, 2, 3,...n. Объектов управлении в системе может быть много, но основными являются два: Xi=X1,X2, где Х1 - вентиляционная сеть (всей шахты, отдельного блока, пласта, крыла, вентиляционного участка, очистного или подготовительного забоя, отдельная выработка или часть её длины, сечение или часть сечения выработки) с выделяющимися в нeё вредными и опасными факторами, которые подвергаются управлению; Х2 - массив, окружающий вентиляционную сеть (угольный, породный массив или выработанное пространство), с находящимися в нём источниками факторов, которые также подвергаются управлению. Управляющих устройств в системе может быть также много, но основными являются два: Yi=Y1,Y2, Вариант включающий все объекты устройства управления, где У, - устройство управления тягой в сети, обеспечивающее подачу воздуха и регулирование вентиляционного потока, сбор, прием, обработку, контроль, передачу информации и формирование команд (естественная 'тяга, поверхностные и подземныe вентиляторы, регуляторы, датчики изменения параметров, компонентов воздушного потока и др.); У2 - устройство или средство управления выделением факторов из массива, имеющее то же назначение, что и устройство управления тягой в сети (вакуум-насосы, различные средства воздействия на состояние массива, изменяющие интенсивность выделения из него факторов).

37. Три основных вида назначения вентиляционных сооружений. Вентиляционные сооружения предназначаются для пропуска воздуха, его распределения по выработкам, обеспечения необходимой герметичности вентиляционных путей. Они делятся на поверхностные (вентиляторные установки, герметические надшахтные здания, шлюзы и т. п.) и подземные (вентиляционные двери, шлюзы, перемычки, кроссинги).

21.Определение рециркуляции и ее значение при установке ВМП Рециркуляцией называется многократная циркуляция воздуха по какому-либо замкнутому пути (например, от вентилятора местного проветривания в забой тупиковой выработки, далее по выработке к вентилятору, затем снова в забой и т. д.). Если рециркуляция происходит через место выделения вредного газа (например, через тупиковый забой, где выделяется метан), то при определенных ус­ловиях она может привести к значительному;увеличению концент­рации этого газа в воздухе, что опасно уже само по себе. Если же вредный газ является взрывчатым, то при работе вентилятора он будет постоянно циркулировать через него, что может привести к взрыву. Условия, при которых концентрация вредного газа в воз­духе может достичь опасных пределов, в практических ситуациях не всегда могут быть точно оценены. Это исключает возможность использования вентиляции с рециркуляцией в шахтах, где выде­ляются горючие и взрывчатые газы. Там же, где рециркуляция имеет место, должен быть организован строгий контроль за кон­центрацией вредных газов в атмосфере выработок.Рассмотрим случай вентиляции тупиковой выработки вентилятором местного проветривания, работающим с рециркуляцией воздуха (рис. 18.4). Часть загрязненного воздуха, выходящего из ту­пиковой выработки, вновь засасывается вентилятором и подается в забой, а другая часть уносится вентиляционной струёй по сквоз­ной выработке. Пусть в выработку выделяется в единицу времени вредный газ в объеме I1. Дебит вентилятора равен Q(для про­стоты принимаем утечки воздуха в воздухопроводе равными нулю). Концентрация газа в подаваемом в забой воздухе равна с', объем выработки равен Требуется найти концентрацию газа с на выходе из тупиковой выработки.

Из условия сохранения количeства газа при проветривании ту­пиковой выработки с рециркyляцией запишем следующее дифференциальное уравнение:I₁dt+Qc´dt-Qcdt=Vвdc (1), где t -время.Первый член левой части уравнения (1) определяет количество газа, выделяющегося в выработку с отбитой горной массы и с поверхности выработки, за время dt, второй член - количество газа, привнесенное в выработку за время dt с воздухом, подавае­мым в выработку вентилятором, третий член - количество газа, вынесенное из выработки за время dt воздушной струей. Разность между количеством газа, поступившим в выработку (сумма первого г-г второго члена в левой части), и количеством газа, вынесенным из нее (третий член), равна приросту (убыли) количества газа в выработке за время dt. Этот прирост равен объему выработки Vв, умноженному нa прирост концентрации d с за время dt. Интегрируя уравнение (1) при начальном условии t=0 и с=с_о, получим C= I1/[Q(1-n)]+[c0-I1/ [Q(1-n)]]exp[-Q(1-n)t/Vв](2)где n - коэффициент рецтгркуляции;n=Qp/Q. Газодинамический процесс при рециркуляции нестационарен: при неограниченной продолжительности проветривания с ре­циркуляцией (t→оо) концентрация газа стремится к пределу (рис. 18.5), определяемому по формуле

