Проектирование вентиляции шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование вентиляции шахт



1. Исходные данные для разработки проекта вентиляции шахты

Для составления проекта новой или реконструируемой шахты необходимы следующие материалы:

Схема вскрытия, способ подготовки, система разработки шахтного поля и календарные планы развития горных работ;

Нагрузка на очистные забои, способы и темпы проведения подготовительных выработок;

Данные геологоразведки о мощности и взаимном расположении пластов и пропластков угля, о их природной газоносности, а также данные технического и анализов углей: зольность, влажность, объемный вес, содержание летучих веществ.

При разработке проектов реконструкции действующих шахт используются материалы депрессионных и газовых съемок.



2. Содержание проекта проветривания шахт

Проект вентиляции шахты состоит из следующих основных разделов:

Выбор способа, системы и схемы проветривания шахты и выемочных участков;

Расчет метанообильности горных выработок и проверка нагрузки на очистные забои по условиям вентиляции;

Расчет и выбор средств проветривания тупиковых выработок;

Расчет количества воздуха, необходимого для проветривания отдельных забоев, участков, камер, утечек воздуха и для шахты в целом;

Расчет депрессии шахты и естественной тяги;

Расчет необходимой депрессии, производительности вентилятора главного проветривания и его выбор;

Расчет и выбор калориферной установки;

Подсчет стоимости проветривания.

Кроме перечисленных основных разделов в проекте вентиляции шахты при необходимости решаются такие специальные вопросы как:

-Расчет предварительной дегазации пластов и спутников;

-Разработка мероприятий по борьбе с внезапными выбросами угля и газа;

-Тепловые расчеты (кондиционирование).



3. Способы проветривания шахт

Под способом проветривания шахты понимают способ получения разности давлений, необходимой для перемещения воздуха по вентиляционной сети. Различают следующие способы проветривания шахт:

Естественный-обусловлен наличием естественной тяги;

Искусственный - при помощи вентиляторов.

Проветривание шахт только за счет естественной тяги запрещено правилами безопасности. Проветривание шахт должно осуществляться вентиляторами, установленными на поверхности и действующими непрерывно. Искусственный способ проветривания разделяется на:

Нагнетательный, всасывающий и комбинированный (нагнетательно-всасывающий).

Нагнетательное проветривание и область его применения

Если действующие выработки имеют аэродинамическую связь с поверхностью через трещины и провалы, то следует применять нагнетательное проветривание. В этом случае вредные газы, скапливающиеся в выработанном пространстве, выносятся на поверхность утечками воздуха.

Нагнетательное проветривание допускает возможность осуществления фланговой схемы проветривания с помощью одного вентилятора. Это ценно при разработке верхней части месторождения, когда вместо поддержания вентиляционного горизонта шахты целесообразнее проходить участковые или групповые шурфы.

Действующими ПБ нагнетательное проветривание разрешено на всех шахтах. Однако, применение нагнетательного проветривания на шахтах с обильным выделением метана из выработанного пространства нежелательно. Это связано с тем, что при снижении депрессии шахты или остановке вентилятора главного проветривания метан из выработанного пространства поступает в действующие выработки.

Всасывающий способ проветривания и область его применения

Всасывающий способ проветривания является наиболее безопасным, надежным и экономичным. Поэтому, нормами технологического проектирования, он рекомендуется в качестве основного способа проветривания шахт. Достоинством всасывающего способа является то, что в случае аварийной остановки вентилятора главного проветривания давление в горных выработках увеличивается, что некоторое время сдерживает выделение метана из выработанных пространств в выработки.

Применение всасывающего способа при фланговой схеме проветривания связано с увеличением числа вентиляторных установок и усложнением управления вентиляцией.

Нагнетательно-всасывающее проветривание

Этот способ рекомендуется при реконструкции шахт с фланговыми схемами проветривания в следующих случаях:

При разработке мощных пластов угля склонных к самовозгоранию;

При большом аэродинамическом сопротивлении шахты и разбросанностью горных работ;

При наличии старых воздухопроницаемых выработанных пространств.

При нагнетательно-всасывающем проветривании дебит нагнетательного вентилятора должен быть несколько выше дебита всасывающих вентиляторов, что позволяет снизить подсосы воздуха с поверхности.

Достоинства нагнетательно-всасывающего проветривания:

1. Снижение перепада давлений между воздухоподающими и воздухоотводящими выработками, что позволяет снизить утечки воздуха.

2. Возможность получения высокой депрессии вентиляционной сети.

Недостатки нагнетательно-всасывающего проветривания

1. Большое количество вентиляторных установок;

2. Сложность управления проветриванием шахты.

4. Схемы проветривания шахт

Под схемой проветривания шахты понимают определенный порядок расположения горных выработок, служащих для подачи свежей и отвода отработанной струи воздуха.

В зависимости от взаимного расположения выработок различают следующие схемы проветривания шахт:

1. Центральные схемы проветривания, которые могут быть:

-с центральным расположением стволов;

-с центрально отнесенным расположением стволов.

