Вентиляция шахт и карьеров
..pdf13 ж от забоя и совершенно не влияет на пылёп6даэлёнйе 6 точке, отстоящей от забоя на расстоянии 25—30 ж. Дейст0ие внешней забойки в виде водяных мешков имеет местное значение* Уна при мерно вдвое уменьшает пылеобразование лишь в первыи момент
взрыва (в районе мешка с водой).
Для изучения характера пылеобразования при производстве взрывных работ и установления влияния факторов, снижающих запыленность атмосферы, в северных кольцевых забоях 7 и 9-го горизонтов участка РЭШ были проведены наблюдения, в резуль
тате которых можно сделать следующие выводы.
При взрывных работах в воздух поступает высокодисперсная пыль, свыше 90% частиц которой имеет размер в поперечнике ме нее 3 мк. В течение первых 10—15 мин после взрывания шпуров наивысшая концентрация пыли наблюдается в 25—30 м от забоя. В количественном выражении она такая же, как ц при сухом спо собе бурения шпуров (400—1100 мг/м3). Следовательно, взрывные работы являются одним из основных источников образования пы ли. Это обстоятельство усугубляется еще и тем, что в практике Садонского рудника имеет место последовательное проветривание выработок. Значительное увеличение концентрации пыли в 25 м от забоя объясняется тем, что большая часть ее выносится из забоя взрывной волной в момент взрыва. Зона выброса пыли колеблется в пределах от 25 до 50 м.
После часовой работы двух вентиляторов без включения других средств пылеподавления концентрация пыли в призабойном прост ранстве остается высокой, превышая санитарную норму в 2—7 раз.
На вынос пыли большое влияние оказывает отставание конца става вентиляционных труб от забоя. Наилучшие результаты по пылеподавлению получены при удалении конца нагнетательного трубопровода от забоя на расстояние до 8—12 м при скорости дви жения воздушного потока 0,6 м/сек. При отставании вентиляцион ной трубы от забоя на 13 м и скорости воздушного потока 0,6 м/сек запыленность составляла 2,1 мг/м3, а при отставании трубы на 18 и 23 ж соответственно 5,2 и 15,5 мг/м3.
Следовательно, для создания необходимых санитарных усло вий труда в подземных выработках необходимо вести комплексную борьбу с пылью, которая требует совместной работы нескольких туманообразователей и деятельной вентиляционной струи в приза бойном пространстве (при скорости воздуха 0,6—0,8 м/сек).
Учитывая, что при работе туманообразователей пыль осаж дается только в зоне их действия, количество их на забой устанав ливается из расчета один туманообразователь на каждые последу
ющие 20 ж штрека, считая от конца зоны смешения (8—12 ж от забоя).
Наблюдения подтвердили, что запыленность воздуха при буре нии кольцевыми коронками диаметром 36 мм в 2,6 раза ниже, чем при бурении однодолотчатыми коронками диаметром 44—46 мм.
Применение различных концентраций смачивателя ДБ в раство-
272
ре при бурении показало, что лучший эффект по пылеподавлению дает раствор, где концентрация смачивателя ДБ равна 0,1%. Средняя запыленность воздуха в камере при бурении шпуров коль цевыми коронками с промывкой 0,1%-ным раствором ДБ снизилась примерно в 3 раза по сравнению с бурением шпуров с промывкой водой без смачивателя; при бурении однодолотчатой коронкой она уменьшилась в 4 раза. Исследования на Садонском руднике убеди тельно показали, что применение полного комплекса указанных выше мероприятий создает реальную возможность снижения кон центрации пыли в атмосфере призабойного пространства до сани тарной нормы и, таким образом, обеспечивает нормальные сани тарно-гигиенические условия труда при подземной разработке.
Глава XII
РУДНИКИ УРАЛА
§ 1. Дегтярский рудник
На Дегтярском медном руднике разрабатывается залежь, име ющая жилообразную форму и значительную длину по простиранию. Средний угол падения рудного тела 60—65° Простирание почти меридиональное.
