Вентиляция подземных горных выработок

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «СибГИУ»

по направлению «Горное дело»

дополнительной профессиональной программы: «Подземная разработка рудных месторождений»

Реферат

Вентиляция подземных горных выработок

Выполнил:

Власенко В.Н.

Научный руководитель:

Волченко Г.Н.

2022 г.



1. Шахтные вентиляционные системы

1.1 Структура шахтной вентиляционной системы

Несмотря на достигнутые успехи в разработке и внедрении средств дегазации угольных пластов и вмещающих пород, пылеподавления и кондиционирования шахтного воздуха до настоящего времени эффективная вентиляция остаётся одним из основных способов обеспечения безопасных и безвредных условий труда на подземных рабочих местах. В соответствии с «Правилами безопасности в угольных шахтах» проветривание подземных выработок должно производиться при помощи непрерывно действующих вентиляционных установок, расположенных на поверхности у устья герметически закрытых стволов, шурфов, штолен, скважин.

С точки зрения вентиляции шахту рассматривают как шахтную вентиляционную систему (ШВС), состоящую из четырех основных подсистем: “Вентиляционная сеть”, “Контроль и управление”, “Вентиляционные устройства”, “Вентиляционная установка”.



1.2 Шахтная вентиляционная сеть

Шахтная вентиляционная сеть отличается от вентиляционных сетей общепромышленного назначения. Основные отличия заключаются в:

- изменении в процессе эксплуатации сети горных выработок (постоянно меняется топология сети, протяженность горных выработок и их сечение);

- совмещенности элементов вентиляционных сетей с технологическими процессами (горные выработки используются не только для движения воздуха);

- в наличии крупномасштабной (естественной и искусственной) шероховатости стенок выработок, образованной обнаженными поверхностями горных пород или элементами крепи различного профиля (круглого, квадратного, прямоугольного, двутаврового, специального и др.);

- загромождении поперечного сечения выработки различными предметами и материалами сложной формы (ремонтинами, стойками, конвейерами, комбайнами, вагонетками, армировкой стволов, породой, штыбом и др.);

- в сложности конфигураций выработок и других элементов вентиляционной системы, включающих участки с поворотами, внезапными сужениями и расширениями, ответвлениями и др. Зачастую такие участки представляют собой последовательные соединения, что еще больше усложняет условия движения по ним воздуха;

- не герметичности отдельных элементов, в которых имеют место дополнительные потери напора на преодоление сопротивления токов и вихрей, возникающих в потоке в связи с присоединением или отделением струй воздуха.

1.3 Вентиляционные устройства

Вентиляторная установка состоит из вентилятора с электродвигателем и присоединенными к нему входными и выходными элементами, подводящим каналом, диффузором, выходной частью и вспомогательными устройствами для переключения и реверсирования воздушной струи, а также пускорегулирующей и контролирующей аппаратуры и звукопоглощающего устройства.

Вентиляционные установки делятся на главные и вспомогательные. К главным относятся установки, обслуживающие всю шахту или часть ее (крыло, блок, панель), к вспомогательным - обслуживающие один - два очистных забоя с прилегающими к ним подготовительными выработками.

Главная вентиляционная установка (рис. 1) состоит из двух вентиляторов (рабочего и резервного) с электродвигателями, подводящего канала с соединительным коленом, обводного канала, диффузора, ляд для реверсирования воздушной струи, грузоподъемных устройств для перемещения ляд, выходного канала, здания, всасывающей будки, пускорегулирующей аппаратуры и аппаратуры автоматизации. В осевых вентиляторах имеется дополнительно глушитель шума.

Шахтная вентиляторная установка в соответствии в Правилами безопасности должна иметь два самостоятельных агрегата - рабочий и резервный. На новых и реконструируемых шахтах оба агрегата должны быть одного типа и размера. На негазовых шахтах допускается установка одного вентилятора с резервным электродвигателем.

Главные вентиляторные установки должны быть оборудованы реверсивными устройствами, позволяющими производить не более чем за 10 мин изменение направления движения вентиляционной струи, поступающей в выработки, причем при реверсировании вентилятор должен давать не менее 60% своей нормальной производительности.

