Основные задачи проектирования тупиковых выработок и стволов

Способы подачи воздуха в забои тупиковых выработок и стволов

Общие положения и некоторые особенности проветривания тупиковых выработок и стволов

ПРОВЕТРИВАНИЕ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК И СТВОЛОВ

III. ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ

ЛЕКЦИЯ №10

При строительстве и реконструкции шахт выполняется большой объем работ по проведению подготовительных и капитальных выработок. Проводятся стволы, сооружаются выработки камерообразного типа, а также пластовые и полевые выработки различной протяженности.

Организация и методы расчета проветривания всех выработок, независимо от их назначения имеют много общего. Однако, каждый вид подготовительных выработок требует решения своих специфических вопросов проветривания, которые связаны с горнотехническими особенностями возникающими при проходке.

Особенности проветривания тупиковых выработок по сравнению со сквозными выработками связаны с тем, что к их проветриванию предъявляются особо высокие требования. Они обусловлены следующим:

Высокой взрывоопасностью тупиковых выработок по сравнению со сквозными выработками, так как здесь большая вероятность накопления метана в больших объемах до взрывоопасной концентрации

Меньшей надежностью проветривания тупиковых выработок по сравнению со сквозными выработками, так как не исключена возможность повреждения трубопровода при обрушении пород кровли или отключение вентилятора местного проветривания;

Высокой опасностью разгазирования тупиковых выработок, что не однократно явилось причиной аварий с тяжелыми последствиями;

Трудностью подачи большого количества воздуха в забой тупиковой выработки в связи с большим аэродинамическим сопротивлением трубопровода, а следовательно, скорость движения воздуха по самим выработкам незначительна, что приводит к образованию слоевых скоплений метана;

Воздух в забои тупиковых выработок и стволов может подаваться: за счет диффузии, общешахтной депрессии и вентиляторами местного проветривания. За счет диффузии разрешается проветривать выработки длиной до 10 м. На газовых шахтах разрешается проветривать тупики длиной до 6 м, кроме восстающих, при отсутствии в них слоевых и местных скоплений метана, а размещение в них электрооборудования разрешается при условии установки в них датчиков автоматического контроля метана.

Подача воздуха в забой за счет общешахтной депресии может осуществляться:

-при помощи продольных перегородок (рис.9.1);

-при помощи параллельной выработки (например, при проведении парных выработок широким ходом) (рис.9.2);

-при помощи жестких вентиляционных труб (рис.9.3);

-комбинированным способом - сочетание параллельной выработки и жестких труб (рис.9.4)

В зависимости от условий проходки подача воздуха в забой вентиляторами местного проветривания может осуществляться: нагнетательным (рис.9.5), всасывающим (рис.9.6) и комбинированным (рис.9.7) способами.

1-основная вентиляторная установка

2-вспомогательная вентиляторная установка

3-перемычка для уменьшения зоны отброса газов

Нагнетательный способ проветривания (рис.9.5) – наиболее распространен. На газовых шахтах он является обязательным и единственным. Достоинства его заключаются в том, что проветривание призабойного пространства осуществляется деятельной струей свежего воздуха, выходящего из трубопровода с большой скоростью. В призабойном пространстве выработки образуется неполная свободная струя, которая обеспечивает быстрое и эффективное проветривание призабойного пространства за счет турбулентной диффузии газа в струю из окружающего объема. По данным В.Н.Воронина, этот способ обеспечивает эффективную вентиляцию в призабойной зоне, если конец воздухопровода, расположенного у одной из стенок выработки, будет находиться от забоя на расстоянии

L≥4* (9.1)

где L - дальнобойность неполной свободной струи;

S_в - площадь поперечного сечения выработки, м².

По Правилам безопасности на газовых угольных шахтах конец воздухопровода должен располагаться на расстоянии от забоя ≤8 м, в негазовых – на расстоянии ≤12 м, а при проходке стволов ≤15 м и при погрузке породы грейфером ≤20 м.

