Краткая история развития рудничной аэрологии как науки

8.9

17.2

0.20

7-8

Вспомогательный бремсберг

0.0021

11.5

170

8.9

19.8

2.3.

2-9

Участковый бремсберг

0.0023

11.5

190

8.9

17.6

2.2

11.2 Общие сведения об утечках и их классификация

Утечками называется такое движение воздуха со свежей струи в исходящую, при котором воздух не поступает к местам потребления (забои, камеры и т.д.). Герметизирующие устройства, отделяющие поступающую струю от исходящей (целики угля, вентиляционные двери, перемычки и др.) называются изоляторами.

Утечки снижают поступление воздуха к основным местам его потребления - забоям очистных и подготовительных выработок. Для компенсации утечек приходится увеличивать подачу воздуха в шахту, с тем, что бы обеспечить забои и другие объекты проветривания необходимым количеством воздуха и создать безопасные условия труда. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению расхода электроэнергии на вентиляцию.

При разработке само возгорающихся пластов угля утечки могут привести к возникновению пожара.

Практика показывает, что утечки воздуха могут достигать 70 -80 % от дебита вентилятора и только при правильно организованной борьбе с утечками они могут быть снижены до 40 % и менее

При оценке качества проветривания шахт утечки воздуха разделяют на подземные (внутренние), поверхностные (внешние) и общешахтные. Подземные утечки воздуха происходят из выработок со свежей струей в выработки с исходящей струей. Они определяются разностью между количеством воздуха, поступающим в шахту, и количеством воздуха, используемым для проветривания всех объектов проветривания.

Рпод=100

Поверхностные утечки воздуха (подсосы) происходят через неплотности вентиляционных каналов и их реверсивних устройств, надшахтних зданий и сооружений, через перекрытия и перемички в стволах шурфах и др. Поверхностные у течки воздуха определяются разностью между дебитом вентилятора (вентиляторов), и количеством поступающего в шахту воздуха.

Рпов=100

Общешахтные утечки воздуха определяются разностью между дебитом вентилятора и тем количеством воздуха, которое полезно используется для проветривания всех объектов (очистных, подготовительных забоев, камер и др.)

 Роб= 100

По характеру утечки делятся на местные (сосредоточенные), непрерывно-распределенные и комбинированные. Местные утечки воздуха это утечки через вентиляционные сооружения (перемычки, вентиляционные двери, кроссинги, загрузочные устройства и др.). Непрерывно-распределенные утечки происходят по длине выработок через выработанное пространство, бутовые полосы и.др. Комбинированные утечки включают в себя как местные, так и непрерывно распределенные; это ,например утечки в параллельных выработках, происходящие через перемычки и целики угля.

Утечки воздуха измеряются как в абсолютных величинах (м3/мин), так и в % от начального количества воздуха (например, подаваемого в шахту, в начало выработки и т. п.).

11.3 Расчет утечек воздуха в шахтах

При современном состоянии техники полностью устранить утечки воздуха невозможно. Поэтому их необходимо учитывать при расчете количества воздуха необходимого для проветривания очистных забоев, выемочных участков, тупиковых выработок, камер и вентиляционной сети в целом. Существуют два основных метода расчета утечек - аналитический и по нормам.

Аналитический расчет основан на использовании закона сопротивления при утечках

h=Rут Qn

где h - депрессия путей утечек;

Rут - аэродинамическое сопротивление путей утечек;

Q - расход воздуха при утечках;

n.-.показатель степени характеризующий режим движения воздуха при утечках.

Из равенства (11.4) расход воздуха при утечках определится по формуле

Q=

Режим движения воздуха при утечках может быть либо турбулентным (в крупных трещинах и щелях), либо ламинарным (при фильтрации). Часто при фильтрации в одних каналах наблюдается турбулентное движение, в других - ламинарное. В результате во всем объеме фильтрации режим движения оказывается промежуточным. Соответственно этому при утечках возможен линейный, квадратичный или промежуточный закон сопротивления, т. е. 1<n<2.

Для расчета величины утечек воздуха по формуле (11.5) необходимо знать значения величин h, Rут и n, которые иногда определить невозможно. Например, для того, что бы определить депрессию путей утечек, необходимо знать расход воздуха в вентиляционной сети, а расход воздуха зависит от величины утечек. Поэтому, аналитический метод расчета утечек воздуха не имеет широкого применения в практике.

В настоящее время широко применяются расчеты утечек воздуха, основанные на нормах утечек, определяемых экспериментально. Нормы утечек зависят от типа сооружения, его конструкции, материала, размеров, состояния вмещающих пород, депресси, под которым находится сооружение.

Сущность расчета состоит в умножении норм утечек на число объектов утечек данного типа в шахте. Затем утечки по разным типам объектов суммируются, и определяется их общая величина для шахты. Для такого расчета необходимо иметь схему вентиляции шахты.

Нормы утечек воздуха для различных типов вентиляционных сооружений представлены в Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт.

При расчете необходимой производительности вентиляторов главного проветривания внешние утечки воздуха могут определяться по нормам или учитываться коэффициентом внешних утечек.

