Вентиляция тупиковых выработок

Схемы проветривания за счет общешахтной депрессии

Вентиляция тупиковых выработок

Для проветривания тупиковых выработок за счёт работы главного вентилятора, общешахтной депрессии, могут применяться продольные, а также параллельные перегородки и вентиляционные трубы.

Продольные перегородки используют при длинах выработок, не превосходящих 60 м, и необходимости подачи к забою больших количеств воздуха. Основное требование к перегородкам – достаточная степень воздухонепроницаемости.

Проветривание тупиковых забоев с помощью жестких вентиляционных труб осуществляется в сочетании с перемычкой, устанавливаемой в воздухоподающей выработке (рис. 1.). Так как аэродинамическое сопротивление вентиляционных труб сравнительно велико, то данный способ используется для проветривания коротких выработок.

Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (проветривание вентиляционных трубопроводов)
Рис. 1. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (проветривание вентиляционных трубопроводов)

Проветривание на основе параллельных перегородок применяется для выработок большей протяженности, как правило, по полезному ископаемому при подаче значительных расходов воздуха (рис. 2). Для реализации этого способа рядом с основной выработкой прокладывают дополнительную. Обе выработки соединяются сбойками через определённое расстояние (10–20 м). Для соединения параллельных выработок можно также использовать скважины большего диаметра.

Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (параллельных выработок и перегородок)
Рис. 2. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (параллельных выработок и перегородок)

При длине выработок, не превышающей 60 м, основным преимуществом перечисленных способов является непрерывность действия вентиляции в течение суток и отсутствие в выработках дополнительных побудителей тяги, что повышает надежность и безопасность работ.

 

Проветривание тупиковых выработок вентиляторами

Вентиляция тупиковых выработок

В зависимости от горно-геологических условий и способов проходки, применяются нагнетательный, всасывающий и комбинированные способы проветривания тупиковых выработок.

Нагнетательный способ применяется в выработках, для которых характерно выделение из стенок, кровли или почвы горючих (метан, водород) или ядовитых (сероводород, сернистый газ, окись углерода) газов, а также обескислороженного воздуха.

Достоинства способа:

  • Интенсивное перемешивание воздуха в призабойном пространстве и разбавление его свежим воздухом, поступающим из конца воздухопровода. Отсутствие в призабойной зоне застойных зон будет обеспечено при расстоянии от груди забоя до конца воздуховода, определяемом по формуле В. Н. Воронина: .
  • Подача к забою, где сосредоточено оборудование и находятся люди, а также имеет место наибольшее газовыделение из свежеобнажённого горного массива и отбитых пород, свежего воздуха, не содержащего вредных газообразных примесей.
  • Возможность применения удобных в эксплуатации гибких трубопроводов.
  • При нагнетательном способе проветривания содержание газа в исходящей струе непрерывно повышается вплоть до выхода воздуха в выработку, проветриваемую за счет шахтной депрессии. Прирост содержания газа сдерживается за счет дополнительного поступления свежего воздуха, теряемого через нагнетательный трубопровод.
Нагнетательный способ проветривания
Рис. 3. Нагнетательный способ проветривания

При использовании нагнетательного способа проветривания возможно возникновение рециркуляции воздуха, характеризующегося засасыванием части исходящей струи вентилятором, установленным на сквозной выработке, и направлением загрязнённого воздуха по трубопроводу вновь в забой тупиковой выработки. Отрицательными последствиями нерегулируемой рециркуляции является увеличение времени проветривания и создание опасности загазованности выработки.

Вентиляторы главного и местного проветривания

Основными путями предотвращения рециркуляции являются:

  • Установка вентилятора на расстояние не менее 10 м от устья проветривания выработки на свежей струе.
  • Обеспечение производительности вентилятора, не превышающей 70% от расхода воздуха, движущегося по сквозной выработке.
  • В выработках большого сечения, когда скорость движения воздуха по сквозной выработке у вентилятора соизмерима со скоростью диффузии газов, обеспечение величины скорости воздуха вентилятора, превосходящей 0,15 м/с,

(Q-Qв)/S≥0,15,

где Q – количество воздуха, проходящего по выработке за счет общешахтной депрессии, м3/с, Qв – производительность нагнетательного вентилятора, м3

Недостатком нагнетательного способа проветривания при взрывной технологии проходки выработок является необходимость в снижении содержания ядовитых продуктов взрыва до величины условной окиси углерода, составляющей 0,008 %. Объём проветривания при этом определяется по расстоянию, соответствующему критической длине, и времени, не превышающему 30 минут. Как правило, объём проветривания оказывается достаточно большим, что определяет и значительный расход воздуха, подаваемого в выработку.

