Вентиляция шахт и карьеров
..pdfИсследования показали, что обе схемы проветривания шахт име ют ряд общих недостатков. Как в центральной, так и в фланговой схемах давление воздуха на вентиляционном горизонте распределя ется неравномерно. По мере движения воздуха к вентиляционным квершлагам растет его количество и депрессия. Возле квершлагов образуются зоны повышенной депрессии. При центральной схеме проветривания имеется одна такая зона в центре шахтного поля, а при фланговой — две на его флангах.
Зоны повышенной депрессии создают непроизводительные под сосы воздуха из атмосферы через обрушенные породы и резко из меняют распределение свежего воздуха по очистным блокам на от каточных горизонтах. При центральной схеме проветривания около 70% воздуха, поступающего в шахту, проходит за счет общешахт ной депрессии по пяти-семи очистным блокам, входящим в зону повышенной депрессии. Блоки, расположенные на флангах шахт ного поля, практически не проветриваются.
Наоборот, при фланговой схеме проветривания около 70% воз духа, подаваемого в шахту, проходит за счет общешахтной депрес сии по шести крайним фланговым очистным блокам (по три на каждом крыле шахты). Блоки центральной части шахтного поля практически не проветриваются.
В своем чистом виде центральная и фланговая схемы проветри вания шахт могут применяться при ведении горных работ только в одном этаже, чего в действительности не бывает. На шахтах Криворожского бассейна, Урала и Казахстана имеет место много этажная разработка. Как правило, одновременно в работе нахо дится несколько этажей: основной, один или два-три дорабатыва емых и один-два подготовительных. Для таких условий обе типич ные схемы проветривания шахт неэффективны, так как практически не создают условий для обособленного проветривания всех дейст вующих этажей и отдельных их участков. Для наглядности сказан ное подтвердим на следующем примере.
Пусть на шахте одновременно эксплуатируются подготовитель ный, два откаточных и один вентиляционный горизонты. Для обособ ленного проветривания подготовительного горизонта необходимо загрязненный воздух с него удалять по восстающим на вентиля ционный горизонт через два эксплуатационных этажа. При отсутст вии восстающих загрязненный воздух поднимается на ближайший откаточный горизонт и загрязняет его атмосферу.
Для удаления загрязненного воздуха с нижнего эксплуатацион ного этажа на вентиляционный горизонт необходимо иметь и дли тельное время сохранять вентиляционные восстающие в верхнем рабочем этаже. Если таких восстающих нет, происходит последо
вательное проветривание рабочих этажей со всеми вытекающими отсюда последствиями.
При применении систем разработки с обрушением руды и вме щающих пород отработка верхнего этажа сопровождается выходом из строя воздухоотводящих вентиляционных восстающих и, как 92
следствие этого, возникновением последовательного проветривания этажей. Не обеспечивая обособленного проветривания нескольких одновременно работающих этажей, центральная и фланговая схемы в их чистом виде, по существу, сдерживают рост производитель ности шахт.
Указанные выше общие недостатки схем проветривания шахт можно устранить путем использования для целей вентиляции спе циальных выработок, в частности сборных вентиляционных штре ков-коллекторов, которые предназначены для сбора и в сочетании с восстающими для передачи на вентиляционный горизонт загряз ненного воздуха из всех очистных блоков. Наиболее целесообразно располагать такие штреки в лежачем боку залежи между вентиля ционным и откаточным горизонтами на несколько метров выше уровня последнего.
Исследования, проведенные на аэродинамических моделях шахт в лаборатории руднцчной вентиляции Криворожского горнорудно го института, позволили выяснить свойства схем проветривания шахт со штреками-коллекторами и сделать следующие выводы.
1. Если загрязненный воздух удаляется из штрека-коллектора на вентиляционный горизонт по специальным восстающим, располо женным через равные расстояния, то в штреке по всей его длине создается примерно постоянное по величине давление воздуха.
2. В результате того, что давление воздуха в штреке-коллекторе постоянно, через очистные блоки проходят одинаковые количества воздуха, если равны аэродинамические сопротивления их сетей.
3.Искусственное уменьшение количества воздуха в одном очист ном блоке вызывает одинаковый общий прирост его во всех осталь ных блоках, и наоборот.
4.Штрек-коллектор должен быть общим всасывающим каналом
для главных шахтных или вспомогательных вентиляторов.
5.Количества воздуха, проходящие по очистным блокам, про порциональны сопротивлению их выработок.
