Регулирование распределения расхода воздуха в вентиляционной сети шахты

Размещено на http://allbest.ru

Регулирование распределения расхода воздуха в вентиляционной сети шахты

1.Способы регулирования распределения и подачи воздуха в забой

проветривание забой шахта

Ведение горных работ вызывает непрерывное изменение аэродинамического сопротивления шахтной вентиляционной сети вследствие увеличения протяженности выработок и уменьшения их площади поперечного сечения под воздействием горного давления. Изменяется выделение вредностей в шахтную атмосферу, так как с возрастанием глубины увеличивается газообильность и изменяется производительность добычных участков. Поэтому заданный режим проветривания обеспечивается путем изменения расхода воздуха без замены вентилятора главного проветривания (общешахтное регулирование) или перераспределения его между участками, блоками, выработками (внутришахтное регулирование). Различают отрицательное и положительное регулирование. Ветвь, в которой расход уменьшается, называется ослабляемой. Ветвь, в которой расход воздуха увеличивается, называется усиливаемой. Регулирование, вызывающее увеличение аэродинамического сопротивления вентиляционной сети, называется отрицательным. При увеличении аэродинамического сопротивления вентиляционной сети расход воздуха уменьшается. Увеличение сопротивления отдельных ветвей вызывает увеличение расхода воздуха в усиливаемой ветви за счет ослабляемой ветви. Отрицательное регулирование вызывает дополнительный расход энергии. В качестве дополнительного сопротивления используются вентиляционные окна, воздушные завесы, дверные проемы, пластинчатые поворотные регуляторы, которые устанавливаются в ослабляемой ветви. Регулирование, не вызывающее увеличения аэродинамического сопротивления, называется положительным. Оно осуществляется уменьшением аэродинамического сопротивления вентиляционной сети или установкой дополнительных побудителей тяги в усиливаемых ветвях. Расход воздуха при положительном регулировании, как правило, возрастает. Уменьшение аэродинамического сопротивления обеспечивается увеличением площади поперечного сечения выработки и уменьшением шероховатости ее поверхности. Увеличение расхода воздуха в усиливаемой ветви достигается установкой вспомогательного вентилятора в ней, работающего через перемычку либо без нее.

При регулировании распределения воздуха исходят из необходимой глубины регулирования, под которой понимается отношение нормального расхода воздуха к усиленному. Так как на шахтах чаще используется отрицательное регулирование, то определяется значение допустимого уменьшения расхода воздуха в ослабляемой ветви, которое называется допустимой глубиной регулирования. Отношение же первоначального расхода воздуха в ослабляемой струе к предельно допустимому его значению называется коэффициентом допустимой глубины регулирования. В зависимости от способа регулирования расход воздуха в усиливаемой струе может быть большим или меньшим. Число, показывающее, во сколько раз или на сколько процентов можно усилить вентиляционную струю, называется возможной глубиной регулирования. Возможная глубина регулирования может быть достигнута также комбинацией отрицательного и положительного регулирования.

Изменение режима работы вентилятора главного проветривания

Изменение общего количества поступающего в шахту воздуха может быть достигнуто либо изменением сопротивления, на которое работает вентилятор, либо изменением производительности вентилятора. В последнем случае дебит вентилятора может быть увеличен или уменьшен путем изменения:

угла установки лопаток рабочего колеса (осевого вентилятора);

угла установки лопаток направляющего аппарата;

угла поворота закрылков лопаток рабочего колеса (центробежного, вентилятора);

частоты вращения рабочего колеса вентилятора.

Лопатки рабочего колеса поворачиваются на угол 15-50°, что позволяет плавно изменять производительность и давление осевого вентилятора соответственно в 4-5 и 3-4 раза.

Изменение угла установки лопаток рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата, как правило, производится при остановленном вентиляторе. Последние модели вентиляторов снабжены специальными механизмами, которые позволяют плавно изменять угол установки лопаток при работе вентилятора. Изменение частоты вращения рабочего колеса обеспечивает получение следующих значений производительности и депрессии вентилятора:

(10.1)

(10.2)

где Q_i и Q₂ - производительность вентилятора, соответственно до и после изменения частоты вращения рабочего колеса, м³/мин; п₁, п₂ - то же, частота вращения рабочего колеса, мин^-1; h₁, h₂ - то же, депрессия вентилятора, Па.

Увеличение частоты вращения вентилятора возможно только после осмотра рабочего колеса и определения безопасной для него частоты вращения. Новая производительность вентилятора Q₂ при изменении угла установки лопаток рабочего колеса, угла установки лопаток направляющего аппарата, угла поворота закрылков лопаток рабочего колеса и неизменном аэродинамическом сопротивлении определяется графическим способом. Аналогично определяется новая производительность вентилятора и при изменении аэродинамического сопротивления сети с R₁ до R₁. Уменьшать производительность вентилятора целесообразно путем уменьшения частоты вращения рабочего колеса или угла установки лопаток, а не путем увеличения аэродинамического сопротивления сети, так как в последнем случае возрастает расход мощности и уменьшается к.п.д. вентилятора.

1 осн. [4-39], 2 осн. [4-24], 3 осн. [6-28], 4 доп. [7-40], 8 доп. [3-8].

