книги / Рудничная аэрология.-1

Сопротивление прямых трубопроводов определяется исходя из известных Д 100 или коэффициентов а труб

Ятр==-ймо-щ-» (XVII,18)

где L — длина трубопровода, м.

Если трубопровод имеет повороты, сужения, расширения и дру­ гие местные сопротивления Лм, необходимо подсчитать сумму этих

В тех случаях, когда характеристики вентиляторов построены до статической депрессии, сопротивление трубопровода следует

Если необходимо пользоваться характеристиками, построенными до полному напору (необходимость в этом возникает тогда, когда выходное сечение труб значительно меньше или больше сечения их вблизи вентиляторов), к правой части равенства (XVII,20) следует прибавлять сопротивление на выходе струи из труб в выработку, равное

Зная производительность QB и депрессию /г, можно приступать

кподбору вентилятора.

Втех случаях, когда полученная расчетом депрессия превышает напоры, создаваемые выпускаемыми серийно вентиляторами, сле­ дует принимать трубы ближайшего большего диаметра и вновь под­ считывать депрессию. Если по каким-либо причинам увеличить диаметр невозможно или нежелательно, необходимо ориентироваться на последовательную работу нескольких вентиляторов. Установка вентиляторов может быть рассредоточенной по длине трубопровода

или каскадной в начале его. Первый способ неприменим в забоях, в которых наблюдается газовыделение, из-за опасности взрыва в случае загазирования выработки в месте установки вентилятора. Второй способ можно применять в любых забоях, но он имеет тот недостаток, что трубопровод вблизи вентиляторов находится под большим давлением, а это вызывает большие утечки воздуха.

Число вентиляторов ориентировочно можно определить делением расчетной депрессии на депрессию, развиваемую одним вентилятором. Для более точного решения задачи в координатах Q и h строят характеристику трубопровода, после чего строят суммарную харак­ теристику нескольких последовательно работающих вентиляторов.

При достаточном числе вентиляторов координаты точки пересечения характеристики сети и суммарной характеристики вентиляторов должны быть равны расчетной депрессии и дебиту или несколько больше их.

Если при сравнительно небольшой депрессии в забой требуется подать количество воздуха, превышающее дебиты применяемых вентиляторов, может быть применена параллельная работа двух вентиляторов. Проверка выбранных вентиляторов на совместную работу производится, как и в предыдущем случае, графическим путем. Чаще всего параллельную работу применяют при проходке шахтных стволов.

В настоящее время широко распространены осевые вентиляторы типов СВМ-4м, СВМ-5, СВМ-бм, «Проходка-500-2м», ВМ-200 и др., а также разработаны новые типы осевых одноступенчатых вентиля­ торов с электрическим приводом: ВМ-3, В М-4, ВМ-5, ВМ-6, ВМ-8 (цифрой обозначен диаметр входного и выходного патрубков в де­ циметрах). Кроме того, выпускаются вентиляторы с пневматическим приводом: ВМП-3, ВМП-4, ВМП-5. Вентиляторы имеют на входе направляющие аппараты с гибкими поворотными лопатками. Депрессия Нп и дебит Q вентиляторов регулируются поворотом лопастей от —45° до +30°, осуществляемым вручную при помощи специальной рукояти.

Успешное применение комбинированных способов проветривания при установке только одного вентилятора требует такой его конст­ рукции, при которой легко осуществляется реверс. Это обстоятель­ ство учтено в зарубежной практике, где распространены реверсив­ ные вентиляторы разнообразных конструкций.

Проветривание забоев при проходке шахтных стволов в зависи­ мости от глубины и диаметра последних может осуществляться как осевыми вентиляторами типа ВМ больших диаметров, так и центро­ бежными вентиляторами с диаметром рабочих колес 1,0, 1,2 и 1,5 м, развивающими давление до 400—600 мм вод. cm. при производитель­ ности, достигающей 25—30 м2/сек.