Рис. 2. Вентиляционная установка

Для вновь проектируемых и строящихся вентиляторных установок применяются различные схемы реверсивных устройств (рис. 3).



Рис. 3. Схемы реверсирования вентиляционных установок

Возможны три положения ляд:

1. При работе вентилятора на всасывание все три ляды закрыты и прилегают к своим рамам. Исходящая струя воздуха поступает к вентилятору через подводящий канал и выходит в атмосферу через диффузор и выходное колено.

2. При работе вентилятора на нагнетание верхняя ляда всасывающей будки и ляда диффузора подняты, а нижняя ляда будки опущена. Воздух из атмосферы через всасывающую будку поступает к вентилятору и нагнетается через диффузор и обводной канал в шахту.

3. Когда вентилятор находится в резерве, верхняя ляда всасывающей будки поднята, а нижняя ляда и ляда диффузора опущены.

Все ляды самоуплотняющиеся.

В горной промышленности для проветривания подземных выработок и поверхностных сооружений применяются вентиляторы главного проветривания (главные и вспомогательные) и вентиляторы местного проветривания.

Вентиляторы -- это машины для транспортирования воздуха (газа) под относительно небольшим давлением, максимальное значение которого не превышает 15000 Па.

Центробежные вентиляторы главного проветривания изготовляются одноступенчатыми с односторонним ВЦ (вентилятор центробежный) и двусторонним ВЦД (вентилятор центробежный двухсторонний) подводом воздуха.

Осевые вентиляторы главного проветривания типа ВОД (вентилятор осевой двухступенчатый) и предназначены для проветривания горных предприятий с относительно небольшим сопротивлением вентиляционной сети.

Вентиляторы главного проветривания обеспечивают подачу воздуха всей шахте (главные вентиляторы) или отдельному ее крылу (вспомогательные вентиляторы). На газовых шахтах вентиляторы должны работать на всасывание. Работа нагнетанием допускается на негазовых шахтах и при разработке первых горизонтов шахт I и II категории по газу. К вспомогательным вентиляторам относятся также подземные вентиляторы, обслуживающие один или несколько эксплуатационных участков или блоков, периодически переносимые по мере подвигания горных работ.

Вентиляторы местного проветривания служат для проветривания тупиковых горных выработок, как правило, нагнетанием свежего воздуха по вентиляционным трубам и характеризуются малыми размерами.

По принципу действия шахтные вентиляторы делятся на центробежные и осевые. Центробежный вентилятор (рис. 4) состоит из рабочего колеса 1, спирального кожуха 2, направляющего аппарата 3, входного патрубка 4, диффузора 5 с выходным коленом

Рис. 4. Шахтный центробежный вентилятор

Воздушный поток поступает к рабочему колесу вентилятора через входной патрубок и направляющий аппарат. В колесе поток поворачивает на 90° из осевого в радиальное направление и под действием центробежной силы и динамического давления лопаток выбрасывается в спиральный кожух, откуда поступает в нагнетательный трубопровод или через диффузор и колено в атмосферу. Установленный перед рабочим колесом направляющий аппарат с поворотными лопатками служит для регулирования производительности.

Рис. 5. Шахтный осевой вентилятор

Осевой вентилятор (рис. 5) состоит из рабочего колеса 1 с профилированными лопатками 2, кожуха 3, коллектора 4, переднего обтекателя (кока) 5, спрямляющего аппарата 6, диффузора 7, вала и подшипников. Рабочим органом вентилятора служит ротор, приводимый во вращение электродвигателем и состоящий из колеса, вала и подшипников. При вращении ротора, в результате воздействия лопаток рабочего колеса на воздушный поток, перед колесом образуется разрежение, а за колесом - давление. В зону разрежения из канала поступает воздушный поток, который колесом перемещается вдоль оси вентилятора к диффузору или к нагнетательному трубопроводу.

Перед рабочим колесом установлен направляющий аппарат, предварительно подкручивающий воздушный поток, за рабочим колесом - спрямляющий аппарат, предназначенный для выпрямления воздушного потока. Направляющий и спрямляющий аппараты способствуют образованию устойчивого воздушного потока в вентиляторе и повышению давления.