Контрольные вопросы:

1) Способы регулирования расхода воздуха в вентиляционной сети шахты?

2) Что собой представляют общешахтное регулирование и внутришахтное регулирование?

3) Что такое отрицательное и положительное регулирование расхода воздуха?

4) Чего называют возможной глубиной регулирования?

5) Как осуществляют изменение общего количества поступающего в шахту воздуха?

6) Как определяется производительность вентилятора Q₂ при изменении угла установки лопаток рабочего колеса, угла установки лопаток направляющего аппарата?

7) Уменьшения производительности вентилятора.

2. Регулирование распределения расхода воздуха в вентиляционной сети шахт с увеличением аэродинамического сопротивления выработок

Для увеличения аэродинамического сопротивления в ослабляемых ветвях устанавливаются такие отрицательные регуляторы, как вентиляционные окна, дверные проемы, поворотные пластины. Такие регуляторы создают местное сопротивление, возмущают воздушный поток, вызывают его сужение и возникновение обратных токов и завихрений, на что затрачивается часть энергии. Дополнительное аэродинамическое сопротивление (Н·с²/м⁸), которое обеспечит требуемое распределение подводимого к параллельному соединению выработок количества воздуха, определяется по формуле,

R_д = R₁ m² - R₂ (11.1)

где R₁ R₂ - первоначальное сопротивление ветвей параллельного соединения, Н·с²/м⁸; m = Q₁/Q₂ - заданный расход в ветвях.

Потери давления на преодоление сопротивления отрицательного регулятора определяют по формуле,

, (11.2)

где р - плотность воздуха, кг/м³; v₁, v₂ - средняя скорость движения воздуха соответственно в сечениях I-I и II-II (рис. 11.1), м/с.

Вентиляционные окна, являющиеся наиболее распространенным типом отрицательного регулятора, представляют собой отверстия в перемычке либо в вентиляционной двери.

Рис. 11.1. Схема установки вентиляционного окна в выработке

Вентиляционные окна могут снабжаться задвижкой, что позволяет изменять расход воздуха в ослабляемой ветви и осуществлять более гибкое регулирование.

Расчет вентиляционного окна сводится к определению его площади (м²) по формулам:

- при известном значении дополнительной депрессии, которую должно создавать окно,

 (11.3)

- при известном значении дополнительного сопротивления

при (11.4)

при (11.5)

где S - площадь поперечного сечения выработки в месте установки вентиляционного окна, м²; Q - расход воздуха, м³/мин.

Перемычка, в которой устанавливается окно, должна обладать большим аэродинамическим сопротивлением и не пропускать воздух. В противном случае размеры окна, рассчитанные по формулам, не обеспечат заданного расхода воздуха. Вентиляционные окна, как правило, устанавливаются в выработках, где нет интенсивного движения транспорта. В выработках с конвейерным транспортом и с интенсивным движением рельсового транспорта целесообразно устанавливать дверные проемы, пластинчатые поворотные регуляторы (рис. 11.2), воздушные завесы.

Рис. 11.2. Схема установки дверного проема (а) и пластинчатого поворотного регулятора (б) в выработке: 1 - дверной проем; 2 - конвейер; 3 - поворотная пластина; 4 - рельсовый путь

Расчет дверных проемов ведется в следующем порядке.

Исходя из назначения выработки (проход людей, проезд электровозов и др.) и ее площади определяются площадь дверного проема S_д.п и отношение S_д.п / S_в. Затем по формуле (11.1) определяется необходимое общее сопротивление всех дверных проемов R_д.п. После этого определяется общий коэффициент местного сопротивления всех дверных проемов по формуле,

о_об = 1,66 R_д.п S_в (11.6)

Коэффициент местного сопротивления дверного проема определяется по формулам:

при S_д.п / S_в ?0,5; (11.7)

при S_д.п / S_в >0,5; (11.8)

Необходимое число дверных проемов определяется по формуле,

, (11.9)

где k_n - поправочный коэффициент (рис. 11.3), %.

Расстояние (м) между дверными проемами определяется по формуле,

, (11.10)

где d_э - эквивалентный диаметр выработки, м:

;

где P - периметр выработки, м.

Пластинчатые поворотные регуляторы рассчитываются по максимальному значению их сопротивления, когда площадь проема между пластинами S_п.п имеет минимальное значение (при этом учитывается назначение выработки и площадь ее поперечного сечения).

Размещено на http://allbest.ru

Рис. 11.3. График к определению поправочного коэффициента k_n

По формуле (11.1) определяется общее дополнительное сопротивление. Затем в зависимости от типа и схемы расположения пластин определяются максимальные значения коэффициента местного сопротивления по формулам:

- для одной пластины с острой кромкой, установленной с одной стороны выработки,

; (11.11)

- для двух пластины с острой кромкой, установленных друг против друга,

; (11.12)

Максимальное местное сопротивление (Н·с²/м⁸) одного регулятора определяется по формуле,

(11.13)

Необходимое число пластин при их последовательной установке определяется по формуле,

(11.14)

Расстояние (м) между пластинами при S_п.п / S_в = (0,65чl) определяется по формуле,

(11.15)

Расчет воздушных завес. Наиболее эффективной является односторонняя воздушная завеса со встречным взаимодействием струй. По формуле (11.1) определяется аэродинамическое сопротивление завесы. Площадь выработки, неперекрываемая завесой (площадь окна), определяется по формулам (11.4) и (11.5).

