CC BY
30
© В.В. Лобанов, Е.В. Целлер,
Ю. В. Мищенко, Н.П. Крамсков, А.П. Филатов, Н.Г. Матвиенко, 2003
УАК 622.4
В.В. Лобанов, Е.В. Целлер, Ю. В. Мищенко,
Н.П. Крамсков, А.П. Филатов, Н.Г. Матвиенко
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ВОЛООТВОЛЯШЕЙ ШТОЛЬНИ, ПРОХОАИМОЙ В БОРТУ КАРЬЕРА ТРУБКИ "МИР"
В УСЛОВИЯХ ВЫЛЕЛЕНИЯ СЕРОВОЛОРОЛА ИЗ ПОЛЗЕМНЫХ ВОЛ
Переход на подземную отработку месторождения трубки «Мир» привел к необходимости решения комплекса сложных горно-технологических проблем консервации карьера, тесно связанных с обеспечением защиты подземных горных работ от притока сероводородосодержащих рассолов метегеро-ичерского водоносного комплекса и повышения устойчивости бортов карьера, имеющих низкий конечный коэффициент запаса.
Поставленные цели достигаются за счет создания на дне карьера (а.о.-190 м) техногенного массива с определенными свойствами. В соответствии с требованиями ГГТН РФ для конкретных условий месторождения трубки «Мир» необходима «сухая» консервация карьера. Под этим понимается отвод подземных вод из карьерного пространства системой водоотлива в количестве, достаточном для обеспечения оптимальных условий ведения подземных горных работ и полноты выемки полезного ископаемого. Учитывая существенную зависимость полноты выемки подкарьерных запасов от гидростатического давления на кровлю рудного тела, необходимо создать условия для управления гидростатическим давлением, вплоть до его снятия. Проектная схема консервации карьера [1] приводится на рис.1.
Одним из основных элементов проектной технологии консервации карьера ся проходка водоотливной штольни в условиях ее расположения на ной из нижних берм карьера (а.о. -152 м). Здесь в существенной мере сказывается состояние атмосферы карьера, зараженной
дом, выделяющимся из поступающих на дно карьера дренажных рассолов.
Для открытых горных работ проблема поступления в атмосферу сероводорода является менее тяжелой за счет того, что существуют инверсионные процессы, приводящие к самоочистке атмосферы карьера или, по крайней мере, к отсутствию длительных периодов сильной загазованности. Для во-
отливной штольни, как для земной выработки, существуют жесткие требования по со-нию ее атмосферы и в, части, требования к подаче свежего воздуха.
Проектом эти жесткие требования были учтены расположением точки забора воздуха для проветривания за контуром карьера. Подача воздуха должна была осуществляться по воздухопроводу диаметром 1000 мм и длиной более 700 м от точки забора воздуха до портала штольни. Способ проветривания установлен нагнетательный с подачей воздуха непосредственно в забой штольни вентилятором ВМ-12.
В связи достаточно жестким лимитом времени на проведение консервации карьера в условиях низкой устойчивости его бортов, а также сложными условиями сооружения воздухопровода, проект в части обеспечения проходки штольни свежим воздухом был существенно откорректирован. Для обоснования корректировки схемы подачи воздуха были использованы материалы наблюдения за состоянием атмосферы карьера в период его доработки. Согласно этим материалам, влияние сильной загазованности карьера достаточно редко сказывалось на верхних бермах карьера, где превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) газов, в частности, сероводорода, практически не отмечались.
Рассматривая проблему сероводорода как фактор влияния, в частности, психологический, на работу горного персонала, следует иметь в виду, что среди компонентного состава серосодержащих газов (включая и сероводород), поступающих вместе с дренажными рассолами в карьер, существуют газы (меркаптаны, тиофены, тиоскирты и т.д.), имеющие более низкие (в 100 раз и более) пороги обнаружения по запаху. Фиксация обонянием запаха, похожего на сероводород, еще не означает, что в атмосферу поступил этот газ в значительных количествах.
Рис,2, Схема веь
ьодоотводящих
ьыравоток карьера "Мир
Указанные другие серосодержащие газы не являются в той же мере токсичными как этот газ, хотя по показаниям приборов, находящихся, например, в службах ВГСЧ, они идентифицируются зачастую как сероводород.
В откорректированном проектном решении точка воздухозабора для проветривания штольни расположена на берме с отметкой +45 м (рис. 2), что позволило почти в три раза сократить длину воздухопровода и упростить технологию его сооружения (см. фото). При этом использован опыт тросовой прокладки водоводов карьерного водоотлива, имеющегося у специалистов Мирнинского ГОКа.