Осевые вентиляторы низкого давления имеют одно рабочее колесо (одноступенчатые). Для повышения давления число рабочих колес увеличивается до двух и в редких случаях до трех и четырех (многоступенчатые вентиляторы).

Регулирование производительности осевых вентиляторов производится изменением углов установки лопаток рабочих колес и углов установки закрылков лопаток направляющих аппаратов.

По развиваемому давлению различают вентиляторы:

1. Низкого давления, развивающие давление до 100 даПа.

2. Среднего давления, развивающие давление до 200-300 даПа.

3. Высокого давления, развивающие давление более 300 даПа.

Режим работы вентилятора в шахтной вентиляционной сети определяется наложением характеристик сети и вентилятора, построенных в одинаковом масштабе (рис. 6).



Рис. 6. Работа вентилятора в шахтной вентиляционной сети

Графически зависимость потерь давления в шахтной вентиляционной сети от расхода воздуха изображается в виде квадратичной параболы, проходящей через начало координат. Точка пересечения кривой сопротивления шахтной сети с характеристикой вентилятора определяет режим работы вентилятора на данную сеть, т. е. его производительность Q и давление Н.

1.4 Подземные вентиляционные сооружения и устройства

Перемычки возводятся для разделения струй воздуха (свежей и исходящей) и прекращения поступления воздуха в выработку или в забой. Они могут быть дощатыми, каменными, кирпичными, бетонными и надувными. Перемычки должны быть воздухо- и газонепроницаемыми. Они рассчитываются на воздухо- и газопроницаемость, на сопротивление горному давлению, па взрывную волну.

Вентиляционные двери, так же как и перемычки, служат для разделения воздушных струй. Они устраиваются так, чтобы не возникало коротких токов воздуха при их открывании. Вентиляционные двери бывают деревянные, обитые железом, металлические, открывающиеся как вручную (рисунок 7), так и автоматически (рисунок 8).

Кроссинги предназначены для разделения пересекающихся вентиляционных струй. Они могут быть типа «перекидной мост» (рисунок 9, а) и трубчатые (рисунок 9, б). Длина кроссингов должна быть такой, чтобы можно было установить по две вентиляционные двери для перехода из одной выработки в другую. Для уменьшения аэродинамического сопротивления кроссинга на входе в него необходимо устраивать коллектор, а на выходе - диффузор. Кроссинги бывают капитальные и участковые. Аэродинамическое сопротивление кроссинга изменяется в зависимости от его типа (таблица 1).

Рисунок 7. Вентиляционные ручные двери: а -- металлические; 6 -- деревянные

Рисунок 8. Автоматические вентиляционные двери АВД-2 202

Рисунок 9. Кроссинги типа «перекидной мост» и трубчатый

При применении трубчатых кроссингов площадь сечения труб должна быть не менее 0,5 м2, толщина стенок труб - не менее 5 мм, а дебит проходящего через кроссинг воздуха - не более 5 м3/с.

Замерные станции представляют собой участок выработки длиной 5-6 м, тщательно отшитый по бокам и кровле гладкими досками (рисунок 10) и имеющий плавное сужение и расширение под углом 10° в начале и конце. Конструкция их зависит от сечения выработки и типа крепи. Станции служат для замера скорости движения и определения количества воздуха, проходящего по выработке. Их располагают на прямолинейном участке выработки.



Рисунок 10. Замерные станции в выработках, закрепленных металлическими арками: 1-- отшивка; 2 -- кружало

1.5 Аэродинамические характеристики шахтных вентиляторов

Аэродинамическое качество вентиляторов характеризуется основными параметрами, которыми являются: подача Q, статическое давление Нст (при работе вентилятора на всасывание) или полное давление Н (при работе вентилятора на нагнетание), мощность вентилятора N и его статический зстили полный з КПД.

Зависимость между указанными выше параметрами данного вентилятора при постоянной частоте вращения его ротора (п = const) и определенных углах установки и лопаток рабочего колеса, направляющего и спрямляющего аппаратов называется индивидуальной аэродинамической характеристикой вентилятора.