Расход воздуха (м³/с), необходимый для образования завесы, определяется по формуле,

, (11.16)

где v_н - начальная скорость движения воздуха (до установления завесы), м/с; d_щ - ширина щели завесы, м; б₃ = 45ч60 - угол между осью завесы и плоскостью поперечного сечения выработки, градусы; б - коэффициент (б = 0,2 при S_о.к / S_в < 0,5 и б = 0,24 при S_о.к / S_в > 0,5).

Депрессия вентилятора, создающего завесу, равна:

h_в = h_ст + h_вен + h_ск (11.17)

где h_ст - статическая депрессия, теряемая в подводящем трубопроводе; h_вен - статическая депрессия, теряемая в канале вентилятора; h_ск - скоростная депрессия на выходе из щели завесы.

1 осн. [4-39], 2 осн. [4-24], 3 осн. [6-28], 4 доп. [7-40], 8 доп. [3-8].

3. Регулирование распределения расхода воздуха в вентиляционной сети шахт с уменьшением аэродинамического сопротивления выработок и с помощью вспомогательных вентиляторов

Уменьшение аэродинамического сопротивления выработок - наиболее рациональный способ регулирования расхода воздуха, так как при этом увеличивается расход воздуха, поступающего в шахту, а потери воздуха в ослабляемой ветви меньше его притока в усиливаемой ветви. При положительном регулировании расход воздуха в усиливаемой ветви увеличивается с Q₁' до Q₁, а расход воздуха в ослабляемой ветви уменьшится с Q₂' до Q₂. Нарушение естественного распределения воздуха в параллельных ветвях нарушает равенство депрессий в них, т. е.



Равенство депрессий при новом распределении воздуха будет иметь место, если аэродинамическое сопротивление R_i будет уменьшено до значения:

Уменьшить аэродинамическое сопротивление можно путем уменьшения коэффициента аэродинамического сопротивления (Н·с²/м⁴) до значения:

(12.1)

где L, Р, S_в - соответственно длина, периметр и площадь поперечного сечения выработки в усиливаемой ветви.

По найденному значению коэффициента б подбирается соответствующий вид крепи. Если для принятой новой крепи б' < б, то длина участка выработки, на котором следует выполнить работы по перекреплению, определяется по формуле,

(12.2)

где Дh - разность между депрессией другой ветви и первоначальной депрессией.

Увеличить расход воздуха в усиливаемой ветви до заданного значения можно путем увеличения ее площади поперечного сечения до значения,

 (12.3)

где k_ф - коэффициент, учитывающий форму выработки.

В случае необходимости перераспределения расхода воздуха в сложных сетях целесообразно уменьшить максимальное аэродинамическое сопротивление выработки. Если это не удается, то необходимо провести дополнительную выработку, т. е. сократить длину пути движения воздуха.

Регулирование с помощью вспомогательных вентиляторов

Вспомогательные вентиляторы устанавливаются в усиливаемой ветви с целью создания дополнительной депрессии, обеспечивающей увеличение расхода воздуха в выработке. Вспомогательные вентиляторы могут создавать дополнительную депрессию за счет скоростной депрессии, когда вентилятор установлен в выработке без перемычки (вентилятор-эжектор), и за счет статической депрессии, когда вентилятор работает через перемычку. Вентилятор-эжектор используется при небольшом сопротивлении выработок. В случае необходимости создания значительной депрессии используется вентилятор, работающий через перемычку.

Полезная депрессия, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления и увеличение расхода воздуха, определяется по формуле,

(12.4)

где h_ск - скоростная депрессия на выходе из вентилятора; h_уд - потери депрессии на удар при расширении потока, выходящего из вентилятора в выработку.

Мощность воздушного потока, выходящего из вентилятора-эжектора, расходуется на удар при внезапном его расширении (бесполезные потери), а также на преодоление аэродинамического сопротивления выработки и на сообщение воздушной струе скорости (полезная часть мощности). Мощность воздушного потока (Дж/с), выходящего из вентилятора, определяется по формуле,

(12.5)

где Q_в - производительность вентилятора, м³/с; k_к.э - коэффициент кинетической энергии (при наличии конфузора k_к.э =1); р - плотность воздуха, кг/м³.

Мощность (Дж/с) воздушного потока (выходящего из вентилятора), теряемая на удар, определяется по формуле,

(12.6)

где Q_об - общий расход воздуха в выработке, м³/с; S - площадь поперечного сечения выработки, в которой установлен вентилятор, м².

Полезная мощность воздушного потока (Дж/с), выходящего из вентилятора, определяется по формуле,

(12.7)

где R - аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, на которое работает вентилятор-эжектор, Н·с²/м⁸.