2. Диагональные или фланговые схемы проветривания, которые подразделяются на:

фланговую крыльевую - когда при восходящем проветривании очистных забоев целое крыло шахты имеет дону общую выработку для выдачи исходящей струи на поверхность;

фланговую групповую - когда одна выработка для исходящей струи используется не для всего крыла, а только для группы участков данного крыла;

фланговую участковую - когда каждый участок имеет свою выработку для выдачи исходящей струи на поверхность.

3. Комбинированные схемы проветривания - имеющие элементы центральных и фланговых схем.

4.1 Центральные схемы проветривания шахт их преимущества и недостатки

Центральные схемы характеризуются параллельным, но противоположно направленным движением свежей и исходящей струй по откаточному и вентиляционному горизонту. Для ее осуществления необходимо наличие только двух стволов, в качестве которых обычно используют клетьевой ствол для подачи свежей струи, а скиповой для выдачи исходящей (рис.1). При центрально отнесенной схеме проветривания, как правило, используются три ствола. Два из них (скиповой и клетьевой) расположены в центре шахтного поля, а третий вентиляционный отнесен по центру шахтного поля и расположен на выходе пластов под наносы (рис.2).

Рис. 1 Центральная схема проветривания

Рис. 2 Центрально-отнесенная схема проветривания

В этом случае вентилятор установленный на скиповом стволе используется для проветривания выработок околоствольного двора, а вентилятор на вентиляционном стволе для проветривания горных работ.

Преимущества центральной схемы:

1. Незначительные капитальные первоначальные затраты, так как не проводятся дополнительные вентиляционные стволы;

2. Быстрый ввод шахты в эксплуатацию;

3. Простота обслуживания вентиляторной установкой и управления вентиляциейшахты;

4. Простота реверсирования вентиляционной струи;

5. Концентрация поверхностных сооружений.

Недостатки центральной схемы:

1. Большие утечки воздуха с откаточного горизонта на вентиляционный и большие подсосы воздуха с поверхности в связи с тем, что трудно осуществить надежную герметизацию устья скипового ствола.

2. Неравномерная депрессия шахты, очень низкая при ведении горных работ у околоствольного двора и очень высокая при ведении горных работ у границ шахтного поля;

3. Большие затраты на поддержание выработок вентиляционного горизонта;

4. Снижается безопасность работ в связи с малым количеством запасных выходов на поверхность.

4.2 Диагональные схемы проветривания

Диагональные схемы характеризуются прямоточным движением воздуха от воздухопадающего ствола к вентиляционному стволу (рис.3).

Достоинства диагональной схемы:

1. Невысокая и постоянная депрессия шахты;

2. Более низкие по сравнению с центральной схемой утечки воздуха;

3. Возможность погашения выработок вентиляционного горизонта, а следовательно незначительные затраты на их поддержание;

4. Повышается безопасность работ за счет увеличения запасных выходов.

Недостатки фланговых схем проветривания:

1. Увеличивается срок строительства шахты и капитальные затраты на проведение дополнительных стволов;

2. Сложность обслуживания большого количества вентиляторов

3. Сложность, иногда невозможность реверсирования вентиляционных струй.

Комбинированные схемы проветривания обладают достоинствами и недостатками как центральных, так и фланговых схем.

Рис. 3 Фланговая схема проветривания



5. Выбор схемы проветривания шахты

Схема проветривания шахты выбирается и разрабатывается с учетом следующих факторов:

Схемы вскрытия, способа подготовки шахтного поля, принятой системы разработки и очередности отработки пластов;

Метанообильности очистных, подготовительных забоев, требуемой нагрузки на очистные забои, принятой схемы проветривания выемочного участка, панели, блока.

Как правило, разрабатывается несколько возможных вариантов схем проветривания шахты. Для каждого из рассматриваемых вариантов рассчитывается расход воздуха и производится их технико-экономическое сравнение.

Для принятого более экономичного варианта схемы проветривания производится расчет вентиляции на первый период эксплуатации шахты, который составляет 15-25 лет. Для этого периода устанавливаются наиболее характерные этапы развития шахты (сдача шахты в эксплуатацию, освоение проектной мощности, максимальное развитие горных работ, ввод новых горизонтов и т.п.) и для них разрабатываются схема проветривания шахты. Для каждой схемы производится расчет количества воздуха, депрессии, температурный расчет и расчет воздухонагревателей



6. Расчет расхода воздуха для проветривания шахты

Расход воздуха для проветривания шахты в целом определяется по формуле

Qш=1.1(УQуч + УQт.в+ УQпог.в. + УQпод.в. + УQк + УQут) (1)

где 1.1- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения воздуха по сети горных выработок;

УQуч - расход воздуха для проветривания выемочных или вентиляционных участков;

УQт.в - расход воздуха подаваемый к всасам ВМП для обособленного проветривания тупиковых выработок, проводимых за пределами выемочных или вентиляционных участков;

УQпог.в - расход воздуха для обособленного проветривания погашаемых выработок;

УQпод.в. - расход воздуха для обособленного проветривания поддерживаемых выработок

УQк - расход воздуха для обособленного проветривания камер;

УQут - утечки воздуха через вентиляционные сооружения, расположенные за пределами вентиляционных или выемочных участков.

