книги / Рудничная аэрология.-1

Всасывающий способ проветривания основан на том, что необхо­ димый для движения воздуха перепад давлений создается разреже­ нием воздуха вентилятором в устье ствола, выдающего воздух. За счет механической работы вентилятора давление воздуха в устье ствола снижается по сравнению с нормальным атмосферным давле­ нием. В этом случае депрессия шахты определяется как разность между атмосферным давлением на поверхности р 0 (рис. 199) и давле­ нием в устье ствола р 2:

Л = / ? 0 —Р 2'

При всасывающем способе проветривания давление воздуха

влюбой точке горных выработок ниже нормального барометриче­ ского, которое отмечалось бы, если б не работал вентилятор. Поэтому

вслучае остановки вентилятора под действием разности между атмосферным давлением и давлением воздуха в шахте воздух с поверхности будет поступать в гор­ ные выработки. Это является важ­ ным достоинством данного способа проветривания, которое практи­ чески используется при проветри­ вании газовых шахт. В случае аварийной остановки вентилятора давление в выработках повыша­

устойчива, легче осуществляется регулирование распределения воз­ духа в выработках и реверсирование струи.

При всасывающем способе необходимо систематически произ­ водить осмотр и очистку канала вентилятора от рудничной пыли.

В газовых шахтах необходимо систематически контролировать содержание метана в общей исходящей струе, так как вероятность взрыва газа при прохождении струи через вентиляторную установку возрастает.

При использовании нескольких вентиляторных установок, рас­ полагаемых на различных стволах шахты, повышается интенсивность и эффективность проветривания выемочных участков на флангах

возможность использовать менее мощные вентиляторы, что является положительным фактором при проветривании шахт с большой про­ тяженностью выработок.

В то же время при нескольких вентиляторных установках услож­ няется расчет сети с точки зрения определения оптимальных пара­ метров, становится сложнее процесс регулирования воздушных потоков, повышаются затраты энергии на проветривание вследствие того, что некоторые вентиляторы работают в неэкономичном режиме, понижается устойчивость вентиляции.

Общим недостатком всасывающего способа проветривания яв­ ляются подсосы воздуха с поверхности через зоны обрушения, тре­ щины, провалы. Это приводит к загрязнению воздуха в очистных забоях, снижению интенсивности вентиляции, а на пластах, опасных

мального барометрического. Депрессия шахты, создаваемая работой нагнетательного и всасывающего вентиляторов, определяется из выражения

h — Pi

Очевидно, что в выработках шахты при нагнетательно-всасыва- ющей вентиляции имеется область, в которой давление воздуха равно нормальному барометрическому. Между этой областью и по­ верхностью перепад давлений равен нулю и, следовательно, даже при наличии каналов для прохода воздуха движение его отсутствует. Поэтому нагнетательно-всасывающий способ проветривания при­ меняется в тех случаях, когда необходимо ликвидировать или умень­ шить утечки или подсосы воздуха через выработанные пространства н трещины.

Нагнетательно-всасывающий способ позволяет распределить общешахтную депрессию на два последовательно работающих вен­ тилятора, устанавливаемых в воздухоподающем и воздухоотводящем стволах. Несмотря на то что способ дает возможность получать высокие перепады давлений по пути движения воздуха, аэродина­ мическая связь выработок с поверхностью уменьшается, что яв­ ляется несомненным преимуществом по сравнению с нагнетательной и всасывающей вентиляцией.

Недостатками нагнетательно-всасывающего способа проветри­ вания являются наличие двух и более вентиляторных установок, трудность в управлении проветриванием при наличии нескольких всасывающих вентиляторов и разбросанности горных работ.

Нагнетательно-всасывающее проветривание применяется на угольных шахтах и рудниках при разработке самовозгорающихся углей и руд и значительной протяженности горных выработок.

§ 119. Схемы проветривания шахт

При выборе схем проветривания необходимо стремиться макси­ мально использовать для вентиляции выработки, предназначенные для других целей — транспорта, подъема и т. п. Чтобы уменьшить общее аэродинамическое сопротивление шахты, воздушные потоки следует разделять на максимально возможное число параллельных ветвей. Необходимо предусмотреть проветривание всех очистных и подготовительных забоев и других мест работы людей свежей деятельной вентиляционной струей. Исходящая струя загрязненного воздуха не должна смешиваться с поступающей.

