книги из ГПНТБ / Слепых, В. Ф. Прогнозный расчет вентиляционных систем рудников

с 0371 — 064 23—73 м 4 0 5 ( 0 7 ) — 7 3

Издательство «Наука» К а з а х с к о й ССР. 1973.

ВВ Е Д Е Н И Е

Задачи, поставленные X X I V съездом КПСС перед отечест­ венной горнодобывающей промышленностью, требуют зна­ чительного увеличения производства металла и топлива, являющихся фундаментом современной промышленности. Необходимо постоянно увеличивать производственную мощ­ ность и повышать экономичность работы существующих, реконструируемых и вновь строящихся рудников, непрерыв­ но совершенствовать технологию подземной добычи, повы­ шать мощность используемых механизмов и машин и на­ грузки на отдельные добычные участки. Это повышает производительность труда — могучий фактор построения коммунизма.

Вто же время увеличение подземной добычи руд цветных

ичерных металлов привело к необходимости перехода ряда шахт на большие глубины соответственно и к усложнению сети подземных выработок, а интенсификация горного про­ изводства обусловила поступление в рудничную атмосферу повышенного количества вредных примесей. В результате на рабочих местах создается повышенная запыленность и загазованность рудничной атмосферы, а схемы вентиляции во многих случаях становятся трудноуправляемыми.

Коммунистическая партия и Советское правительство проявляют большую заботу об улучшении условий труда горняков. Одним из наиболее действенных средств обеспече­

ния нормальных атмосферных условий труда, от которого в прямой зависимости находится и его производительность, является хорошо организованное проветривание горных вы­ работок. Без надежно налаженной и интенсивной вентиля­ ции шахт в подземных условиях практически невозможны нормальное ведение работ и достижение высоких техникоэкономических показателей. Поэтому наряду с коренным совершенствованием технологии разработки актуальными

3

являются .вопросы исследования фактического состояния и изыскания резервов, способов и методов интенсификации проветривания шахт.

В настоящее время эта проблема имеет особое значение, поскольку рост производительности шахт требует увеличен­ ной подачи свежего воздуха, что совместно с опусканием на нижние горизонты и усложнением сети приведет к увеличе­ нию общешахтных депрессий, потерь воздуха в сети и в ко­ нечном итоге, к росту энергетических затрат на проветри­ вание.

Многочисленные депрессионные съемки по рудникам Джезказгана, Миргалимсая, Белоусовки, Зыряновска, прове­ денные под руководством и при непосредственном участии авторов, показали, что их вентиляционные системы сложны и содержат от 300 до 1000 ветвей при 120—425 независимых контурах. Количество подаваемого воздуха на проветривание очистных работ только шахты № 55 (Джезказганские рудни­ ки) превышает 400 м3/сек, а по Миргалимсайскому и Запад­ ному р у д н и к а м — 800 м3/сек. Сеть Зыряновских рудников состоит из 699 ветвей, образующих 264 независимых конту­ ра, а количество подаваемого воздуха достигает 350 м3/сек. Для всех указанных сетей коэффициент резерва на момент проведения съемок достигал, а в отдельных случаях превы­ шал -йГреэ ~> 2,0. Даже по грубым подсчетам только за счет утечек воздуха в сети непроизводительные затраты составля­ ли примерно 20 000 000 кет-час электроэнергии в год или ~200 000 руб.

Отмеченные обстоятельства дополнительно усложняют проветривание горных выработок и требуют совершенствова­ ния существующих и разработки новых методов и способов интенсификации вентиляции шахт. Вполне очевидно, что улучшение вентиляции должно осуществляться не за счет увеличения мощности вентиляторных установок, а за счет эффективного использования свежего воздуха, подаваемого в подземные горные работы, и имеющейся вентиляционной техники. Конечно, сказанное не исключает и даже предопре­ деляет попутное внесение в технологию отработки ряда орга­ низационно-технических усовершенствований.