Если утечки воздуха определяются по нормам, то подача вентиляционной установки (Qв), рассчитывается по формуле

Qв=Qш+

где Qш - расход воздуха, поступающий из шахты к данному вентилятору;

- утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал. Утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал определяются в зависимости от площади наружных стен и перекрытий надшахтного здания и площади поперечного сечения канала [5]. Если эти величины заранее не известны, то ориентировочно, необходимую подачу вентилятора можно определить по формуле

Qв=Qш kут.вн

где kут.вн - коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные сооружения и каналы вентиляторов, следует принимать равными: для случав установки вентиляторов на скиповом стволе 1.25; на клетевом - 1.2; на стволах и шурфах, не используемых для подъема - 1.1; на шурфах, используемых для подъема и спуска материалов - 1.3.

11.4 Мероприятия по снижению утечек воздуха

Все мероприятия по снижению утечек воздуха можно разделить на две группы:

общешахтные мероприятия и мероприятия частного характера.

К общешахтным мероприятиям относятся :

Рациональный выбор схемы проветривания шахты, которая определяет число вентиляционных сооружений, длину выработок, наличие встречных параллельных путей воздуха;

Снижение общешахтной депрессии, которой пропорциональны общешахтные утечки;

Проведение полевых выработок, что способствует снижению утечек вследствие значительно меньшей воздухопроницаемости пород по сравнению с углем.

Применение стационарных вентиляционных установок.

К мероприятиям частного характера относятся мероприятия направленные на повышение качества вентиляционных сооружений и хорошую организацию на шахте службы контроля и ремонта вентиляционных сооружений.

ЛЕКЦИЯ 12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ

12.1 Исходные данные для разработки проекта вентиляции шахты

Для составления проекта новой или реконструируемой шахты необходимы следующие материалы:

Схема вскрытия, способ подготовки, система разработки шахтного поля и календарные планы развития горных работ;

Нагрузка на очистные забои, способы и темпы проведения подготовительных выработок;

Данные геологоразведки о мощности и взаимном расположении пластов и пропластков угля, о их природной газоносности, а также данные технического и анализов углей: зольность, влажность, объемный вес, содержание летучих веществ.

При разработке проектов реконструкции действующих шахт используются материалы депрессионных и газовых съемок.

12.2 Содержание проекта проветривания шахт

Проект вентиляции шахты состоит из следующих основных разделов:

Выбор способа, системы и схемы проветривания шахты и выемочных участков;

Расчет метанообильности горных выработок и проверка нагрузки на очистные забои по условиям вентиляции;

Расчет и выбор средств проветривания тупиковых выработок;

Расчет количества воздуха, необходимого для проветривания отдельных забоев, участков, камер, утечек воздуха и для шахты в целом;

Расчет депрессии шахты и естественной тяги;

Расчет необходимой депрессии, производительности вентилятора главного проветривания и его выбор;

Расчет и выбор калориферной установки;

Подсчет стоимости проветривания.

Кроме перечисленных основных разделов в проекте вентиляции шахты при необходимости решаются такие специальные вопросы как:

-Расчет предварительной дегазации пластов и спутников;

-Разработка мероприятий по борьбе с внезапными выбросами угля и газа;

-Тепловые расчеты (кондиционирование).

12.3 Способы проветривания шахт

Под способом проветривания шахты понимают способ получения разности давлений, необходимой для перемещения воздуха по вентиляционной сети. Различают следующие способы проветривания шахт:

Естественный-обусловлен наличием естественной тяги;

Искусственный - при помощи вентиляторов.

Проветривание шахт только за счет естественной тяги запрещено правилами безопасности. Проветривание шахт должно осуществляться вентиляторами, установленными на поверхности и действующими непрерывно. Искусственный способ проветривания разделяется на:

Нагнетательный, всасывающий и комбинированный (нагнетательно-всасывающий).

Нагнетательное проветривание и область его применения

Если действующие выработки имеют аэродинамическую связь с поверхностью через трещины и провалы, то следует применять нагнетательное проветривание. В этом случае вредные газы, скапливающиеся в выработанном пространстве, выносятся на поверхность утечками воздуха.

Нагнетательное проветривание допускает возможность осуществления фланговой схемы проветривания с помощью одного вентилятора. Это ценно при разработке верхней части месторождения, когда вместо поддержания вентиляционного горизонта шахты целесообразнее проходить участковые или групповые шурфы.

Действующими ПБ нагнетательное проветривание разрешено на всех шахтах. Однако, применение нагнетательного проветривания на шахтах с обильным выделением метана из выработанного пространства нежелательно. Это связано с тем, что при снижении депрессии шахты или остановке вентилятора главного проветривания метан из выработанного пространства поступает в действующие выработки.

Всасывающий способ проветривания и область его применения

Всасывающий способ проветривания является наиболее безопасным, надежным и экономичным. Поэтому, нормами технологического проектирования, он рекомендуется в качестве основного способа проветривания шахт. Достоинством всасывающего способа является то, что в случае аварийной остановки вентилятора главного проветривания давление в горных выработках увеличивается, что некоторое время сдерживает выделение метана из выработанных пространств в выработки.

Применение всасывающего способа при фланговой схеме проветривания связано с увеличением числа вентиляторных установок и усложнением управления вентиляцией.

Нагнетательно-всасывающее проветривание

Этот способ рекомендуется при реконструкции шахт с фланговыми схемами проветривания в следующих случаях:

При разработке мощных пластов угля склонных к самовозгоранию;

При большом аэродинамическом сопротивлении шахты и разбросанностью горных работ;

При наличии старых воздухопроницаемых выработанных пространств.

При нагнетательно-всасывающем проветривании дебит нагнетательного вентилятора должен быть несколько выше дебита всасывающих вентиляторов, что позволяет снизить подсосы воздуха с поверхности.