Обычно эти характеристики получают опытным путем в результате испытания вентилятора на стенде или непосредственно на шахте и выражают в виде графических зависимостей Н=f(Q), N=f(Q), з=f(Q).

Вентиляторы могут работать на нагнетание или на всасывание, и должны обеспечивать необходимую подачу и обладать экономичностью и устойчивостью работы. Исходя из последних двух условий, на напорной характеристике вентиляторных установок выделяют рабочую зону.

Центробежные вентиляторные установки имеют напорную характеристику Ну.ст (рис. 11 а), для которой все режимы работы устойчивы. В этой связи рабочая зона 1--2 напорной характеристики вентилятора определяется только из уровня экономичности.

Напорная характеристикаосевых вентиляторов обычно седлообразная (рис. 11, б) и может в некоторых случаях иметь разрыв. Поэтому осевые вентиляторы в некотором диапазоне подач Q могут иметь неустойчивый режим работы.

При малых подачах Q, где напорная характеристика Ну ст имеет впадины и разрывы, рабочая зона ограничивается условием устойчивости (точка 1), а при больших Q -- условием экономичности (точка 2).

Рис. 11. Индивидуальные характеристики вентиляторных установок с центробежным (а) и осевым (б) вентиляторами

Режим работы осевых вентиляторов регулируется изменением углов установки лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов, у вентиляторов главного проветривания допускается снятием лопаток через одну на рабочем колесе второй ступени.

Центробежные вентиляторы регулируются изменением углов установки лопастей направляющих аппаратов и частоты вращения рабочего колеса, а также комбинацией этих способов.

Полное давление Н,развиваемое вентилятором, расходуется на преодоление сопротивлений в вентиляционной сети (статическое давление Нст) и на сообщение потоку на выходе из диффузора вентилятора в атмосферу некоторой скорости (динамическое -- скоростное давление Нд). Следовательно, статическое давление вентилятора меньше полного на величину динамического давления.



2. Способы и схемы проветривания шахт и рудников

В зависимости от того, каким образом обеспечивается необходимый перепад давлений воздуха на пути его движения по шахтной вентиляционной сети, различают нагнетательный, всасывающий и комбинированный способы проветривания.

Нагнетательный способ проветривания состоит в том, что перепад давлений в шахте создается путем повышения давления воздуха вентилятором в воздухоподающем стволе (рис. 12).

Рис. 12. Нагнетательный способ проветривания

В воздухоподающем стволе (устье) давление Р1 выше атмосферного, а в воздуховыдающем стволе Р0, оно остается равным атмосферному. Таким образом, в выработках шахты создается перепад давления представляющий собой депрессию шахты, которая определяется по формуле h = P1 - P0

Достоинства нагнетательного способа: - применение одной вентиляционной установки; - надежность подачи электроэнергии на один вентилятор; - через вентиляционную установку проходит чистый воздух; - отсутствие подсосов воздуха через обрушенные породы.

Недостатки нагнетательного способа: - необходимость устройства герметичного надшахтного здания у воздухоподающего ствола; - необходимость установки мощного главного вентилятора с большим диапазоном регулирования расхода воздуха и депрессии; - возможность загазования выработок и возникновения взрывоопасной среды при аварийной остановке вентилятора в газовых шахтах.

Всасывающий способ проветривания основан на том, что необходимый для движения воздуха перепад давления создается путем разрежения воздуха вентилятором в устье ствола, выдающего воздух (рис. 13).

Рис. 13. Всасывающий способ проветривания

За счет механической работы вентилятора давление воздуха в устье ствола уменьшается до значения Р2, меньшего нормального атмосферного давления. В этом случае депрессия шахты определяется по формуле h = P0 - P2

Достоинства всасывающего способа: - так как давление воздуха в любой точке горных выработок ниже нормального барометрического, то в случае остановки вентилятора воздух с дневной поверхности будет поступать в горные выработки под действием разности между атмосферным давлением и давлением воздуха в шахте, что особенно важно для газовых шахт, так как в таких случаях давление в выработках будет повышаться, вызывая замедление процесса загазирования выработок; - возможность применять как одну центральную вентиляционную установку, так и несколько их, которые устанавливаются на флангах шахтного поля; легче осуществляется регулирование распределения воздуха в выработках и реверсирование струи.

