21766

Проектирование вентиляции шахт

Лекция

География, геология и геодезия

При проектировании вентиляции шахты решаются задачи выбора схем вентиляции участков и шахты прогноза выделений вредных газов в выработки определения расхода воздуха для вентиляции шахты проверки сечения выработок по допустимой скорости движения воздуха выбора калорифера для подогрева поступающего в шахту воздуха в зимнее время проверки устойчивости движения воздуха в выработках расчета депрессии шахты регулирования распределения воздуха по выработкам шахты выбора способа вентиляции шахты и вентилятора главного проветривания...

Русский

2013-08-03

1.43 MB

72 чел.

Проектирование вентиляции шахт

1. Общие сведения

Решение вопросов вентиляции шахты на стадии проектирования имеет особое значение, так как ошибки при проектировании могут привести к ухудшению безопасности труда, ограничению нагрузки на забои, увеличению затрат труда и средств на реконструкцию шахты.

При проектировании вентиляции шахты решаются задачи выбора схем вентиляции участков и шахты, прогноза выделений вредных газов в выработки, определения расхода воздуха для вентиляции шахты, проверки сечения выработок по допустимой скорости движения воздуха, выбора калорифера для подогрева поступающего в шахту воздуха в зимнее время, проверки устойчивости движения воздуха в выработках, расчета депрессии шахты, регулирования распределения воздуха по выработкам шахты, выбора способа вентиляции шахты и вентилятора главного проветривания, расчета экономических показателей вентиляции шахты. В ряде случаев возможны дополнительные этапы проектирования (например, для сильногазовых шахт необходимо выполнить проект дегазации, для глубоких шахт — проект кондиционирования воздуха). Проектирование вентиляции осуществляется в тесной увязке с проектированием технологии добычи полезного ископаемого, что позволяет уточнять ранее рассчитанные параметры как вентиляции, так и технологии. В условиях сильногазовых и глубоких шахт фактор вентиляции может оказаться определяющим при выборе ряда технологических решений.

2. Выбор схемы вентиляции

При выборе схемы вентиляции участков и шахт в процессе проектирования необходимо соблюдать следующие требования. Схема вентиляции должна обеспечить:

подачу к местам потребления необходимого количества воздуха; в ряде случаев для этого может потребоваться проведение дополнительных выработок, переход от схем с последовательной вентиляцией к схемам с параллельной вентиляцией объектов;

минимальное аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, при котором достигается минимальная депрессия шахты и максимальный расход воздуха;

минимальные утечки воздуха, что возможно при надежном разделении свежих и исходящих струй (например, при фланговой схеме вентиляции), минимальном числе их пересечений и минимальном числе вентиляционных сооружений, являющихся источниками значительных утечек;

естественное распределение воздуха, близкое к требуемому;

вентиляцию выработок деятельными сквозными струями по возможности за счет общешахтной депрессии;

невозможность подачи и отвода воздуха из забоев через завалы и загрязнения свежих струй вредными газами и пылью (запрещается подача свежей струи по скиповым и наклонным стволам, оборудованным конвейерами, где имеет место интенсивное пылеобразование);

обособленную вентиляцию очистных забоев, а на сильногазовых шахтах обособленную вентиляцию мест основного газовыделения, что исключает возможность концентрации больших количеств вредностей в очистных забоях и позволяет увеличить нагрузку на забои;

легкость реверсирования струи, благоприятные условия труда и возможность спасения людей при авариях, а также экономичность.

Для вентиляции выемочных участков применяются возвратноточные схемы с отводом исходящей струи по штреку, проведенному по углю, прямоточные с сохранением вентиляционной выработки.

Центральная схема вентиляции шахты применяется при небольших размерах шахтного поля по простиранию (≤2 км на угольных шахтах), метанообильности до 10 м3/т и небольшой производительности (≤2000 т/сут на угольных шахтах). Схема часто применяется на глубоких шахтах, когда проходка фланговых вентиляционных стволов требует больших затрат.

Фланговая схема вентиляции применяется на шахтах небольшой глубины. В случае невозможности поддержания единого вентиляционного горизонта (например, при разработке сближенных мощных пластов с обрушением) или при разработке удаленных друг от друга залежей применяется фланговая схема с участковыми шурфами.

На крупных шахтах с большой газообильностью или при разработке одной шахтой удаленных друг от друга залежей (при объединении нескольких шахт в одну) применяется секционная схема вентиляции.

3. Прогноз газообильности шахт

Метанообильность угольных шахт определяется с использованием метаноносности угольных пластов либо статистическим методом.