При проходке глубоких стволов больших диаметров, когда забои нуждаются в подаче больших количеств воздуха, желательно при­ менять вентиляторы, производительность которых можно изменять в широких пределах при сохранении высокого к. п. д. Таким требо­ ваниям удовлетворяет центробежный вентилятор ВЦП-16, у кото­ рого область экономичной работы включает дебиты от 8 до 45 м*/сек при депрессии, достигающей 800 мм вод. cm. Производительность регулируется направляющим аппаратом с лопатками, которые могут поворачиваться дистанционно при помощи сервопривода. Вентиля­ тор снабжен двумя последовательно установленными двигателями, один из которых имеет мощность 160 кет при 975 об/мин, а другой 250 кет при 1470 об/мин. При необходимости подачи больших коли­ честв воздуха, например после взрыва шпуров, включается более мощный двигатель, а в промежутках между взрывами — менее мощный.

При выборе вентилятора на его индивидуальную характеристику наносят точку с координатами QBи h. Если эта точка лежит в области экономичной работы на линии высокого значения к. п. д., значит выбранный вентилятор удовлетворяет условиям и тогда он прини­ мается проектом.

В последние годы, несмотря на мощные технические средства проветривания, нередки случаи, когда вентиляция становится узким местом и вынуждает снижать темпы проведения выработок. Такие условия создаются при ведении работ по сильно газоносным уголь­ ным пластам. Как показывают газовые съемки, в некоторых бассей­ нах газовыделение из подготовительных выработок составляет около 60% общего газовыделения на выемочном участке. Абсолютное газовыделение из подготовительных выработок в ряде случаев

проходческие работы. При проведении выработки АВ вокруг нее образуется зона, из которой метан мигрирует частично в выработку, а частично в скважины, из которых отсасывается и выдается в исхо­ дящую струю или на поверхность.

Ограждающая дегазация рекомендована к применению на наклон­ ных и крутых пластах мощностью более 5 м при природной метаноносности угля более 5 м3/тп или при предельном газовыделении более 100 м3/м2. На пологих и горизонтальных пластах, а также на крутых и наклонных мощностью до 5 м она рекомендуется к при­ менению при природной метаноносности более 10 м3/ т или при предельном газовыделении более 150 м3/м2. Кроме того, применение ограждающей дегазации рекомендовано во всех случаях, когда выделение метана в выработку превышает 3 м3/мин. Проведение ограж­ дающей дегазации на шахтах Донецкого, Карагандинского и Кузнец­ кого бассейнов позволило уменьшить газовыделение при проведении подготовительных выработок в 1,5—2,5 раза и сократить общую про­ должительность газовыделения из стенок выработок в 2—3 раза;

При проведении выработок на больших глубинах возникает необходимость в искусственном охлаждении воздуха, в применении теплоизоляционных покрытий стенок выработок и вентиляционных труб.

Отечественной практикой уже накоплен некоторый опыт конди­ ционирования воздуха при проходке.

Имеющийся опыт показывает, что для кондиционирования воз­ духа при проведении выработок па глубинах 600—800 м целесо­ образно применять передвижные кондиционеры КПШ-40. При длине тупиковой части выработки более 400 м необходимо переходить на спаренную работу двух кондиционеров указанного типа.

В ряде случаев температура воздуха в тупиковых забоях может быть снижена в достаточной степени за счет уменьшения тепла, выделяемого свежеобнаженными горными породами, для чего стенки выработок покрывают теплоизоляционными материалами. В каче­ стве изоляционного материала находят применение полиуретановые пенопласты, которые легко наносятся с помощью распыляющего аппарата на стенки выработки слоем толщиной от 20 до 50 мм, быстро и прочно схватываются со стенками, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, устойчивы к воздействию влаги, прочны.

Иногда хорошие результаты дает теплоизоляция вентиляцион­ ных трубопроводов с целью предотвращения сильного нагревания вентиляционной струи. Это мероприятие целесообразно выполнять, по-видимому, при любых способах кондиционирования воздуха.

Г л а в а XVIII

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА

§ 103. Сооружения на поверхности

Все вентиляционные сооружения и устройства могут быть раз­ делены на герметизирующие и на предназначенные для пропуска по ним воздушного потока. На поверхности к основным сооружениям, служащим для пропуска больших количеств воздуха, относятся каналы вентиляторов, а к герметизирующим устройствам — шлюзы, воздушные клапаны, герметические надшахтные здания и др.