Недостатки всасывающего способа: - подсосы воздуха с поверхности через зоны обрушения, трещины и провалы, что вызывает загрязнение воздуха в очистных забоях и снижение интенсивности вентиляции; - необходимость систематически осматривать и очищать канал вентилятора от рудничной пыли; - необходимость систематически контролировать содержание метана в общей исходящей струе, так как вероятность взрыва метана при проходе воздушной струи через вентиляционную установку возрастает. - на пластах, опасных по самовозгоранию, может явиться причиной возникновения пожаров, в связи с чем всасывающий способ проветривания применяется при разработке угольных пластов, не склонных к самовозгоранию (на глубине >200 м) и не имеющих аэродинамической связи с поверхностью через зоны обрушения, провалы, трещины и др.

Комбинированный (нагнетательно-всасывающий) способ вентиляции заключается в том, что в одной части выработок шахты нагнетательным вентилятором создается избыточное давление воздуха, а в другой части всасывающим вентилятором - разрежение (рис. 14)

Рис. 14. Нагнетательно-всасывающий способ проветривания

Достоинства комбинированного способа: - уменьшение аэродинамической связи с поверхностью, в связи с уменьшением разности давлений между выработками шахты и дневной поверхностью; - распределение общешахтной депрессии на два вентилятора.

Недостатки комбинированного способа: - наличие нескольких вентиляционных установок; - трудность управления вентиляцией. Способ применяется на шахтах при значительной протяженности горных выработок и разработке самовозгорающихся углей и руд.

2.1 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.

Выбор схемы проветривания должен производиться с учетом требований Правил безопасности. В частности: - запрещается подача воздуха в шахту по скиповым и наклонным стволам, оборудованным конвейерами; - не разрешается выдача воздуха через обрушенные зоны и завалы; - должны соблюдаться допустимые минимальные и максимальные скорости движения воздуха в выработках;

В зависимости от числа и взаимного расположения выработок, по которым подается свежий и отводится загрязненный воздух, различают центральные, фланговые и комбинированные схемы вентиляции.

2.2 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. 15). 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. 16).



Рис. 15. Центральная схема проветривания

Рис. 16. 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 вентиляцией шахты;

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.

Фланговые (диагональные) схемы проветривания применяются при вскрытии шахтного поля в центре и на границах. В центре шахтного поля располагаются один или два ствола (как правило, воздухоподающие), а на границах шахтного поля - фланговые стволы (как правило, воздухоотводящие). Воздух по всей длине крыла движется в одном направлении, т. е. фланговые схемы вентиляции являются прямоточными. Схема применяется при разработке верхних горизонтов, т. е. при незначительной глубине горных работ.

Достоинства фланговых схем проветривания: - отсутствие утечек воздуха при его движении от воздухоподающего ствола до очистного забоя; - уменьшение общешахтной депрессии за счет сокращения пути движения воздуха; - равномерное распределение депрессии вентилятор главного проветривания на весь период отработки шахтного поля; - отсутствие необходимости поддержания выработок вентиляционного горизонта в течение всего периода отработки шахтного поля.

Недостатки фланговых схем: - большие капитальные затраты связанные с необходимостью проведения выработок основного горизонта перед началом очистных работ до границ шахтного поля; - увеличение потерь полезного ископаемого в охранных околоствольных целиках; - наличие большого числа вентиляционных установок усложняющих управление вентиляторами, их электроснабжение и обслуживание; - трудности реверсирования струй при аварийных режимах.