В центральной части месторождения мощность изменяется от 15 до 40—60 м, на флангах она равна 3—5 м. Кроме того, имеются отдельные раздувы, доходившие, например, в центре месторожде ния на уровне горизонта 250 м до 110 At.
Руда представлена трещиноватым серным и медным колчеда нами крепостью 10—12- Главной особенностью является большое содержание серы, способствующее процессам самовозгорания [47].
Висячий бок сложен кварцево-серицитовыми сланцами крепо стью 12—14. Лежачий бок состоит из кварцево-адьбитовых порфи роидов, местами превращенных в рыхлую каолинизированную мас су, дающую вывалы при проходке горных выработок, а при нали чии воды приобретающую свойства плывуна.
Месторождение вскрыто двумя вертикальными скипо-клетевыми и тремя вентиляционно-вспомогательными стволами, заложенными в породах лежачего бока. Каждый из скипо-клетевых стволов на ходится примерно в центре поля шахт «Капитальная-1» и «Капи-
тальная-2». Последняя дает около двух третей общей добычи по руднику.
Вертикальная высота этажа принята равной 60 м. Шахтное поле подготовлено полевыми штреками, пройденными в породах вися чего и лежачего боков.
Рудник проветривается по секционной схеме, приведенной на рис. 120. Свежий воздух поступает по стволам шахт «Капиталь- ная-1» и «Капитальная-2» и выдается отсасывающими вентилято-
18 |
2814 |
273 |
рами по стволам шахт «Северная», «Средняя» и «Южная». При ра боте на верхних этажах воздух поступал и выдавался через шурфы.
Как и на всех медноколчеданных месторождениях, проветрива ние рудника производится всасывающим способом. Предполагает ся, что проветривание нагнетательным способом является пожаро опасным, хотя ясности в этом вопросе не имеется.
Рис. 120. Схема проветривания Дегтярского рудника
Зона обрушения хорошо проилена, поэтому аэродинамическая связь действующих горизонтов с поверхностью является слабой. Последнему способствует также регулярное профилактическое за иливание, а также закладка пустот гранулированным шлаком или породой.
На всех вентиляционных шахтах установлены мощные осевые вентиляторы. Реверсирование струи производится с помощью об водных каналов с шиберами, на что затрачивается от 2 до 5 мин. На поверхности шахты «Средняя» оборудован шлюз. Вентиляци онные установки в ближайшее время будут автоматизированы.
Для подогрева поступающего воздуха на шахтах «Капиталь ная-1» и «Капитальная-2» имеются калориферные установки.
Представляет интерес опыт использования на руднике вырабо ток отработанного горизонта для подогрева воздуха. На шахте «Ка питальная-2» в связи с выходом из строя шурфов, которые участво вали в системе вентиляции рудника, по скипо-кЛетевому стволу ста ло поступать большее количество свежего воздуха. Мощность кало рифера оказалась недостаточной для подогрева этого воздуха, и в
274
голодные дни ствол обмерзал. Было решено часть свежего воздуха ^агнетать по южному шурфу в выработки отработанного го ризонта, чтобы он мог нагреться за счет теплообмена с породными массивами, а затем пропускать его в ствол скипо-клетевого подъе ма. Для этого у шурфа был установлен вентилятор ЦАГИ-18, ко торый нагнетал воздух в количестве 9,2 м?/сек.
До исступления в ствол воздух проходил по северному полевому щтреку и околоствольным выработкам горизонта 70 м. Общая дли на выработок, в которых нагревался воздух, составляла 1200 м с теплообменной поверхностью около 33 000 ж2. При температуре ^оздуха на поверхности—21° С нагревание его происходило до тем пературы + 3°С. Подача подогретого таким способом воздуха пол ностью исключила обледенение ствола шахты.
Температура воздуха на шахтах рудника определяется разогрехостъю рудного массива, что вызвано окислительными процессами. Последние приурочены к участкам, отрабатываемым системами слоевого и подэтажного обрушения. Поэтому, в отличие от глубоких щахт на Дегтярском руднике, наиболее разогретыми являются руд ные массивы верхнего этажа, менее разогретыми — среднего этажа. Торный массив самого нижнего этажа, подготовляемого к отработ ке, обычно имеет естественную температуру, обусловленную глуби ной работ.
