В зависимости от того, каким образом обеспечивается необходимый перепад давлений воздуха на пути его движения по шахтной вентиляционной сети, различают нагнетательный, всасывающий и комбинированный способы проветривания.
Нагнетательный способ проветривания состоит в том, что перепад давлений в шахте создается путем повышения давления воздуха вентилятором в воздухоподающем стволе (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Нагнетательный способ проветривания
В воздухоподающем стволе (устье) давление Р1 выше атмосферного, а в устье воздуховыдающего ствола Р0, оно остается равным атмосферному. Таким образом, в выработках шахты создается перепад давления, представляющий собой депрессию шахты, которая определяется по формуле
Достоинства нагнетательного способа:
– применение одной вентиляционной установки;
– надежность подачи электроэнергии на один вентилятор;
– через вентиляционную установку проходит чистый воздух;
– отсутствие подсосов воздуха через обрушенные породы.
Недостатки нагнетательного способа:
– необходимость устройства герметичного надшахтного здания у воздухоподающего ствола;
– необходимость установки мощного главного вентилятора с большим диапазоном регулирования расхода воздуха и депрессии;
– возможность загазования выработок и возникновения взрывоопасной среды при аварийной остановке вентилятора в газовых шахтах.
Всасывающий способ проветривания основан на том, что необходимый для движения воздуха перепад давления создается путем разрежения воздуха вентилятором в устье ствола, выдающего воздух (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Всасывающий способ проветривания
За счет механической работы вентилятора давление воздуха в устье ствола уменьшается до значения Р2, меньшего нормального атмосферного давления. В этом случае депрессия шахты определяется по формуле
Достоинства всасывающего способа:
– так как давление воздуха в любой точке горных выработок ниже нормального барометрического, то в случае остановки вентилятора воздух с дневной поверхности будет поступать в горные выработки под действием разности между атмосферным давлением и давлением воздуха в шахте, что особенно важно для газовых шахт, так как в таких случаях давление в выработках будет повышаться, вызывая замедление процесса загазования выработок;
– возможность применять как одну центральную вентиляционную установку, так и несколько их, которые устанавливаются на флангах шахтного поля;
– при использовании одной центральной вентиляционной установки работа ВГП устойчива, легче осуществляется регулирование распределения воздуха в выработках и реверсирование струи.
Недостатки всасывающего способа:
– подсосы воздуха с поверхности через зоны обрушения, трещины и провалы, что вызывает загрязнение воздуха в очистных забоях и снижение интенсивности вентиляции;
– необходимость систематически осматривать и очищать канал вентилятора от рудничной пыли;
– необходимость систематически контролировать содержание метана в общей исходящей струе, так как вероятность взрыва метана при проходе воздушной струи через вентиляционную установку возрастает;
– на пластах, опасных по самовозгоранию, может явиться причиной возникновения пожаров, в связи с чем всасывающий способ проветривания применяется при разработке угольных пластов, не склонных к самовозгоранию (на глубине >200 м) и не имеющих аэродинамической связи с поверхностью через зоны обрушения, провалы, трещины и др.
Комбинированный (нагнетательно-всасывающий) способ вентиляции заключается в том, что в одной части выработок шахты нагнетательным вентилятором создается избыточное давление воздуха, а в другой части всасывающим вентилятором – разрежение (рис. 1.17).
Рис. 1.9. Нагнетательно-всасывающий способ проветривания
Депрессия шахты, создаваемая нагнетательным и всасывающим вентиляторами, определяется по формуле
Достоинства комбинированного способа:
– уменьшение аэродинамической связи с поверхностью, в связи с уменьшением разности давлений между выработками шахты и дневной поверхностью;
– распределение общешахтной депрессии на два вентилятора.
Недостатки комбинированного способа:
– наличие нескольких вентиляционных установок;
– трудность управления вентиляцией.
Способ применяется на шахтах при значительной протяженности горных выработок и разработке самовозгорающихся углей и руд.
Выбор схемы проветривания должен производиться с учетом требований Правил безопасности.
В частности:
– запрещается подача воздуха в шахту по скиповым и наклонным стволам, оборудованным конвейерами;
– не разрешается выдача воздуха через обрушенные зоны и завалы;
– должны соблюдаться допустимые минимальные и максимальные скорости движения воздуха в выработках;
– очистные забои по возможности должны 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, различают центральные, фланговые и комбинированные схемы вентиляции шахты.
Центральная схема проветривания (рис. 1.10) характеризуется расположением воздухоподающего и воздуховыдающего стволов в центре шахтного поля. Расстояние между стволами находится в пределах 30 – 100 м. Эта схема применяется при глубине разработки >200 м.