Комбинированные схемы проветривания шахт построены на сочетании в себе элементов центральных и фланговых схем с целью использования их преимуществ. В этих схемах в качестве воздухоподающего используется центральный ствол, а в качестве воздухоотводящих - центральные и фланговые стволы. В этих схемах в качестве воздухоподающего используется центральный ствол, а в качестве воздухоотводящих - центральные и фланговые стволы. При использовании таких схем часть выработок (особенно выработки, удаленные от воздухоподающего ствола участков) проветривается по прямоточным схемам, а другая часть - по возвратноточным. Если по условиям проветривания шахтное поле целесообразно разделить на ряд участков (секций), то применяется комбинированная секционная схема проветривания. В этом случае в центре шахтного поля проходятся воздухоподающие и воздухоотводящие стволы, а на флангах для отвода воздуха - шурфы.

Секционная схема применяется на крупных шахтах и рудниках, где для подачи и отвода воздуха используются до 10 шахтных стволов.

Достоинства комбинированных схем проветривания: - при значительном числе выработок и больших размерах шахтного поля депрессия вентиляционных установок остается относительно невысокой; - повышается надежность проветривания отдельных участков; - упрощается регулирование распределения воздуха на участках; - повышается безопасность работ благодаря увеличению числа выходов из шахты на поверхность.

Недостатки комбинированных схем: - сложность вентиляционной сети; - трудность управления работой вентиляторов и регулирования распределения воздуха по шахте в целом; - большие капитальные затраты.

2.3 Диагональные схемы проветривания

Диагональные схемы характеризуются прямоточным движением воздуха от воздухопадающего ствола к вентиляционному стволу (рис. 17).

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. 17. Фланговая схема проветривания



3. Вентиляция тупиковых горных выработок

вентиляционный проветривание шахта рудник

Основной задачей вентиляции тупиковых выработок является подача в забой достаточного количества воздуха, обеспечивающего скорость его движения, достаточную для эффективного проветривания как призабойной части, так и всей выработки в целом. Скорость движения воздуха устанавливается Правилами безопасности, исходя из необходимости исключения местных и слоевых скоплений метана, удаления из проводимой выработки в кратчайшее расчетное время ядовитых продуктов взрыва и создания нормальных температурных условий в выработке. Вентиляция наклонных выработок при их проведении - один из важнейших процессов технологии строительства выработки. Вместе с тем, время проветривания призабойного пространства после взрывных работ, когда все другие производственные процессы в выработке прекращаются, является составной частью продолжительности цикла. Поэтому эффективная вентиляция является одним из факторов, обеспечивающих скоростное проведение горных выработок. При строительстве и реконструкции шахт часто возникает необходимость проветривания тупиковых горизонтальных и наклонных выработок большой протяженности, которая составляет для бремсбергов и уклонов - до 1,5 км, для коренных штреков, наклонных шахтных стволов - до 2 км и более. Эффективное проветривание таких выработок представляет определенную техническую сложность, т.к. возникает необходимость применять специальные устройства и средства. Без применения средств вентиляции могут проводиться выработки длиной не более 10 м и только в негазовых шахтах. Наиболее часто при строительстве тупиковых выработок их вентиляцию осуществляют с использованием вентиляторов местного проветривания (ВМП). Применяют три способа вентиляции: нагнетательный, всасывающий и комбинированный.

Вентиляцию тупиковых выработок производят с помощью продольных перегородок, вентиляционных труб и параллельных выработок за счёт работы вентиляторов местного и главного (общешахтной депрессии) проветривания.

Вентиляция тупиковых выработок вентиляторами местного проветривания в зависимости от условий проходки осуществляется нагнетательным, всасывающим или комбинированным способами.

При нагнетательном способе (рис. 18, а), наиболее распространённом, а на газовых шахтах единственно допустимом, вентилятор (несколько вентиляторов) устанавливается в сквозной воздухоподающей выработке, проветриваемой за счёт общешахтной депрессии. Нагнетаемый им воздух по вентиляционным трубам поступает в призабойное пространство тупиковой выработки.

Рис. 18а, 1б

Эффективная вентиляция призабойного пространства обеспечивается при удалении конца трубы от забоя на расстояние l не более чем 4S, где S -- площадь поперечного сечения выработки. Ввиду того, что исходящая струя проходит по всей тупиковой выработке, вентиляция должна обеспечивать снижение концентрации вредных газов до допустимой нормы в любой точке выработки.

