Проветривание тупиковых выработок при их проведении

Тупиковые выработки при их проведении могут проветриваться за счет общешахтной депрессии следующими способами: с помощью продольной перегородки или жестких вентиляционных трубопроводов (при незначительной длине выработок); с помощью вспомогательной параллельной выработки; с помощью скважин (при проходке штольни с поверхности).

Однако, как правило, тупиковые выработки проветриваются вентиляторами местного проветривания (ВМП) с вентиляционными трубопроводами. При этом применяются нагнетательный, всасывающий и комбинированный способы проветривания.

Нагнетательный способ (рис. 3.7.а) имеет наибольшее распространение. На газовых шахтах он является обязательным и единственным. При этом способе воздух в призабойное пространство поступает по трубопроводу, а исходящая струя – по выработке. Для предотвращения рециркуляции вентилятор должен устанавливаться на расстоянии не менее 10 м от устья проветриваемой выработки. К вентилятору по сквозной выработке должно поступать столько воздуха, чтобы соблюдалось условие Q_в≤0,7Q (где Q_в – производительность вентилятора, Q – количество воздуха проходящего по сквозной выработке). Кроме того, скорость движения воздуха у вентилятора должна быть не менее 0,15 м/с, т.е.

где S_в – площадь поперечного сечения выработки, в которой установлен вентилятор, м².

По правилам безопасности конец вентиляционного трубопровода должен располагаться на расстоянии от забоя не более 8, 12 и 10 м на газовых, не газовых угольных шахтах и рудниках соответственно.

Всасывающий способ проветривания (рис. 3.7.б) применяется на шахтах и рудниках, не опасных по газу. При этом способе воздух в призабойное пространство поступает по выработке, а отсасывается вентилятором по жесткому трубопроводу.

Комбинированный способ использует положительные стороны нагнетательного и всасывающего способов. При этом способе используется один (применяется редко) или два вентилятора (рис. 3.7.в).

Рис. 3.7. Способы проветривания тупиковых выработок вентиляторами местного проветривания: а – нагнетательный; б – всасывающий; в - комбинированный

 

При использовании двух вентиляторов основной вентилятор (всасывающий) устанавливается вблизи устья выработки (на расстоянии ≥10 м). Второй вентилятор (вспомогательный) с коротким нагнетательным трубопроводом устанавливается в выработке вблизи забоя. Подача нагнетательного вентилятора должна быть на 20-30% меньше всасывающего.

Для проветривания тупиковых выработок чаще используются осевые вентиляторы с электрическим (СВМ-4м, СВМ-5, СВМ-6м, ВМ-3м, ВМ-4м, ВМ-5м, ВМ-6м, ВМ-8м, ВМ-12м) и пневматическим (СВМП-3м, ВМП-4, ВМП-5м, ВМП-6м) приводом. Производительность вентиляторов достигает 30 м³/с, депрессия – 600 да Па.

Применяются жесткие (металлические и синтетические) и гибкие
(МУ, ПХВ, ТНР, ЧЛХР, ЧЛХВ, ЧЛВУ) трубопроводы. Диаметр труб 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 м, длина основного рабочего звена 10 и 20 м.

Проект вентиляции отдельный тупиковых выработок включает в себя:

1. Выбор способа проветривания.

2. Расчет потребного количества воздуха.

3. Выбор трубопровода и определение его аэродинамических характеристик.

4. Выбор ВМП.

Способ проветривания определяется в соответствии с горно-геологическими условиями, длиной выработки, сечением и другими технологическими факторами.

Расчет потребного количества воздуха должен проводиться по следующим факторам:

1. по наибольшему числу людей, одновременно работающих в забое;

2. по газам, выделяющимся из пород и разрушенного массива;

3. по газам взрывчатых веществ;

4. по пылевыделению;

5. по газам ДВС;

6. по избыточному выделению тепла в выработке;

7. по минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке.

Методы расчета количества воздуха по указанным факторам подробно рассмотрены в работах [1, 9].

К учету принимаются наибольшее количество воздуха.

Тип трубопровода выбирается в зависимости от способа проветривания (жесткий или гибкий). Диаметр трубопровода – в зависимости от длины выработки и количества воздуха.

Аэродинамическое сопротивление трубопровода рассчитывается по формуле (2.20.) или принимается по таблицам [1, 9] в зависимости от типа, диаметра и длины трубопровода.

Для выбора вентилятора необходимо рассчитать его производительность (Q_в) и депрессию (h_в). Формулы для расчета приведены в [1]. Расчетные Q_в и h_в наносятся на график характеристик вентиляторов и таким образом выбирается вентилятор.

 

Утечки воздуха

Общие сведения.

Утечки – неуправляемое движение воздуха от свежей струи к исходящей, при этом воздух не проходит через места его потребления.

Утечки воздуха происходят через неплотности в вентиляционных сооружениях, через выработанное пространство, целики полезного ископаемого между свежей и исходящей струей, через соединения вентиляционных труб.

Утечки снижают поступление воздуха к основным местам потребления (очистным и подготовительным забоям). Для компенсации утечек приходится подавать в шахту больше воздуха, чем требуется, что приводит к увеличению расхода энергии на вентиляцию.

Просачивание воздуха (утечки) через выработанное пространство может вызвать самовозгорание полезного ископаемого.

По мере подвигания забоев и выработок утечки воздуха возрастают и на некоторых шахтах и рудниках достигают 75-80%.

Утечки воздуха подразделяются на:

1) поверхностные (внешние) – подсос воздуха с поверхности в горные выработки или, наоборот, потери воздуха через неплотности при движении его из подземных выработок в атмосферу;

2) подземные (внутришахтные) – между отдельными горными выработками;

3) общешахтные – включающие поверхностные и подземные утечки.