Выработки, подающие свежий воздух, должны иметь как можно меньше пересечений с выработками, по которым проходит исходящая струя. Это позволяет уменьшить число вентиляционных сооружений типа дверей, шлюзов, кроссингов, мостов, перемычек. Выбранные схемы должны способствовать тому, чтобы естественное распределе­ ние воздуха в вентиляционной сети было близким к необходимому по расчету. В этом случае потребуется минимальное количество регулирующих органов отрицательного или положительного типа (вентиляционные окна, воздушные завесы, вспомогательные вентиляторы и т. п.).

Выбор схемы проветривания должен производиться с учетом требований Правил безопасности. В частности, запрещается подача воздуха в шахту по скиповым стволам и наклонным стволам, обору­ дованным конвейерами, на шахтах, опасных по пыли; не разрешается выдача воздуха через обрушенные зоны и завалы; должны соблю­ даться требования по минимально и максимально допустимым ско­ ростям движения воздуха в выработках.

Все очистные забои должны, по возможности, проветриваться за счет общешахтной депрессии сквозными струями, без применения вспомогательных подземных вентиляторов.

В зависимости от числа и взаимного расположения выработок, по которым подается свежий и отводится загрязненный воздух, и с учетом вида работы вентиляторов схемы проветривания под­ разделяются на три группы: центральные, фланговые и комбини­ рованные.

Центральные схемы проветривания (рис. 201) характеризуются расположением воздухоподающего и воздухоотводящего стволов в центре шахтного поля. Свежий воздух подается по одному из ство­ лов, разветвляется на крылья шахты, омывает очистные забои и затем движется по вентиляционным выработкам ко второму стволу, по которому выдается на поверхность.

Различают два вида центральных схем проветривания — цен­ трально-сдвоенные и центрально-отнесенные. При центрально-сдво­ енных схемах (рис. 201, а) расстояние между воздухоподающим

Рис. 201. Центральные схемы проветривания шахты:

а — центрально-сдвоенная; б — центрально-отнесенная

и воздухоотводящим стволами составляет от 30 до 100 ле. Эти схемы применяются при значительной глубине разработки, превышающей 200 .и. При центрально-отнесенных схемах (рис. 201,6) стволы располагают на значительном расстоянии один от другого. Схемы эти применяются при отработке верхней части шахтного поля.

Так как при центральной схеме проветривания воздух движется по параллельным выработкам, но в противоположном направлении (свежий воздух — к забоям, загрязненный — из забоев), эту схему называют также возвратноточной.

Достоинства центральных схем — относительно малые капиталь­ ные затраты, так как проходятся только два ствола, быстрый ввод шахты в эксплуатацию, незначительные потери полезного ископа­ емого в целиках, наличие одной вентиляторной установки и кон­ центрация всех поверхностных сооружений шахты, простота

вуправлении проветриванием.

Вкачестве недостатков центральных схем необходимо отметить: высокую депрессию шахты вследствие удлинения пути движения воздуха, особенно при удалении очистных забоев к флангам шахтного поля; большие утечки воздуха в околоствольном дворе и по пути движения свежей и исходящей струй; необходимость обеспечения значительной глубины регулирования вентилятора в связи с тем, что значительно изменяется расстояние очистных забоев от стволов;

выработок вентиляционного горизонта в течение всего периода отработки шахтного поля.

К недостаткам фланговых схем относятся: большие капитальные затраты, связанные с необходимостью проведения выработок основ­ ного горизонта перед началом очистных работ до границ шахтного поля; увеличение потерь полезного ископаемого в охранных целиках стволов, что особенно важно при разработке ценных руд; наличие большого числа вентиляторных установок, усложняющих процесс управления вентиляторами, энергоснабжение и обслуживание уста­ новок; трудность реверсирования струй при аварийных режимах.

Комбинированная схема проветривания шахт построена на соче­ тании элементов центральных и фланговых схем с целью использо­ вания их преимуществ. При комбинированных схемах в качестве

Рис. 203. Комбинированные схемы проветривания ш ахт:

а — центрально-фланговая; б — секционная

воздухоподающих используются обычно центральные стволы, а в ка­ честве воздухоотводящих — центральные и фланговые стволы. В этом случае часть выработок шахт, в особенности выработки уда­ ленных участков, проветривается по прямоточным схемам, другая часть — по возвратноточным.

При комбинированной центрально-фланговой схеме (рис. 203, а) воздух подается в шахту по центральному стволу и распределяется на рабочие участки, находящиеся на флангах и в центре шахтного поля. Исходящие струи участков на флангах направляются в вен­ тиляционные фланговые стволы, а исходящие струи участков, рас­ положенных в центре шахтного поля, направляются на поверх­ ность через второй центральный ствол. Таким образом, участки в центральной и фланговой частях шахтного поля проветриваются раздельно. При данной схеме можно также осуществить раздельное проветривание подготовительного горизонта (с выдачей исходящей струи через центральный ствол) и горизонта очистных работ (с вы­ дачей исходящей струи через фланговые стволы).

