Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

Петров Александр Игоревич, инженер, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия, alex231287@yandex.ru

About the authors

Alymenko Nikolay Ivanovich, doctor of technical sciences, Professor, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia, nik.alymenko@yandex.ru

Kamenskikh Anton Alekseevich, candidate of technical sciences, Research Associate, Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia. anton.kamenskikh@mi-perm.ru

Nikolaev Alexander Viktorovich, candidate of technical sciences, Associate Professor, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. nikolaev0811@mail.ru

Nikolaev Viktor Alexandrovich, senior lecturer of Mining Electromechanics Department, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. nikolaev0811@mail.ru

Petrov Alexander Igorevich, engineer, Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia:alex231287@yandex.ru

201

УДК 622.4

ЛОКАЛЬНАЯ РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ПРИ РАБОТЕ ВЕНТИЛЯТОРА МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

А.И. Петров2, Н.И. Алыменко1, А.А. Каменских2, А.В. Николаев1

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

2Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия

Представлены результаты шахтного исследования работы локальной вентиляционной системы тупикового проходческого забоя на примере рудника «Двойной». В ходе исследования выполнялись измерения производительности вентиляторной установки; количества воздуха, поступающего по вентиляционному трубопроводу в призабойное пространство; количество воздуха, поступающее в выработку к месту расположения ВМП за счет общешахтной депрессии; количество воздуха, проходящее мимо ВМП при различной длине вентиляционного трубопровода. Полученные данные подтверждают наличие рециркуляции загрязненного воздуха, характерной для нагнетательного способа проветривания рабочей зоны.

Ключевые слова: рудник, вентилятор местного проветривания, вентиляционный трубопровод, тупиковая горная выработка, расход воздуха, рециркуляция воздуха.

LOCAL AIR RECIRCULATION OF THE BOOSTER FAN

THE EXTERNAL AIR LEAKS AT POTASH MINES VERKHNEKAMSK

POTASSIUM AND MAGNESIUM SALTS

V.A. Petrov2, N.I. Alymenko1, A.A. Kamenskikh2, A.V. Nikolaev1

1Perm National Research Polytechnic University, Russia, Perm, 2Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Russia, Perm

The article considers the mine researchresults of the entry-driving local ventilation system by the example of the mine “Dvoynoy”.Measurement of thefan delivery, the amount of air flowing through the ventilation duct, the amount of air flowing to the fan location due to general mine depression, the amount of air passing by the fan at different ventilation duct length was madeduring research.The obtaineddataconfirmthe presence

202

of polluted airrecirculation, which is characteristic for the blowing ventilation method of the working area.

Keywords: mine, booster fan, ventilation duct, blind working, amount of air, air recirculation.

В 2015 году сотрудниками Горного института УрО РАН были выполнены расчеты, подтверждающие наличие локальных процессов рециркуляции загрязненного воздуха при нагнетательном способе проветривания рабочей зоны, расположенной в тупиковой горной выработке, с помощью вентилятора местного проветривания (ВМП) [1–5]. В период с января по апрель 2016 года на золотодобывающем руднике «Двойной» проведено шахтное исследование режимов работы ВМП марки Alphair 4500-VAX-2700. Целью исследования являлось определение параметров режима работы ВМП при проветривании тупиковой горной выработки различной длины. В ходе исследования выполнены измерения производительности вентиляторной установки; количества воздуха, поступающего по вентиляционному трубопроводу в призабойное пространство; количества воздуха, поступающего в выработку к месту расположения ВМП за счет общешахтной депрессии при различной длине вентиляционного трубопровода [6–8].

Замеры скорости воздушного потока осуществлялись по четырем поперечным сечениям рассматриваемых горных выработок, обозначенным на рис. 1 цифрами с номерами (№ 1, № 2, № 3 и № 4). Замеры выполнялись при длинах вентиляционного трубопровода от 20 м до 100 м с интервалом 5 м.

Проведенные исследования, выполненны при изменении режима работы ВМП по мере увеличения длины вентиляционного трубопровода показали следующее:

1. Фактическая производительность ВМП в среднем меньше производительности, вычисленной в соответствии с его паспортной аэродинамической характеристикой, на 9 – 13 % (рис. 2).

Данный факт с нашей точки зрения объясняется двумя основными взаимозависимыми причинами:

режимработыВМПизменилсявходеегоэксплуатациидлительноевремя;

прямое измерение фактического аэродинамического сопротивления вентиляционного трубопровода в рудничных условиях практически невозможно, а его вычисление всегда основано на усредненных паспортных параметрах используемых вентиляционных труб несоответствующих фактическому состоянию вентиляционного трубопровода (наличие провисания, складок, повреждений и т.д.), что заранее предполагает наличие некоторой погрешности. Поэтому определение доли влияния каждой из указанных причин проблематично.