Развитие горных работ в ряде случаев требует увеличения числа проходческих забоев и, соответственно, увеличение расхода воздуха. При ограниченной величине общешахтного расхода воздуха увеличение количества воздуха, подаваемого в проходческий забой, может быть осуществлено за счет рециркуляционного способа проветривания, основанного на разделении исходящей из выработки вентиляционной струи на два потока. Один поток уходит по выработке сквозного проветривания в общую исходящую струю, а другой – движется к всасу вентилятора, где смешивается со свежей струёй и поступает в нагнетательный трубопровод. Способ позволяет обеспечить необходимую скорость воздуха в тупиковой выработке, что препятствует образованию слоевых скоплений газа, например, метана. В выработках большего сечения рециркуляционная струя улучшает микроклимат на рабочих местах. Этот способ достаточно широко применяется в зарубежной практике, например, в ЮАР и Великобритании.

Нагнетательный способ проветривания с частичной рециркуляцией
Рис. 4. Нагнетательный способ проветривания с частичной рециркуляцией (1-5 – пункты автоматического контроля содержания метана)

Основным условием перехода на рециркуляционное проветривание для газообильных выработок является сохранение подачи свежего воздуха, поступающего по магистральной выработке к вентилятору местного проветривания. Эта величина должна соответствовать расчетному количеству воздуха, требуемого при обычном проветривании. При правильном расчете параметров проветривания и их надежным контролем, рециркуляционный способ может быть использован для интенсификации проветривания тупиковых выработок.

Всасывающий способ проветривания может применяться в том случае, когда на сквозном участке проветривания тупиковой выработки не происходит выделение ядовитых и взрывчатых газов из горных пород, а также загрязняющих веществ при работе машин и оборудования.

Достоинства этого способа заключается в том, чтобы загрязненный воздух не попадает на основной участок тупиковой выработки, а удаляется из призабойного пространства по трубопроводу. К забою при этом постоянно поступает свежий воздух. После осуществления взрывных работ объем выработки, из которой необходимо удалять загрязнённый воздух, равен произведению площади поперечного сечения выработки на протяженности зоны отброса газов. Этот объём при прочих равных условиях остается постоянным и не зависит от длины выработки.

Всасывающий способ проветривания
Рис. 5. Всасывающий способ проветривания

Количество воздуха, которое следует подавать в выработку, будет меньше, чем в случае нагнетательного проветривания, что имеет особенное значение при одновременном взрывании больших количеств взрывчатых веществ и сравнительно большой длине выработки. Эффективность всасывающего способа проветривания зависит от расстояния между концом трубопровода и грудью забоя выработки lвс. По мере увеличения lвс в призабойной зоне образуется застойная зона, в результате чего резко возрастает время проветривания.

Условием, обеспечивающим удовлетворительный уровень проветривания призабойной зоны, является изменение lвс в интервале значений от . Опыт использования всасывающего проветривания показывает, что выдержать данные расстояния достаточно сложно, так как велика вероятность повреждения трубопровода кусками разлетающейся породы. Кроме того, данный способ проветривания накладывает ограничения на тип воздухопровода. Использование гибких труб возможно лишь в случае их формирования ребрами жесткости. Этот недостаток может быть устранен при установке вентилятора не на выработке со свежей струёй, а непосредственно в тупиковой выработке вблизи забоя. В этом случае трубопровод состоит из отрезка жёсткого трубопровода, наращиваемого по мере прохождения выработки, и гибкого трубопровода.

Комбинированный способ проветривания тупиковых выработок сочетает в себе положительные элементы нагнетательного и всасывающего способов: активное перемешивание газов в призабойной зоне и небольшой объём проветривания. Это делает способ более гибким и универсальным, что позволяет применять его в широком диапазоне горно-геологических и горнотехнических условий.

Комбинированное проветривание может осуществляться следующими способами:

  • Одним вентилятором, работающим вначале после взрывания ВВ на всасывании, в результате чего из забоя удаляется газовое облако. Через некоторое время вентилятор переводится на реверсивный режим работы и воздух, нагнетаемый в забой, активизирует процесс его проветривания. Для организации проветривания при этом должны применяться вентиляторы, имеющие реверсивный режим работы.
  • Двумя вентиляторами, работающими на один воздуховод. В этом случае схема проветривания аналогична схеме, использующей один вентилятор, за исключением того, что можно задействовать в работе нереверсивные вентиляторы. При этом один из вентиляторов может работать только на всасывание, а другой – только на нагнетание. По мере необходимости подключение к воздуховоду то одного, то другого вентилятора производится с помощью шиберов.
  • Двумя вентиляторами, работающими на раздельные воздуховоды. Проветривание при этом может осуществляться в режимах всасывание-нагнетание или нагнетание и всасывание (нагнетательно-всасывающий способ). В режиме всасывание-нагнетание должны быть соблюдены следующие условия.
Комбинированная схема проветривания с использованием двух вентиляторов и двух воздуховодов в режиме всасывания
Рис. 6. Комбинированная схема проветривания с использованием двух вентиляторов и двух воздуховодов в режиме всасывания – нагнетание