4. Максимально допустимая нагрузка на лаву по фактору газовыделения на угольных шахтах

Расчет количества воздуха для вентиляции угольной шахты производится по нагрузке на лаву и производительности выемочной машины. В случае значительного метановыделения возникает необходимость определения максимально возможной нагрузки на лаву и производительности выемочной машины по газовому фактору. Максимально допустимая нагрузка на лаву (т/сут) по газовому фактору в случае прогноза газообильности по газоносности пласта определяется по формуле

Aлmax=jmaxTм ,

где jmax— максимально допустимая производительность выемочной машины по газовому фактору, т/мин; Тмпродолжительность работы машины на добыче угля в течение суток, мин.

В случае прогноза газообильности статистическим методом максимально допустимая нагрузка на лаву определяется по формуле

Aлmax=864vmaxSлс/kнqл

где vmax— максимально допустимая скорость движения воздуха в лаве, м/с; Sлплощадь поперечного сечения лавы, м2; с — максимальная допустимая концентрация метана в исходящей струе, %; kн — коэффициент, учитывающий неравномерность газовыделения; qл— относительная газообильность лавы, м3/т.

Максимально допустимая производительность (т/мин) выемочной машины по газовому фактору зависит от коэффициента машинного времени kм При kм >0,5 она определяется по формуле

jmax=0,6vmaxSлс/kплqл

где kпл — коэффициент, учитывающий газовыделение в лаву из разрабатываемого пласта.

Из формулы следует, что количество газа, выделяющееся при работе машины, не должно быть больше того количества газа, которое может выноситься из лавы при максимально допустимой скорости движения воздуха в лаве и максимально допустимой концентрации газа.

5. Определение расхода воздуха для вентиляции шахты

Определение расхода воздуха для вентиляции шахты — один из наиболее важных этапов проектирования вентиляции. Подаваемый в шахту воздух предназначен для создания здоровых и безопасных условий труда путем обеспечения содержания в воздухе необходимого количества кислорода, допустимого количества ядовитых и взрывчатых газов и пыли, необходимой температуры воздуха.

Определение расхода воздуха для шахты рассмотрено в предыдущей лекции.

6. Распределение воздуха по выработкам и проверка сечения выработок по допустимой скорости движения воздуха

Для определения фактической скорости движения воздуха в выработках и депрессий выработок, а также для правильного регулирования распределения воздуха между местами его потребления необходимо знать расход воздуха в каждой выработке вентиляционной сети. При позабойном методе расчета расхода воздуха эта задача упрощается, так как расход воздуха для очистных и подготовительных выработок, выемочных участков, камер, а также утечки воздуха определяются в процессе расчета общешахтного расхода воздуха. Так, расход воздуха в выработках, обслуживающих крыло или пласт, равен сумме расходов воздуха на всех выемочных участках, в подготовительных выработках и камерах данного крыла или пласта. В случае использования общешахтного метода расчета полученный расход воздуха для вентиляции шахты в целом необходимо затем распределить по выработкам пропорционально потребностям воздуха. Так как потребность в воздухе зависит от выделения тех или иных вредностей, то распределять воздух необходимо пропорционально выделению тех вредностей, по которым рассчитывался расход воздуха, т. е. пропорционально фактическому газовыделению, пылепоступлению или пропорционально числу одновременно работающих людей. В связи с тем, что на этапе проектирования вентиляции шахты установить распределение вредностей по выработкам часто не представляется возможным, общешахтный расход воздуха распределяется по сети выработок пропорционально добыче полезного ископаемого в забоях, на участках, блоках и др.

В настоящее время распределение воздуха по выработкам определяется математическим моделированием шахтных вентиляционных сетей (ШВС). При этом используются в основном три программы:

1. Программа "RV-Win", Сибгипрошахт, разработчик Шрейдер Дмитрий Яковлевич. 

2. IRS Вентиляция 6.5.5, ИГД им. А. А. Скочинского, разработчик Романченко Сергей Борисович.

3. «Вентиляция», РосНИИГД, разработчики Палеев Дмитрий Юрьевич, Лукашов О. Ю., Григорьева Н. В.

При определении расхода воздуха по отдельным выработкам определяется и скорость движения воздуха по этой выработке.

Скорость движения воздуха по выработкам должна удовлетворять условию

vв minvв vв max

где vв min, vв max — соответственно минимально и максимально допустимая скорость движения воздуха в данной выработке, м/с.

При vв  > vв max необходимо увеличить сечение выработки или предусмотреть вторую параллельную выработку. При vB< vв min  необходимо увеличить расход воздуха до значения, при котором vв vв min.