Рис. 1.10. Центрально–сдвоенная схема проветривания шахты
Если стволы располагаются на значительном расстоянии один от другого, такая схема называется центрально-отнесенной (рис. 1.11). Данная схема применяется при отработке верхней части шахтного поля.
Так как при центрально-сдвоенной и центрально-отнесенной схемах воздух движется по параллельным выработкам, но в противоположном направлении (свежий воздух – к забоям, загрязненный – из забоев), то эти схемы называются возвратноточными.
Рис. 1.11. Центрально-отнесенная схема проветривания шахты:
1, 2 – соответственно воздухоотводящий и воздухоподающий стволы
Достоинства центральных схем:
– относительно малые капитальные затраты, т.к. проходятся два ствола;
– быстрый ввод шахты в эксплуатацию;
– незначительные потери полезного ископаемого в целиках;
– наличие одной вентиляционной установки;
– концентрация всех поверхностных сооружений шахты;
– простота управления проветриванием.
Недостатки центральных схем:
– относительно высокая депрессия шахты, вследствие удлинения пути движения воздуха по вентиляционной сети;
– большие утечки воздуха в околоствольном дворе и на пути движения свежей и исходящей струй;
– необходимость обеспечения большой глубины регулирования вентилятора (в связи с тем, что изменяется расстояние очистных забоев до стволов);
– потребность в вентиляционном горизонте по всей длине шахтного поля.
Фланговые (диагональные) схемы проветривания применяются при вскрытии шахтного поля в центре и на границах. В центре шахтного поля располагаются один или два ствола (как правило, воздухоподающие), а на границах шахтного поля – фланговые стволы (как правило, воздухоотводящие).
Воздух по всей длине крыла движется в одном направлении, т. е. фланговые схемы вентиляции являются прямоточными.
В случае большой длины шахтного поля и разработки углей и руд, склонных к самовозгоранию, применяется схема с двумя воздухоотводящими стволами, расположенными на крыльях шахтного поля (рис. 1.12).
Схема применяется при разработке верхних горизонтов, т. е. при незначительной глубине горных работ.
Рис1.12. Фланговая крыльевая схема проветривания
При незначительном числе выемочных участков, находящихся на большом расстоянии от воздухоподающего ствола, применяется фланговая групповая (рис. 1.13) или участковая схема (рис. 1.14).
Рис. 1.13. Фланговая групповая схема проветривания
Рис. 1.14. Фланговая участковая схема проветривания
Фланговый вентилятор в этом случае обеспечивает вентиляцию отдельного участка или группы участков.
Достоинства фланговых схем проветривания:
– отсутствие утечек воздуха при его движении от воздухоподающего ствола до очистного забоя;
– уменьшение общешахтной депрессии за счет сокращения пути движения воздуха;
– равномерное распределение депрессии ВГП на весь период отработки шахтного поля;
– отсутствие необходимости поддержания выработок вентиляционного горизонта в течение всего периода отработки шахтного поля.
Недостатки фланговых схем:
– большие капитальные затраты, связанные с необходимостью проведения выработок основного горизонта перед началом очистных работ до границ шахтного поля;
– увеличение потерь полезного ископаемого в охранных околоствольных целиках;
– наличие большого числа вентиляционных установок усложняющих управление вентиляторами, их электроснабжение и обслуживание;
– трудности реверсирования струй при аварийных режимах.
Комбинированные схемы проветривания шахт (рис. 1.15) построены на сочетании в себе элементов центральных и фланговых схем с целью использования их преимуществ.
Рис. 1.15. Комбинированные схемы проветривания шахты:
В этих схемах в качестве воздухоподающего используется центральный ствол, а в качестве воздухоотводящих – центральные и фланговые стволы. При использовании таких схем часть выработок (особенно выработки, удаленные от воздухоподающего ствола участков) проветривается по прямоточным схемам, а другая часть – по возвратноточным.
Достоинства комбинированных схем проветривания:
– при значительном числе выработок и больших размерах шахтного поля депрессия вентиляционных установок остается относительно невысокой;
– повышается надежность проветривания отдельных участков;
– упрощается регулирование распределения воздуха на участках;
– повышается безопасность работ благодаря увеличению числа выходов из шахты на поверхность.
Недостатки комбинированных схем:
– сложность вентиляционной сети;
– трудность управления работой вентиляторов и регулирования распределения воздуха по шахте в целом;
– большие капитальные затраты.