Большое значение приобретает возможность сокращения потерь и правильного распределения воздуха в сети, т. е. подачи необходимого его количества ко всем местам ведения работ. Экспериментальный путь выбора места и параметров регулирующих вентиляционных сооружений при таких сложных сетях уже невозможен. Поэтому в настоящее время главное значение приобретает метод предварительного рас­ четного определения параметров вентиляционной сети руд­ ников. Однако существующие аналитические методы расчета

4

Г л а в а 1

ОСОБЕННОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ РУДНИКОВ

Интенсификация отработки месторождений полезных ис­ копаемых подземным способом вызывает необходимость до­ полнительно вводить в эксплуатацию новые участки и гори­ зонты, что усложняет вентиляционную сеть рудников. Число ветвей в существующих схемах проветривания достигает ты­ сячи. Перед работниками производства стала трудная зада­ ча — обеспечить подвод к каждому рабочему месту опреде­ ленного количества свежего воздуха. Очевидно, выполнить ее для таких схем экспериментально или с использованием обычных инженерных приемов невозможно. Поэтому целесо­ образнее использовать метод предварительного расчетного определения всех аэродинамических характеристик ветвей сети с последующей реализацией результатов расчета в натуре.

Расчеты сложных сетей можно выполнить лишь при на­ личии аэродинамических схем вентиляции рудников, у кото­ рых имеются свои особенности, существенно влияющие на возможность осуществления действенного проветривания ра­ бочих мест.

Характеристика схем проветривания современных рудников

Современные рудники имеют развитую сеть горных выра­ боток, которые в зависимости от схем вскрытия и систем разработки соединяются между собой в самых различных сочетаниях. Общепринятые в настоящее время изображения систем горных выработок в івиде погориэонтных планов и аксонометрических проекций не позволяют выполнять расче­ ты по вентиляции. В этом случае наиболее удобна схема с однолинейным изображением всех путей движения воздуха. Она представляет собой систему узлов, соединенных линия­ ми, геометрически отображающими систему выработок руд-

6

ника. Линии (ветви) обозначают горные выработки или их участки, по которым протекает одно и то же количество воз­ духа, а узлы — места соединения выработок (слияния и раз­ деления потоков воздуха).

Схематическое изображение вентиляционных систем представляет собой связный граф и может в какой-то мере характеризоваться числом узлов (вершин), ветвей (дуг) и не­ зависимых контуров (циклов). Отсюда любая вентиляцион­ ная система состоит из конечного числа независимых конту­ ров и для каждого из них нетрудно написать уравнение вто­ рого закона сетей [ 1 , 2] .

Несмотря на кажущуюся простоту указанных характе­ ристик, по числу вершин и дуг можно судить о величине и сложности рассматриваемой вентиляционной системы, а по количеству циклов — о сложности расчета и, следовательно, управления распределением воздуха.

Переход от планов горных выработок и аксонометриче­ ских проекций к однолинейным схемам вентиляции имеет и то преимущество, что непосредственное их изображение (граф сети) позволяет судить о преобладающем типе соеди­ нений ветвей в системах. От этого в основном зависят аэро­ динамические параметры эквивалентных им схем [ 1 , 2, 3, 4 ] . Следовательно, по графу сети также можно, хотя и прибли­ женно, судить о сложности схемы и осуществлении необхо­ димого распределения воздуха по ее ветвям. Полученные по результатам детальных вентиляционно-депрессионных съе­ мок характеристики вентиляционных систем рудников Джез­ казганского, Ачисайского, Иртышского, Текелийского ком­ бинатов и очистных блоков применяемых на них систем раз­ работки приведены в таблице 1. Необходимо иметь в виду, что очистные блоки в общерудничных схемах проветрива­ ния представлены одной или несколькими эквивалентными ветвями. Полные схемы составлены с учетом всех ветвей, включая и пути утечек воздуха.

Данные таблицы показывают, что у очистных блоков, исключая систему разработки с открытым выработанным пространством, вентиляционная сеть достаточно сложна. Это иллюстрируется тем, что схемы проветривания для систем с обрушением сравнимы со схемами некоторых шахт Джезказ­ гана. Однако в последних, как отмечалось, каждый блок представлен одной ветвью. В общем схему каждого в отдель­ ности Джезказганского рудника можно считать простой, по­ скольку число ветвей в них невелико (от 80 до 200), в дейст­ вительности же все шахтные поля в недалеком прошлом были аэродинамически связаны, что обусловливало перетека­ ние 40% дебита воздуха из одной шахты в другие [ 5 ] . В еди­ ные системы объединялись схемы проветривания шахт 3,

7