По мере углубления горных работ температура рудного массива по падению изменяется. Однако закон изменения температуры по ка изучен еще недостаточно.
Горные работы на шахте «Капитальная-2» ведутся одновременно в нескольких этажах. Применяются следующие системы разработ ки: слоевое обрушение, подэтажное обрушение, открытые камеры с отбойкой руды из подэтажей, принудительное этажное обрушение.
Проветривание очистных камер
Особенность выемки камеры на медноколчеданных рудниках со стоит в том, что при недостаточно устойчивой руде отбойку руды производят из «закрытых заходок». В этом случае заходки не гра ничат с выработанным пространством, а отделены от него целиком руды размером 2—3 м.
Другая особенность выемки камер состоит в необходимости минимальной изрезанности целиков, что увеличивает время их ус тойчивого стояния, а также необходимость заиливания междукамерного целика после отработки его системами слоевого или под
этажного обрушения.
Схемы проветривания камер просты. При односторонней отра ботке по простиранию свежий воздух из откаточного штрека по по левым восстающим поднимается в подэтажные штреки, выходит в собственно камеру и по верхнему подэтажному штреку и верхней части полевого восстающего уходит на вентиляционный штрек. Не обходимая траектория потоков воздуха при этой схеме обеспечи
вается перекрытием восстающего перемычками с лядами. Гори зонт скреперования проветривается проточной струей свежего воз духа, идущего от восстающего к новой, не заполненной рудой во ронке, которая проходится заранее, с некоторым опережением ус тупов. При такой схеме проветривания скреперист находится на струе чистого воздуха. Аналогичным является проветривание при двусторонней отработке камеры.
В связи с переходом на отбойку руды глубокими и этажными скважинами -количество воздухоподающих выработок в камерах уменьшилось. После взрывания вертикального слоя руды это могло привести к возникновению камер-мешков, проветривание которых чрезвычайно затруднительно. Для устранения этих недостатков на руднике проходят дучку в висячем боку рудного массива (рис. 121).
Рис. 121. Проветривание камеры через дучку висячего бока:
1 — вентиляционная дучка висячего бока; 2 — аккумулирующий орт; 3 — первый подэтаж; 4 — граница отработки; 5 — четвертый под этаж; 6 — дучка
Впоследствии целик руды вокруг дучки отрабатывался путем взры вания веера скважин [6].
Нормальные атмосферные условия для бурильщиков создаются при бурении восстающих скважин с горизонта подсечки. Иногда проходится промежуточный воздухоподающий штрек, из которого скважины бурятся вверх и вниз.
Для ускорения проветривания взрывание уступов обычно про водится в нерабочие дни, что позволяет производить временное пе реключение одного из главных вентиляторов шахты полностью на пропуск больших количеств воздуха через камеру.
Часто на исходящей струе камеры устанавливают «вентилятортолкач», который заметно (в 2—3 раза) увеличивает количество проходящего воздуха и турбулентность воздушного потока, что способствует быстрому вымыванию газов из застойных зон камеры. Практика показывает, что при тех сравнительно небольших заря дах, которые применяются на руднике для отбойки слоя руды (200—400 кг), вентиляторы-толкачи не разрушаются воздушной волной. Особенно заметна роль толкача в начале отработки каме-
276
ры, т. е. при небольшом ее объеме. Однако влияние его остается существенным вплоть до конца очистных работ.
Проветривание после массовых взрывов * На руднике разрабо таны эффективные методы проветривания при массовых взрывах. Здесь проветривание после взрыва делится на три периода.
В первый период производится проветривание основных гори зонтов путем пропускания через них накоротко всей вентиляционной струи. Для этого все вентиляционные двери, имеющиеся во всей шахте, закрепляются в открытом положении. На вентиляционных установках открывают двери и шиберы. На шурфах открывают их устья, а клети капитальных шахт поднимают на верхние площадки. Скипы располагают так, что один занимает самое нижнее, а другой самое верхнее положение. Для снижения ударной силы воздушной волны участок взрыва изолируется от остальных выработок решет чатыми шпальными перемычками. Эти перемычки устанавливаются на участках с конусным сечением, благодаря чему от действия воз душной волны они самозаклиниваются. Для уменьшения воздуш ного удара выпускные воронки камер заполняются рудой.