Тем не менее, несмотря на то, что фактическая производительность ВМП

оказалась меньше вычисленной паспортной, фактическая производительность существенно превышает рассчитанную в соответствии с утвержденной и дейст-

203

вующей на руднике методикой расчета количества воздуха, необходимого для проветривания подземных горных выработок.

Рис. 1. Места выполнения замера скорости воздушного потока:

1 – поступающий поток воздуха; 2 – вентилятор; 3 – вентиляционный трубопровод; 4 – поток воздуха, проходящий мимо вентилятора за счет общешахтной депрессии; 5 – поток воздуха, омывающий рабочую зону; 6 – тупиковая горная выработка; 7 – призабойное пространство; 8 – горная выработка, проветриваемая за счет общешахтной депрессии

Рис. 2. Расчетная QВУ рас и фактическая QВУ ф производительность ВМП, а также производительность ВМП QВУ, вычисленная в соответствии с его паспортной аэродинамической характеристикой

204

2. При изменении режима работы ВМП количество воздуха, подаваемое к месту установки ВМП за счет общешахтной депрессии, было в среднем на 1 м3/с меньше значения, рассчитанного в соответствии с утвержденной методикой равного 21,51 м3/с (рис. 3) [2]. Это обусловлено тем, что исследуемый ВМП располагался на самом нижнем горизонте, ниже отработанных блоков. Наличие значительных выработанных объемов послужило причиной существенных внутрирудничных утечек воздуха. При этом фактическая производительность ВМП изменялась от 28,76 до 19,92 м3/с, что является нарушением п. 186 Правил безопасности, в соответствии с которым производительность ВМП не должна превышать 70% количества воздуха, подаваемого к его всасу за счет общешахтной депрессии [9]. Исходя из значений производительности ВМП, вычисленной по его паспортным аэродинамическим характеристикам, требуемый расход воздуха в выработке у всаса вентилятора должен составлять от 45,28 до 33,05 м3/с в зависимости от длины вентиляционного трубопровода.

Рис. 3. Расчетное Q0 рас, фактическое Q0 ф и требуемое Q0 тр количество воздуха, подаваемое в выработку за счет общешахтной депрессии

кместу установки ВМП

3.В горной выработке, в которой установлен ВМП, при длине вентиляционного трубопровода менее 85 м будет наблюдаться противонаправленное движение воздуха, обусловленное локальной рециркуляцией воздушных масс, исходящих из забоя (рис. 4). При длине трубопровода более 85 м рециркуляция прекратится, тем

не менее установленное Правилами безопасности процентное соотношение ≤ 70 на ≥30 % будет нарушено (рис. 5).

Чтобы избежать рециркуляции, необходимо обеспечить требуемое Qмимо тр количество воздуха, проходящее мимо ВМП, в размере от 13,62 до 9,94 м3/с для рассматриваемого интервала длин трубопровода (20–100 м). Данные значения значительно превышают рассчитанные в соответствии с утвержденной методикой.

205

3.Подземный рудник «Двойной» на месторождении «Двойное»: Первый этап. Проектная документация. Т. 5, 7, 2. Подземные горные выработки. Ч. 1 / СанктПетербуржская горная проектно-инжиниринговая компания. – СПб., 2012. – 274 с.

4.Пояснительная записка к специальным техническим условиям на применение оптимизированной нормы воздуха для транспорта с двигателем внутреннего сгорания в проектной документации «Проект подземного рудника «Двойной» на месторождении «Двойное». ООО «Северное золото». – Магадан, 2011. – 13 с.

5.Специальные технические условия на применение оптимизированной нормы воздуха для транспорта с двигателем внутреннего сгорания в проектной документации «Проект подземного рудника «Двойной» на месторождении «Двойное».

ООО«Северное золото». – Магадан, 2011. – 8 с.

6.Петров А.И. Влияние расхода воздуха сверх нормы на потребляемую и полезную мощность источника тяги // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное де-

ло. – 2014. – Вып. 2 (23). – С. 95–99.

7.Петров А.И. Аналитико-графический метод при выборе средств локальной вентиляции рудника // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. /

ГИ УрО РАН. – Пермь, 2014. – Вып. 12. – С. 246–248.

8.Петров А.И. Условия экономичной работы отечественных вентиляторов местного проветривания // Рудник будущего. – Пермь, 2013. – № 3–4 (15–16). –

С. 47–50.

