Лекция 22

1 Порядок проектирования проветривания шахт

Проектирование вентиляции новых шахт и на период строительства включает следующие этапы:

– составляется прогноз метанообильности (углекислотообильности) тупиковых выработок;

– выбираются варианты схем проветривания стволов при их проходке, армировке, а также при проведении горизонтальных и наклонных выработок с учетом календарного плана работ;

– выбираются схемы и средства для проветривания башенных копров;

– производится расчет расхода воздуха для каждой тупиковой выработки, выбор трубопроводов и средств проветривания по периодам развития горных работ, которые определяются соединением новых выработок в замкнутую сеть, позволяющую увеличить число подготовительных выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии;

– в каждый период развития горных работ определяются расход воздуха для проветривания горных выработок в соответствии с “Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт” и осуществляется тепловой расчет в соответствии с “Единой методикой прогнозирования температурных условий в угольных шахтах”, если естественная температура горных пород для проектируемой глубины разработки достигла 30⁰С и более;

– производится расчет воздухонагревательной установки и выбор места для нее;

– определяются режимы работы вентиляционной установки на период проходки стволов и проведения тупиковых выработок. Выбор вентиляционной установки может осуществляться по периодам развития горных работ.

При проектировании вентиляции реконструируемых шахт необходимо, кроме указанных требований, выполнение дополнительных работ.

2 Выбор способов и схем проветривания шахт

Выбор способа проветривания шахты должен производиться на основе технико-экономического сравнения.

В качестве основного способа проветривания при проектировании вентиляции газовых шахт рекомендуется всасывающий.

Нагнетательный способ проветривания можно применять на негазовых шахтах и на газовых — при метанообильности шахты не более 10м³/т, при отработке первого горизонта и на шахтах, имеющих аэродинамическую связь горных выработок и выработанных пространств с поверхностью при фланговых схемах проветривания.

При проектировании новых шахт следует, как правило, отказываться от установки вентиляторов главного проветривания у скиповых стволов.

В случае установки вентиляторов на скиповых стволах должны быть разработаны специальные мероприятия по герметизации надшахтных зданий, улавливанию пыли в них, механизации очистки каналов от пыли, автоматизации контроля заполнения бункеров углем.

При проектировании схемы проветривания шахты необходимо обеспечить:

– устойчивый режим проветривания на весь период эксплуатации шахты;

– минимальное число вентиляционных сооружений в целях снижения утечек воздуха и повышения надежности вентиляции;

– обособленное проветривание главных транспортных выработок, оборудованных ленточными конвейерами, или использование их для отвода исходящих вентиляционных струй.

Схема проветривания шахты может быть единой или секционной. При секционной схеме проветривания все шахтное поле разделяется на отдельные обособленно проветриваемые части-секции (блоки). Эта схема рекомендуется для глубоких газообильных шахт с большой производственной мощностью и значительными размерами шахтного поля. Экономическая целесообразность ее применения в каждом конкретном случае определяется технико-экономическим анализом.

В зависимости от направления движения воздуха схема проветривания может быть центральной, фланговой и комбинированной.

Наиболее рациональна фланговая схема проветривания. Ее применение позволяет уменьшить депрессию шахты, внешние и внутренние утечки воздуха. Она должна быть основной для абсолютного большинства угольных шахт, особенно при больших размерах шахтных полей по простиранию и при разработке газоносных, склонных к самовозгоранию угольных пластов.

Центральная схема проветривания может применяться лишь при небольшой длине шахтного поля (как правило, до 2 км), метанообильности до 15 м³/т и производственной мощности не более 2000 т/сутки.

Комбинированная схема рекомендуется при проектировании вентиляции реконструируемых шахт.

В каждом конкретном случае выбор способа и схемы проветривания шахты следует производить на основе технико-экономических расчетов одновременно с выбором схемы вскрытия, способа подготовки, системы разработки и порядка отработки пластов в свите.

3 Расчет расхода воздуха для проветривания шахты

Расход воздуха для шахты в целом определяется по формуле

(1)

где 1, 1 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок;

∑ Q_уч – расход воздуха для проветривания выемочных участков, м³/мин; определяется в соответствии с разделом 6;

∑ Q_т.в – расход воздуха, подаваемый к всасам ВМП для обособленного проветривания тупиковых выработок, м³/мин;

∑ Q_noг.в – расход воздуха для обособленного проветривания погашаемых выработок, м³/мин;

∑ Q_noд.в — расход воздуха для обособленного проветривания поддерживаемых выработок, м³/мин;

∑ Q_к– расход воздуха для обособленного проветривания камер, м³/мин;

∑ Q ym – утечки воздуха через вентиляционные сооружения, расположенные за пределами выемочных участков, м³/мин;

При нескольких вентиляционных установках по формуле (1) определяется в соответствии со схемой проветривания расход воздуха по группам выработок (крылу, шахтопласту), проветриваемым отдельными вентиляторами, а общий расход воздуха для шахты рассчитывается как сумма полученных результатов.