6.Выход из строя любого восстающего, удаляющего загрязнен
ный воздух из штрека-коллектора на вентиляционный горизонт, не прекращает проветривания какого-либо блока, а лишь уменьшает на равную величину количества воздуха во всех очистных блоках. Тем самым создается гарантия безопасности горных работ с точки зрения проветривания.
Возможны четыре основных варианта фланговой и три варианта Центральной схем проветривания шахт со штреками-коллекто рами.
Первый вариант фланговой схемы (рис. 54) предназначен для проветривания шахт большой производительности (более 6 млн. т в год), ведущих разработку на больших глубинах и имеющих шахт ное поле сравнительно небольшой длины (1000—1500 м) [41].
Схема включает в себя один штрек-коллектор на каждый рабо чий этаж и комбинированный способ общешахтного проветривания. Свежий воздух подается в шахту по специальным нагнетательным
вентиляционным стволам 1 и 2 за счет работы нагнетательных вен тиляторов 3 и 4. Пройдя по выработкам откаточных горизонтов 5 и 6, воздух поступает в очистные блоки рабочих этажей и, про ветрив рабочие места в них, загрязненным уходит по блоковым вос стающим 7 в вентиляционный штрек-коллектор 8. Последний
Рис. 54. Фланговая схема проветривания шахт большой произ водительности с применением одного вентиляционного штрекаколлектора на каждый рабочий этаж (первый вариант)
собирает воздух только с одного рабочего этажа. Отсюда по ди агональным вентиляционным квершлагам 9 и 10, пройденным по парно от каждого ствола, загрязненный воздух проходит к отсасы вающим вентиляционным стволам 11 и 12 и по ним всасывающими главными вентиляторами 13 и 14 удаляется в атмосферу.
Проходка двух квершлагов к каждому вентиляционному стволу необходима для пропуска значительных количеств воздуха, удаля
емых с каждого рабочего этажа. Отработанные горизонты для вен тиляции не используются.
Второй вариант фланговой схемы рекомендуется для проветри вания шахт средней производительности (2—6 млн. тв год), имею щих шахтное поле сравнительно небольшой длины (1000—1500 м). Она включает один штрек-коллектор на два рабочих этажа и при годна для любого способа проветривания (рис. 55).
ш
водительности с применением одного вентиляционного штрекаколлектора на два рабочих этажа (второй вариант)
Свежий воздух поступает в шахту по подающему стволу /, проходит по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 и поднимает ся на рабочие горизонты очистных блоков рабочих этажей. Про ветрив рабочие места в блоках, воздух, будучи загрязненным, ухо дит по блоковым вентиляционным восстающим 4 в штрекколлектор 5. Отсюда по вентиляционным квершлагам б и 7, вентиляционным стволам 8 и 9 он выбрасывается в атмосферу главными вентиляторами 10 и 11.
Штрек-коллектор собирает загрязненный воздух с двух одно временно работающих этажей. В зависимости от количества уда ляемого воздуха вентиляционные квершлаги проходятся по одному (пунктир на рис. 55) или по два к каждому вентиляционному ство лу. Отработанные горизонты для вентиляции не применяются.
Третий вариант фланговой схемы рассчитан для проветривания шахт производительностью менее 2 млн. тв год, а также для шахт с шахтным полем длиной 1500—2000 м.
Схемой предусматривается один штрек-коллектор на два одно временно работающих этажа (рис. 56). Свежий воздух поступает в шахту по центральному подающему стволу / и по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 проходит к очистным блокам. Про ветрив рабочие места в последних, загрязненный воздух уходит по блоковым вентиляционным восстающим 4 в штрек-коллектор 5. От сюда он по специальным восстающим 6 удаляется в штрек 7 на вен тиляционном горизонте и далее по квершлагам 8 и 9 и вентиляцион ным стволам 10 и 11 главными вентиляторами 12 и 13 выбрасывает ся в атмосферу.
Рис. 56. Фланговая схема проветривания шахт небольшой про изводительности с применением одного вентиляционного штре ка-коллектора на два рабочих этажа (третий вариант)
Вентиляционные квершлаги могут быть пройдены по одному или по два к каждому стволу. В схеме используются для вентиля ции выработки верхнего отработанного горизонта.
На рудниках Криворожского бассейна, разрабатывающих мощ ные рудные залежи, очистные блоки проветриваются с помощью блоковых вентиляторов. Четвертый вариант фланговой схемы раз работан для проветривания существующих рудников Криворожско го бассейна и включает в себя один штрек-коллектор на два одно временно работающих этажа и вспомогательные блоковые вентиля торы (рис. 57).
