Все горизонтальные разведочные выработки во время их проведения по условиям проветривания являются тупиковыми, т. е. в них невозможно сквозное движение вентиляционной струи. Поэтому их проветривание осуществляется с учетом горнотехнических и горно-геологических условий вентиляторами местного проветривания с прокладкой по выработкам вентиляционных труб. Без использования вентиляторов горизонтальные выработки разрешается проветривать (за счет диффузии) при их длине не более 10 м.
Отставание вентиляционных труб от груди забоя не должна превышать в горизонтальных выработках 10 м, в вертикальных – 5 м.
За счет диффузии разрешается проветривание горизонтальных выработок (рис. 12.1) протяженностью не более 10 м, а вертикальных — глубиной не более 5 м.
Нагнетательный способ проветривания (рис. 20.5, а) особенно целесообразен при относительно небольшой (до 300 м) длине выработок и при любой длине выработок, опасных по газу или пыли. В обычных условиях в длинных выработках и с учетом того, что продолжительность проветривания ограничена Правилами безопасности 30 мин, этот способ требует применения мощных вентиляторов.
При этом способе свежий воздух подается вентилятором по трубопроводу, прокладываемому по всей выработке, а загрязненный воздух вытесняется непосредственно по выработке. По Правилам безопасности отставание трубопровода от забоя допускается в горизонтальной выработке не более чем на 10 м. У устья выработки вентилятор должен располагаться не ближе чем в 10 м во избежание подсасывания загрязненного воздуха. При использовании одного или нескольких вентиляторов, размещаемых у устья проветриваемой выработки, весь трубопровод работает под избыточным, по отношению к атмосферному, давлением. Поэтому при такой схеме проветривания возможно применение как жестких, так и гибких вентиляционных труб. Если нагнетательный вентилятор устанавливается на сквозной струе другой выработки, то его подача, чтобы не было рециркуляции, т. е. подсасывания воздуха из исходящей струи, не должна превышать 70% от расхода воздуха в сквозной струе.
Недостатком нагнетательного способа является то, что газы, образующиеся при взрывных работах, распространяются по всей выработке, и это исключает возможность выполнения в ней любых работ до окончания проветривания.
Всасывающий способ проветривания (рис. 20.5, б) характерен тем, что свежий воздух поступает к забою непосредственно по выработке, а загрязненный удаляется по трубопроводу. Всасывающий способ целесообразен для проветривания протяженных выработок, поскольку независимо от длины выработка не загрязняется, за исключением призабойной части, ядовитыми продуктами взрыва.
Основной недостаток способа заключается в том, что в ходе проветривания у забоя не происходит интенсивного перемешивания воздуха. Зона разрежения, из которой вентилятором засасывается воздух, имеет небольшую глубину. Вследствие этого у забоя могут образовываться области застоя с высокой концентрацией ядовитых газов. В связи с этим недостатком всасывающий способ не эффективен в выработках с большой площадью поперечного сечения.
Кроме того, при всасывающем способе вентиляционный трубопровод на участке от забоя выработки до вентилятора работает под недостающим давлением. Следовательно, здесь исключается применение «мягких» труб.
Способ нельзя применять в выработках, опасных по взрыву газа или пыли.
Кроме того, на всех участках трубопровода, где он работает в режиме разрежения воздуха внутри трубопровода, не могут быть использованы гибкие трубы.
Нагнетательный вентилятор устанавливается на расстоянии не менее 10 м от устья проветриваемой выработки. Если это требование не соблюдать, то часть воздуха исходящей струи на устье выработки может снова попасть в вентилятор, и будет происходить рециркуляция.
Если нагнетательный вентилятор устанавливается на сквозной струе основной выработки, то для исключения рециркуляции необходимо также, чтобы подача вентилятора не превышала 70% подачи воздуха по основной выработке за счет общешахтной депрессии.
Недостатком нагнетательного способа является то, что удаляемые из призабойной части выработки газы, образующиеся при взрывных работах, распространяются по всей длине выработки. Это исключает выполнение каких-либо работ в выработке до окончания ее проветривания.
Всасывающий способ проветривания (рис. 12.2,б). При проветривании этим способом свежий воздух поступает непосредственно по выработке, а загрязненный удаляется по трубопроводу.