Основной вентилятор, работающий на всасывание, устанавливается вблизи устья выработки (не ближе 10 м). Второй вентилятор (вспомогательный) располагают вблизи выработки забоя и снабжают коротким нагнетательным трубопроводом, конец которого отстоит от груди забоя на расстояние, не превышающее рассчитанное по формуле.

Производительность нагнетательного вентилятора должна быть на 20% меньше, чем количество воздуха, поступающего во всасывающий трубопровод. Для предотвращения распространения газового облака в сторону устья выработки в ней на расстоянии 30-40 м от забоя иногда сооружают перемычку. Производительность нагнетательного вентилятора может быть уменьшена до 10% по сравнению со случаем, когда перемычка отсутствует.

Применяемая в настоящее время нагнетательно-всасывающая схема проветривания предусматривает использование пылеулавливающих установок, заменяющих всасывающие вентиляторы.

Нагнетательно всасывающая схема проветривания с обеспыливанием
Рис. 7. Нагнетательно всасывающая схема проветривания с обеспыливанием I, II – пункты выпуска воздуха

С помощью пылеулавливающих установок запыленный воздух отсасывается из забоя, очищается от пыли и поступает в выработку, участвуя затем в её проветривании. При такой схеме можно отказаться от громоздкой перемычки, заменив его воздушной завесой, которая создается за счет свежего воздуха, поступающего в выработку через боковое отверстие в нагнетательном трубопроводе. Для этого производительность пылеулавливающей установки должна быть выше расхода воздуха, поступающего по нагнетательному трубопроводу к забою выработки. В этом случае часть воздуха, отсасываемого пылеулавливающей установкой, будет перемещаться по выработке забоя, препятствуя распространению пыли к рабочим местам проходчиков. Таким образом, комбинированный способ вентиляции переходит в обеспыливающее проветривание, в один из способов борьбы с пылью вентиляционным методом.

 

Проветривание выработок большой длины

Вентиляция тупиковых выработок

Сложности вентиляции тупиковых выработок с длиной, превышающей 2000–2500 метров, обусловлены значительным аэродинамическим сопротивлением трубопроводов и большими утечками воздуха из трубопровода. Отмеченные особенности приводят к увеличению расчётных производительностей вентиляторов и их депрессии до величин, при которых осуществление эффективного проветривания на основе ранее рассмотренных схем оказывается нерациональным или невозможным. Для проветривания протяжённых тупиковых выработок могут применяться следующие способы.

  • Проветривание одним вентилятором, работающим на один трубопровод повышенного диаметра (известны случаи использования трубопроводов диаметром 2,5 м) или на два параллельных трубопровода. Эти схемы используются при большой площади поперечного сечения выработок.
  • Проветривание несколькими вентиляторами, установленными последовательно в начале трубопровода у устья выработки.
Нагнетательная схема проветривания при каскадном расположении вентиляторов в начале трубопровода
Рис. 8. Нагнетательная схема проветривания при каскадном расположении вентиляторов в начале трубопровода

 

Нагнетательная схема проветривания протяжных выработок при рассредоточенной установке вентиляторов по длине воздуховода
Рис. 9. Нагнетательная схема проветривания протяжных выработок при рассредоточенной установке вентиляторов по длине воздуховода

Каскадная схема установки вентиляторов в связи с гарантированным отсутствием рециркуляции может использоваться для проветривания выработок, проходимых по газоносным породам. Для этой схемы проветривания рекомендуется использовать вентиляторы с одинаковыми аэродинамическими характеристиками, число которых не превышает три. В противном случае возникают трудности в обслуживании вентиляторов и управлении их работой. Во избежание потерь напора, вызванного закручиванием потоков в вентиляторах, между каждым из них должен находиться отрезок трубы, длиной не менее 10 диаметров воздуховода. При каскадной установке вентиляторов участок трубопровода, прилегающий к вентиляторам, находится под давлением, равным сумме давлений всех вентиляторов, что при применении гибких трубопроводов требует изготовления последних с большим сопротивлением на разрыв. Достоинством этой схемы следует считать возможность установки всех вентиляторов на свежей струе, а также удобство их обслуживания.