Для вентилятора-эжектора полезно используемая мощность определяется по формуле,

(12.8)

Из выражения (12.8) с учетом выражений (12.5), (12.6), (12.7) получим,

(12.9)

Решая уравнение (12.9) относительно Q_o6, получим формулу для определения общего расхода воздуха (м³/с) в выработке при работе вентилятора,

(12.10)

Использовать вентилятор-эжектор целесообразно тогда, когда сопротивление, на которое он работает, меньше некоторой критической величины, определяемой по формуле,

(12.11)

Производительность вентилятора-эжектора определяется точкой пересечения его полной характеристики с характеристикой выходного сечения вентилятора или конфузора (конической трубы, закрепленной на выходе вентилятора для увеличения скорости движения воздуха). Заданный расход воздуха в усиливаемой ветви подбирается варьированием площадью выходного отверстия конфузора, площадью смешения потоков и выбором соответствующего вентилятора.

При установке вентилятора, работающего через перемычку, расчет ведется на совместную его работу с вентилятором главного проветривания.

3. Способы и схемы проветривания очистных блоков

Из курса "Аэрология горных предприятий" известно, что существуют три способа проветривания рудников: всасывающий, нагнетательный, комбинированный (нагнетательно-всасывающий). Наиболее широко распространен всасывающий способ проветривания. На угольных шахтах, опасных по газу, такой способ проветривания предусматривался правилами безопасности. Основанием для этого являлось опасение, что в случае остановки нагнетательного вентилятора усилится газовыделение из выработанного пространства. Однако практика проветривания шахт не подтвердила это опасение, поэтому это требование отменено.

Схема проветривания рудника - это определенный порядок расположения горных выработок, служащих для подвода свежего и отвода загрязненного воздуха. Составить схему проветривания -- значит на плане горных работ указать пути и направление движения воздуха по горным выработкам, а также места установки всех вентиляционных сооружений, вентиляторов местного проветривания, а также вспомогательных вентиляторов. Все применяемые на рудниках схемы проветривания по расположению воздухоподающих и вентиляционных выработок могут быть разделены на центральные, фланговые и комбинированные.Схема проветривания является весьма важной частью проекта вентиляции рудника. Она должна обеспечить безопасность ведения горных работ, надежность и экономичность проветривания всего рудника. Поэтому при составлении схемы проветривания следует руководствоваться следующими указаниями.

В схеме проветривания должно быть предусмотрено создание вентиляционного горизонта для сбора и отвода к вентиляционному стволу загрязненного воздуха. Если создание такого горизонта затруднительно (система слоевого обрушения), то следует избегать схем, при которых загрязненный воздух, омыв забой первого блока, поступает на откаточный штрек, а затем в следующий блок. В этом случае воздух лучше отводить на специальный вентиляционный штрек, расположенный на том же горизонте, что и откаточный, или несколько выше его. Удаление воздуха через завалы и обрушения запрещается.

Отдельные блоки должны иметь независимое друг от друга проветривание. В отдельных случаях допускается последовательное проветривание не более двух блоков при условии, что исходящая струя из первого блока подсвежается или очищается (водяные заслоны или туманы) от взвешенной пыли.

Следует избегать схем, требующих большого количества вентиляционных дверей и воздушных мостов (кроссингов).

Для уменьшения депрессии желательно разделять воздух на отдельные струи, но так, чтобы депрессия этих струй, во избежание непроизводительной потери энергии в вентиляционных окнах, была по возможности одинаковой.

Каждый рудник должен иметь по крайней мере две выработки, выходящие на поверхность, для свежей и исходящей струи; если таких выходов на поверхность будет больше двух, желательно все их использовать для подачи или удаления воздуха.

Решающим фактором при выборе того или иного расположения вентиляционного ствола является в ряде случаев срок ввода рудника в эксплуатацию. При центральном расположении стволов к очистным работам можно приступить сразу же после соединения обоих стволов сбойкой и установления сквозного проветривания; при фланговой схеме необходимо пройти не только стволы, но также и соединяющие их штреки, на что может потребоваться много времени. С переходом на скоростные методы проходки этот недостаток фланговой схемы отпадает.

При выборе местоположения стволов следует:

1) не располагать воздухоподающий ствол вблизи обогатительной фабрики, а также около таких стволов пустой породы, которые могут загораться и выделять газы;

чтобы ствол, служащий для спуска рабочих, находился ближе к рабочему поселку;

устья воздухоподающих стволов располагать в местах, удобных для постройки калориферных установок.

Схема проветривания очистных блоков. При выборе схемы проветривания очистных блоков следует руководствоваться основными положениями:

- максимальной безопасностью работ;

- надежностью, т. е, постоянством принятого направления движения воздуха;

- экономичностью, т. е. чтобы затраты на осуществление проветривания были минимальными.

Схема проветривания очистных блоков должна быть составлена так, чтобы обеспечивалось поступление достаточного количества воздуха на все рабочие места блока; исключалось подведение свежего воздуха к действующим забоям блока, а также удаление воздуха из них через завалы и обрушения; достигались минимальные размеры утечек воздуха; обеспечивалось хорошее оперативное регулирование воздуха между выработками блока; предусматривалась специальная выработка для сбора и отвода загрязненного воздуха из блока. На рудниках ввиду большого разнообразия применяемых систем' разработки схемы проветривания очистных блоков характеризуются также большим многообразием. Рассмотрим некоторые из них.

1.Схема проветривания блока при системе разработки с распор
ной крепью, с магазинированием или с закладкой (рис. 13.1). При этой
схеме свежий воздух по незаполненным рудой рудоспускам поднимается с откаточного горизонта и, омыв рабочее пространство через
дучки в потолочине, выходит на вентиляционный штрек. Условия
проветривания очистного забоя хорошие.