Достоинства нагнетательно-всасывающего проветривания:

1. Снижение перепада давлений между воздухоподающими и воздухоотводящими выработками, что позволяет снизить утечки воздуха.

2. Возможность получения высокой депрессии вентиляционной сети.

Недостатки нагнетательно-всасывающего проветривания

1. Большое количество вентиляторных установок;

2. Сложность управления проветриванием шахты.

12.4 Схемы проветривания шахт

Под схемой проветривания шахты понимают определенный порядок расположения горных выработок, служащих для подачи свежей и отвода отработанной струи воздуха.

В зависимости от взаимного расположения выработок различают следующие схемы проветривания шахт:

1. Центральные схемы проветривания, которые могут быть:

-с центральным расположением стволов;

-с центрально отнесенным расположением стволов.

2. Диагональные или фланговые схемы проветривания, которые подразделяются на:

фланговую крыльевую - когда при восходящем проветривании очистных забоев целое крыло шахты имеет дону общую выработку для выдачи исходящей струи на поверхность;

фланговую групповую - когда одна выработка для исходящей струи используется не для всего крыла, а только для группы участков данного крыла;

фланговую участковую - когда каждый участок имеет свою выработку для выдачи исходящей струи на поверхность.

3. Комбинированные схемы проветривания - имеющие элементы центральных и фланговых схем.

Центральные схемы проветривания шахт их преимущества и недостатки

Центральные схемы характеризуются параллельным, но противоположно направленным движением свежей и исходящей струй по откаточному и вентиляционному горизонту. Для ее осуществления необходимо наличие только двух стволов, в качестве которых обычно используют клетьевой ствол для подачи свежей струи, а скиповой для выдачи исходящей (рис.12.1). При центрально отнесенной схеме проветривания, как правило, используются три ствола. Два из них (скиповой и клетьевой) расположены в центре шахтного поля, а третий вентиляционный отнесен по центру шахтного поля и расположен на выходе пластов под наносы (рис.12.2).

Рис.12.1 - Центральная схема проветривания

Рис.12.2 - Центрально-отнесенная схема проветривания

В этом случае вентилятор установленный на скиповом стволе используется для проветривания выработок околоствольного двора, а вентилятор на вентиляционном стволе для проветривания горных работ.

Преимущества центральной схемы:

1. Незначительные капитальные первоначальные затраты, так как не проводятся дополнительные вентиляционные стволы;

2. Быстрый ввод шахты в эксплуатацию;

3. Простота обслуживания вентиляторной установкой и управления вентиляциейшахты;

4. Простота реверсирования вентиляционной струи;

5. Концентрация поверхностных сооружений.

Недостатки центральной схемы:

1. Большие утечки воздуха с откаточного горизонта на вентиляционный и большие подсосы воздуха с поверхности в связи с тем, что трудно осуществить надежную герметизацию устья скипового ствола.

2. Неравномерная депрессия шахты, очень низкая при ведении горных работ у околоствольного двора и очень высокая при ведении горных работ у границ шахтного поля;

3. Большие затраты на поддержание выработок вентиляционного горизонта;

4. Снижается безопасность работ в связи с малым количеством запасных выходов на поверхность.

Диагональные схемы проветривания

Диагональные схемы характеризуются прямоточным движением воздуха от воздухопадающего ствола к вентиляционному стволу (рис.12.3).

Достоинства диагональной схемы:

1. Невысокая и постоянная депрессия шахты;

2. Более низкие по сравнению с центральной схемой утечки воздуха;

3. Возможность погашения выработок вентиляционного горизонта, а следовательно незначительные затраты на их поддержание;

4. Повышается безопасность работ за счет увеличения запасных выходов.

Недостатки фланговых схем проветривания:

1. Увеличивается срок строительства шахты и капитальные затраты на проведение дополнительных стволов;

2. Сложность обслуживания большого количества вентиляторов

3. Сложность, иногда невозможность реверсирования вентиляционных струй.

Комбинированные схемы проветривания обладают достоинствами и недостатками как центральных, так и фланговых схем.

Рис.12.3 - Фланговая схема проветривания

12.5 Выбор схемы проветривания шахты

Схема проветривания шахты выбирается и разрабатывается с учетом следующих факторов:

Схемы вскрытия, способа подготовки шахтного поля, принятой системы разработки и очередности отработки пластов;

Метанообильности очистных, подготовительных забоев, требуемой нагрузки на очистные забои, принятой схемы проветривания выемочного участка, панели, блока.

Как правило, разрабатывается несколько возможных вариантов схем проветривания шахты. Для каждого из рассматриваемых вариантов рассчитывается расход воздуха и производится их технико-экономическое сравнение.

Для принятого более экономичного варианта схемы проветривания производится расчет вентиляции на первый период эксплуатации шахты, который составляет 15-25 лет. Для этого периода устанавливаются наиболее характерные этапы развития шахты (сдача шахты в эксплуатацию, освоение проектной мощности, максимальное развитие горных работ, ввод новых горизонтов и т.п.) и для них разрабатываются схема проветривания шахты. Для каждой схемы производится расчет количества воздуха, депрессии, температурный расчет и расчет воздухонагревателей

12.6 Расчет расхода воздуха для проветривания шахты

Расход воздуха для проветривания шахты в целом определяется по формуле

Qш=1.1(УQуч + УQт.в+ УQпог.в. + УQпод.в. + УQк + УQут)

где 1.1- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок;

УQуч - расход воздуха для проветривания выемочных или вентиляционных участков;

УQт.в - расход воздуха подаваемый к всасам ВМП для обособленного проветривания тупиковых выработок, проводимых за пределами выемочных или вентиляционных участков;

УQпог.в - расход воздуха для обособленного проветривания погашаемых выработок;

УQпод.в. - расход воздуха для обособленного проветривания поддерживаемых выработок

УQк - расход воздуха для обособленного проветривания камер;

УQут - утечки воздуха через вентиляционные сооружения, расположенные за пределами вентиляционных или выемочных участков.