При проветривании шахты несколькими вентиляторами по формуле (1) определяется в соответствии со схемой проветривания расход воздуха по группам выработок (крылу, шахтопласту), проветриваемым одним вентилятором, а общий расход воздуха для шахты определяется как сумма полученных результатов.



7. Расчет депресси шахты

шахта проветривание воздух

Для выбора вентиляторной установки необходимо определить минимальную и максимальную депрессию шахты в течение первого периода ее эксплуатации, который принимается равным сроку службы вентилятора главного проветривания (15-25 лет). Минимальная и максимальная депрессия шахты определяются на основе анализа динамики горных работ, при этом устанавливается наиболее легкий и наиболее тяжелый периоды проветривания шахты.

Минимальная и максимальная депрессия шахты рассчитывается по струе наибольшего сопротивления.

Струя наибольшего сопротивления определяется на основе схемы проветривания шахты, а при необходимости производятся расчеты депресси по нескольким параллельным струям. Для выбора вентилятора принимается максимальное значение депрессии для наиболее легкого и наиболее тяжелого периодов проветривания шахты. При этом максимальная депрессия, как правило, не должна превышать 300 даПа.

Для сверхкатегорных шахт и опасных по внезапным выбросам, а также шахт с производственной мощностью 4000 т/сут и более - 450 даПа. Для действующих шахт при доработке запасов на глубине более 700 м и разрабатывающих пласты не склонные к самовозгоранию допускается депрессия до 800 даПа. Минимальная и максимальная депрессия шахты определяется по формуле

hш=hп.в.+hк.в.+hк+hк.к (2)

где hп.в. - депрессия подземных выработок направления по струе наибольшего сопротивления.

Определяется как сумма депрессий отдельных последовательно соединенных ветвей, входящих в направление, от устья воздухопадающего ствола до входа в канал вентиляторной установки.

hп.в=1.1(h1+h2+ +hn) (3)

1.1 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления;

hn. - депрессии отдельных выработок;

hк.в - депрессия канала вентиляторной установки, принимается равной 0.11hп.в;

hк - депрессия воздухонагревателей;

hк.к - депрессия канала воздухонагревательной установки.



8. Расчет производительности, депрессии вентилятора и его выбор

Подача вентиляторной установки (QB), для случая, когда внешние утечки воздуха определяются по нормам, рассчитывается по формуле

Qв=Qш+УQвн.ут (4)

УQвн.ут - утечки воздуха через надшахтное здание и вентиляционный канал, которые принимаются в соответствии с руководством по проектированию вентиляции шахт в зависимости от площади наружных стен и перекрытий надшахтного здания и поперечного сечения канала вентилятора.

Если площадь стен и поперечное сечение канала не известны, то утечки учитываются коэффициентом внешних утечек, тогда

Qв=Qш kут.вн. (5)

где kут.вн - коэффициент, учитывающий внешние утечки.

Для ориентировочного расчета производительности вентилятора он принимается :

при установке вентиляторов на скиповом стволе-1.25;

при установке вентиляторов на клетевом стволе-1.2;

на стволах и шурфах не используемых для подъема-1.1;

на стволах и шурфах используемых для подъема и спуска материалов-1.3 Депрессия вентиляторной установки определяется в зависимости от минимальной, максимальной депрессии шахты и депрессии естественной тяги. Минимальная депрессия вентиляторной установки определяется по формуле

Нв.min=hш.min-hе.з (6)

где hш.min - минимальноезначение депрессии шахты за планируемый период эксплуатации вентиляторной установки;

hе.з - максимальное положительное значение депрессии естественной тяги в зимний период.

Максимальная депрессия вентиляторной установки определяется по формуле

Нв.max=hш.max ± hе.л (7)

где hш.max - максимальное значение депрессии шахты за планируемый период эксплуатации вентиляторной установки;

hе.л - значение депрессии естественной тяги в летний период.

В формуле (7), знак + берется, если депрессия естественной тяги в летний период имеет отрицательное значение, а знак - при положительном значении.

Выбор вентиляторной установки производится по полученным значениям Qв, H в.min, Нв.max на основе анализа аэродинамических характеристик вентиляторов главного проветривания.

Принятый к установке вентилятор должен иметь резерв по производительности не менее 15 %, на случай повышения газообильности шахты или перевыполнения плана угледобычи.



Литература

1. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Аэрология горных предприятий» М. «Недра» 1987.

2. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Рудничная аэрология» М. «Недра» 1978.

3. Г.Л.Пигида, Е.А. Будзило, Н.И.Горбунов «Аэродинамические расчеты по рудничной аэрологии в примерах и задачах», Киев 1992.

4. Ф.А. Абрамов, В.А. Бойко «Лабораторный практикум по рудничной вентиляции» М. «Недра» 1966.

5. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Киев 1994.

6. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1, М., 1979.

Размещено на Allbest.ru