Вентиляторы включаются в работу через несколько минут после взрыва. Пуск производится после приведения шиберов в нормаль ное положение.
В этот период благодаря «раскрытию» всей шахты из основных горизонтов удаляется большая часть газов ВВ с высокой концент рацией, что предупреждает их проникновение в труднопроветриваемые тупиковые участки.
Во второй период проводится обособленное проветривание участка, где произведен массовый взрыв. Для этого один из вен тиляторов глазного проветривания временно, но целиком переклю чается на пропуск воздуха через этот участок. Чтобы обеспечить пропуск через блок возможно большего количества воздуха, вен тиляционные двери на верхних горизонтах закрываются. Этим са мым воздушный поток полностью направляется на откаточный горизонт, где произведен взрыв. В свою очередь, на этом горизон те с помощью дверей и ляд прекращается доступ воздуха в блоки, расположенные до и после участка взрывания.
Для уменьшения объема выработок, загазованных после взры вания, струя исходящего воздуха с помощью дверей и ляд направ ляется в вентиляционную шахту только по последовательно рас положенным выработкам.
Другая особенность этого периода состоит в том, что свежий воздух подается не только на откаточный горизонт участка взры вания, но и на вентиляционный штрек, вследствие чего взрывные газы, выходящие на исходящую струю участка с довольно боль шой концентрацией, на штреке разжижаются до ничтожно малых концентраций.
* Р а зд ел написан совместно с горн. инж . П. С. Сидоровым.
Подвод свежего воздуха в исходящую струю участка создает нормальные атмосферные условия на вентиляционном горизонте, что позволяет возобновить здесь необходимые работы.
Третий период вентиляции заключается в удалении остатков тазов массового взрыва, проникающих в отдельные участки шах ты, а также в обычном предварительном проветривании всех без исключения участков шахты с целью начать в них нормальную работу в первую смену новой недели. Для этого путем раскрытия и закрытия соответствующих дверей шахта переводится на обыч ный режим вентиляции.
Борьба со взрывами сульфидной пыли. При отработке медно колчеданных месторождений весьма опасными являются взрывы сульфидной пыли. Они могут происходить при отработке руды в тупиковых выработках, камерах и массовом расстреливании це ликов в незаложенные камеры.
Сила взрыва в камерах может быть очень большой. Например, при отработке камеры № б взрыв пыли привел к опрокидыванию воздушного потока на основном горизонте. Значительный район вокруг камеры на расстоянии свыше 200 ж, а также сама камера заполнились сернистым газом.
Борьба со взрывами сульфидной пыли ведется путем предва рительного смыва пыли, осевшей на поверхность горных вырабо ток, и создания водяного тумана в атмосфере подготовительных и нарезных выработок, а также собственно камеры, что исключа ет возможность взрыва новых объемов пыли, образующихся во время взрывания шпуров и скважин. Туманообразование одно временно способствует поглощению части ядовитых газов ВВ, что ускоряет проветривание участка.
Взрывы пыли в настоящее время, как правило, происходят ослабленно. Тем не менее и в подобных случаях камера заполня ется сернистым газом. Тяжелый вес последнего намного увеличи вает время проветривания. Для интенсификации проветривания сернистый газ поглощают путем разбрызгивания воды через фор сунки, пропускают через камеру возможно большее количество воздуха и повышают турбулентность воздушного потока путем выпуска в него струи сжатого воздуха.
Следует отметить, что простое увеличение количества воздуха, подаваемого в камеру, не всегда дает желаемый результат — по ток воздуха прорывается через массу газа, образуя в нем трубо образный канал, и вынос газа происходит медленно. По-видимому, для успешного выноса тяжелых газов важное значение имеет не столько количество воздуха, сколько степень его турбулентности.