Свежий воздух подается в шахту по центральному стволу 1 и по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 поступает в очистные бло ки. Проветрив рабочие места в них, загрязненный воздух уходит по блоковым вентиляционным восстающим 4 в штрек-коллектор 5,
отсюда по специальным восстающим 6 удаляется с помощью вспо могательных вентиляторов 7 в штрек 8 вентиляционного горизонта и далее по вентиляционным квершлагам 9 и 10 и стволам 11 и 12 главными вентиляторами 13 и 14 выбрасывается в атмосферу.
Штрек-коллектор собирает загрязненный воздух с двух одно временно работающих этажей. Откаточный штрек верхнего нерабо чего горизонта используется в качестве вентиляционного. Вентиля ционные квершлаги сдвинуты с флангов ближе к центру крыльев
Рис. 57. Фланговая схема проветривания шахт средней про изводительности с применением вспомогательных вентиля торов и одного вентиляционного штрека-коллектора на два рабочих этажа (четвертый вариант)
шахтного поля. На каждый из них приходится участок вентиля ционного штрека равной длины. Располагаясь в центре участков, квершлаги уравнивают условия работы вспомогательных вентиля торов. Описанный вариант схемы проветривания целесообразно применять для проветривания шахт средней производительности с шахтным полем длиной 1500—2000 м.
Если проходить от вентиляционного ствола по два диагональных квершлага, то штреки-коллекторы можно применять и для центральных схем проветривания шахт. Ниже приводятся возможные варианты центральных схем проветривания шахт, имеющих штреки-
коллекторы.
Пятый вариант предназначен для шахт, проветривание которых осуществляется по центральной схеме. Он включает в себя один штрек-коллектор на два этажа (рис. 58). Свежий воздух поступает в шахту по центральному подъемному стволу 1, проходит по выра боткам откаточных горизонтов 2 и 3 и поступает в очистные блоки
рабочих этажей. Проветрив рабочие места в блоках, загрязненный воздух попадает по блоковым вентиляционным ортам 4 и восстаю щим 5 в штрек-коллектор 6. Отсюда по*специальным вентиляцион ным квершлагам 7 и 8 и центральному вентиляционному стволу 9 воздух главным шахтным вентилятором 10 выбрасывается в атмо сферу.
Описанный вариант схемы проветривания целесообразен для проветривания шахт небольшой и средней производительности, по ле которых имеет длину 1500—2000 м.
Рис. 58. Центральная схема проветривания шахт сред |
|
|
ней производительности с применением одного вентиля |
|
|
ционного штрека-коллектора на два |
рабочих этажа (пя |
|
тый вариант) |
|
|
Шестой вариант аналогичен третьему, но рассчитан |
для шахт |
|
с центральной схемой проветривания. |
Свежий воздух |
проходит |
к очистным блокам по центральному подъемному стволу 1 и выра боткам откаточных горизонтов 2 и 3 (рис. 59). Проветрив забои
вблоках, загрязненный воздух уходит по вентиляционным ортам 4
ивосстающим 5 в штрек-коллектор 6. Отсюда по специальным вос стающим 7 он поднимается в штрек 8 на вентиляционном горизон те и из него по диагональным вентиляционным квершлагам 9 и 10
ицентральному стволу 11 главным вентилятором 12 выбрасывает ся в атмосферу.
Штрек-коллектор используется для сбора воздуха из двух одно временно работающих этажей. Схема рекомендуется для проветри вания шахт небольшой и средней производительности, имеющих шахтное поле длиной 1500—2000 м.
Седьмой вариант подобен четвертому варианту фланговой схе мы проветривания. В нем используются один штрек-коллектор на
два рабочих этажа и вспомогательные вентиляторы (рис. 60). Он может быть применен для шахт небольшой и средней производи тельности, имеющих центральную схему проветривания и шахтное поле длиной 1500—2000 м. Схему целесообразно применять для проветривания существующих рудников, широко использующих вспомогательные вентиляторы.
Свежий воздух поступает в шахту по центральному стволу 1 и по выработкам откаточных горизонтов 2 и 3 подается к очистным блокам рабочих этажей. Проветрив забои в блоках, загрязненный
Рис. 59. Центральная схема проветривания шахт небольшой произво дительности с применением одного вентиляционного штрека-коллек
тора на два рабочих этажа (шестой вариант)
воздух уходит по вентиляционным ортам 4 |
и восстающим’ 5 |
||
в штрек-коллектор |
6. Отсюда |
по специальным |
вентиляционным |
восстающим 7 он |
удаляется |
вспомогательными |
вентиляторами 8 |
вштрек 9 на вентиляционном горизонте и затем по диагональным вентиляционным квершлагам 10 и 11 и центральному вентиляцион ному стволу 12 главным шахтным вентилятором 13 выбрасывается
ватмосферу.