d=I1/[Q(1-n)] (3).В условиях нормального проветривания выработки до рециркуляции (с_о<д) рециркуляция воздуха приводит к увеличению концентрации газа, которая может достичь опасного предела. Опасная концентрация газа в выработке достигается тем бы­стрее, чем больше коэффициент рециркуляции.Рециркуляция воздуха может иметь место при вентиляции ту­пиковой выработки по схеме, показанной на рис. 18.4, тупика вентиляционного штрека при установке ВМП или в вентиляционном штреке за лавой, а также при работе подземных вспомогательных вентиляторов. Во всех случаях процесс вентиляции описывается уравнениемC=b1+b2exp(-at) (4)где а, b,, b₂-коэффициенты, зависящие от интенсивности газовыделения, дебита вентилятора, коэффициента рециркуляции, объ­ема выработки.

22.Скорость воздуха при минимальной запыленности принято называть оптимальной по пылевому фактору. При соблюдении оптимальной скорости движения воздуха по пылевому фактору, которая составляет 1,2-2 м/с, можно уменьшить запыленность его в лаве в сред­нем на 45%.Скорость воздуха в очистных забоях шахт Кузбасса составляет 0,25 м\с и менее или 2,5-3 м/с и более. В этих условиях применение оптимальных режимов проветривания позволяет снизить запыленность воздуха на рабочих местах в 2-4 раза. В отдельных слу­чаях в результате эффективной вентиляции запыленность воздуха в забое снижается па 6O-70% (в 3-4 раза). На основе обобщения исследований установлена оптимальная, скорость вентиляционной струи в очистных забоях по пылевому фактору 1,2-2,0 м/с. При выемке увлажненных углей это значение увеличивается. Следует отметить, что при проветривании сильно загазированных забоев количество и скорость воздуха, рас­считанные по газовому фактору, зачастую не соответствуют значе­ниям оптимальных скоростей по пылевому фактору. В этом случае, когда по газовому фактору в очистных забоях требуются большие скорости воздуха, чем оптимальные по пылевому фактору, необходимо предусматривать дегазацию и местное снижение скорости воздуха у источников пылеобразования.

24.Все вентиляционные системы классифицируют в зависимости от сочетания в них управляемых объектов Х и устройств управления Yi. Вариант включающий все объекты устройства управления S1= X1,X2,Y1,Y2 наиболее совершенен, т.к. в нем управляются все объекты и устройства для поддержания безопасного уровня факторов.

Вариант включающий в качестве объекта управления сеть и массив, устройство управления только тягой в сети S2=X1,X2,Y1, не предусматривает управления факторами с помощью устройств управления массивом. Вариант, включающий в качестве объекта управления только сеть и устройство управления тягой в сети S3=X1,Y1, включает широкий класс систем, в объекты которых не выделяются факторы из окружающих массивов. Вариант, включающий в качестве объекта управления сеть и массив, а устройство управления только массивом: S4=X1,X2,Y2, не содержит устройств управления сетью, а только устройства управления массивом. Система проветривания шахты по горно-геологическим факторам определяется из условия пропускной способности воздуха Максимальными типовыми поперечными сечениями воздухоподающих стволов и главных квершлагов при максимально допустимых скоростях движения воздуха по ним:

где; Д- диаметр ствола, м; Q_ш- количество воздуха, проходящее через выработку, м³/мин; S- площадь попсречного сечения главного квер­шлага, м'`; V- максимально допустимая скорость движения воздуха, м/с; К- коэффициент; учитывающий уменьшение сечения ствола армировкой и лестничным отделением (для подающих стволов, оборудо­ванных клетьевым подъемом, К= 1,1, для вентиляционных стволов К= 1,05); К, - коэффициент, учитывающий расположение воздухо­подающего ствола (ствол в лежачем боку свиты К, = 1,0, между свита­ ми К1 = 1,1-2,0). Определение системы проветривания шахты по пропyскной способности воздуха производится одновременно со способом вскрытия и подготовки горизонтов (этажей) с учетом ведения горных работ на наиболее глубоком горизонте. Вентиляционная система шахты выбирается в соответствии с газо­опасностью Длягазовых шахт, разрабатывающих газоносные массивы, рекомендуются системы вентиляции, в которых присутствуют одно­временно массивы, выработки, дегазационные установки и вентиляторы главного проветривания и осуществляется регулирование и контроль всеми объектами управления и управляющими устройствами для поддержания концентраций вредных и опасных факторов в действующей вентиляционный и дегазационной сети не выше допустимого предела.