7. Проверка устойчивости движения  воздуха в  выработках

Вентиляционные сети шахт представляют собой сложные диагональные соединения, аэродинамическое сопротивление которых в процессе эксплуатации меняется, что может привести к прекращению движения воздуха и даже к опрокидыванию струй в диагоналях. В связи с этим возникает необходимость принятия мер по недопущению этого опасного явления.

Для выявления диагоналей вентиляционной сети при проверке устойчивости движения воздуха используется следующее правило. Если по какой-либо ветви можно пройти от начала вентиляционной сети до ее конца в направлении, противоположном движению воздуха, не заходя второй раз в один и тот же узел, то такая ветвь является диагональю. Диагоналями являются все выработки, соединяющие два внешних (крайних) маршрута сети. После нахождения диагоналей выявляются ветви, опасные по их влиянию на направление движения воздуха в диагоналях. Ветви, которые могут изменить направление движения воздуха в диагонали при увеличении их аэродинамического сопротивления, обозначаются через Rо.у и называются опасными при увеличении сопротивления. Это ветви, по которым воздух подводится к началу диагонали или отводится от ее конца. Существуют также ветви, опасные при уменьшении их аэродинамического сопротивления и обозначаемые через Rо.ум. Это ветви, по которым воздух подводится к концу диагонали или отводится от ее начала. Определяющими являются такие ветви Rо.у и Rо.ум,, изменение сопротивления которых в практических пределах может вызывать опрокидывание струи в диагонали. Затем анализируется устойчивость сети, при которой определяются наиболее опасные диагонали и ветви Rо.у, Rо.ум. Наиболее опасными являются диагонали между поступающими и исходящими струями, а также диагонали, на которых располагаются камеры и последовательно проветриваемые объекты (очистные забои, конвейерные выработки и др.). Ветви Rо.у не являются определяющими, если расход воздуха в них меньше, чем в исследуемой диагонали, а их депрессии меньше депрессии диагонали. После выбора определяющих ветвей вычисляется их показатель устойчивости по формулам: для ветвей Rо.у 

kус=Rи/Rн

для ветвей Rо.ум

kус=Rн/Rи

где Rи — измененное сопротивление определяющей ветви, при котором прекращается движение воздуха в диагонали; Rн первоначальное сопротивление определяющей ветви.

Показатель kyc всегда больше или равен единице. Чем ближе значение kyc к единице, тем ветвь опаснее, а устойчивость схемы ниже.

После расчета фактических значений kyc для определяющих ветвей сравнивают их с возможной степенью изменения аэродинамического сопротивления аналогичных ветвей в шахтных условиях. Опрокидывание струи в диагонали возможно при значении kyc, большем фактически возможной степени изменения аэродинамического сопротивления данной ветви в шахтных условиях.

Схемы вентиляции либо не должны иметь диагоналей, либо могут иметь диагонали, в которых опрокидывание струи возможно только при авариях. Повысить устойчивость схем вентиляции возможно;

уменьшением числа диагоналей;

установкой регуляторов распределения воздуха до слияния диагональных струй или на ветвях Rо.у (в случае положительных регуляторов);

уменьшением утечек воздуха через вентиляционные сооружения (кроссинги, шлюзы, загрузочные устройства в конвейерных выработках и др.);

обособленной вентиляцией конвейерных выработок.

8. Расчет депрессии шахты

Для угольных шахт максимально допустимая депрессия равна 300 мм вод. ст. Для сверхкатегорных шахт по газу и шахт производительностью 4000 т/сут и более максимально допустимая депрессия равна 450 мм вод. ст. При определении депрессии шахты выбираются основные направления расчета. Каждое направление начинается в устье воздухоподающего ствола, проходит через одну или несколько выработок шахты и заканчивается в устье воздуховыдающего ствола. Направления расчета охватывают все основные выработки шахты. Для каждого направления составляется таблица, в которую заносятся минимальные и максимальные значения длины, аэродинамического сопротивления и депрессии всех входящих в направление выработок.

Депрессия шахты (мм вод. ст.) по каждому направлению составляет сумму депрессий отдельных выработок и потери депрессий местных сопротивлений.

После этого оценивается влияние естественной тяги на депрессию шахты. Если естественная тяга положительна в течение всего года, то она в расчете депрессии шахты не учитывается, что обеспечивает некоторый резерв депрессии для вентиляции шахты. Если же естественная тяга отрицательна даже в течение относительно короткого отрезка времени в году, то депрессию шахты необходимо увеличить на величину максимальной отрицательной депрессии естественной тяги. Если для вентиляции шахты используются несколько вентиляторов, то аналогичные расчеты выполняются для каждого из них.