Рис. 13.1. Схема проветривания при разработке маломощных крутопадающих жил

Схема проветривания очистных забоев при слоевой системе разработки одна из наиболее неблагоприятных в отношении проветривания очистных выработок. Наличие только одного рудного восстающего при этой системе не позволяет осуществить проветривание очистных забоев сквозной струей воздуха за счет главного вентилятора, и приходится подавать воздух на слой при помощи труб и вентиляторов частичного проветривания; омыв очистные забои, воздух опускается на откаточный горизонт и снова поступает на следующий блок.

Проветривание очистных забоев сквозной струей, создаваемой за счет дополнительно пройденных выработок, может быть обеспечено по схеме Криворожского НИГРИ (рис. 13.2). Посередине каждого блока проводится орт 1, а из последнего два восстающих -- один рудный 2 у висячего бока и полевой в лежачем боку; по контакту с лежачим и висячим боками проводятся через три слоя слоевые штреки 3 и 3', соединяемые в центре блока слоевым ортом 4.



Рис. 12.2. Схема проветривания очистных выработок, предложенная Криворожским НИГРИ

Свежая струя из полевого штрека по орту 1 и восстающему 2 доходит до слоевого штрека 3, где разделяется на две струи, каждая из которых по дучкам 5 поднимается в рабочие заходки, омывает их и по рудоспускным дучкам 6 опускается на аккумулирующий штрек 3' и по нему поступает в восстающий 2' и далее в верхний вентиляционный штрек (не показанный на рисунке). Особенность этой схемы -- наличие полевого восстающего, обеспечивающего беспрепятственный выход воздуха из рабочих слоев на вентиляционный горизонт.

3. Схема проветривания блока при системе подэтажного обрушения. Условия проветривания при этом более легкие, чем при слоевой системе. Однако при отсутствии полевых штреков и восстающих без помощи вентиляторов местного проветривания обойтись трудно; они могут устанавливаться как на откаточном горизонте, так и на подэтажных штреках.

4. Схема проветривания блока при системе разработки подэтажными штреками (рис. 12.3). Условия проветривания при этой системе значительно лучше, чем при слоевом и подэтажном обрушении. Воздух из откаточного штрека поднимается по одному из восстающих и выходит по самому верхнему подэтажному штреку, расположенному с противоположной стороны камеры. Горизонт скреперования проветривается воздухом, поступающим на этот горизонт по рудоспускам.



Рис. 12.3. Схема проветривания очистных выработок при системе разработки подэтажными штреками и двусторонней выемке блока

Схема проветривания блоков при системах разработки с массовым обрушением руды и пород. Рассмотрим несколько наиболее типичных схем проветривания, применяемых в зарубежной и отечественной практике при указанных системах разработки блоков.

На рис. 12.4 показана схема проветривания блока, отрабатываемая системой этажного принудительного обрушения. Свежий воздух из полевого откаточного штрека 1 лежачего бока подается в орт-заезд 2, отсюда через рудосвалочные отверстия полков поднимается на горизонт скреперования. Омыв штреки скреперования 6, загрязненный воздух по вентиляционным трубам 5 сечением 0,5 Ч 0,5 м, забетонированным в восстающих каждого штрека, опускается на вентиляционный орт 3 сечением 1,5 Ч 2, пройденный ниже уровня горизонта скреперования и обслуживающий два блока. Далее воздух поступает на сборочный вентиляционный штрек 4, по которому движется к вентиляционному стволу.

Рис. 12.4. Схема проветривания выработок блока при системе этажного принудительного обрушения

Для распределения свежего воздуха по штрекам скреперования применяют бетонные перемычки с регулирующими устройствами, которые устанавливают в устье каждого штрека скреперования, а также регулирующие устройства в устье каждого вентиляционного восстающего, пройденного в тупике штреков скреперования.

На Лениногорском руднике применяют схему проветривания блока, приведенную на рис. 12.5.

При этой схеме свежий воздух поступает по вентиляционной сбойке на лебедочный штрек 2, омывает рабочие места скреперистов и выходит через скреперные орты 3 на сборный вентиляционный штрек 4, пройденный на 2--3 м выше скреперных ортов. Из этих ортов загрязненный воздух уходит по вентиляционному восстающему 5 на вентиляционный горизонт рудника. Распределение воздуха по скреперным ортам осуществляется металлическими лядами, которые заделываются в бетонный проем над вентиляционными дучками 6. Ляды устойчивы, так как не получают прямого воздушного удара при взрывании зарядов ВВ.

Рис. 12.5. Схема проветривания блока, применяемая на Лениногорском руднике

4. Подсчет общерудничного количества воздуха

Определение необходимого и достаточного количества воздуха для проветривания рудника представляет весьма трудную задачу, что вызывается: недостаточной изученностью газовыделений, а также процессов разбавления и удаления различных газов и пыли из подземных выработок; трудностью установления ожидаемых утечек воздуха, особенно на металлических рудниках, где они изучены пока недостаточно.