Для контроля состояния атмосферы, в частности, подтверждения обоснованности выбора местоположения точки воздухозабора проведена обработка серии специальных наблюдений в период с июля (с момента запуска откорректированной схемы проветривания) по сентябрь 2002 г. Для анализа были использованы наблюдения по следующим отметкам карьера: +45 м (в 10-15 м перед всасом вентилятора, подающего воздуха в выработку), -50 м, -170 м. Атмосфера в штольне контролировалась в призабойной части, в одной из буровых ниш и на исходящей струе (на расстоянии 15 - 20 м от портала штольни).
Результаты контроля атмосферы на отметке +45 м за анализируемый период представлены на рис. 3. Как видно из рисунка, за рассматриваемый период превышение ПДК по сероводороду в точке воздухозабора не отмечено. В тоже время на отм. -170 м превышение ПДК наблюдались практически на протяжении всего контролируемого времени, что отражено на рис. 4, построенного по среднесуточным концентрациям сероводорода. Динамику перераспределения содержания сероводорода в атмосфере карьера на различных отметках можно проиллюстрировать на сопоставительных диаграммах концентраций сероводорода по отметкам -170 м и -50 м (рис. 5). Как видно из рисунка, уже на отметке -50 м незначительные превышения ПДК по сероводороду фиксируется крайне редко. Если исходить из почасовой интерпретации результатов наблюдений в анализируемый период, то незначительные превышения ПДК (1,5 - 2 раза) на отм. -50 м отмечались лишь в 7% от общей суммы наблюдаемого времени.
Основными факторами перераспределения содержания сероводорода в атмосфере карьера являются, очевидно, атмосферное давление и температура воздуха. Из общетеоретических предположений следует, что повышение атмосферного давления должно затруднить выделение
Рис .5. Совместный график изменения концентраций сероводорода на гор. -50 м и -170 м (на примере двух суток)
сероводорода в атмосферу карьера и наоборот, понижение давления обеспечивает повышенное выделение сероводорода. Иными словами, процессы изменения атмосферного давления и выделения сероводорода должны находится в противофазе. Это в определенной мере подтверждается статистической обработкой совместных графиков изменения атмосферного давления и концентрации сероводорода. Почти в 50% случаев эта закономерность выдерживается. Примерно равное количество встречаемости соответствует ситуациям, когда росту давления отвечал рост концентрации сероводорода или понижению давления отвечало понижение концентрации сероводорода. Более тесную связь концентрации сероводорода в атмосфере карьера следовало прогнозировать с изменениями температур воздуха. Очевидно, что повышение температуры воздуха повышает способность реагирования сероводорода с атмосферным кислородом, а также с металлами, содержащимися в горных породах (Ре, А1 и т.п.). Это должно приводить к падению концентрации сероводорода в атмосфере. И наоборот, понижение температуры снижает реакционную способность сероводорода, что должно приводить к повышению его концентрации в атмосфере карьера. Эта противофазность статистически подтверждена в 60% случаев.
Подаваемый с отметки +45 м воздух для проветривания штольни достаточно быстро нормализовал атмосферу в штольне. Некоторое превышение ПДК в начальный период после запуска новой схемы проветривания (рис. 6) на исходящей струе было достаточно быстро ликвидировано и в дальнейшем состав воздуха на выходе из штольни соответствовал нормативным требованиям. В одной из тупиковых выработок штольни также производился контроль атмосферы, резуль-
таты которого представлены на рис. 7. Несмотря на некоторую нестабильность состава атмосферы в этой выработке, что объясняется ее тупиково-стью и, следовательно, трудностями проветривания, тем не менее и в ней превышения ПДК зафиксированы не были.
В декабре 2002 г. силами специалистов ПКИ «Горнефтемаш» были проведены замеры состояния атмосферы в штольне с применением как стандартных газоанализаторов ГХ-Е, так и прибором АНКАТ-7631. В целом эти замеры подтверждают зафиксированный характер состояния атмосферы в штольне. При этом, было обращено внимание на то, что практически во всех случаях, концентрации, замеренные газоанализатором ГХ-Е выше на 20-80%, чем концентрация, зафиксированная газоанализатором АНКАТ-7631. Отмечена также трудность правильного снятия показаний с индикаторных трубок по причине неравномерной по окружности трубки окраски зернистой индикаторной массы. Это приводит к тому, что можно интерпретировать показания газооп-ределителя с точностью ± 25 + 50 %, особенно при невысоких значениях содержания газа.
Приведенные выше материалы позволяют сделать достаточно обоснованный вывод о том, что принятая корректировка проекта в части проветривания водоотводящей штольни с бермы карьера +45 м оправдала себя. Она позволила быстро ор--- ганизовать эффективное проветривание забоя
штольни с поддержанием нормативных требований к составу ее атмосферы, что отличает эту ситуацию от ситуации с загазованностью карьера, где принудительное проветривание, несмотря на значительные усилия и время, затраченные на решение этой сложной проблемы, так и не удалось осуществить. Механизмом эффективности проветривания штольни, очевидно, является не только и не столько сам факт принудительного проветривания в понимании разбавления и выноса загрязненного воздуха. В большей мере это обеспечение условий постоянного возобновления количества кислорода, реагирующего с поступающим в выработку вместе с дренажными рассолами сероводородом. Свидетельством эффективного реагирования кислорода воздуха с сероводородом является состояние исходящей струи, где перестали фиксироваться превышения ПДК по сероводороду.
В целом, положительный опыт проветривания штольни с использованием стандартных технологических приемов может быть в полной мере использован при решении аналогичной проблемы рудника "Интернациональный" при отработке запасов руды в пределах водоносного комплекса. До настоящего времени отработка этих запасов в отсутствии опыта проходки выработок в сероводородонасыщенном массиве представлялась крайне сложной. Для ее решения предлагались технологии специальной подготовки горного массива, схемы подачи свежего воздуха или физикохимическое воздействие на высачивающиеся в подземные выработки рассолы с целью снижения в них концентрации сероводорода. Для штольни, условия проходки которой, очевидно, являются более тяжелыми, чем те, которые ожидаются на месторождении
трубки "Интернациональная", указанные решения зались излишними.
Полученный опыт проветривания водоотводящей штольни существенно упрощает ситуацию с от-кой части подкарьерных запасов месторождения ки "Мир", где ожидается влияние проскоков
ных вод метегеро-ичерского водоносного комплекса на состояние атмосферы выработок шахтного ва. Низкие остаточные притоки рассолов и ожидаемое существенное снижение концентрации сероводорода в них на пути миграции через техногенный массив, как представляется, упростят проблему проветривания.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АК «АЛРОСА». Подземный рудник «Мир». Сухая консервация карьера. Рабочая документация. НТЦ «НОВОТЭК»,
Гензель Г.Н., Якушенко М.В., г. Белгород, 2001 г.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------------------------------
Лобанов Виктор Владимирович, Целлер Елена Витальевн, Мищенко Юлия Вадимовна,
Крамсков Николай Петрович - институт «Якутнипроалмаз».
Филатов Александр Павлович - АК «АЛРОСА».
Матвиенко Николай Григорьевич - ИПКОН РАН.
© В.А. Шерсгов, В.В. Киселев,
Ю.А. Хохолов, М.В. Кантонов, 2003
УАК 622.284.
В.А. Шерстов, В.В. Киселев, Ю.А. Хохолов,
М.В. Кантонов
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СКВАЖИН ВЫСОКОМЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРУГЛОГОАИЧНЫХ РОССЫПНЫХ ШАХТ ЗАПОЛЯРЬЯ
С целью повышения производительности труда, эффективности и безопасности ведения подземных горных работ при освоении крупных россыпных месторождений Заполярья, с выемочной мощностью продуктивного пласта 2,5-3 м вместо переносного оборудования стали применять импортную самоходную технику (буровые каретки «Тамрок» и погрузочно-доставочные машины «Торо» производства Финляндии с дизельным приводом). Опыт применения самоходного горного оборудования на россыпных шахтах Кулара показал, что его внедрение является значительным резервом повышения эффективности и безопасности труда, при сокращении численности рабочих,
подверженных воздействию опасных и вредных производительных факторов в 2 раза, снижении уровня травмоопасности при бурении и доставке песков на 2025% [1]. Вместе с тем, применение самоходной дизельной техники связано с выделением выхлопных газов и требует подачи большого количества воздуха для их раз-жения сравнению с использова-ем переносного оборудования..
Согласно правил безопасности в выработках, где работают дизельные машины, необходимо подавать не менее 5 м3/мин. воздуха на единицу номинальной мощности двигателей, при этом расчетное количество воздуха для одной по-грузочно-доставочной машины ставляет не менее 500—600 м3/мин. При коэффициенте ис-
пользования машин типа Торо-200Д» 0,4-0,5 для обеспечения месячной производительности шахты равной 20-25 тыс. м3 песков, необходимо организовать трехсменную работу 3-4 машин. Общешахтный расход воздуха жен составлять при этом 20002400 м3/мин. Вследствие наличия источников постоянного газовы-деления (работающих дизельных двигателей) проветривание шахты должно осуществляться при трехсменной работе круглосуточно и быть прямоточным, исключающим всякое повторное использование воздуха и обеспечивающим обособленное проветривание всех подготовительных и очистных забоев. Таким образом, использование дизельного оборудования исключает применение наиболее распространенных способов регулирования теплового режима, основанных на использовании комбинированных схем проветривания и теплоизоляции вскрывающих воздухоподающих выработок.
Для проветривания очистных выработок, в которых значительную часть времени работают по-грузочно-доставочные машины, наиболее целесообразно применение секционной схемы вентиляции шахт с использованием в качестве теплоаккумулирующих выработок ранее отработанных камер-лав, в