В тех случаях, когда шахтное поле целесообразно по условиям проветривания разделить на ряд участков (секций), применяется комбинированная секционная схема проветривания (рис. 203, б). В центре шахтного поля располагаются воздухоподающие и воздухо­ отводящий стволы, а па флангах для выдачи воздуха используются шурфы. На схеме можно выделить несколько секций, проветриваемых

раздельными воздушными потоками. Секционные схемы применяются на мощных шахтах и рудниках, при этом для подачи и выдачи воздуха используется до 10 шахтных стволов.

Достоинства комбинированных схем проветривания заключаются в том, что при значительном числе выработок и больших размерах шахтного поля депрессия вентиляторных установок остается отно­ сительно невысокой, повышается надежность проветривания отдель­ ных участков шахты, упрощается регулирование на участках, по­ вышается безопасность работ благодаря увеличению числа выходов из шахты на поверхность.

Недостатки комбинированных схем — сложность вентиляцион­ ной сети, трудность управления вентиляторами и регулирования распределения воздуха по шахте в целом, большие капитальные затраты.

§ 120. Расчет количества воздуха

Определение количества воздуха, необходимого для проветрива­ ния шахты, является одним из наиболее важных этапов проектирова­ ния вентиляции.

Подаваемый в шахту воздух предназначается для создания здо­ ровых и безопасных условий труда рабочих путем обеспечения содержания в воздухе необходимого количества кислорода, мини­ мального (не выше допустимого) количества ядовитых и взрывчатых газов и пыли, необходимой температуры воздуха.

Из сказанного следует, что метод расчета количества воздуха должен базироваться на законах разбавления отмеченных субстанций потоком воздуха, т. е. по существу он должен быть диффузионным методом. Применяемые в настоящее время методы расчета количества воздуха являются в основном статическими диффузионными мето­ дами. Ранее было показано, что статический метод — это частный случай более общего динамического диффузионного метода, принципы

для проветривания шахты должно рассчитываться по кислороду, ядовитым и взрывчатым газам, по пыли и по теплу. По каждому из этих факторов расчет можно вести двумя принципиально различ­ ными методами: по первому методу оно рассчитывается сразу для шахты в целом, а по второму — количество воздуха определяется вначале для каждого места его потребления (забои, камеры и т. п.)

Необходимое количество воздуха по тепловому фактору в насто­ ящее время, как правило, не определяется ввиду отсутствия инженер­ ных методов расчета; тепловые расчеты производятся по специальным методикам в основном для глубоких шахт с целью установления параметров холодильных установок.

Р а с ч е т п о п о т р е б л е н и ю к и с л о р о д а основан на предположении, что основными его потребителями в шахтах являются люди. Поэтому количество воздуха определяется умноже­ нием некоторой нормы его, необходимой для обеспечения нормаль­ ной жизнедеятельности человека, на наибольшее число людей, одновременно находящихся в шахте. Этот метод обычно называется расчетом по наибольшему количеству людей, одновременно занятых в шахте, или сокращенно — расчетом «по л ю д я м». Такой расчет является ориентировочным; его применение возможно лишь благо­ даря большому запасу, содержащемуся в действующих нормах подачи воздуха на одного человека, достаточному для покрытия расхода кислорода на окисление пород, гниение крепи и т. п. Пос­ леднее, в свою очередь, возможно ввиду того, что даже при расчете по завышенным нормам в большинстве случаев количество воздуха

(образования) в шахте и затем для каждого места определяют макси­ мальное количество газа, могущее выделиться в выработку. Коли­ чество воздуха для проветривания данного объекта

/ тах — максимальное количество газа, выделяющегося на объекте.

по статическому методу. В ряде случаев количество воздуха по газам ВВ определяется по динамическому методу, учитывающему динамику снижения концентрации газов во времени.

отдельных объектов. Для такого расчета необходимо знать величину газовыделения в отдельные выработки, т. е. газовый баланс шахты.

Расчет количества воздуха п о п ы л и обычно основывается на динамическом методе. Практически он сводится к определению количества воздуха умножением некоторой оптимальной скорости его движения иОПТ1 при которой обеспечивается наиболее эффектив­ ный вынос пыли, на площадь поперечного сечения выработки S :

Значение уопт определяется экспериментально для конкретных условий.