Каналы вентиляторов являются весьма ответственными сооруже­ ниями, так как по ним проходит большое количество воздуха, и по­ этому при неудачной их конструкции затрата мощности на преодо­ ление сопротивления канала значительно возрастает, а также вследствие того, что конструкция канала должна позволять быстро реверсировать всю вентиляционную струю.

Каналы могут быть углубленными в землю и наружными. Кон­ струкция канала определяется типом и размерами вентилятора, спо­ собом, проветривания, конструкцией реверсивного устройства; учи­

тывается также необходимость обеспечить наименьшее аэродинами­ ческое сопротивление. Для уменьшения сопротивления сопряжение канала со стволом выполняется плавным, повороты закругляются, углы поворотов струи делаются возможно меньшими. Площадь поперечного сечения канала определяется дебитом вентилятора и при­

с шахтным стволом, делится на два рукава 2 и 5, по которым воздух подводится к одному из работающих вентиляторов 4; другой в это

Рис. 171. Канал вентиляторной установки, состоящей из двух осевых вентиля­ торов

время остановлен. Выйдя из вентилятора, воздух проходит диффу­ зор 5 и выходит через глушитель шума 6 в атмосферу. Для осущест­ вления реверсии служат обводной канал 10 и ляды 7, <5, 9. Схема движения воздуха при реверсии следующая. В раскрытую ляду 7 или 8 через приточную шахту засасывается воздух, который, пройдя по каналу, попадает в вентилятор и затем через открытую ляду 9 проходит в канал 10 и далее в канал 1 ив шахтный ствол. Для осмотра канала служит смотровой люк 11.

У реверсивных осевых вентиляторов типа ВОКР схема венти­ ляционной установки значительно упрощается, так как отпадает надобность в обводном канале, поскольку реверсия осуществляется изменением направления вращения рабочего колеса при одновре­ менном изменении конфигурации гибких лопаток промежуточного направляющего аппарата. Капитальные затраты при установках этого типа снижены за счет того, что двигатели и аппаратура распо­ лагаются в укрытии между боковыми стенками каналов, а не в спе­ циальном машинном здании.

На рис. 172 в разрезе показан канал центробежного вентилятора ВЦ5, который при работе на всасывающем режиме засасывает воз­ дух из шахты по наклонному всасывающему каналу и выдает его в атмосферу через вертикальный диффузор. Чтобы произвести ревер­ сию, перекидывают ляды 1, 2, 3 и воздух, засасываемый в канал

через ляду 3, проходит во всасывающее отверстие вентилятора, из последнего выходит в горизонтальный обводный канал, из которого поступает в основной вентиляционный канал и далее в шахтный ствол.

Герметизация устьев стволов, на которых установлены вентиля­ торы, в зависимости от назначения ствола осуществляется глухими перемычками, шлюзами, герметическими надшахтными зданиями.

Глухие железобетонные перемычки устанавливают в тех случаях, когда ствол шахты или шурф не оборудован подъемом. Чаще в пере­ мычке устанавливают двойные ляды, служащие в качестве запасного

Рис. 172. Канал центробежного вентилятора ВЦ5

выхода из шахты на случай аварии, а также для прохода при осмотре состояния крепи ствола и лестничного отделения. Наличие ляд приводит к тому, что даже при установке плотных перемычек про­ исходят утечки или подсос воздуха накоротко.

Если канал вентилятора примыкает к наклонной выработке, по которой передвигаются люди или периодически кратковременно производится спуск и подъем грузов, в устье выработки сооружают шлюзы, состоящие из двух, а иногда и трех дверей, последовательно установленных через промежутки, достаточные для размещения подъемных сосудов.

При установке на шахтах современных крупных вентиляторов главного проветривания герметизация устьев стволов, оборудован­ ных клетевым или скиповым подъемом, может осуществляться только сооружением герметических надшахтных зданий, в которых произ­ водится вышлюзовывание откаточных сосудов или разгрузка скипов.