При проветривании шахты несколькими вентиляторами по формуле (12.1) определяется в соответствии со схемой проветривания расход воздуха по группам выработок (крылу, шахтопласту), проветриваемым одним вентилятором, а общий расход воздуха для шахты определяется как сумма полученных результатов.

12.7 Расчет депресси шахты

Для выбора вентиляторной установки необходимо определить минимальную и максимальную депрессию шахты в течение первого периода ее эксплуатации, который принимается равным сроку службы вентилятора главного проветривания (15-25 лет). Минимальная и максимальная депрессия шахты определяются на основе анализа динамики горных работ, при этом устанавливается наиболее легкий и наиболее тяжелый периоды проветривания шахты.

Минимальная и максимальная депрессия шахты рассчитывается по струе наибольшего сопротивления. Струя наибольшего сопротивления определяется на основе схемы проветривания шахты, а при необходимости производятся расчеты депресси по нескольким параллельным струям. Для выбора вентилятора принимается максимальное значение депрессии для наиболее легкого и наиболее тяжелого периодов проветривания шахты. При этом максимальная депрессия, как правило, не должна превышать 300 даПа. Для сверхкатегорных шахт и опасных по внезапным выбросам, а также шахт с производственной мощностью 4000 т/сут и более - 450 даПа. Для действующих шахт при доработке запасов на глубине более 700 м и разрабатывающих пласты не склонные к самовозгоранию допускается депрессия до 800 даПа. Минимальная и максимальная депрессия шахты определяется по формуле

hш=hп.в.+hк.в.+hк+hк.к

где hп.в. - депрессия подземных выработок направления по струе наибольшего сопротивления. Определяется как сумма депрессий отдельных последовательно соединенных ветвей, входящих в направление, от устья воздухопадающего ствола до входа в канал вентиляторной установки.

hп.в=1.1(h1+h2+ +hn)

1.1 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления;

hn. - депрессии отдельных выработок;

hк.в - депрессия канала вентиляторной установки, принимается равной 0.11hп.в;

hк - депрессия воздухонагревателей;

hк.к - депрессия канала воздухонагревательной установки.

12.8 Расчет производительности, депрессии вентилятора и его выбор

Подача вентиляторной установки (QB), для случая, когда внешние утечки воздуха определяются по нормам, рассчитывается по формуле

Qв=Qш+УQвн.ут

УQвн.ут - утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал, которые принимаются в соответствии с руководством по проектированию вентиляции шахт в зависимости от площади наружных стен и перекрытий надшахтного здания и поперечного сечения канала вентилятора.

Если площадь стен и поперечное сечение канала не известны, то утечки учитываются коэффициентом внешних утечек, тогда

Qв=Qш kут.вн.

где kут.вн - коэффициент, учитывающий внешние утечки.

Для ориентировочного расчета производительности вентилятора он принимается :

при установке вентиляторов на скиповом стволе-1.25;

при установке вентиляторов на клетевом стволе-1.2;

на стволах и шурфах не используемых для подъема-1.1;

на стволах и шурфах используемых для подъема и спуска материалов-1.3

Депрессия вентиляторной установки определяется в зависимости от минимальной, максимальной депрессии шахты и депрессии естественной тяги.

Минимальная депрессия вентиляторной установки определяется по формуле

Нв.min=hш.min-hе.з

где hш.min - минимальноезначение депрессии шахты за планируемый период эксплуатации вентиляторной установки;

hе.з - максимальное положительное значение депрессии естественной тяги в зимний период.

Максимальная депрессия вентиляторной установки определяется по формуле

Нв.max=hш.max ± hе.л

где hш.max - максимальное значение депрессии шахты за планируемый период эксплуатации вентиляторной установки;

hе.л - значение депрессии естественной тяги в летний период.

В формуле (12.7), знак + берется, если депрессия естественной тяги в летний период имеет отрицательное значение, а знак - при положительном значении.

Выбор вентиляторной установки производится по полученным значениям Qв, H в.min, Нв.max на основе анализа аэродинамических характеристик вентиляторов главного проветривания.

Принятый к установке вентилятор должен иметь резерв по производительности не менее 15 %, на случай повышения газообильности шахты или перевыполнения плана угледобычи.

ЛЕКЦИЯ 13. УПРАВЛЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫМИ РЕЖИМАМИ ШАХТ ПРИ ПОЖАРАХ

13.1 Особенности проветривания шахт при пожарах

Пожары оказывают влияние на состав шахтной атмосферы и создают большую опасность для работающих в шахте. Появление в воздухе продуктов горения ухудшает видимость, создает опасность отравления людей, способствует увеличению взрывоопасной концентрации горючих газов.

На шахтах со значительным выделением метана пожары могут быть причиной взрыва газа и пыли.