Комбинированный способ проветривания (рис. 12.2, в). При использовании этого способа по всей выработке прокладывается только трубопровод, по которому из забоя отсасывается загрязненный воздух, а в призабойной части — дополнительно трубопровод для подачи к забою свежего воздуха. Таким образом, в комбинированном способе сочетаются достоинства нагнетательного и всасывающего.
Нагнетательный вентилятор устанавливается за пределами зоны, загрязняемой вредными газами и пылью при взрывных работах. Протяженность этой зоны определяется расчетом в зависимости от массы взрываемого ВВ, его свойств и площади поперечного сечения выработки. В среднем эта величина составляет около 50 м.
Комбинированный способ особенно целесообразен для проветривания протяженных выработок с большой площадью поперечного сечения. Однако, как и всасывающий, он не может применяться в выработках, опасных по взрыву газа или пыли.
Проветривание выработок с помощью скважин. При значительной длине выработок, сравнительно небольшом расстоянии до земной поверхности или при наличии выше расположенного разведочного горизонта на разведочной шахте целесообразно использовать для проветривания вентиляционные скважины (рис. 12.3).
Предпочтение скважинному варианту проветривания отдается на основе технико-экономического сравнения этого способа с обычным при прокладке трубопровода по всей выработке.
Применение скважин позволяет освободить выработку на основной ее длине от трубопровода. При бурении вентиляционных скважин можно получить дополнительную геологическую информацию о горных породах.
Сами скважины, выполнившие функцию как вентиляционные, могут быть использованы для других технических целей — прокладки труб и кабелей, доставки длинномерных материалов и т. д.
Скважины работают преимущественно во всасывающем режиме, а вентилятор устанавливается над устьем скважины. В соответствии с ПБ скорость движения воздуха по скважинам не ограничивается.
Способы проветривания тупикПреимущества всасывающего способа - качественное проветривание без оседания пыли на бортах и кровле выработки.
Недостаток всасывающего способа - медленное проветривание.
Преимущество нагнетательного способа - быстрое проветривание выработки.
Недостаток - выдуваемая пыль оседает на бортах и кровле выработки; невозможность применения в газовых выработках (возможность поступления того же метана в другие выработки).
Преимущество комбинированного проветривания: быстрое и качественное проветривание горной выработки.
Недостаток - сложности монтажа вентиляционной системы. Производительность всасывающего вентилятора должна быть больше на 25% чем у нагнетающего.
В процессе проведения все горные выработки по условиям проветривания относятся к тупиковым, т. е. в них исключается сквозное движение вентиляционной струи. В зависимости от длины или глубины выработок и с учетом конкретных горно-геологических и горно-технических условий вентиляция таких выработок осуществляется с помощью вентиляторов местного проветривания и вентиляционных труб, а в некоторых случаях путем использования турбулентной диффузии и продольных перегородок.
За счет диффузии разрешается проветривание горизонтальных выработок (рис. 12.1) протяженностью не более 10 м, а вертикальных — глубиной не более 5 м.
Горные выработки нередко имеют значительную длину, измеряемую несколькими километрами. Проветривание таких протяженных выработок осуществляется с помощью вентиляторов местного проветривания и трубопровода, прокладываемого по всей выработке, вспомогательной параллельной выработки и вентиляционных скважин (шурфов). Применение вентиляционных перегородок не нашло применения в практике, поскольку в этом случае увеличивается площадь поперечного сечения выработок, затрудняется транспортирование грузов, возникает необходимость в обеспечении хорошей герметизации перегородки для исключения утечек воздуха.
Вентиляционные сооружения предназначены для пропуска и регулирования подачи воздуха, его распределения по выработкам, обеспечения герметичности вентиляционных путей. Они делятся на поверхностные (вентиляционные установки, герметические надшахтные здания, шлюзы и т. д.) и подземные (вентиляционные двери, шлюзы, перемычки, кроссинги).
Установленные на поверхности вентиляторы в комплексе с вентиляционными сооружениями называют вентиляционными установками.
По объему вентиляционной сети, обслуживаемой вентиляционной установкой, их делят на главные и вспомогательные.