Шлюзы в надшахтных зданиях клетевого подъема часто состоят из полуавтоматических вентиляционных дверей с электрическим или пневматическим приводом, управляемым рукоятчиком.

При сооружении герметических зданий основное внимание должно уделяться устранению щелей и отверстий, через которые может проходить воздух под влиянием значительной депрессии, равной депрессии всей шахты. Несмотря на принимаемые меры, через над­ шахтные здания просасывается обычно значительное количество воздуха, достигающее 10—-30% от производительности вентилятора.

§104. Подземные сооружения

Кгерметизирующим подземным устройствам относятся вентиля­ ционные двери, шлюзы, перемычки и сооружаемые для пропуска воздушной струи кроссинги.

Вентиляционные двери устанавливают для прекращения движе­ ния в выработках воздуха при сохранении возможности прохода по ним людей. Когда дверь открывается, возникает ток воздуха, по­ этому в тех случаях, когда даже кратковременное возникновение короткого тока нежелательно, а также если в выработке произво­ дится откатка грузов в вагонетках, сооружают шлюзы из двух дверей, установленных на расстоянии, превышающем максимальную длину состава вагонеток. Если по выработке происходит движение только людей, то расстояние между дверями должно быть таким, чтобы при открывании одной из них другая оставалась закрытой. Через двери происходят значительные утечки воздуха, поэтому должны приниматься меры по их герметизации. Для этого приме­ няются войлочные, а чаще резиновые прокладки.

Вентиляционные двери должны устанавливаться в каменных или чураковых перемычках и открываться против давления венти­ ляционной струи. Поскольку во время реверсирования воздушной струи при аварийных вентиляционных режимах эти двери откроются

иобразуется короткий воздушный ток, рядом с ними должны быть установлены аварийные двери, открывающиеся в обратную сторону. Двери могут быть двухстворчатыми и одностворчатыми и могут изготовляться из дерева и из листового железа. Открываться они могут как вручную, так и автоматически, а закрываться должны только автоматически, обычно под воздействием груза или пружины.

Воткаточных выработках с большим грузопотоком двери должны открываться и закрываться автоматически или обслуживаться дверовыми. В настоящее время еще не найдены конструкции автомати­ ческих дверей, длительное время надежно и безотказно работающих в трудных подземных условиях.

Один из типов рекомендуемых двухстворчатых автоматических дверей — АВД-2 изображен на рис. 173.

Под действием рычага 2, установленного перед дверью, дверные створки, связанные рычагом 7, открываются в разные стороны. Рычаг отжимается бортом электровоза или вагонетки и одновременно получает поступательное движение по направлению движения состава. После прохода состава дверь закрывается под действием контргруза 3. При необходимости дверь может быть открыта вручную.

Достоинство двери в том, что при ее открывании не приходится преодолевать большого противодавления вентиляционной струи, так как створки открываются в разные стороны. Но в этом же кроется и ее недостаток, так как створки прижимаются одна к другой и к двер­ ному проему неплотно, что вызывает утечки воздуха.

Министерством угольной промышленности рекомендовано для применения на действующих и проектируемых шахтах несколько конструкций автоматических вентиляционных дверей, разработан­ ных Южгипрошахтом и предназначенных для различных условий.

/

Рис. 173. Автоматическая вентиляционная дверь АВД-2

Так, в выработках с небольшим грузопотоком и большим пере­ падом давления воздушной струи рекомендуются автоматические двери (рис. 174), представляющие собой одностворчатую ляду, выполненную из уголковой рамки, обшитой листовой сталью. В опу­ щенном положении дверь за счет собственного веса и давления воз­ духа плотно прилегает к наклонной перемычке. Перед проходом подвижного состава дверь автоматически поднимается электропри­ водом 7, состоящим из двигателя и червячного редуктора с самотормозящим червяком, предотвращающим самопроизвольное опу­ скание ляды под действием собственного веса. Барабан лебедки снаб­ жен рукояткой для ручного подъема ляды в случае необходимости. В условиях повышенной влажности рекомендуется вместо троса 2 применять цепь. Недостаток конструкции заключается в необходи­ мости в начальный момент открывания ляд преодолевать большое давление воздуха, тем более что такие двери рекомендуются для установки в местах с большим перепадом давления.