9.Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых: зарег. в Министерстве юстиции Российской Федерации 02.07.2014 г., рег. № 32935; утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.12.2013г. № 599, введены

03.10.2014 г.

10.Уведомление о поступлении заявки № 2016126242 от 29.06.2016. Способ проветривания тупиковой выработки / Федеральная служба по интеллектуальной собственности ФГБУ «Федеральный институт промышленной безопасности» (ФИПС)

Об авторах

Петров Александр Игоревич, инженер, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия. alex231287@yandex.ru

Алыменко Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. nik.alymenko@yandex.ru

207

Каменских Антон Алексеевич, кандидат технических наук, научный сотрудник, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия. anton.kamenskikh@mi-perm.ru

Николаев Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь,

Россия, nikolaev0811@mail.ru

About the authors

Petrov Alexander Igorevich, engineer, Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia:alex231287@yandex.ru

Alymenko Nikolay Ivanovich, doctor of technical sciences, Professor, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia, nik.alymenko@yandex.ru

Kamenskikh Anton Alekseevich, candidate of technical sciences, Research Associate, Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia. anton.kamenskikh@mi-perm.ru

Nikolaev Alexander Viktorovich, candidate of technical sciences, Associate Professor, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. nikolaev0811@mail.ru

208

УДК 622.663.3

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ВОЗДУХОПОДГОТОВКИ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ ЗАВЕСЫ В ВОЗДУХОПОДАЮЩЕМ СТВОЛЕ

А.В. Николаев1, Н.И. Алыменко2, А.А. Каменских2, В.А. Николаев1, А.И. Петров2

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия,

2Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия

Описывается способ воздухоподготовки в холодное время года, при котором в воздухоподающем стволе устанавливается воздушная завеса, направляющая поток воздуха навстречу подсасываемому через надшахтное здание потоку холодного воздуха. При подобном способе воздухоподготовки снижается объемный расход подсасываемого воздуха, в результате чего требуются меньшие затраты энергоресурсов на работу шахтной калориферной установки, а также обеспечивается более равномерный прогрев воздуха по сечению ствола.

Ключевые слова: воздухоподготовка, шахтная калориферная установка, воздушная завеса, эффективность.

IMPROVING THE EFFICIENCY OF AIR PREPARATION

PROCESS THROUGH THE USE OF AN AIR CURTAIN

IN THE MINE SHAFT AIR SUPPLY

A.V. Nikolaev1, N.I. Alymenko 2, А.А. Kamenskikh2,

A.V. Nikolaev 1, А.I. Petrov 2

1 Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia,

2 Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Science, Perm, Russia

This article describes a method of air preparation in the cold season, in which in the mine shaft air supply installed air curtain, directing the air flow against the flow of cold air is drawn through the pithead. With such an air preparation method reduces the volume flow inleakage air. As a result, it requires less energy to work the mine hot-air installation, and provides more uniform heating of the air for the cross section of a shaft.

Key words: air preparation, mine hot-air installation, air curtain, efficiency.

209

Правилами безопасности [1] предписывается в холодное время года подаваемый в шахтные стволы воздух нагревать до температуры не ниже +2 °С. При этом данному значению температуры должен соответствовать весь объем воздуха двигающегося по стволу во всем его сечении. Однако, проведенные в работах [2– 4] исследования показали, что данные правила строго соблюдать на практике не представляется возможным. Связано это с тем, что в воздухоподающий ствол поступает два потока воздуха: нагретый в шахтной калориферной установке (ШКУ) подаваемый по калориферному каналу (QШКУ) и подсасываемый через надшахтное здание (Qн.зд.) за счет общешахтной депрессии (рис. 1).

Рис. 1. Поступление воздуха в воздухоподающий ствол

В связи с этим на практике температура воздуха поступающего из ШКУ устанавливается гораздо больше требуемой, в результате чего температура воздуха в стволе нередко значительно превышает установленную Правилами безопасности [5–7]. При этом в воздухоподающем стволе присутствуют зоны, температура воздуха в которых незначительно превышает значение +2 °С, что свидетельствует о низкой эффективности подобного способа управления температурным режимом в стволе. Кроме того, повышение температуры подаваемого из ШКУ воздуха выше требуемого значения приводит к неоправданно высоким затратам энергоресурсов [8], а наличие в стволе зон с различной температурой может привести к возникновению «воздушной пробки» в нем [9].

С целью повышения эффективности воздухоподготовки в работе [10] предложено в воздухоподающем стволе выше сопряжения калориферного канала с ним устанавливать воздушную завесу (рис. 2).

210