Из формулы (9.1) следует, что при увеличении площади сечения выработки расстояние Lвозрастает а, следовательно, интенсивность проветривания призабойной зоны будет также возрастать. К достоинствам нагнетательного способа следует отнести возможность использования гибких труб, а также то, что в призабойное пространство (где имеет место максимальное газовыделение, и находятся люди) поступает свежий воздух, что облегчает создание безопасных условий труда. По мере движения воздуха от забоя к устью в него выделяется из поверхности выработки газ. Содержание газа в исходящей струе непрерывно повышается вплоть до выхода воздуха в выработку, проветриваемую за счет общешахтной депрессии. Однако прирост содержания газа сдерживается за счет дополнительного поступления свежего воздуха через неплотности нагнетательного воздухопровода. Таким образом, утечки воздуха в определенных пределах здесь играют положительную роль.

Если подача нагнетательного вентилятора, установленного в сквозной выработке, больше расхода подаваемого по ней воздуха, то часть исходящего воздуха будет вновь засасываться вентилятором и направляться по воздухопроводу в забой. Такое явление носит название рециркуляции воздуха, что приводит к увеличению времени проветривания выработки и создает опасность ее загазования. Для предотвращения рециркуляции Правила безопасности предписывают устанавливать вентилятор на расстоянии не ближе 10 м от устья проводимой выработки. При этом подача вентилятора должна быть не более 70% расхода воздуха, движущегося по сквозной выработке. Однако и при соблюдении последнего условия не всегда предотвращается рециркуляция воздуха, особенно в выработках большого сечения, когда скорость движения воздуха по сквозной выработке у вентилятора меньше скорости диффузии газов.

Недостаток нагнетательного способа проветривания заключается в том, что при ведении взрывных работ ядовитые газы взрыва движутся по выработке. Поэтому люди могут войти в выработку только тогда, когда содержание ядовитых газов в ней в пересчете на условную окись углерода составляет 0.008 % по объему.

Всасывающий способ проветривания(рис.9.6)может применяться на угольных и рудных шахтах не опасных по газу. Достоинство его заключается в том, что несвежий воздух отводится из забоя по воздухопроводу, а так как свежий воздух поступает по выработке, то большая ее часть не загазована.

Эффективное проветривание призабойной зоны и зоны отброса газов обеспечивается при расстоянии от конца всасывающего воздухопровода до забоя, определяемом по формуле

L_т=0.5* (9.2)

Это расстояние выдержать практически невозможно, так как конец воздухопровода находится в зоне разлета кусков породы и вероятность его повреждения весьма высокая. К недостаткам этого способа также следует отнести то, что применяется жесткий воздухопровод.

Комбинированный способ проветривания(рис.9.7) чаше применяется при скоростной проходке на негазовых шахтах. В нем сочетаются достоинства нагнетательного способа и всасывающего. Подача нагнетательного вентилятора Q₂ должна быть на 20-30 % меньше количества воздуха, которое поступает во всасывающий трубопровод. Для уменьшения зоны отброса газов в сторону устья иногда в выработке на расстоянии 30-50 м от забоя устанавливается перемычка. В этом случае подача нагнетательного вентилятора может быть на 10% меньше количества воздуха, поступающего во всасывающий трубопровод.

На угольных шахтах, а также в горнорудной промышленности почти исключительно применяются различные схемы нагнетательного способа проветривания тупиковых выработок, поэтому в дальнейшем речь будет идти только об этом способе.

Вентилятор и воздухопровод вместе составляют вентиляторную установку, которую принято называть установкой местного проветривания. При проектировании таких установок приходится последовательно решать три основные задачи:

1 - Расчет потребной подачи воздуха в забой.

2 - Выбор и расчет воздухопровода.

3 - Определение необходимых параметров рабочего режима и выбор вентилятора.