В шахтах (рудниках) различают утечки:

1) через вентиляционные сооружения;

2) через выработанное пространство (между горизонтами, между выработками и земной поверхностью);

3) в параллельных выработках через перемычки и целики полезного ископаемого.

Из всех подземных утечек 70-90% составляют утечки через вентиляционные сооружения.

По характеру утечки делятся на: местные (сосредоточенные) – через вентиляционные сооружения; непрерывно-распределенные – через выработанные пространства; комбинированные (в параллельных выработках через перемычки и целики угля).

Утечки воздуха измеряются в абсолютных величинах (м³/мин) или в процентах от начального количества воздуха (например, подаваемого в шахту или в начало выработки).

Режим движения воздуха при утечках может быть турбулентным
(в крупных трещинах, щелях), ламинарным (при фильтрациях) или промежуточным, т.е. в уравнении показатель степени «n» изменяется от 1 до 2.

Поверхностные утечки.

Поверхностные утечки в районе главной вентиляторной установки определяются как разность между дебитом вентилятора () и дебитом шахты () и выражаются в %-ах от дебита вентилятора () или от дебита шахты ().

Отношение дебита вентилятора к дебиту шахты () называют коэффициентом поверхностных утечек или коэффициентом запаса (при проектировании вентиляции).

В отдельных случаях поверхностные утечки достигают 50% и более от дебита шахты (рудника). Величина утечек зависит от типа герметизатора устья вентиляционного ствола и качества герметизации. Наименьшие утечки имеют место в том случае, когда устье вентиляционного ствола перекрыто глухим полком. Наибольшие утечки – в случае перекрытия вентиляционного ствола надшахтным зданием скипового подъема.

Поверхностные утечки происходят: через поверхность надшахтных зданий; разгрузочные устройства при скиповом подъеме; через окна и двери надшахтных зданий; через поверхность каналов вентиляторов; через отверстия, служащие для пропуска подъемных канатов; через щели у реверсивных шиберов.

При прочих равных условиях поверхностные утечки воздуха будут тем больше, чем меньше эквивалентное отверстие шахты или крыла.

В зависимости от места установки вентилятора установлены нормы поверхностных утечек от 10% - на стволах и шурфах без подъема до 30% - на шурфах, используемых для подъема.

Основные мероприятия по снижению поверхностных утечек:

1) оштукатуривание стен надшахтного здания;

2) снабжение окон надшахтного здания двойными или тройными рамами со стеклами в резиновых прокладках;

3) применение двойных дверей (шлюзов);

4) прикрытие отверстий для прохода канатов подвижными клапанами.

 

Подземные утечки.

Подземные утечки происходят через вентиляционные сооружения, через выработанное пространство и в параллельных выработках.

Утечки воздуха через вентиляционные сооружения зависят от величины депрессии, под которой находится вентиляционное сооружение, и величины аэродинамического сопротивления сооружения.

Перепад давления через вентиляционные сооружения будет тем больше, чем ближе оно расположено к околоствольному двору (при центральной схеме вентиляции), поэтому качеству вентиляционных сооружений, расположенных в этой зоне, должно уделяться особое внимание.

Величина аэродинамического сопротивления вентиляционных сооружений зависит от: материала, из которого выполнено сооружение; назначения (вида) сооружения; площади сооружения и периметра его примыкания к стенкам выработки; срока эксплуатации.

В работе [1] приведены эмпирические формулы для расчета величины утечек воздуха через перемычки и вентиляционные двери.

Меры борьбы с утечками воздуха через вентиляционные сооружения: правильное конструктивное исполнение вентиляционных сооружений; своевременный ремонт; применение материалов с малой воздухопроницаемостью; покрытие герметизирующими составами (жидкое стекло, гипс и др.).

Перемычки необходимо устраивать с глубоким врубом в окружающих породах.

Утечки воздуха через выработанное пространство обычно относят к количеству воздуха, доходящего до забоя:

(3.7.)

где - количество воздуха в начале воздухоподающей выработки (свежей струи); - количество воздуха, доходящего до забоя.

В угольных шахтах величина утечек зависит от способа управления кровлей, свойств пород кровли, системы разработки, мощности пласта, длины лавы, схемы проветривания выемочного участка.

Утечки воздуха через выработанное пространство добычных участков составляют от 10 до 80% от поступающего в забой воздуха.

Снижение утечек воздуха через выработанное пространство достигается путем: изменения способа управления кровлей (переход с обрушения на закладку); увеличения ширины призабойного пространства; уменьшения сопротивления штреков, примыкающих к выработанному пространству; выкладки вдоль штреков более широких бутовых полос или специальной малопроницаемой стенки.

Утечки воздуха через выработанное пространство в рудниках происходят через обрушения, достигающие дневной поверхности. Величина таких утечек достигает 75% от дебита вентилятора. Эти утечки создают неуправляемую схему вентиляции, нарушают нормальное проветривание очистных забоев, ограничивают добычу.

Мероприятия по снижению утечек в этом случае: засыпка трещин с поверхности породой и ее уплотнение; изоляция очистного пространства; изменение режима работы главного вентилятора; применение нагнетательно-всасывающего способа проветривания.

Утечки воздуха в параллельных выработках возникают через перемычки и через разделяющие целики угля. Иногда эти утечки достигают 50-70% подаваемого в выработки воздуха.

Основные меры по снижению этих утечек: увеличение сопротивления перемычек; увеличение размеров целиков; покрытие обнаженных поверхностей герметизирующими составами; уменьшение сопротивления
(а значит и депрессии) выработок.