Разработаны также конструкции автоматических дверей для установки в выработках с большими грузопотоками. При этом во всех случаях для пропуска людей предусматривается устройство специальных дверей, оборудованных шлюзами.

Работа вентиляционных дверей, а также их герметичность в боль­ шой мере зависят от перепада давления, под которым они находятся, а следовательно, и от места установки дверей (вблизи добычных участков перепад давления составляет 20—30 мм вод. cm., в околоствольных дворах он может достигать 150—200 мм вод. cm.). Под вли­ янием большой депрессии утечки будут возрастать даже в случае

Рис. 174. Автоматическая вентиляционная дверь типа ляды

тщательной герметизации, но зато будет увеличиваться и аэродина­ мическое сопротивление двери за счет плотного прижатия ее к двер­ ному проему. Двери, установленные вблизи участков, обычно слабо прижимаются к дверным проемам, качество изготовления их ниже, надзор слабее, вследствие чего утечки через них, несмотря на малый перепад давления, обычно также велики.

Чтобы полностью прекратить движение воздуха по какой-либо выработке, в ней устанавливают временные или постоянные пере­ мычки.

Временные перемычки могут быть дощатыми и засыпными. Доща­ тые перемычки изготовляют из досок, прибитых к раме крепи вна­ хлестку и обмазанных по швам глиной, а засыпные состоят из двух рядов досок, пространство между которыми засыпается глиной, песком или инертной пылью.

Постоянные перемычки могут быть чураковыми, кирпичными, бетонными, шлакобетонными и из других материалов. Перед их возведением делают вруб и затем укладывают перемычки на извест­ ковом или глинистом растворе. Для большей герметичности их покры­ вают с двух сторон, если это технически выполнимо, штукатуркой. Однако последняя под влиянием горного давления и атмосферных условий через некоторое время (3—5 месяцев) нарушается, и тогда необходима повторная штукатурка. Срок действия воздухонепро­ ницаемых покрытий увеличивается, если для этой цели используются

•смесь цемента, извести, воды и жидкого стекла, а также латекс марок Л-3 и Л-4 или изолирующая мастика.

В местах пересечения выработок со свежей и исходящей струями сооружаются кроссинги, причем обычно под ними устраиваются шлюзы для прохода людей, а иногда и провоза вагонеток, но при­ меняются и глухие кроссинги, не имеющие прохода.

Кроссинги бывают капитальными и участковыми. По капиталь­ ным проходит струя (чаще исходящая) с нескольких эксплуатацион­ ных участков; эти кроссинги сооружают из бетона, и они представ­ ляют собой выработку, огибающую (чаще сверху) выработку со све­ жей струей.

Рис. 175. Общий вид трубчатого кроссинга

Участковые кроссинги пропускают меньше воздуха и могут быть как бетонными, так и трубчатыми (рис. 175). В последнем слу­ чае сечение труб должно быть не менее 0,5 м 2, толщина стенок из условий прочности не менее 5 мм, а дебит струи не более 5 м3/сек.

Кроссинг представляет собой сложное сочетание целого ряда местных сопротивлений, в частности сужений и расширений воз­ душных струй, осложненных поворотами, вследствие чего общее аэродинамическое сопротивление кроссинга, особенно трубчатого, может быть значительным и даже может лимитировать поступление на участок воздуха. Для снижения аэродинамического сопротивле­ ния кроссингов места входа воздуха в трубы и поворотов струи делают плавными.

Во время таких шахтных аварий, как взрывы газа или пыли, участковые кроссинги часто разрушаются и при этом нарушается проветривание целых участков, что осложняет ликвидацию послед­ ствий аварии и иногда создает опасные условия для рабочих, застиг­ нутых аварией. Исходя из этих соображений, а также учитывая большое аэродинамическое сопротивление участковых кроссингов, желательно при составлении проектов разработки месторождений полезных ископаемых (особенно угольных, опасных по взрывам газа и пыли) выбирать такие варианты вскрытия, подготовки и раз­ работки, которые не требуют сооружения большого числа крос­ сингов.