Депрессия шахты принимается равной максимальному значению из депрессий всех направлений. На угольных шахтах она соответствует состоянию отработки предпоследних ярусов, столбов в панели или выемочном поле. Если расчетное значение депрессии окажется больше максимально допустимой депрессии, то определяется допустимая депрессия подземных выработок (до которой следует снизить суммарную депрессию подземных выработок путем уменьшения их сопротивления).

После определения депрессии шахты депрессии всех направлений должны быть приведены к этой величине методами регулирования. При этом следует учитывать требования к месту расположения регуляторов с точки зрения обеспечения устойчивости струй в диагоналях.

Депрессия шахты рассчитывается на первые 15—20 лет ее работы, т. е. на срок службы вентилятора. На этот период строится график изменения депрессии шахты во времени. Это позволит своевременно предусмотреть необходимые мероприятия по регулированию работы вентилятора главного проветривания. В крайнем случае для этого периода необходимо вычислить максимальное и минимальное значения депрессии шахты.

9. Выбор способа вентиляции шахты

При выборе способа вентиляции шахты  оценивается возможность подачи в шахту необходимого количества воздуха при принятом способе. Например, при всасывающем способе в случае расположения вентилятора на скиповом стволе возможно засорение канала вентилятора штыбом и увеличение его сопротивления. Последнее приводит к уменьшению количества поступающего в шахту воздуха. Принятый способ вентиляции должен обеспечивать минимальные утечки воздуха. Например, при нагнетательно-всасывающем способе в шахте существует область, где давление воздуха близко к атмосферному. Если при этом данная область имеет аэродинамическую связь с поверхностью, то утечки воздуха через эти каналы связи (на поверхность или с поверхности) будут минимальны (меньше, чем при других способах вентиляции). В случае использования многих полустационарных всасывающих вентиляторных установок на шурфах имеют место значительные подсосы воздуха с поверхности вследствие недостаточной герметизации устьев шурфов.

Применение одной стационарной вентиляторной установки, работающей на нагнетание, обеспечивает уменьшение

поверхностных утечек воздуха. В ряде случаев способ вентиляции может влиять и на подземные утечки.

Способ вентиляции должен обеспечивать использование минимального числа вентиляторов главного проветривания, так как параллельная их работа затрудняет их реверсирование и управление вентиляцией (особенно при пожаре). Способ вентиляции должен также обеспечивать минимальную пожароопаспость шахты, быстрое и надежное реверсирование вентиляционных струй, предупреждение обмерзания вентиляторов и стволов.

Способ вентиляции оказывает влияние на чистоту подаваемого к рабочим местам воздуха. Так, при нагнетательном способе вентиляции через скиповый или конвейерный ствол в горные выработки шахты будет поступать запыленный воздух.

Всасывающий способ вентиляции применяется па газообильных угольных шахтах. На рудных шахтах он применяется до глубин примерно 1500 м. При наличии аэродинамической связи с дневной поверхностью применять этот способ не рекомендуется вследствие возможного загрязнения выработок газами, находящимися в лежащих выше горных породах и приземном слое.

Нагнетательный способ применяется на угольных шахтах с малой газообильностью, с небольшим аэродинамическим сопротивлением, при отработке горизонтов, расположенных на небольшой глубине от дневной поверхности (Подмосковный бассейн).

Нагнетателыю-всасывающий способ применяется при большом аэродинамическом сопротивлении шахты, разработке склонных к самовозгоранию полезных ископаемых, при наличии аэродинамической связи горных выработок с дневной поверхностью. На рудных шахтах этот способ применяется при секционировании шахты на 2 — 3 участка и глубине до 2000 м.

10. Выбор вентилятора главного проветривания

Для выбора вентилятора главного проветривания определяется его депрессия по формуле

hв=hш+hвн

где hш — депрессия шахты; hвн — внутренние потерн давления в вентиляторе;

hвн=RвQ2в

RB аэродинамическое сопротивление вентилятора, ; QB — дебит вентилятора, м3/с.

Qв=kвн.утQш

Rв=α(π/D4)

α — 0,4-1 — коэффициент, учитывающий   тип   вентилятора;   D диаметр рабочего колеса вентилятора, м.

Значения QB, hB вычисляются для каждого характерного периода отработки шахтного поля (например, для отработки горизонта) в пределах срока службы вентилятора и наносятся на график.