Особенностью газового режима медноколчеданных шахт после массовых взрывов является образование более легких газообраз ных продуктов взрыва и сернистого газа. Различие удельных ве сов этих газов оказывает заметное влияние на увеличение време ни проветривания выработок, что следует учитывать при расчетах проветривания шахт после массовых взрывов. Пересчет газов
278
взрывчатых веществ и сернистого газа на условный объем окиси углерода недопустим, так как приводит к ощутимым погрешно стям.
Проветривание очистных выработок при слоевом, обрушении
производится проточной струей свежего воздуха, проходящей по подэтажному квершлагу-орту. Вентилятором местного проветри вания свежий воздух нагнетается по трубам в тупиковый забой. При отработке слоя через одну дучку использованный воздух вы ходит на тот же подэтажный квершлаг-орт, омывая снаружи вен тиляционный трубопровод.
Когда горные работы в целиках (блоках при сплошной отра ботке) опускаются близко к откаточному горизонту, верхняя часть восстающего лежачего бока, а также вентиляционный штрек ле жачего бока могут попасть в зону сдвижения и следить за их со хранностью становится невозможно. Для обеспечения хорошей вентиляции исходящий воздух по восстающему с помощью ляд перепускается не вверх, а вниз. В этом случае откаточный штрек лежачего бока становится также вентиляционным. Допустимое содержание ядовитых газов поддерживается за счет интенсивной подачи свежего воздуха с того же горизонта или из нижнего этажа.
При опускании горных работ на уровень подэтажного кверш лага-орта забои находятся в одной плоскости со струей воздуха на подэтаже. В таких случаях надобность в нагнетании воздуха вен тиляторами обычно отпадает и забои проветривают за счет турбу лентной диффузии.
Следует отметить, что проветривание турбулентной диффузией является в такой же мере распространенным, как и нагнетание воздуха по трубам. На шахте «Капитальная-2» половина тупико вых забоев проветривается турбулентной диффузией. Это возмож но потому, что тупики, как правило, имеют длину не более 10 м.
К концу отработки этажа воздухоподающий штрек висячего бока сохраняют лишь против тех немногих участков, где горные работы еще продолжаются. Естественно, что проточная струя воз духа на штреке отсутствует- В таких случаях воздух подается со штрека лежачего бока по заезду, для чего на штреке лежачего бока приходится ставить дверь (с окном), что весьма неудобно и малоэффективно. Поэтому чаще воздух на висячий бок подается гто длинному ставу труб, проложенному в заезде, а воздух забира ется из восстающего нижнего этажа.
При работах слоевым обрушением часто возникает необходи мость в усилении струи воздуха на подэтаже, так как усилившее ся горное давление уменьшает сечение воздухоподающего под этажного квершлага-орта, а перекреплять последний нет смысла. Усиление струи достигается установкой вентиляторов-толкачей, подвешиваемых на стенку квершлага-орта.
Вентиляторы-толкачи представляют собой удобный способ уси ления струи, поэтому они получили широкое применение на руд-
нике. Выше была описана схема проветривания с проточной струей воздуха на подэтаже, которая является наиболее распространен ной в практике рудника. Однако проветривание блоков (целиков) приходится производить также по тупиковым схемам.
Простейшим является случай проветривания забоя при про ходке подэтажного квершлага-орта. Свежий воздух забирается из нижней части восстающего, а отработанный уходит в верхнюю часть того же восстающего.
Иногда весь воздух (или большая его часть) уходит в зону об рушения, что улучшает условия труда в забоях, уменьшает время на проветривание и учитывается в графиках проветривания. Од нако средства проветривания устанавливаются и рассчитываются на полный возврат отработанного воздуха по тупиковой схеме.
Развитие окислительных процессов в выработанном и обру шенном пространстве приводит к разогреву отрабатываемых руд ных массивов. Тепловыделения с поверхности горных выработок могут быть весьма интенсивными. В таких условиях одной из важ ных задач местного проветривания становится вынос избыточного тепла, с тем чтобы в периоды между очередными профилактиче скими заиливаниями создать нормальные условия для горнорабо чих.