При расчете количества воздуха для шахты в целом необходимо учитывать утечки воздуха. Поскольку они уменьшают поступление воздуха к основным местам его потребления, необходимо компен­ сировать утечки соответствующим увеличением количества воздуха, подаваемого в шахту. Практически это производится прибавлением к основному количеству воздуха Q0 (определенному по людям, по газу или пыли) абсолютной величины утечек QÿT или его умножением на коэффициент утечек К ут:

Q—(?0+(?уТ> )

(XXII,5)

Q = Q0Kyr. J

Однако часть утечек п может участвовать в разбавлении газа или пыли и будет являться частью основного количества воздуха Qq. Тогда остальные утечки будут равны (1 — n) QyT и первая фор­ мула (X X II,5) примет вид

С = С о + ( 1 - " ) < ? у т - ( X X I I ,6)

Необходимое количество воздуха определяют как при проекти­ ровании, так и при эксплуатации шахты. Применяемые при этом методы расчета тождественны. Различие состоит лишь в том, что на действующей шахте количество газа может быть замерено, а при проектировании оно должно устанавливаться расчетом.

Расчет количества воздуха для угольных шахт и рудников при наличии ряда общих положений имеет и существенные различия, определяемые спецификой технологии.

При проектировании вентиляции шахты количество воздуха, как правило, приходится рассчитывать по нескольким факторам, например по людям, по метану, по газам ВВ, по пыли. В результате получается несколько значений количества воздуха.

Чтобы определить окончательное количество воздуха для венти­ ляции шахты, необходимо оценить определяющие его факторы с точки зрения их однородности.

Допустим, например, что определяющими факторами являются величина потребления кислорода, а также величины метано-

и пылевыделения. В этом случае непосредственно на человека оказы­ вает влияние уменьшение 0 2 и пыль, на безопасные условия — метанг.

Однако с санитарно-гигиенической точки зрения влияние умень­ шения содержания 0 2 и повышения концентрации пыли неодно­ родно (первый из этих факторов вызывает кислородное голодание, второй — заболевание пневмокониозом). Поэтому для дальнейшего расчета вентиляции следует принять наибольшее количество воздуха из рассчитанного по неоднородным определяющим факторам.

Предположим теперь, что в воздухе кроме прочих неоднородных вредностей содержатся также окись углерода и окислы азота. Как отмечалось в § 5, при одновременном содержании в воздухе окиси углерода и окислов азота их действие на организм человека взаимно усиливается, т. е. по действию на человека эти факторы однородны. Считается, что один объем окислов азота в пересчете на двуокись азота N 0 2 эквивалентен по токсичности 6,5 объемам СО. Очевидно, что в этом и подобных случаях количество воздуха, рассчитанное по каждому из однородных факторов, должно затем суммироваться. Тем самым обеспечивается суммарное содержание однородных при­ месей в общем количестве воздуха в допустимых пределах.

Содержащиеся в воздухе примеси могут быть однородны и с точки зрения условий безопасности, если, например, эти примеси взрыв­ чаты и одновременное их присутствие в воздухе снижает нижний предел взрываемости всех или некоторых примесей (например, метан и водород).

Таким образом, если в воздухе содержатся однородные и не­ однородные примеси, количество воздуха рассчитывается по каждой из них, затем суммируются количества воздуха, определенные по однородным примесям, и для окончательного расчета принимается наибольшее из полученных значений.

На практике обычно вместо суммирования количеств воздуха, определенных по однородным примесям, суммируют абсолютные значения этих примесей в воздухе. Таким образом получают неодно­ родные группы примесей, по каждой из которых определяется коли­ чество воздуха. Для дальнейших расчетов принимается наибольшее количество воздуха. Например, в газах ВВ содержатся СО и окислы азота, которые объединяются в группу «условная окись углерода». Поэтому при расчете количества воздуха для шахты последнее опре­ деляется не отдельно по СО и по окислам азота, а суммарно по услов­ ной окиси углерода или по фактору «газы ВВ».

Если газы ВВ рассматривать в целом как условную окись угле­ рода, то все факторы, имеющие практическое значение при расчете количества воздуха для шахты, являются независимыми (поглоще­ ние О2, содержание СН4, С 02, газов ВВ, пыли). Поэтому количество1

1 Строго говоря, выделение в выработку метана, так же как и любого дру­ гого газа, уменьшает содержание кислорода в воздухе в результате его вытесне­ ния этими газами. Однако вследствие малых допустимых концентраций газов в воздухе этим эффектом пренебрегают.