28 ВЕНТИЛЯЦИЯ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК По характеру проветривания выработки разделяются на сквозные и тупиковые. Сквозные выработки сообщаются с дру­гими выработками в двух пунктах, и их проветривание осущест­вляется за счет работы вентилятора главного проветривания (за счет общешахтной депрессии) и естественной тяги. Тупиковые выработки сообщаются с другими выработками в одном пункте. Особенность проветривания тупиковых выработок заключается в том, что удаление выделяющихся в них вредностей может быть осуществлено только с помощью специальных устройств или средств, располагаемых в них и в прилегающих к ним выработ­ках. Без применения средств вентиляции на негазовых шахтах могут проводиться выработки длиной не более 10 м. Удаление вредностей из них осуществляется за счет молекулярной и турбулентной диффузии. Интенсификация проведения горных выра­боток, применение производительных машин и механизмов, непре­рывное увеличение глубины горных работ и связанное с ним возрастание температуры воздуха и пород, газоносности и газо­выделений приводят к тому, что проветривание тупиковых выра­боток становится все более сложным. На некоторых шахтах сум­марная мощность вентиляторов местного проветривания превы­шает мощность вентиляторов главного проветривания. Вентиляция выработок за счет общешахтной депрессии

Подача воздуха в забой тупиковых выработок за счет работы вентиляторов главного проветривания осуществляется с применением продольных перегородок, вентиляционных труб, скважин г-i параллельных выработок. Продольные перегородки (рис. 23.1) применяются тогда, когда к забою нужно подать большое количество воздуха при небольшой длине выработок (б0 м). Про­дольные перегородки возводятся из прорезиненной ткани (отходы вентиляционных труб), досок, кирпича и др. Основное требование к перегородкам -

воздухонепроницаемость. Для борьбы с потерями воздуха перегородки должны покрываться цементным раствором или глиной, торкретбетоном или пенополиуретаном.

Продольные перегородки используются редко. Проветривание тупиковых выработок с помощью жестких вен­тиляционных труб может быть осуществлено в сочетании с пере­мычкой (см. рис. 23.1). Так как сопротивление труб сравни­тельно велико, этот способ применяется для проветривания коротких выработок. В зависимости ОТ конкретных условий по трубе может подаваться свежий воздух или удаляться загазиро­ванный. Проветривание с использованием параллельных выработок при­меняется тоrда, когда выработка большой длины проводится по полезному ископаемому и для ее проветривания требуется пода­вать значительное количество воздуха. В этом случае рядом с ос­новной проводится вспомогательная выработка. Через определен­ные промежутки (10-20 м) выработки сбиваются между собой (рис. 23.2). В сторону забоев свежий воздух движется по основной выра­ботке. Для подачи воздуха к забоям используются продольные перегородки, вентиляционные трубы или вентиляторы местного проветривания. Проветривание тупиков может осуществляться за счет общешахтной депрессии при условии, что длина перегородки и вентиляционных труб не превышает 60 м. По мере проведения новых сбоек между выработками в старых сбойках должны возводиться перемычки (шлакоблoчные, каменные, бетонные и др.), покрываемые воздухонепроницаемыми составами. Допускается установка в просеках временных перемычек, которые после стабилизации горного давления должны заменяться на постоянные. Для соединения парных выработок вместо сбойки можно бу­рить одну или несколько скважин большого диаметра. Старые скважины должны тщательно герметизировать. Основное достоинство всех перечисленных способов подачи воздуха в тупиковые забои за счет общешахтной депрессии - непрерывность действия вентиляции в течение суток и отсутствие в выработке механических возбудителей тяги, что обеспечивает на­дежность и безопасность работ. Если подача нагнетательного вентилятора, установленного по сквозной выработке, больше рас­хода подаваемого по нeй воздуха, то часть исходящего воздуха будет вновь засасываться вентилятором и направляться по тру­бопроводу в забой. Такое явление носит название рециркуляции воздуха. Последняя часто вызывает отрицательные последствия (увеличивает время проветривания и создаст опасность загазования выработок). Для предотвращения рециркуляции Правила безопасности предписывают устанавливать вентилятор на расстоянии l10 м от устья проветриваемой выработки. При этом подача вентилятора должна быть =<70 °/_о расхода воздуха, движущегося по сквозной выработке. Однако и при соблюдении последнего ус­ловия не всегда предотвращается рециркуляция воздуха (особенно в выработках большого сечения, когда скорость движения воздуха по сквозной выработке у вентилятора становится равной или меньше скорости диффузии газов). С точки зрения физиче-ской сущности процесса для предотвращения рециркуляции не­обходимо, чтобы скорость движения воздуха у вентилятора была >0,15 м/с (т, е. больше скорости диффузии). Правила безопасности требуют, чтобы скорость движения воздуха в выработках была >=0,25 м/с, т. е. где - расход воздуха, проходящего по выработке за счет об­щешахтной депрессии, мз/с; по Q подача нагнетательного вентилятора, мз/с.