Высокая температура в очагах пожара приводит к нагреву воздуха, что нарушает вентиляцию шахты в целом и отдельных ее участков.

Поэтому правильное и своевременное управление воздухораспределением при пожарах имеет решающее значение, т.к. позволяет спасти людей, до минимума свести ущерб от возникновения пожара и предупредить или ограничить его распространение.

13.2 Выбор вентиляционного режима при пожаре

При возникновении пожара в шахте к вентиляции предъявляются следующие требования:

Защита людей от пожарных газов при выводе их из шахты и во время работ по ликвидации пожара;

Предупреждение распространения пожара по сети горных выработок и недопущение образования взрывоопасных газовоздушных смесей.

Выбор вентиляционного режима при пожаре зависит от следующих факторов:

1. Места возникновения пожара и скорости его распространения;

2. Интенсивности выделения метана и образования горючих газов в очаге пожара;

3. Схемы проветривания шахты и отдельных ее участков;

4. Путей вывода людей из подземных выработок и подходок месту пожара с целью его ликвидации;

5. Наличия средств регулирования воздушными струями.

Все указанные факторы необходимо учитывать при выборе вентиляционного режима при пожаре. При пожарах могут применяться следующие вентиляционные режимы:

Неизменный по дебиту и направлению;

Ослабленный или усиленный по дебиту и неизменный по напрввлнию;

Реверсивный в целом по шахте или на отдельных ее участках с изменением количества воздуха;

Нулевой, при котором прекращается доступ воздуха к очагу пожара путем выключения вентилятора или с помощью перемычек.

Сохранение неизменного вентиляционного режима рекомендуется при возникновении пожара на пластах с обильным выделением метана с целью предупреждения образования взрывчатой газовоздушной смеси.

Ослабленный вентиляционный режим используется в том случае, когда на участок поступает большее количество воздуха по сравнению с тем, которое требуется для разбавления взрывоопасных газов до безопасной концентрации. Этот режим позволяет уменьшить скорость распространения образовавшихся газов и снизить интенсивность пожара. Однако изменение режима проветривания нарушает газовую динамику выработанного пространства, что может вызвать увеличение потенциальной опасности взрыва (рис.13.1)

Исследованиями установлено, что уменьшать количество воздуха, поступающего на пожарный участок, необходимо путем закорачивания струй, а не установкой перемычки на поступающей к лаве струе. Установка перемычки приводит к уменьшению давления в зоне сопряжения лавы с вентиляционным штреком и усилению притока метана из выработанного пространства.

Рис.13.1 - Изменение концентрации метана в выработанном пространстве при уменьшении расхода воздуха поступающего на участок

Усиленный вентиляционный режим используется в том случае, когда количество воздуха, поступающего в выработки, не обеспечивает разбавление взрывоопасных газов, выделяющихся из обнаженного массива, а дополнительное поступление горючих газов от сухой перегонки увеличивает вероятность взрыва. Реверсивный вентиляционный режим возможен в начальной стадии пожара, возникшего в главных воздухоподающих выработках, с целью обеспечения свежим воздухом людей при выводе их на дневную поверхность. Реверсирование струи, как правило, приводит к уменьшению количества воздуха, поступающего в шахту, что опасно в газовых шахтах. Поэтому после вывода людей восстанавливается нормальный режим проветривания, если это не противоречит принятым мерам по ликвидации и тушению пожара. Реверсирование струи в пределах участка чаще всего применяется для обеспечения благоприятных условий работы горноспасателей при возведении перемычек, ограничивающих распространение пожара.

Нулевой вентиляционный режим применяется в негазовых шахтах. При этом режиме очаг пожара и образовавшиеся газы распространяются очень медленно и из-за недостатка кислорода активность пожара уменьшается. При выключении вентилятора главного проветривания движение воздуха в выработках происходит за счет естественной тяги. Это необходимо учитывать при выводе людей из шахты и определении путей подхода к очагу пожара, так как направление движения воздуха при выключенном вентиляторе может измениться на противоположное.

13.3 Устойчивость и стабилизация вентиляции при пожаре

При возникновении пожара происходит нагрев воздушной струи, что вызывает появление тепловой депрессии. Если очаг пожара расположен в вертикальной или наклонной выработке, по которой идет восходящая струя, тепловая депрессия совпадает по направлению с депрессией вентилятора и усиливает тягу воздуха, создавая устойчивый вентиляционный режим. Если по выработке струя идет вниз, то тепловая депрессия будет противодействовать работе вентилятора, что может привести к опрокидыванию вентиляционной струи. Это может произойти и в том случае когда очаг пожара расположен в горизонтальной выработке, а нагретый воздух далее движется по наклонной выработке вниз.

Тепловая депрессия при развитии пожара может достигать значительных величин. Так, при средней температуре воздуха 300 0С и высоте нагретого столба 100 м тепловая депрессия составляет 60 даПа. Возникновение такой дополнительной депрессии даже в выработке с восходящей струей может привести к изменению направления движения воздуха в побочных прилегающих выработках. В выработках с нисходящей струей тепловая депрессия может привести не только к опрокидыванию струи, но и к рециркуляции, при которой происходит накопление взрывоопасных и ядовитых газов. Кроме того, может возникнуть явление пульсации расхода воздуха с изменением направления его движения.

ЛЕКЦИЯ 14. КОНТРОЛЬ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ

14.1 Требования правил безопасности к контролю вентиляции шахт

Вентиляция шахт характеризуется значительной динамикой параметров определяющих качество и состояние проветривания. Поэтому состояние вентиляции шахт систематически контролируется.