Главная вентиляционная установка обслуживает шахту, блок или панель, вспомогательная — один или два очистных забоя с прилегающими к ним выработками (вентиляционный участок). Вентиляторы, работающие в составе главной вентиляционной установки, называют вентиляторами главного проветривания.
По принципу действия и конструкции веннтиляторы делятся на центробежные и осевые. В центробежных вентиляторах воздух приводится в движение центробежным колесом, в осевых — лопатками крылообразной формы. Вентиляционная установка включает рабочий и резервный вентиляторы с приводами, вентиляционные подводящий и обводной каналы, шиберы и ляды, лебедки для их перемещения, диффузоры вентиляторов, контрольно-измерительную аппаратуру.
Шибер — плоская задвижка в воздухопроводе, перемещающаяся в направляющих перпендикулярно движению воздушного потока.
Ляда — заслонка дверного типа, перекрывающая канал воздухопровода.
Диффузор — расширяющаяся короткая труба на выходе струи из вентилятора, служащая для снижения скорости и возможности ее реверсирования.
Кроссинг (воздушный мост) — устройство, позволяющее изолировать друг от друга пересекающиеся воздушные струи. Для снижения аэродинамического сопротивления на входе воздуха в кроссинг сооружают сужающийся коллектор, а на выходе — расширяющийся диффузор.
Вентиляционная перемычка служит для прекращения движения воздуха по выработке. Перемычки бывают временные и постоянные, глухие и с вентиляционными дверями. Временными перемычки изготовляют из парусины, досок, б/у вентрукава. Постоянные перемычки сооружают из дерева, кирпича, шлакоблоков и бетона. Эти перемычки возводят в выработках, испытывающих большое горное давление. При ликвидации аварий используют надувные и парашютные перемычки.
Вентиляционные двери. В отличии от перемычек делают с проходом для людей и транспорта. По способу открывания бывают ручные и автоматические.
Вентиляционные окна предназначены для увеличения (при открывании) количества воздуха или уменьшения прохождения воздуха.
Подводящий канал соединяет вентиляционную установку со стволом шахты. Скорость движения воздуха по каналу принимают не более 15 м/с. Канал состоит из прямого участка и ответвлений к рабочему и резервному вентиляторам. К каналу подключают аппаратуру для измерения расхода воздуха и депрессии.
Обводной канал предназначен для реверсирования воздушной струи. Он соединяет выходную часть диффузора с подводящим каналом. Установка имеет один или два обводных канала.
Над устьями стволов возводят надшахтные здания. Стены их обкладывают кирпичом или обшивают листовой сталью, перекрытие — бетонное. Сообщение здания с атмосферой или выработками с различным давлением воздуха осуществляют через шлюз —часть воздухопровода, канала или выработки (в подземных условиях), перекрываемая с двух сторон перемычками с дверьми, лядами или шиберами. Шлюз служит для последовательного сообщения с зонами различного давления. Если ствол предназначен только для целей вентиляции, на устье возводят глухие перемычки или перемычки с лядами. При примыкании канала вентилятора к наклонному стволу, служащему для транспортирования грузов, на устье сооружают шлюзы. Устья стволов, предназначенных для подъема грузов, изолируют от атмосферы каналами с шиберами, шлюзами, герметизацией надшахтного здания.
Замерные станции служат для измерения скорости движения воздушной струи v (м/с) в поперечном сечении выработок с известной площадью. После измерения скорости движения воздуха находят его расход (м3/мин). Замерные станции размещают на прямолинейных участках выработок на исходящих и поступающих вентиляционных струях шахты, крыла, пласта, горизонта и каждого действующего забоя. В длинных выработках с рассредоточенными утечками замерные станции располагают через 500 м и более. Станция должна находиться на участке выработки длиной не менее 10—15 м с выдержанной площадью поперечного сечения и крепью, плотно прилегающей к породам. При устройстве замерной станции участок выработки длиной 4—6 м по бокам и кровле тщательно обшивают обструганными досками так, чтобы обеспечить плавные вход воздуха в станцию и выход из нее и исключить прохождение воздуха между обшивкой и стенкой выработки.
Остановка главного вентилятора на 30 мин считается аварией. Все рабочие шахты должны выйти на поверхность в течении 1 часа.