Проветривание
Тупикового забоя при проведении горных выработок
(самостоятельно)
Согласно ПБ проветривание при проведении горных выработок должно обеспечивать выполнение следующих норм:
¾ содержание кислорода в воздухе не менее 20 % (по объему);
¾ углекислого газа не более 0,5 %;
¾ минимальная скорость движения воздуха 0,25 м/с,
¾ температура воздуха не выше 26° С при относительной влажности до 90 %
¾ разжижение газообразных продуктов взрыва (ядовитых газов) и удаление их из забоя должно происходить не более чем за 30 мин после взрывания зарядов ВВ.
Способы и схемы проветривания
Основной задачей вентиляции тупиковых выработок является подача в забой достаточного количества воздуха, обеспечивающего скорость его движения, достаточную для эффективного проветривания как призабойной части, так и всей выработки в целом. Скорость движения воздуха устанавливается Правилами безопасности, исходя из необходимости исключения местных и слоевых скоплений метана, удаления из проводимой выработки в кратчайшее расчетное время ядовитых продуктов взрыва и создания нормальных температурных условий в выработке.
Вентиляция наклонных выработок при их проведении – один из важнейших процессов технологии строительства выработки. Вместе с тем, время проветривания призабойного пространства после взрывных работ, когда все другие производственные процессы в выработке прекращаются, является составной частью продолжительности цикла. Поэтому эффективная вентиляция является одним из факторов, обеспечивающих скоростное проведение горных выработок.
При строительстве и реконструкции шахт часто возникает необходимость проветривания тупиковых горизонтальных и наклонных выработок большой протяженности, которая составляет для бремсбергов и уклонов – до 1,5 км, для коренных штреков, наклонных шахтных стволов – до 2 км и более. Эффективное проветривание таких выработок представляет определенную техническую сложность, т.к. возникает необходимость применять специальные устройства и средства. Без применения средств вентиляции могут проводиться выработки длиной не более 10 м и только в негазовых шахтах.
Наиболее часто при строительстве тупиковых выработок их вентиляцию осуществляют с использованием вентиляторов местного проветривания (ВМП). Применяют три способа вентиляции: нагнетательный, всасывающий и комбинированный.
Нагнетательный способ проветривания (рис. 1, а) имеет наибольшее распространение, а на газовых шахтах он является обязательным и единственным. Его достоинство состоит в том, что призабойное пространство проветривается струей свежего воздуха, выходящего из трубопровода с большой скоростью. Эффективность этой струи сохраняется при расстоянии от конца трубопровода до забоя, равном l т ≤ 4 Ö S ( где S – площадь поперечного сечения выработки в свету, м2).
По Правилам безопасности на газовых угольных шахтах отставание трубопровода от забоя не должно превышать 8 м, а в негазовых –12 м. Другим достоинством нагнетательного способа про ветривания является то, что утечки воздуха через неплотности трубопровода разжижают вредные газы в исходящем по выработке потоке воздуха. При этом способе проветривания вентиляционный трубопровод на всем протяжении находится под повышенным давлением, которое распирает трубы изнутри. Это позволяет использовать легкие, гибкие трубы из герметичной ткани.
Повышенное давление воздуха распрямляет и выравнивает их, уплотняя стыки и уменьшая аэродинамическое сопротивление.
а)
б)
 |
в)
 |
г)
|
При нагнетательном способе проветривания ВМП устанавливается в выработке со свежей струей на расстоянии не менее 10 м от устья тупиковой выработки с тем, чтобы он не захватывал воздух из исходящей струи и не работал на рециркуляцию,
а подача ВМП не должна превышать 70% количества воздуха, подаваемого к месту установки за счет проходящей сквозной струи.
К недостаткам нагнетательного способа проветривания следует отнести то, что при ведении взрывных работ ядовитые газы движутся по выработке и люди могут войти в выработку только тогда, когда содержание ядовитых газов в ней снизится до безопасных пределов. Однако при расчете проветривания учитывают то, что по мере движения газового облака от забоя выработки происходит непрерывное уменьшение концентрации ядовитых газов за счет разбавления свежим воздухом и диффузионных процессов. В результате этого на некотором расстоянии от забоя, называемом критической длиной выработки, концентрация ядовитых газов становится допустимой, поэтому при длине тупиковой выработки, большей критической, расчет проветривания ведут только на критическую длину.
Всасывающий способ проветривания (рис. 1, б) применяется в основном на шахтах, не опасных по газу. На газовых шахтах этот способ может применяться при использовании ВМП, допущенных для отсоса метановедущих смесей, а также эжекторов.
Основным достоинством этого способа является то, что свежий воздух отсасывается из призабойного пространства по трубопроводу, а свежий поступает к забою по выработке, поэтому она не загазовывается. Количество воздуха, необходимогодля проветривания выработки, в этом случае меньше, люди могут находиться в выработке, но за пределами зоны отброса газов, которая имеет большие размеры.
Однако существенный недостаток этого способа проветривания – небольшая эффективность проветривания призабойной части и необходимость располагать конец вентиляционного трубопровода на весьма малом расстоянии от забоя, не превышающем l т = 0,5 Ö S. _
Так как при всасывающем способе проветривания трубопровод должен быть жестким, а конец его находится в зоне разлета кусков породы, трудно избежать повреждения труб. Использование гибкого трубопровода возможно только при установке ВМП в призабойной части, но и в этом случае с целью сохранности вентилятора к нему со стороны всасывания крепится металлическая труба.