На полиметаллических рудниках подсчет количества воздуха усложняется особенностями их проветривания - переменной во времени потребностью в воздухе. Проветривание рабочих пространств на рудниках существенно отличается от проветривания очистных забоев в каменноугольных шахтах. На шахтах, несмотря на чередование различных по газоотдаче операций в очистных забоях и переменное по интенсивности выделение газа из выработанного пространства, общее количество выделяющегося газа остается в течение суток более или менее постоянным. При этом нет оснований изменять объем подаваемого в шахту количества воздуха. На металлических рудниках потребность в воздухе резко меняется: от минимальной.(в промежутки между взрыванием шпуров) до максимальной (во время удаления из выработок ядовитых газов после взрывания шпуров обычно в конце смены, а при массовых взрывах -- в конце недели). В результате расчетное количество воздуха на угольных шахтах остается для определенного периода времени постоянным.

На рудниках, где добычу ведут в основном взрывными работами, предусматривается два, а иногда и больше режимов проветривания. В Правилах безопасности отражены все основные моменты, от которых зависит количество подаваемого воздуха, а потому, казалось бы, этот объем может быть определен с достаточной точностью. Однако практика показывает, что потребное количество воздуха может быть установлено достаточно точно только для уже работающих рудников и шахт. Для проектируемых шахт и рудников весь расчет может иметь в отдельных случаях только ориентировочный характер. Известны следующие способы расчета потребного количества воздуха: по наибольшему числу людей, одновременно находящихся в подземных выработках; по суточной добыче; по расходу ВВ; по пылевому фактору.

1. Подсчет количества воздуха «по людям» производиться по формуле,

(14.1)

где п - максимальное число людей, которые одновременно могут находиться в руднике; q - норма воздуха на одного человека (по ЕПБ установлена 6 м³/мин); к - коэффициент резерва воздуха, принимается равным 1,4ч 1,6.

2. Подсчет по суточной добыче

По Правилам безопасности количество воздуха, необходимого для проветривания рудника, должно рассчитываться также по углекислоте и по взрывоопасным газам. Однако каких-либо норм для расчета количества воздуха по углекислоте в Правилах безопасности нет, так же как нет и подразделения рудников на группы по выделению углекислоты.

В настоящее время при проектировании вентиляции на полиметаллических рудниках принимают нормы угольных шахт. С нашей точки зрения, правильно было бы принять нормы, установленные ЕПБ для шахт, опасных по выделению метана. Расчет количества воздуха по суточной добыче (на углекислый газ или метан) следует вести по формуле,

(14.2)

где Т - среднесуточная добыча горной массы, м³;

q - количество воздуха в м³, подаваемое на 1 м³ среднесуточной добычи горной массы, принимается в зависимости от категории рудника согласно данным табл. 14.1.

Таблица 14.1

Категория по газу	Количество воздуха на 1 м3 среднесуточной добычи горной массы, м3/мин
I II III Сверхкатегориая	1,4 1,75 2,1 Количество воздуха должно быть таким, чтобы содержание метана в общей исходящей струе воздуха не превышало 0,75%, но не менее 2,1 м3/мин на 1м3 среднесуточной добычи горной массы

Подсчет количества воздуха по расходу ВВ

На практике довольно часто при подсчете количества воздуха по расходу ВВ применяется способ подсчета на статическое разжижение газов. Он основан на представлении, что в выработках, где осуществляются взрывные работы, образуется некоторый объем загазированного пространства с начальной концентрацией условной окиси углерода. Затем в это пространство подается чистый воздух до тех пор, пока начальная концентрация снизится до предельно допустимой концентрации СО = 0,008% по объему. В основу этого способа подсчета кладутся две величины: а) количество ядовитых продуктов взрыва, принимаемое по ПБ равным 40 л/кг, или 0,04 м³1кг; б) время проветривания, по ПБ не свыше 30 мин, за исключением случая массовых взрывов. Так как, согласно тем же правилам, ядовитые продукты взрыва должны быть разжижены не менее чем до 0,008% по объему, то казалось бы, что количество воздуха, которое необходимо подавать, по расходу ВВ будет,

 (14.3)

где А - количество одновременно взрываемого ВВ, кг; а - газовость ВВ, в пересчете на условную окись углерода принимаемая равной 0,04 м³/кг; t - время проветривания, мин.

4. Подсчет количества воздуха по пылевому фактору

Основная масса пыли образуется при бурении шпуров (до 85%) и поднимается в воздух при ведении взрывных работ. Борьбу с этой пылью в настоящее время ведут в основном с помощью воды (мокрое бурение и орошение), кроме того, в дополнение к данным способам пылеподавления применяют также деятельное проветривание рабочих мест для удаления мельчайшей взвешенной в воздухе пыли, не улавливаемой водой.

Так как наибольшее количество пыли образуется при буровых работах, то по этому количеству и следует подсчитывать объем воздуха при проходке подготовительных и нарезных выработок. При прочих производственных процессах - погрузке, скреперовании, выпуске из люков - образуется меньшее количество пыли. Много пыли образуется на горизонте выпуска руды из воронок - в основном при дроблении негабарита, а также (в меньшем количестве) при выпуске руды и скреперовании.

Подсчет общерудничного количества воздуха

Общее количество воздуха для рудника может быть установлено как сумма количеств воздуха: подаваемого в рабочие блоки; подаваемого в блоки, находящиеся в стадии нарезки; направляемого в подготовительные выработки.