При всасывающем способе (рис. 18, б) вентилятор местного проветривания устанавливается в сквозной выработке, проветриваемой за счёт общешахтной депрессии, а конец вентиляционной трубы подводится в зону забоя тупиковой выработки. В процессе работы вентилятора воздух, засасываемый из призабойного пространства, выдаётся в сквозную воздухоподающую выработку. Эффективная вентиляция призабойной тупиковой выработки достигается при l = 0,5S. Объём пространства, подлежащий вентиляции, сравнительно невелик. Близкое расположение конца трубы от забоя выработки вызывает необходимость защиты его при ведении взрывных работ.

Комбинированный способ вентиляции тупиковых выработок сочетает в себе достоинства нагнетательного и всасывающего способов вентиляции. При этом всасывающий вентилятор считается основным; количество воздуха, поступающее во всасывающий трубопровод, должно не менее чем на 30% превышать расход вспомогательного вентилятора (нагнетательного). Bo всех способах вентиляции тупиковых выработок вентиляторами местного проветривания их максимальная производительность при установке в сквозной выработке должна составлять не более 30% количества воздуха, проходящего по выработке (за счёт общешахтной депрессии).



Рис. 19

При вентиляции тупиковых выработок вентиляторами главного проветривания продольные перегородки (рис. 19, а) перекрывают сечение сквозной выработки, по которой за счёт общешахтной депрессии подводится свежий воздух, а также делят тупиковую выработку на две части. По одной из них воздух поступает к забою, по другой -- удаляется. Продольные перегородки выполняются из навесных полотнищ, досок, кирпича, других материалов и наращиваются по мере продвижения забоя тупиковой выработки. Используют их, когда для вентиляции тупиковых выработок (протяжённостью до 60 м) требуется большое количество воздуха.

Вентиляцию тупиковых выработок с помощью вентиляционных труб (рис. 19, б) осуществляется путём перекрытия сечения воздухоподающей сквозной выработки перемычкой, через которую проходит вентиляционная труба, направляемая далее к забою тупиковой выработки. Ввиду значительного аэродинамического сопротивления труб, проходящих через перемычку, способ применяется для вентиляции коротких тупиковых выработок. Вентиляцию с использованием параллельных выработок (рис. 19, в) применяют при необходимости подачи значительных объёмов воздуха на большие расстояния. В этом случае рядом с основной проходят вспомогательную выработку (главным образом выработки по полезным ископаемым) и соединяют их между собой сбойками (через каждые 10-20 м) или скважинами. По мере проходки новой сбойки (скважины) предыдущая перекрывается перемычкой (герметизируется). Непосредственно в забои воздух подаётся с помощью продольных перегородок, вентиляционных труб или вентиляторов. Все схемы вентиляции тупиковых выработок за счёт общешахтной депрессии, ввиду непрерывности действия вентиляции и отсутствия в выработке дополнительных побудителей тяги воздуха, отличаются высокой надёжностью и безопасностью.



4. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии

При проветривании за счет общешахтной депрессии подача воздуха в забой тупиковых выработок производится за счет работы вентиляторов главного проветривания с применением продольных перегородок, вентиляционных труб, скважин и параллельных выработок.

Продольные перегородки (рис. 20а) применяются тогда, когда к забою нужно подать большое количество воздуха при небольшой длине выработок (не более 60 м). Продольные перегородки возводятся из прорезиненной ткани, досок, кирпича и др. Основное требование к перегородкам - воздухонепроницаемость. Для борьбы с потерями воздуха перегородки должны покрываться цементным раствором или глиной, торкретбетоном или пенополиуретаном. Продольные перегородки используются редко.

Проветривание тупиковых выработок с помощью жестких вентиляционных труб (рис. 20 б, в) может быть осуществлено в сочетании с перемычкой. Так как сопротивление труб сравнительно велико, этот способ применяется для проветривания коротких выработок. В зависимости от конкретных условий по трубе может подаваться свежий воздух или удаляться загазированный.