При комбинированном способе проветривания (рис. 1,в) дополнительно к ВМП, работающему на всасывание, вблизи забоя устанавливается второй вентилятор (вспомогательный) с коротким нагнетательным трубопроводом, который эффективно проветривает призабойную зону. Подача нагнетательного вентилятора должна быть на 20-30% меньше расхода воздуха в месте его установки за счет всасывающего вентилятора. Этот способ проветривания сочетает достоинства первых двух способов. Применение его, как и всасывающего способа, целесообразно в условиях большой запыленности при комбайновом проведении выработок и силикозоопасных породах.
Проветривание тупиковых выработок большой длины обычно осуществляется нагнетательным способом с использованием одного или нескольких установленных параллельно вентиляторов, работающих на трубопровод большого диаметра или на два параллельных трубопровода, либо каскадной установкой нескольких вентиляторов в начале трубопровода. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяется также рассредоточенная по длине трубопровода установка вентиляторов. При этом расстояния между вентиляторами применяются такими, чтобы каждый вентилятор располагался в зоне повышенного давления, т. е. работал с подпором от предыдущего вентилятора.
Протяженные наклонные выработки, в особенности по угольным пластам, зачастую проводятся неодиночными. В этом случае проводимые параллельно выработки соединяются между собой через определенные расстояния вентиляционными сбойками. Одна из выработок используется для подачи свежей струи за счет общешахтной депрессии, другая – для выдачи исходящей (рис 1,г). Проветривание тупиков (за последней сбойкой) осуществляется с помощью вентиляционных труб и ВМП, установленных в выработке со свежей струей на расстоянии не менее 10 м до сбойки. По мере проведения новых сбоек старые должны изолироваться воздухонепроницаемыми перемычками. Количество сбоек необходимо принимать минимально возможным, т. к. они будут отрицательно влиять на вентиляцию при эксплуатации выработок.
Проветривание печей, скатов и других восстающих выработок, проводимых на крутопадающих пластах, допускается осуществлять за счет общешахтной депрессии через предварительно пробуренные скважины диаметром не менее 0,5 м.
При проветривании проводимых горных выработок применяется специальное вентиляционное оборудование
1) Вентиляционные трубопроводы. Для проветривания тупиковых выработок принимаются жесткие и гибкие вентиляционные трубы. Жесткие трубы изготавливаются из стали или пластмасс. Они прочны, выдерживают большие давления, могут служить длительное время, применяются при любом способе проветривания, но имеют существенные недостатки.
Жесткие трубы тяжелы – масса 1 м изменяется в пределах 24-70 кг, что затрудняет их монтаж и транспортировку. Звенья этих труб имеют небольшую длину – 2,5-4,0 м и трубопровод имеет большое число стыков, которые надо тщательно уплотнять специальными прокладками. Жесткие трубы в основном применяются при строительстве вертикальных стволов.
Для проветривания горизонтальных и наклонных выработок по нагнетательному способу наиболее часто применяют гибкие трубы, изготовленные из специальных воздухонепроницаемых тканей на хлопчатобумажной или лавсановой основе с резиновым или полихлорвиниловым покрытием. Они более легкие – масса 1 м трубы составляет 1,3-3,4 кг, но имеют меньший, чем металлические трубы срок службы – 14 и 28 месяцев – соответственно в обводненных и сухих выработках. Гибкие трубы выдерживают давление до 1000 даПа. Диаметр труб 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1 м. Длина основного рабочего звена 20 и 10 м – соответственно для труб диаметром до 0,8 м и более 0,8 м.
Для наращивания трубопровода выпускаются разменные звенья длиной 5 и 10 м. По специальному заказу могут поставляться звенья длиной 40 м и более, что позволяет уменьшить количество стыков и соответственно утечки воздуха из трубопровода. Соединяются звенья труб между собой с помощью металлических колец, закрепленных на концах звеньев и хомутов.
С целью уменьшения шероховатости и воздухопроницаемости трубопроводов в них помещают тонкие полиэтиленовые рукава длиной до 100 м. При этом сопротивление трубопровода и утечки воздуха уменьшаются в несколько раз. Полиэтиленовые рукава рекомендуется применять при длине трубопровода больше 400 м и диаметре 0,6 м и более.
Эксплуатация гибких трубопроводов при малых давлениях воздуха (<100 даПа) неэффективна, т.к. стенки труб провисают, на них образуются складки, что увеличивает аэродинамическое сопротивление трубопровода и утечки воздуха.
2) Вентиляторы местного проветривания. Для проветривания тупиковых выработок используются вентиляторы с электрическим и пневматическим приводами. Наибольшее применение нашли осевые электрические вентиляторы серии ВМ: ВМ-4, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М, ВМ-12М (цифра означает диаметр входного и выходного патрубков в дециметрах). Все эти вентиляторы, кроме ВМ-4, имеют направляющий аппарат с резиновыми лопатками, которые можно поворачивать на угол от +45º до –50º, изменяя подачу вентилятора с сохранением высокого КПД. Для проветривания выработок большой длины в период проходки используются и центробежные вентиляторы, имеющие большую подачу (до 20 м3/c) и развивающие высокое давление (до 600-900 даПа), например, вентиляторы ВМЦ-6, ВМЦ-8 и др. Особенно перспективен прямоточный центробежный вентилятор ВМЦГ-7, который удобно монтируется в выработке без специальных ниш.
Все указанные вентиляторы имеют взрывобезопасное исполнение электродвигателей и могут применяться в шахтах, опасных по газу и пыли.
Вентиляторы с пневматическим приводом ВМП-ЗМ, ВМП-4, ВМП-5М, ВМП-6М рекомендуются только для газовых шахт, опасных по внезапным выбросам угля и газа и суфлярным выделениям, т.к. они не экономичны.