 График зон промышленного использования осевых (а) и центробежных (б) вентиляторов главного проветривания

1, 2, 3, 4, 5 — соответственно для осевых вентиляторов ВОД 16П, ВОД 21М, ВОД ЗОМ ВОД-40М, ВОД-50, 6 7 S 9 10 — соответственно для центробежных вентиляторов ВЦ 15 ВЦ-25М, ВЦ 31.5М, ВЦД 31 5М ВЦД-47 5У

Для проветривания шахты принимается вентилятор, в зону промышленного использования которого (область экономичных режимов работы) вписываются все расчетные режимы работы. Выбранный вентилятор будет экономично работать в течение всего срока его службы. Он должен иметь резерв для увеличения в случае необходимости значений QB и hв. 

В течение срока эксплуатации вентилятора допускается однократное изменение частоты вращения его рабочего колеса путем замены двигателя.

Мощность (кВт) двигателя вентилятора определяется по формуле

Nв=Qвhв/1000ηвηдηп

где ηв— к. п. д. вентилятора; ηд— к. п. д. двигателя; ηпк. п. д. передачи от двигателя к вентилятору.

При депрессии вентилятора ≤150 мм вод. ст. целесообразно использовать осевые вентиляторы, при депрессии 150—300 мм вод. ст. — осевые и центробежные, при депрессии >300 мм вод. ст. — центробежные. Если ни один из выпускаемых вентиляторов не может обеспечить требуемых режимов вентиляции, то возникает необходимость использования нескольких вентиляторов при их совместной работе. В случае работы вентиляторов в расчетных режимах проверка устойчивости их совместной работы не требуется. Такая проверка требуется при существенном изменении режимов работы параллельно включенных вентиляторов.

На рудных шахтах при массовых взрывах для усиления вентиляции может потребоваться установка дополнительного вентилятора. Оба вентилятора соединяют параллельно. Дополнительный вентилятор включается лишь на время вентиляции шахты после массового взрыва ВВ. В таких случаях необходимо проверять целесообразность совместной работы основного и дополнительного вентиляторов, так как при весьма большой мощности последнего может оказаться целесообразным применение одного мощного вентилятора. При совместной работе нескольких вентиляторов предпочтение должно отдаваться центробежным вентиляторам, обеспечивающим большую устойчивость их совместной работы по сравнению с осевыми.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67100. Україна на карті. Найбільші міста України 166 KB
  Загальнопізнавальні цілі: продовжити формувати уявлення учнів про географічне розміщення України її кордони сусідство з іншими країнами; ознайомити з історико етнографічними регіонами та найбільшими містами України. Фізична карта України Розуміння знає розташування України знаходить її столицю на карті...
67103. Загальношкільний захід учнів 1-4 класів, присвячений Дню Збройних Сил України 57 KB
  А першими захисниками нашої неньки України були козаки. Демонструйте свою спритність Розум а ще вроду Щоб гриміло: разом Козацькому роду нема переводу Козаки Сини Твоєї Батьківщини В них сила духу непоборна Козацтво слава України Це гордість наша всенародна Зустрічайте наших учасників звучить марш...
67104. НАЩАДКИ КОЗАЦЬКОЇ СЛАВИ 843 KB
  Державний та козацький прапори дозволяється внести учням 4-а класу Онищіку Михайлу; бронзовому призеру Донецької обл. по военно-спортивному многоборью.та учню 4-б класу Гладкову Дані; бронзовому призеру чемпіону Європи "Боевое многоборье"
67105. Труднощі навчання в школі, конфліктні ситуації з учителем, труднощі під час письма 40.5 KB
  Мета: формувати уявлення дітей про труднощі навчання в школі, конфлікти з учителем, труднощі, які виникають під час засвоєння навиків письма; розвивати уміння аналізувати ситуацію, робити висновки; виховувати почуття доброти, співпереживання, милосердя...
67106. Напевно диво-казка тут живе 1.03 MB
  Ключові компетентності (загальнопізнавальні цілі): розширити уявлення учнів про казку; вчити учнів слухати, читати, аналізувати зміст казок, глибоко відчувати казку, її добрих героїв, засуджувати жадібність, хитрість, жорстокість, зло, боротися з ними у повсякденному житті; знайомити учнів із казками, створеними однолітками...
67107. Казки про тварин 37.5 KB
  Мета: Ознайомити дітей з різноманіттям казок,в яких зустрічаються тварини. Розвивати у дітей активність, ініціативність, вміння висловлювати оцінювальні судження, адекватні моральні оцінки поведінки героїв казок. Виховувати у дітей шанобливе ставлення до тварин, спостережливість за їх життям.
67108. Народні казки 149 KB
  Мета. Формування ключових компетентностей: вміння вчитися – самоорганізовуватися до навчальної діяльності у взаємодії; загальнокультурної – дотримуватися норм мовленнєвої культури, зв'язно висловлюватися в контексті змісту; соціальної – проектувати стратегії своєї поведінки з урахуванням інтересів та потреб інших...