В соответствии с действующими ПБ систематическому контролю подлежат следующие параметры вентиляции:

1. Расход и скорость движения воздуха, проходящего по выработкам и через каналы вентиляторов;

2. Концентрация кислорода и углекислого газа - во всех случаях анализа состава воздуха;

3. Концентрация метана - при анализе состава воздуха в газовых шахтах;

4. Концентрация окиси углерода - при разработке пластов склонных к самовозгоранию;

5. Концентрация окислов азота - при анализе состава воздуха после взрывных работ;

6. Концентрация водорода в зарядных камерах;

7. Температура воздуха;

8. Относительная влажность воздуха при его температуре более 200 С.

Кроме этого производится контроль режима работы вентиляторов главного и местного проветривания.

Результаты контроля по всем его видам заносятся в соответствующие книги и журналы, а основные его параметры наносятся на вентиляционные планы.

14.2 Контроль расхода и скорости движения воздуха

Согласно требованиям ПБ проверка расхода воздуха и его расхода должна производятся:

В исходящих струях очистных подготовительных выработок, выемочных участков, крыльев, пластов, горизонтов и шахт в целом;

В поступающих главных вентиляционных струях шахт, в местах разветвлений поступающих струй, у забоев очистных и подготовительных выработок, у вентиляторов местного проветривания;

В поступающих или исходящих струях камер общешахтного назначения.

Периодичность контроля расхода воздуха и его состава должна составлять:

в выработках негазовых шахт, шахт 1-й и 2-й категории по газу, а также в камерах не реже одного раза в месяц;

в выработках шахт 3-й категории не реже двух раз в месяц;

в выработках сверхкатегорных шахт и шахт, опасных по внезапным выбросам не реже трех раз в месяц.

Расход воздуха у вентиляторов местного проветривания необходимо контролировать не реже одного раза в месяц.

Определение объемного расхода воздуха в любом сечении горной выработки осуществляется путем непосредственного измерения сечения выработки и средней скорости движения воздуха

Q=60 S Vср м3/мин

где Q - расход воздуха, м3/мин;

S - поперечное сечение выработки в свету,м2;

Vср - средняя по сечению выработки скорость движения воздуха, м/с.

На основных вентиляционных струях оборудуются специальные замерные станции, которые представляют собой участки выработок длиной до 10 м с выдержанным сечением. На станциях имеется специальная доска, на которой указывается сечение выработки и расход воздуха. В остальных случаях (пунктах) контроля сечение измеряется каждый раз при измерениях скорости движения воздуха.

При трапециевидной форме поперечного сечения выработки ее площадь определяется по формуле

S=0.5 H (a+b), м2

где Н - высота выработки от уровня головки рельсов до верхняка, м;

a - размер по почве выработки, м

b - размер по кровле выработки.

При арочной форме поперечного сечения, если выработка не деформирована

S=0.5 (a+b)+0.67 (H-1) b, м2

где b - размер выработки на высоте 1 м от уровня головки рельсов, м.

Если выработка деформирована необходимо разбить сечение на отдельные геометрические фигуры и определить площадь каждой фигуры, а затем их сумму.

Измерение скорости движения воздуха осуществляется анемометрами. На практике широко используется крыльчатые анемометры типа АСО-3, позволяющие измерять скорость движения воздухаот 0.3 до 5.0 м/с. Чашечные анемометры типа МС-13, используются для измерения скорости движения воздуха в пределах от 1 до 20 с. Приборы типа АПР, позволяющие измерять скорость движения воздуха от 0.3 до 20 м/с. Анемометры типа АСО-3 и МС-13 измеряют не скорость движения воздуха, а число оборотов вертушки (крыльчатки) за определенный промежуток времени (время замера). Затем определяют число оборотов в секунду и по графику скорость движения воздуха м/с. Анемометрами типа АПР измеряется непосредственно скорость движения воздуха в точке замера.

Результаты замеров расхода воздуха и данные о составе воздуха должны заносится в вентиляционный журнал (форма 2).

14.3 Контроль концентрации метана в горных выработках

В зависимости от категории шахты по газу для контроля содержания метана в действующих горных выработках должны применятся приборы и аппаратура, которые представлены в (табл.14.1)

Таблица 14.1 - Приборы и аппаратура применяемые для контроля содержания метана в действующих горных выработках в зависимости от категории шахты по газу

Категория шахты по газу	Тип приборов (аппаратура)
	переносные эпизодического действия	переносные автоматичес-кие на СН4	стационарные автоматичес-кие на СН4
	на СН4	на СО2
Негазовые	+	+	-	-
1 и 2 категории	+	+	+	-
3 категории сверх- категорные и опас- ные по внезапным выбросам.	+	+	+	+

В шахтах 3-й категории, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам контроль содержания метана у проходческих и выемочных комбайнов и врубовых машин должен производится при помощи встроенных автоматических приборов.

В шахтах, опасных по внезапным выбросам, все рабочие, ведущие работы в тупиковых и очистных выработках с исходящими вентиляционными струями, должны обеспечиваться индивидуальными сигнализаторами метана, совмещенными с шахтными головными светильниками.