Расход воздуха для проветривания шахты, определенный по формуле (1), определяется в соответствии со схемой проветривания расхода воздуха по группам выработок (крылу, шахтопласту), проветриваемым отдельными вентиляторами, а общий расход воздуха для шахты рассчитывается как сумма полученных результатов.

Расход воздуха для проветривания шахты, определенный по формуле (1), должен удовлетворять при проектировании условию формулы (2), а для действующих шахт – (3):

(2)

где - абсолютное среднее газовыделение на выемочных участках, м³/мин;

- абсолютное среднее газовыделение из обособленно проветриваемых тупиковых выработок, м³/мин;

- абсолютное среднее газовыделение из старых выработанных пространств ранее отработанных этажей и горизонтов, м³/мин;

- абсолютное среднее газовыделение из погашаемых и поддерживаемых выработок, м³/мин;

(3)

где k_н.ш - коэффициент неравномерности газовыделения в шахте; для условий шахт Днепровского буроугольного бассейна принимается равным 2, 3, а для прочих условий — 1, 1;

С — допустимая концентрация газа в исходящих из шахты вентиляционных струях, %; принимается согласно ПБ;

С0 — концентрация газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты, %; при расчете по метановыделению принимается равной 0, а при расчете по углекислому газу определяется по данным анализов;

- абсолютное среднее газовыделение в исходящих из шахты вентиляционных струях, м³/мин.

Расход воздуха для проветривания шахты на период строительства определяется по формуле (1).

4 Общешахтная депрессия

Максимальная депрессия шахты, как правило ограничивается величиной 300 даПа; для шахт сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам, а также шахт производственной мощностью 4000т в сутки и более, допускается депрессия до 450даПа.

На действующих шахтах при доработке запасов последних горизонтов сроком 15-20 лет и глубине 700м, для шахт разрабатывающих пласты угля, не склонные к самовозгоранию допускается максимальная статическая депрессия до 800 дпПа.

За депрессию шахты (статическое давление вентиляционной установки h_в) принимается максимальное значение из депрессий всех направлений h_{н max}, проходящих через очистные вырабтки, то есть h_в= h_{н max}.

Депрессия направления определяется по формуле

h=h_к.в+h_п.в+h_к+h_к.к,

где h_к.в – депрессия канала вентиляционной установки, даПа; принимается равной 0, 11h_п.в;

h_п.в – депрессия подземных выработок направления, даПа; находится как сумма депрессий отдельных последовательно соединенных ветвей, входящих в направления, от устья воздухопадающего ствола до входа в канал вентиляционной установки;

h_п.в=1, 1(h₁+h₂+…+h_n)

1, 1 – коэффициент, учитывающий влияние местных сопротивлений;

h_к – депрессия воздухонагревателей, даПа;

h_к.к – депрессия канала воздухонагревательной установки, даПа.

5 Порядок выбора вентилятора главного проветривания

Исходными данными, для выбора ВГП, являются необходимые величины его подачи и депрессия, для начального(Q_н, Н_н) и конечного (Q_к, Н_к) периодов эксплуатации шахты. Выбор осуществляется по характеристикам вентиляторов в пределах их области промышленного использования (ОПИ).

h R_к= Н_к / Q_к²

Н_к R_н = Н_н /Q_н²

ОПИ

H_н

- 20-10 0 10 20

Q_нQ_к Q

Рис. 1 Область промышленного использования вентилятора

Рабочие точки, с параметрами Q_н, Н_н и Q_к, Н_к, должны лежать в пределах ОПИ (см. рис.1, заштрихованная область), с учетом возможности работы вентиляторов с оптимальным КПД.

Продолжительность и количество периодов эксплуатации вентиляционной установки определяются изменением режима проветривания шахты по подаче и (или) давлению, обусловленным развитием горных работ (в том числе и в период строительства шахты), технологией угледобычи и расчетным сроком службы установки.

Если расчетные параметры проветривания обеспечивают несколько различных вентиляторов, выбирают наиболее экономичный вариант установки.

Расчет экономических параметров осуществляют для вентиляционной установки, состоящей из рабочего и резервного вентиляторов, комплекта средств для реверсирования воздушной струи и перехода с работающего вентилятора на резервный (КСРП), электропривода с пускорегулирующей аппаратурой, аппаратурой контроля, дистанционного и автоматизированного управления, защиты и сигнализации, а также зданий, фундаментов, каналов и сооружений, грузоподъемного и вентиляционного оборудования, высоковольтных ячеек, кабельной продукции и др.

По результатам расчетов определяют вентиляторы, обеспечивающие последовательно все заданные режимы, вычисляют для отобранных вариантов экономические показатели на каждый период эксплуатации установки и выбирают вентиляторы, обеспечивающие минимальные затраты на весь срок службы. Окончательный выбор типа вентилятора осуществляют с учетом технических и социальных факторов.

К техническим и социальным факторам, определяющим окончательный выбор типа установки, относятся размеры установки, условия привязки к стройплощадке, наличие комплектующего оборудования, возможность поставки оборудования к началу монтажа, выполнение санитарных норм по шуму, а также типы вентиляторов других установок на шахте, технический уровень и традиции эксплуатации на данном предприятии.