Из полученных различными способами подсчетов количества воздуха по людям, по добыче и по расходу ВВ (или по пыли) - выбирают наибольшее.

Проверка количества воздуха на скорость его движения. По Правилам безопасности скорость движения воздуха в очистных забоях не должна быть менее 0,25 м/сек, в подготовительных выработках не ниже 0,15 м/сек. Максимальная скорость движения воздуха не должна превышать: в очистных и подготовительных выработках 4 м/сек; в квершлагах, главных откаточных и вентиляционных выработках 8 м/сек; в остальных выработках 6 м/сек; в стволах с движением людей и грузов 8 м/сек, только грузов -- 12 м/сек; в стволах, не оборудованных подъемом, а также в каналах вентиляторов 15 м/сек.

Поправка на утечки воздуха. Количество воздуха, полученное расчетом, должно быть умножено на коэффициент запаса, который учитывает подземные утечки воздуха, проветривание резервных блоков и обособленное проветривание камер. Коэффициент запаса, который учитывает подземные утечки воздуха принят равным 1,3ч1,6.

5. Определение депрессии рудника. Выбор вентилятора главного проветривания. Подсчет капитальных затрат и стоимости проветривания

Величина общерудничной депрессии определяется из выражения,

(15.1)

где h - суммарная расчетная депрессия всех выработок, образующих струю, от устья воздухопадающего ствола до устья вентиляционного ствола;

k - коэффициент, учитывающий депрессию местных сопротивлений па всем пути движения воздуха; его значения следует принимать 1,1 1,15;

h_е - депрессия естественной тяги, мм вод. ст.

Для подсчета депрессии выбирается та вентиляционная струя, депрессия которой будет наибольшей. Это обычно бывает струя с наибольшим количеством воздуха и наиболее протяженная. Депрессию остальных струй можно не подсчитывать, так как депрессия, обеспечивающая подачу воздуха по самому трудному направлению, т. е. наибольшая, всегда обеспечит подачу воздуха по более легким направлениям.

Депрессия отдельных последовательно соединенных участков струи подсчитывается по формуле,

(15.2)

Подсчет депрессии удобно производить по форме, приведенной
в табл.15.1.

В эту форму записывают по порядку все выработки, образующие струю наибольшей депрессии, а также по графам все параметры выработок и необходимые данные для расчета. В конце таблицы подводится итог - это и будет расчетная депрессия рудника h. К этой депрессии прибавляется потеря давления на неучтенные местные сопротивления (повороты, расширения и сужения и т. п.) в размере 10ч15% от общерудничной депрессии.

Таблица 15.1

Обозначение выработки на расчетной схеме	Название выработки	Тип крепи	Коэффициент аэродинамического сопротивления, , Н· с2/м1	Периметр выработки, Р, м	Площадь сечения выработки, S, м3	Длина выработки, L, м	Сопротивление выработки, R, Н· с2/м8	Расход воздуха,м3/сек	Скорость движения воздуха в выработке, м/с	Депрессия выработки, Па.
						min	max	min	max	В начале выработки	В конце выработки		min	max
1 1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

При двух режимах проветривания депрессия шахты определяется для каждого режима. Однако при этом нет необходимости в двух расчетах, достаточно подсчитать, депрессию для одного режима и умножить полученную депрессию на выражение ()² (Q₂ - количество воздуха при другом режиме проветривания шахты). Суммарная расчетная депрессия шахты не должна быть очень высокой; при большой депрессии увеличиваются утечки воздуха, что неблагоприятно отражается на процессе окисления и самовозгорания колчеданных руд. Высокая депрессия нежелательна также по экономическим соображениям - расходы на электроэнергию пропорциональны депрессии.

Уменьшения депрессии шахты можно достигнуть:

расширением выработок, депрессии которых очень велики; этот способ весьма эффективен, так как аэродинамическое сопротивление при увеличении сечения выработки с S₁ до S₂ уменьшается в (S₁/S₂)^2.5 раз;

проходкой двух выработок вместо одной; если сечение обеих выработок одинаковое, то их общее сопротивление будет в 4 раза меньше сопротивления одной выработки;

уменьшением аэродинамического сопротивления выработок путем
обшивки деревянной крепи обаполами или затяжкой стен выработок полотнищами из винипласта.

Уменьшение депрессии шахты может быть достигнуто также следующим способом. Выше было указано, что расчет депрессии рудника следует производить по струе наибольшей депрессии, при этом предполагается, что на остальных струях будут установлены перемычки с окнами и что депрессия, теряемая в этих окнах, будет равна разнице между наибольшей депрессией и отдельных струй. В некоторых случаях эта разница может быть большая, и если по данной выработке проходит много воздуха, то перерасход энергии на преодоление сопротивления окна может быть весьма ощутимым.

Известно, что при определении депрессии рудника должна учитываться естественная тяга. На неглубоких рудниках она зимой положительна, а летом отрицательна; в глубоких рудниках естественная тяга, как правило, положительна и своего направления не меняет.

При положительной естественной тяге и небольшой величине ее обычно не учитывают, и то увеличение дебита, которое она дает, идет в запас. Однако на глубоких рудниках, где величина h_e может составить десятки миллиметров, в зимнее время года следует на соответствующую величину уменьшить депрессию вентилятора главного проветривания и получать значительную экономию электроэнергии.