Требования ПБ к контролю концентрации метана

Согласно требований ПБ контроль концентрации метана в газовых шахтах должен производится во всех выработках, где может выделяться или скапливаться метан. Места и периодичность замеров устанавливаются начальником участка ВТБ и утверждаются главным инженером шахты. При этом должны выполнятся следующие требования:

1. У забоев действующих тупиковых выработок, в исходящих вентиляционных струях тупиковых выработок и выемочных участков замеры канцентрации метана должны выполняться сменными руководителями работ участков, бригадирами (звеньевыми), работниками участка ВТБ.

При отсутствии автоматического контроля содержания метана замеры должны выполнятся: в шахтах 1-й и 2-йкатегорий-не менее дух раз в смену, в шахтах 3-й категории и выше - не менее трех раз в смену. Один из замеров должен выполняться в начале смены. При этом не реже одного раза в смену замеры должны выполнятся работниками участка ВТБ.

При автоматическом контроле содержания метана при помощи только переносных приборов работники участка ВТБ должны выполнять замеры в шахтах 1-й и 2-йкатегорий- не реже одного раза в сутки, в шахтах 3-й категории и выше не реже одного раза в смену. В тупиковых выработках и на выемочных участках шахт 3-й категории и выше, оборудованных стационарной автоматической аппаратурой контроля содержания метана, работники участка ВТБ должны выполнять замеры не реже одного раза в сутки.

2. В поступающих в тупиковые и очистные выработки и выемочные участки вентиляционных струях, в недействующих тупиковых и очистных выработках и их исходящих струях, в исходящих вентиляционных струях крыльев и шахт, а также на пластах, где выделение метана не наблюдалось, и в прочих выработках замеры концентрации метана должны выполняться работниками участка ВТБ не реже одного раза в сутки.

3. В машинных камерах замеры концентрации метана должны выполняться сменными должностными лицами участков или персоналом, обслуживающим камеры, не реже одного раза в смену и работниками участка ВТБ-не реже одного раза в сутки.

4. В стволах, переведенных на газовый режим, контроль концентрации метана должен осуществляться работниками участка ВТБ. При автоматическом контроле содержания метана при помощи только переносных автоматических приборов работники участка ВТБ должны выполнять замеры концентрации метана не реже одного раза в смену, при использовании стационарной автоматической аппаратуры- не реже одного раза в сутки.

Результаты замеров заносятся на доски замеров в наряд путевки и в Книгу замеров метана и учета загазирований.

14.4 Контроль вентиляции шахт методом депрессионных съемок

Согласно требований ПБ, на каждой шахте не реже одного раза в три года должна производится депрессионная съемка, результаты которой используются при расчетах вентиляции и разработке мероприятий по обеспечению надежного проветривания выработок шахты с учетом программы развития горных работ.

При проведении депрессионных съемок определяются следующие параметры: Расходы воздуха во всех выработках шахты;

Депрессии всех выработок шахты;

Температура и относительная влажность воздуха в выработках.

По результатам депрессионной съемки определяются аэродинамическое сопротивление всех выработок и вентиляционной сети, выполняется анализ режимов работы вентиляторов на сеть, производится анализ состояния проветривания шахты, определяются узкие места в состоянии проветривания и разрабатываются мероприятия по их ликвидации.

Депрессионные съемки выполняются специализированными взводами ГВГСС по производству депрессионных и газовых съемок.

При производстве депрессионных съемок используются следующие приборы:

Микроманометры типа ММН-240;

Воздухомерные трубки;

Резиновые трубки диаметром 5-6 мм и длиной 100-120 м;

Микробарометры типа МБ-63-I, МБ-63-II;

Аспирационный психрометр;

Секундомер и матерчатая рулетка длиной 20 м.

При производстве депрессионных съемок микроманометрами выполняется непосредственное измерение депрессии небольшими участками длиной 100-120 м. Затем депрессии участков суммируется и определяется депрессии отдельных выработок. Метод отличается высокой точностью, но очень трудоемкий.

При производстве депрессионных съемок высокоточными барометрами измеряется давление в начале и конце выработки, а депрессия выработки рассчитывается по формуле

h=P1-(P2±)±(Pк.2-Pк.1)

где P1, P2 статическое давление измеренное в начале и конце выработки соответственно, мм. рт. ст;

- среднее значение удельного веса воздуха в выработке, кг/м3,

=

- удельный вес воздуха в начале и конце выработки соответственно, кг/м3;

- разность абсолютных отметок точек наблюдений, м;

Pк.2, Pк.1 - показания контрольного барометра на поверхности в время измерения давления в шахте в конце и начале выработки соответственно, мм. рт. ст;

Метод отличается незначительной трудоемкостью, но не высокой точностью особенно при измерении депрессии малой величины. Кроме этого измерение депрессии этим методом возможно только между пунктами высотные отметки которых известны.

14.5 Контроль вентиляции шахт методом газовых съемок

Цель проведения газовых съемок

Съемки проводятся на газовых шахтах с целью определения:

-Абсолютной метанообильности горных выработок;

-Коэффициента неравномерности метановыделения;

-Газового баланса выемочных участков, крыльев, горизонтов и шахты в целом.

К элементам, составляющим газовый баланс выемочного участка, относится количество метана:

1. Поступающее на выемочный участок;

2. Выделяющееся из разрабатываемого пласта в призабойное пространство очистного забоя;

3. Выделяющееся из разрабатываемого пласта в подготовительные выработки, находящиеся в пределах участка;

4. Выделяющееся из выработанного пространства в призабойное пространство очистного забоя;

5. Выделяющееся в исходящую струю очистного забоя и выемочного участка.