  • Проветривание вентиляторами, установленными рассредоточено по длине трубопровода.

Использование рассредоточенной схемы установки вентиляторов по сравнению с каскадной схемой позволяет снизить депрессию вентиляторов, установленных на каждом участке трубопровода. Это обеспечивает сокращение утечек воздуха. При проветривании выработок с длиной, превосходящей 2500 м и необходимости подачи в забой значительных количеств воздуха, данная схема является предпочтительнее, чем каскадная. Вместе с тем, она может быть использована лишь в случае отсутствия газовыделений в выработке. Безопасность и надежность схемы проветривания при рассредоточенной установке вентиляторов объясняется тем, что по всей длине воздуховода обеспечивается более высокое давление, чем в выработке. Это достигается за счет правильного выбора расстояний между вентиляторами.

Эпюры статических напоров при рассредоточенной установке вентиляторов
Рис. 10. Эпюры статических напоров при рассредоточенной установке вентиляторов

Если при нагнетательном проветривании расстояние между вентиляторами превышает допустимое, то со стороны всасывающего патрубка вентилятора, установленного в трубопроводе, возникает разрежение, что приводит к рециркуляции загрязнённого воздуха и определяет необходимость увеличения производительности вентиляторов. Поэтому расстояние между вентиляторами должно выбираться таким образом, чтобы давление со стороны всасывающего патрубка каждого последующего вентилятора изменялось в интервале 0 – 20% от давления, развиваемого каждым вентилятором на нагнетательном патрубке.

Рассредоточенная установка вентиляторов может быть использована для организации всасывающего проветривания. Для этого первый вентилятор устанавливается вблизи забоя с возможностью подачи воздуха или выработки в воздуховод, а остальные вентиляторы распределяются необходимым образом по длине воздухопровода. Такие схемы вентилятора и вентиляции применяются для проветривания длинных тупиковых горно-разведочных выработок в условиях вечной мерзлоты.

  • Проветривание вентиляторами, расположенными в шлюзовых камерах (рис. 11.)
Схема проветривания тупиковых выработок большой протяженности вентиляторами, установленными в шлюзовых камерах
Рис. 11. Схема проветривания тупиковых выработок большой протяженности вентиляторами, установленными в шлюзовых камерах

При проветривании выработок с использованием шлюзовых камер воздух из трубопровода предыдущего вентилятора поступает в пройденную для этой цели камеру, в которой устанавливается последующий вентилятор. Этот вентилятор подает воздух в сторону забора. При прочих равных условиях депрессия и утечки воздуха для данной схемы проветривания меньше, чем у каскадной и рассредоточенной схем установки вентиляторов. Однако для предотвращения рециркуляции воздуха должен быть выбран такой режим подачи воздуха, при котором его количество, поступающее в каждую шлюзовую камеру, будет выше количества, забираемого из камеры установленным в ней вентилятором.

  • Проветривание с помощью параллельных выработок и нагнетательных вентиляторов.

Данная схема проветривания может быть применена при использовании самоходного горно-транспортного оборудования, оснащенного дизельными двигателями, что требует подачи в выработки значительных количеств воздуха. При длине выработок, превышающей 3000 м, использование рассмотренных способов оказывается нерациональным. В этом случае проветривание тоннелей и штолен не может быть осуществлено с помощью вентилятора главного проветривания, установленного у портала штольни. Для предотвращения возможных утечек воздуха на портале сооружается тамбур-шлюз. Воздух подаётся вентилятором по штольне до ближайших к забоям штольни и тоннеля сбоек. Вблизи этих сбоек воздух по воздуховодам вентилятора местного проветривания подаётся к забоям тоннеля и штольни. Исходящая воздушная струя и штольни через ближайшие к забою сбойки выводятся в тоннель, из него через портал на поверхность. Из забоя тоннеля исходящая воздушная струя также вводится через портал на поверхность.

Проветривание тупиковой выработки с помощью скважин
Рис. 12. Проветривание тупиковой выработки с помощью скважин
  • Проветривание с помощью поперечной схемы вентиляции. При этой схеме свежий воздух подаётся в сечение выработки по одному воздуховоду, а загрязненный воздух удаляется из нее по другому воздуховоду. Для этого в нагнетательном и всасывающем воздуховоде сделаны окна для раздачи и сбора воздуха.
  • Проветривание с помощью скважин. Сущность этого способа заключается в подаче свежего воздуха в забой тупиковой выработки по скважине, которая бурится с поверхности на глубину расположения выработки (Рис. 12.)

Вентиляторы местного проветривания

Leave a reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *