Научная статья на тему 'Уменьшение подсосов воздуха в рудники с поверхности через выработанные пространства'

Уменьшение подсосов воздуха в рудники с поверхности через выработанные пространства Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
85
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Уменьшение подсосов воздуха в рудники с поверхности через выработанные пространства»

ШИНКАРЬ Научное обоснование технологии возведения 25.00.22 к.т.н.

Игорь крепи ствола повышенной несущей способности

Георгиевич

------------------------------------------ © Н.Н. Мохирев, А. С. Попов,

М.А. Шадрин, Г.П. Зилеев, 2004

УДК 622.41/.46

Н.Н. Мохирев, А.С. Попов, М. А. Шадрин, Г.П. Зилеев

УМЕНЬШЕНИЕ ПОДСОСОВ ВОЗДУХА В РУДНИКИ С ПОВЕРХНОСТИ ЧЕРЕЗ ВЫРАБОТАННЫЕ ПРОСТРАНСТВА

Семинар № 5

Горные выработки многих рудников и шахт России имеют вентиляционные связи с поверхностью через выработанные пространства, по которым воздух проникает в шахты или, наоборот, выдается на поверхность. Согласно [1] средняя величина прососов воздуха с поверхности составляет 30-40 % дебита главных вентиляторных установок (ГВУ). Чаще всего этот воздух не участвует в проветривании рабочих зон, но на его циркуляцию затрачивается огромная энергия. Большие прососы воздуха по выработанным пространствам делают вентиляционные сети рудников трудно управляемыми, а для регулирования потоков воздуха вынуждены применять дополнительные энергоемкие регуляторы воздухораспреде-ления, т.к. обычные, общедоступные и дешевые средства регулирования с помощью перемычек становятся неэффективными.

К подобным предприятиям относятся шахты ОАО "Севуралбокситруда". Как показали исследования, на двух крупнейших шахтах этого акционерного общества прососы воздуха с поверхности составляют: на шахте "Красная Шапочка" 32 %, на шахте "Кальинская" 34,5 % производительности ГВУ, расположенных на флангах шахтного поля. Естественно, что с целью улучшения общего состояния вентиляции шахт постоянно ведется поиск путей уменьшения прососов воздуха не только с поверхности, но и в пределах горных выработок под землей.

Хорошо известным способом предотвращения прососов воздуха с поверхности является установление таких режимов работы вентиляторных установок, при которых в шахте образуется зона нулевой депрессии (давления). Эта зона, а вернее точка с нулевой депрессией может быть достигнута работой минимум двух вентиляторных установок, одна из которых должна (в точке А на рис. 1) работать на нагнетание, другая (в точке В) - на всасывание. В любом случае режимы работы вентиляторных установок опреде-ляются из условия равенства давления кА, которое развивает нагнетательный вентиля-тор в выработках от точки А до точки С с нулевой депрессией, депрессии кБ, которая создается всасывающим вентилятором в выработках за точкой С по ходу струи до точки В. Это равенство давления кА и депрессии кБ опишется выражением

Ка • + К\а • б2 = Кб ■ + Аб ■ б2 (1)

Естественно, что для других выработок этого же горизонта точка с нулевой депрессией будет располагаться в какой-то точке Б. Для выработок другого горизонта точки с нулевой депрессией расположатся, к примеру, в точках Е и Е. В пределах выработанного пространства, расположенного над выработками шахты, точки с нулевой депрессии также будут существовать (точка О и т.д.). Таким образом в шахте образуется кривая плоскость (правильнее поверхность, но, чтобы не путать с дневной поверхностью, будем называть кривой плоско-

стью) с нулевой депрессией, вдоль поверхности которой движение воздушных струй невозможно. С одной стороны этой плоскости (со стороны воздухоподающего ствола) будет существовать область с избыточным давлением, с другой (со стороны вентиляционного ствола)

- область с депрессией. Из первой области во вторую будет перетекать воздух перпендикулярно кривой плоскости с нулевой депрессией. В области с повышенным давлением преобладающим направлением движения воздушных масс будет к поверхности и к плоскости с нулевой депрессией, во второй области наоборот

- от поверхности и от плоскости с нулевой депрессией к действующим выработкам. Изменяя режимы работы вентиляторов, т.е. изменяя местоположение плоскости с нулевой депрессией, можно или увеличить выбросы воздуха через выработанное пространство на поверхность (в атмосферу) или, наоборот, увеличить поступление воздуха в шахту. Данный метод позволяет регулировать движение воздушных струй через выработанные пространства, однако решить кардинально проблему прекращения выбросов воздуха в атмосферу или поступления из атмосферы в шахту через выработанные пространства не может. Необходимо отметить также, что это весьма дорогой способ вентиляции и в существующих условиях доступен не всем шахтам.

Для поиска путей снижения прососов воздуха через выработанные пространства были смоделированы вентиляционные системы реальных шахт, для чего в качестве вентиляционных сетей были приняты пространственные решетки, в которых ветви представляли существующие выработки и пути движения воздуха в выработанных пространствах. Толщина решетки была эквивалентна сумме вынимаемой

Рис. 1. Схема движения струи воздуха в шахте

мощности пласта и мощности разрушенной пачки налегающих пород, длина - ширине шахтного поля по простиранию пласта и высота - наклонной высоте вынимаемого пласта по падению. Аэродинамические сопротивления ветвей, представляющих выработки, определялись расчетным путем или на основании натурных измерений; ветвей, представляющих пути движения воздуха в выработанном пространстве, - с использованием методик, описанных в работах [1, 2]. На рис. 2 показаны упрощенно схемы движения потоков, являющихся результирующими векторов расходов воздуха в элементарных ячейках (контурах) пространственной решетки. Схемы движения потоков приняты для одной из плоскостей, лежащей (проходящей) в пространственной решетке и ориентированной по падению отрабатываемого пласта.

Расчеты вентиляционной сети проводились при следующем расположении главных вентиляторных установок: а) двух на поверхности, работающих на нагнетание на воздухоподающем стволе и на всасывание на вентиляционном стволе (рис. 1, и рис. 2, а); б) одной на поверхности, работающей на всасывание на вентиляционном стволе (рис. 2, б); в) одной под землей у вентиляционного ствола (рис. 2, в); г) одной под землей у воздухоподающего ствола (рис. 2, г). Расчеты проводились при условии подачи требуемых объемов воздуха в рабочие зоны условно двух отрабатываемых горизонтов. Моделирование вентиляционных систем, приближенных к условиям реальных шахт, дали следующие результаты.

При работе двух вентиляторных установок (рис. 2, а) их развиваемые параметры (давление и подача) зависят от выбранных режимов их работы, которые в свою очередь зависят от того, в какой точке необходимо получить нулевую депрессию. При примерно равных развиваемых давлении и депрессии вентиляторы, если они одного типа, имеют примерно равные подачи. Последнее при оценке состояния вентиляции приводит к следующему. Если подходить формально с точки зрения ведения воз-душно-депрессионных съемок, когда многие параметры вентиляции определяются косвенным путем, а не путем непосредственных измерений, то движение воздуха в шахту или из шахты по выработанным пространствам не об-

б

Рис. 2. Распространение потоков воздуха в выработках и выработанном пространстве при работе поверхностных (а, б) и подземных (в, г) ГВУ

наруживается, т.к. поступление воздуха в шахту по воздухоподающему стволу будет примерно равным выдаче исходящего воздуха по вентиляционному стволу. В то же время расчеты вентиляционной сети показывают, что результирующий поток, складывающийся из потоков, выходящих из шахты (в области, примыкающей к воздухоподающему стволу) и входящих в нее (в области, примыкающей к вентиляционному стволу) по выработанным пространствам может составить в среднем до 17 % средней подачи ГВУ для реальной шахты. Здесь под подачей следует понимать не производительность ГВУ, а ту часть объема воздуха, который подается непосредственно в ствол или выдается из него.

При работе поверхностного вентилятора на всасывание (рис. 2, б), что является типичной схемой проветривания шахт ОАО «Севуралбок-ситруда», ГВУ должна развивать достаточно высокие параметры (на 15-25 % больше, чем в предыдущем примере), чтобы обеспечить воздухом все рабочие зоны, а это приводит к большим прососам воздуха с поверхности по выработанным пространствам. Общая величина прососов для тех же условий, какие были приняты при работе двух ГВУ, составляет уже 29,5 % производительности вентилятора, установленного на вентиляционном стволе. При работе подземной ГВУ

у вентиляционного ствола (рис. 2, в) ее параметры на 12,3 % меньше, чем при работе одной ГВУ на поверхности, а прососы воздуха по выработанным пространствам составляют всего 12,7 % производительности вентилятора.

При работе ГВУ, расположенной у воздухоподающего ствола (рис. 2, г), развиваемые параметры на 9,9 % меньше, чем у ГВУ на поверхности, при этом прососы воздуха (выбросы на поверхность по выработанным пространствам) составляют 14,8 % производительности вентилятора.

Параметры подземных вентиляторов зависят в основном от соотношения сопротивлений сети выработок со стороны всасывания или нагнетания вентиляторов. Для рассматриваемого примера сопротивление вентиляционного ствола несколько выше сопротивления воздухоподающего, как и существует на одной из шахт ОАО «Севуралбокситруда», поэтому оказалось, что сопротивление со стороны нагнетания у подземного вентилятора большое, а поэтому его показатели (в т.ч. просос воздуха по выработанному пространству на дневную поверхность) хуже, чем у вентилятора, расположенного у вентиляционного ствола. Может оказаться и наоборот. В любом случае параметры и показатели работы подземных вентиляторных установок намного лучше, чем у поверхностных, а потоки воздуха по выработанным пространствам намного ниже, чем при работе поверхностных вентиляторов, следовательно, выше безопасность работ. Однако в

любом случае предпочтение должно отдаваться установке ГВУ у вентиляционного ствола, т.е. там, где нет движения транспорта и грузов. В данном случае намного упрощается конструкция ГВУ, т.к. отпадает необходимость в сооружении дорогостоящих вентиляционных устройств (шлюзов, к примеру). Размещение ГВУ у воздухоподающего ствола требует сооружения шлюза, выдерживающего перепад давления, развиваемого этим ГВУ, а случайное разрушение шлюза приведет к нарушению всей вентиляционной системы шахты, т.е. к серьезной аварии, требующей остановки работ в шахте.

Проведенные расчеты выполнены без осуществления каких-то специальных мероприятий по дополнительной изоляции выработок, чтобы уменьшить протекание воздушных масс по выработанным пространствам. Однако, предусмотрев специальные вентиляционные выработки (базовые вентиляционные горизонты), можно

еще более повысить эффект от работы подземных вентиляторных установок. Идя подобным образом, были выбраны места размещения подземных вентиляторных установок и базовых горизонтов при реконструкции вентиляционной системы одной из шахт ОАО «Севуралбокситру-да», при которых обеспечивались минимальные просачивающиеся через выработанные пространства объемы воздуха. Таким образом установка ГВУ в подземных условиях достигает три цели: - повышается безопасность работ подземных рабочих, т.к. уменьшается просос воздуха с поверхности и сводятся к минимуму рециркулирующие по выработанным пространствам объемы воздуха; - обеспечивается более экономичная работа вентиляторных установок; -увеличиваются перепады давления в пределах выработок рабочих горизонтов, что делает эту часть вентиляционной системы более управляемой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алборов ИД., Худиев Ч.М. Аэродинамическое со- 2. Ярцев В.А. Аэродинамическое сопротивление об-

противление зон обрушения // Безопасность труда в про- рушений // Горный журнал. Известия ВУЗов. -1966. - № мышленности. - 1995. - № 3. - С. 23-27. 2. - С. 50-56.

— Коротко об авторах -------------------------------

Мохирев Н.Н. - ПермГТУ,

Попов А.С., Шадрин М.А., Зилеев Г.П. - ОАО "Севуралбокситруда".

---------------------------------------------- © Н.Н. Мохирев, 2004

УДК 622.41/.46 Н.Н. Мохирев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА ВОЗДУХА, ВМЕЩАЕМОГО ВЫРАБОТАННЫМИ ПРОСТРАНСТВАМИ

Семинар № 5

ТГ ри отработке месторождений, когда ется ее жесткое поддержание на оставляемых

способом управления кровлей явля- целиках, появляются выработанные простран-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.