Окислительные процессы приводят также к интенсивному рас ходу кислорода воздуха. По ряду причин (отсасывающий способ общешахтного проветривания и др.) обедненный кислородом воз дух поступает из обрушения в горные выработки. Уменьшение содержания кислорода в рудничной атмосфере наблюдается в по давляющем большинстве случаев в очистных забоях. При дли тельном отсутствии вентиляции такой воздух может заполнить все выработки рабочего слоя и попасть по дучке на подэтажные вы работки.
Практика Дегтярского рудника показывает, что в давно не проветриваемых выработках содержание кислорода может сни зиться до 2—3%. Иногда даже после перерыва в проветривании рабочего слоя в течение междусменного перерыва содержание кислорода падает до смертельно опасных концентраций. Поэтому на шахтах Дегтярского рудника запрещается без предваритель ного проветривания подниматься на рабочие слои.
Местное проветривание должно также обеспечивать быстрое вымывание ядовитых газов ВВ, а также сернистого газа, если имеют место взрывы сульфидной пыли. Применение оросителей сводит взрывы пыли к редким случаям, поэтому расчет вентиля ции по выносу сернистого газа не производят.
Проветривание тупиковых выработок по температурному фак тору сводится к максимально возможному использованию охлаж дающей способности воздуха, поступающего на участок за счет тяги главных вентиляторов. Местные вентиляторы устанавливают ся так, чтобы исключить рециркуляцию использованного воздуха. Проветривание производят только путем нагнетания воздуха по
280
трубам. Отставание трубопровода от забоя допускают не более 6,5—7 м; воздух подают по многослойному фанерному трубопро воду, что уменьшает разогрев свежего воздуха за счет омывания его снаружи исходящим теплым воздухом. Расчет вентиляции ту пиковых выработок по тепловому фактору производят по формуле У X. Бакирова и О. А. Богаевского, которая по своей точности вполне удовлетворяет запросам практики [7].
В результате правильного применения перечисленных выше мер на основе теплового расчета вентиляции количество высоко температурных забоев на руднике стало неуклонно снижаться.
Практика показывает, что, в свою очередь, около 90% высоко температурных забоев имеет температуру воздуха в пределах 25— 27° С. Чтобы иметь в таких забоях температуру не выше допусти мой (26° С), оказывается достаточным исключить разогрев воз духа электрическим вентилятором, заменив его эжектором. Для проветривания указанных забоев применяется высоконапорный эжектор конструкции института Унипромедь [12].
Для проветривания весьма разогретых участков намечено со здать турбодетандерную установку, позволяющую охлаждать воздух на 5° в количестве 150 м3/мин.
Проветривание выработок при подэтажном обрушении во мно гом аналогично вентиляции участков, отрабатываемых слоевым обрушением. Например, буровые камеры при их проходке провет риваются по описанным схемам.
Иногда по ряду причин (продолжительный срок выпуска руды и т. п.) температура руды, выпускаемой на горизонт скреперова ния, может быть очень высокой. Выпуск руды может сопровож даться выходом сернистого газа. В таких случаях создание нор мальных атмосферных условий достигается усиленным сквозным проветриванием горизонта скреперования. Практика показала, что хорошая вентиляция даст возможность выпустить руду цели ком и таким образом успешно отработать блок.
Капитальные и подготовительные выработки при их проходке
проветривают осевыми вентиляторами местного проветривания типов ВМ-200, «Проходка-500», ВМП-450.
При значительной протяженности выработок (до 500 м) в вен тиляционный трубопровод последовательно ставят несколько вен тиляторов. При этом они подбираются одинаковой производитель ности. Расстояние между вентиляторами зависит от развиваемого ими напора. Обычно для вышеуказанных типов вентиляторов это расстояние составляет 45—60 м при трубах диаметром1300 мм\ 70—80 м при 400 мм: 100—120 м при 500 мм.
Вентиляторы, как правило, подвешиваются у кровли выработок со стороны свободного прохода.
При скоростных проходках выработок время на проветривание после взрывных работ предусматривается равным 15 мин. Поэтому часто приходится прокладывать два параллельных става венти