К элементам, составляющим газовый баланс крыла, горизонта, и шахты в целом относится количество метана выделяющееся:

1. В выработки, по которым поступает свежий воздух на выемочные участки и обособленно проветриваемые подготовительные выработки;

2. Из всех выемочных участков, находящихся в пределах соответствующего крала, горизонта, шахты;

3. Из всех обособленно проветриваемых подготовительных выработок, находящихся за пределами выемочных участков;

4. Из выработанных пространств ранее отработанных этажей, горизонтов в выработки, по которым движется исходящая струя воздуха за пределами участков и обособленно проветриваемых выработок.

Выбор выемочного участка для проведения газовой съемки

Выбранный для проведения газовой съемки выемочный участок должен отвечать следующим требованиям:

Очистной забой недолжен находится в зоне дизъюктивного геологического нарушения;

Расстояние очистного забоя от разрезной печи должно быть таким, чтобы на выемочном участке уже произошла осадка основной кровли;

В призабойном пространстве очистного забоя и в других выработках выемочного участка не должно быть действующих суфляров;

Месячная скорость подвигания очистного забоя в течении трех месяцев до производства газовой съемки не должна разниться более чем на 30 %;

В период проведения газовой съемки не должно происходить изменений режима выемки угля, работы вентиляторных и дегазационных установок, схемы проветривания участков и расхода воздуха поступающего в горные выработки.

Выбор мест расположения замерных станций

Замерные станции в пределах выемочного участка располагаются таким образом, чтобы в результате проведения газовой съемки были определены все составляющие газового баланса выемочного участка. Поэтому замерные станции необходимо располагать в следующих местах:

В начале выработки, по которой воздух поступает на выемочный участок;

На свежей струе воздуха перед поступлением его в очистной забой;

Вблизи очистного забоя, в опережающей его тупиковой выработке;

В призабойном пространстве очистного забоя, вблизи сопряжения егос выработкой, в которую поступает исходящая струя воздуха, в этом пункте производятся поперечные газовые съемки;

Вблизи очистного забоя в выработке с исходящей струей воздуха;

В выработке, по которой поступает подсвежающая вентиляционная струя;

В выработках по которым движется исходящий из очистного забоя воздух, вблизи выхода его из выемочного участка.

Замерные пункты должны находиться в 15-20 м от разветвлений, слияний вентиляционных струй и от очистных забоев. В каждом конкретном случае места расположения замерных станций зависит от схемы проветривания выемочного участка и цели проведения газовой съемки

Например, на (рис.14.1) показаны места расположения замерных пунктов для прямоточной схемы проветривания выемочного участка с подсвежением исходящей вентиляционной струи и ее выдачей на выработанное пространство.

В указанных пунктах измеряется поперечное сечение выработки в свету, скорость движения воздуха, а также отбираются пробы воздуха с последующим его анализом в лаборатории. По результатам измерений определяется абсолютная метанообильность во всех пунктах при каждом измерении, а также ее среднее значение за период проведения съемки

Ii=

Iср.=

где Ci - концентрация метана при i-том замере, %;

Qi - расход воздуха при i-том замере, м3/мин;

Ni - число замеров.

Для определения среднего значения метановыделения продолжительность наблюдений должна составлять в пунктах 1, 2, 3, 4 - 6 - 8 часов, в пунктах 5, 6 - 12 - 14 часов в пунктах 8 ,9, 10 - 72часа. Интервал между замерами 30 мин.

Для определения доли метановыделения из выработанного пространства в призабойное и доли метановыделения из пласта в пункте 7 на расстоянии 10-15 м от соряжения лавы с конвейерным бремсбергом (вентиляционным штреком) выполняется поперечная газовая съемка. Место проведения съемки очищается от посторонних предметов (куски породы, лесоматериал и т.п.) и намечается 4-6 точек, в которых измеряется скорость движения воздуха и отбираются пробы воздуха (рис.14.2).

По результатам измерений в системе координат ci L строится график изменения концентрации метана в зависимости от расстояния от плоскости забоя f (ci) (рис 14.3).

Если график имеет пологопадающий характер в сторону выработанного пространства (кривая 1) выделение метана из выработанного пространства в призабойное не происходит. Если график имеет минимум (кривая 2) выделение метана из выработанного пространства в призабойное происходит. Для определения доли выделения метана из выработанного в призабойное в системе координат ci mi vi и L строится график функции f (ci mi vi) (кривая 3). Затем из точки минимума на кривой 2 (точка А) восстанавливается перпендикуляр на кривую 3. Доля выделения метана из выработанного пространства в призабойное определяется как отношение площади фигуры NLED к площади фигуры ОМNLED

Kв.п=

Доля выделения метана из пласта в призабойное пространство определяется как отношение площади фигуры ONDO к площади фигуры ОМNLED

Kпл=

ЛИТЕРАТУРА

1. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Аэрология горных предприятий» М. «Недра» 1987.

2. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Рудничная аэрология» М. «Недра» 1978.

3. Г.Л.Пигида, Е.А. Будзило, Н.И.Горбунов «Аэродинамические расчеты по рудничной аэрологии в примерах и задачах», Киев 1992.

4. Ф.А. Абрамов, В.А. Бойко «Лабораторный практикум по рудничной вентиляции» М. «Недра» 1966.

5. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Киев 1994.

6. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1, М., 1979.

Размещено на Allbest.ru

...