Отрицательная естественная тяга должна подсчитываться при проектировании вентиляции и прибавляться к расчетной депрессии. Особенно внимательно следует подсчитывать депрессию естественной тяги при вскрытии месторождения штольней и при большой разнице отметок между устьями воздухоподающей и воздуховыдающей выработок.

Естественная тяга в ряде случаев может настолько влиять на проветривание, что фактическое его состояние после пуска рудника в эксплуатацию будет очень далеко от запроектированного. К таким рудникам относятся:

а) рудники, где подземные работы через обрушенные породы
(при системе разработки с обрушением) будут сообщаться с поверхностью;

б) рудники, где подземные работы сообщаются с поверхностью
через старые открытые выработки, расположенные над рудным телом.

В обоих случаях эквивалентное отверстие рудника будет очень большим и вентиляторы будут давать много воздуха, однако состояние проветривания рудника будет тяжелое.

Выбор вентилятора главного проветривания. Для выбора вентилятора главного проветривания определяется его депрессия (Па) по формуле,

h_в = h_ш + h_вн , (15.3)

где h_ш - депрессия шахты, Па; h_вн - внутренние потери давления в вентиляторе, Па;

h_вн =

где - аэродинамическое сопротивление вентилятора, ; - дебит вентилятора, м³/сек.

где а = 0,4 ч 1 - коэффициент, учитывающий тип вентилятора; D - диаметр рабочего колеса вентилятора, м;

Значения Q_в, h_в вычисляются для каждого характерного периода отработки шахтного поля (например, для отработки горизонта) в пределах срока службы вентилятора и наносятся на график (рис. 15.1). Для проветривания шахты принимается вентилятор, в зону промышленного использования которого (область экономичных режимов работы) вписываются все расчетные режимы работы. Выбранный вентилятор будет экономично работать в течение всего срока его службы. Он должен иметь резерв для увеличения в случае необходимости значений Q_в и h_в (например, на 20%). В течение срока эксплуатации вентилятора допускается однократное изменение частоты вращения его рабочего колеса путем замены двигателя.

Мощность (кВт) двигателя вентилятора определяется по формуле,

где - к.п.д. вентилятора; - к.п.д. двигателя; - передачи от двигателя к вентилятору к.п.д.

При депрессии вентилятора ? 1500 Па целесообразно использовать осевые вентиляторы, при депрессии 1500ч3000 Па - осевые и центробежные, при депрессии >3000 Па - центробежные. Если ни один из выпускаемых вентиляторов не может обеспечить требуемых режимов вентиляции, то возникает необходимость использования нескольких вентиляторов при их совместной работе. В случае работы вентиляторов в расчетных режимах проверка устойчивости их совместной работы не требуется. Такая проверка требуется при существенном изменении режимов работы параллельно включенных вентиляторов.

Рис 15.1. График зон промышленного использования осевых и центробежных вентиляторов главного проветривания: 1,2,3,4,5 - соответственно для осевых вентиляторов ВОД-16П; ВОД-21М; ВОД-30М; ВОД-40М; ВОД-50; 6,7,8,9,10- соответственно для центробежных вентиляторов ВЦ - 15; ВЦ - 25М; ВЦ - 31,5М; ВЦД - 31,5М; ВЦД - 47,5У.

На рудных шахтах при массовых взрывах для усиления вентиляции может потребоваться установка дополнительного вентилятора. Оба вентилятора соединяют параллельно. Дополнительный вентилятор включается лишь на время вентиляции шахты после массового взрыва ВВ. В таких случаях необходимо проверять целесообразность совместной работы основного и дополнительного вентиляторов, так как при весьма большой мощности последнего может оказаться целесообразным применение одного мощного вентилятора. При совместной работе нескольких вентиляторов предпочтение должно отдаваться центробежным вентиляторам, обеспечивающим большую устойчивость их совместной работы по сравнению с осевыми.

Подсчет капитальных затрат и стоимости проветривания

По вентиляционному комплексу в сводный сметно-финансовый расчет включают:

а)горные выработки: вентиляционные шурфы и скважины,
подземные камеры для вентиляторов, кроссинги;

б)строительные сооружения: здание главных вентиляторов на
шурфах, фундаменты под вентиляторы, диффузоры, вентиляционные
каналы, здание калориферов, калориферные каналы;

в)оборудование вентиляции: вентиляторы главные, вентиляторы
на шурфах, вентиляторы обособленного проветривания, вентиляционные трубы, калориферы.

Сметно-финансовые расчеты на отдельные объекты выполняют обычно по прейскурантам, в которых даются готовые стоимости объектов или отдельных видов работ на единицу измерения.

При подсчете стоимости вентиляции на 1 т добычи учитывают:

- основную и дополнительную заработную плату, заработную плату с начислениями на нее;

- стоимость энергии;

- стоимость материалов (смазка и т. д.);

- стоимость различных вентиляционных сооружений и оборудования;

- расходы на текущий ремонт вентиляционного оборудования и сооружений;

- расходы по охране труда;

- амортизационные отчисления (в погашение капитальных затрат по всему вентиляционному комплексу).

Размещено на Allbest.ru

...