Описанные выше первые четыре варианта являются вариантами фланговой схемы проветривания шахт и обладают всеми присущи ми ей достоинствами и недостатками.
Вместе с тем они имеют ряд преимуществ по сравнению с типич-' ной фланговой схемой, так как позволяют осуществить: 1.): обособпенное проветривание нескольких одновременно отрабатываемых рабочих этажей или параллельных залежей при одновременной"
1* |
№ |
разработке их с главными, чем способствуют резкому увеличе нию производительности рудников; 2) распределение количества воздуха по очистным блокам пропорционально сопротивлению се ти их выработок; 3) снижение непроизводительных подсосов воз духа через обрушение; 4) повышение безопасности горных работ
сточки зрения проветривания.
Впервом и втором вариантах рекомендуемых схем вентиля ционные горизонты не связаны с откаточными и другими выработ ками этажей. Помимо этого, во всех четырех вариантах фланговых схем предусматривается сдвижение вентиляционных квершлагов
этажа (седьмой |
вариант) |
к центрам крыльца |
г» |
ных горизонтах й Шахтных полей. |
В результате на вентиляцион- |
струи на нескольк^оисходит Разлеление исходящей воздушной а также устраня° Частей и связанное с этим снижение депрессии, Главными и на°Тся ПРИЧИНЫ возникновения подсосов воздуха, фланговой схемь! ^олее важными недостатками новых вариантов ных затрат на пр проветривания являются: увеличение капитальгональных венти^0)СоДку штрека-коллектора и более длинных диа вентиляции в экс Зонных квершлагов и удлинение срока ввода
Во всех четыр^Уатацию.
ветривания шахт ^вариантах можно применять любой способ пронеболыпих колиц^Чри недлинных шахтных полях и сравнительно проходить от ках^твах воздуха, удаляемого из шахты, можно ционному кверцО^го вентиляционного ствола по одному вентиля-
Когда шахтное поле длинное или из шахты удаляется большое количество воздуха, то целесообразнее проходить от каждого вен тиляционного ствола по два вентиляционных квершлага.
Варианты центральной схемы проветривания с штреком-кол лектором и диагональными вентиляционными квершлагами не имеют присущих типичной центральной схеме недостатков. Диаго нальные квершлаги выравнивают депрессию в вентиляционном штреке и устраняют причины «короткого тока». Штрек-коллектор способствует равномерному распределению воздуха по очистным блокам и устойчивости их проветривания. Величина общешахтной депрессии уменьшается, так как диагональные квершлаги сокра щают путь движения воздуха.
Общий недостаток всех вариантов центральной схемы провет ривания заключается в меньшей безопасности горных работ сточ ки зрения проветривания в результате применения только одного главного шахтного вентилятора.
Рассмотренные выше варианты центральной схемы проветри вания обладают той же эффективностью, как и варианты фланго вой схемы проветривания. Однако капитальные затраты при цент ральной схеме значительно ниже, чем при фланговой, так как для удаления загрязненного воздуха используется только один вен тиляционный ствол и одна главная вентиляторная уста новка.
Оценка и выбор того или иного варианта схем проветривания должны производиться на основании подсчета капитальных за трат при данном варианте, определения наивыгоднейших его эле ментов и целесообразности применения в конкретных горнотехни ческих условиях, сравнения его эффективности с другими вариан тами и в соответствии с поставленными целями.
Эффективность схем проветривания со штреками-коллектора ми зависит от расстояния между всасывающими каналами, т. е. выработками, по которым загрязненный воздух отсасывается из штрека-коллектора. Чем меньше расстояние между такими кана лами, тем эффективнее действие штрека-коллектора, но выше ка питальные затраты, и наоборот, чем больше расстояние между всасывающими каналами, тем ниже капитальные затраты и ниже эффективность штрека-коллектора. Поэтому необходимо опреде лить .наивыгоднейшее расстояние между указанными кана
лами.
Постоянство давления в штреке-коллекторе создается при рав номерном распределении по его длине точек отсасывания воздуха.
В этих точках должно происходить соединение штрека-коллектора
сотсасывающими вентиляционными квершлагами или восстаю щими. Рассмотренные выше семь вариантов схем проветривания
можно разделить на две группы:
1) варианты схем проветривания, в которых загрязненный воз дух из штрека-коллектора удаляется непосредственно в вентиля ционные квершлаги (первый, второй и пятый варианты);