Рис. 20. Схемы проветривания тупиковых выработок за счет общешахтной депрессии с применением продольной перегородки (а) и вентиляционной трубы, подающей воздух в забой (б) и отсасывающей воздух из забоя (в)

Проветривание с использованием параллельных выработок применяется тогда, когда выработка большой длины проводится по полезному ископаемому и для ее проветривания требуется подавать значительное количество воздуха. В этом случае рядом с основной выработкой проводится вспомогательная выработка. Через определенные промежутки (10-20 м) выработки сбиваются между собой. По мере проведения новых сбоек между выработками в старых сбойках должны возводиться перемычки, покрываемые воздухонепроницаемыми составами.

Основное достоинство всех перечисленных способов подачи воздуха в тупиковые забои за счет общешахтной депрессии - непрерывность действия вентиляции в течение суток и отсутствие в выработке механических возбудителей тяги, что обеспечивает надежность и безопасность работ.



5. Нагнетательный способ проветривания

Нагнетательный способ проветривания - наиболее распространен. Достоинство его заключается в том, что проветривание призабойного пространства осуществляется деятельной струей свежего воздуха, выходящего из трубопровода с большой скоростью. По Правилам безопасности на газовых угольных шахтах конец трубопровода должен располагаться на расстоянии от забоя <8 м, а в негазовых и рудных шахтах - на расстоянии <12 и <10 м соответственно.

К достоинствам нагнетательного способа проветривания относится и то, что в призабойное пространство (где имеет место максимальное газовыделение и находятся люди) поступает свежий воздух, что облегчает создание безопасных условий труда. По мере движения воздуха от забоя к устью в него выделяется из поверхности выработки газ. Содержание газа в исходящем потоке непрерывно повышается вплоть до выхода воздуха в выработку, проветриваемую за счет общешахтной депрессии.

Если подача нагнетательного вентилятора, установленного на сквозной выработке, больше расхода подаваемого по ней воздуха, то часть исходящего воздуха будет вновь засасываться вентилятором и направляться по трубопроводу в забой. Такое явление носит название рециркуляции воздуха. Для предотвращения рециркуляции Правила безопасности предписывают устанавливать вентилятор на расстоянии >10 м от устья проветриваемой выработки. При этом подача вентилятора должна быть <70% расхода воздуха, движущегося по сквозной выработке.

Недостаток нагнетательного способа проветривания заключается в том, что при ведении взрывных работ ядовитые газы взрыва движутся по выработке. Поэтому люди могут войти в выработку только тогда, когда содержание ядовитых газов в ней в пересчете на условную окись углерода составляет 0,008 % по объему.



Рис. 21. Схема проветривание выработок нагнетательным способом с использованием вентилятора местного проветривания



6. Всасывающий способ проветривания

Всасывающий способ проветривания применяется на угольных и рудных шахтах, не опасных по газу. Достоинство его заключается в том, что несвежий воздух отводится из призабойного пространства по трубопроводу, а так как свежий воздух поступает к забою по выработке, то большая ее часть незагазована. Эффективность проветривания выработки всасывающим способом зависит от расстояния между концом всасывающего трубопровода и забоем. По мере увеличения этого расстояния в призабойной части образуется застойная зона и продолжительность проветривания выработки резко возрастает.

Основной недостаток этого способа проветривания заключается в трудности выдерживания расстояния от забоя, так как конец трубопровода находится в зоне разлета кусков породы и вероятность его повреждения весьма высокая.

Рис. 22. Схема проветривание выработок всасывающим и нагнетательно-всасывающим способом с использованием вентилятора местного проветривания



7. Комбинированный способ проветривания

Комбинированный способ проветривания применяется при проходке тупиковых выработок с большой протяженностью при скоростной проходке на негазовых шахтах (рисунок 23).

Рисунок 23. Нагнетательно-всасывающий способ проветривания с использованием вентиляторов местного проветривания

В нем сочетаются достоинства нагнетательного способа (активное перемешивание газов в призабойной зоне) и всасывающего (ограниченный объем проветривания). При комбинированном способе проветривания используется один или два вентилятора. В случае использования одного вентилятора он работает вначале на всасывание, а после удаления высококонцентрированного газового облака из забоя по трубопроводу в исходящую струю вентилятор переключается на нагнетание. При использовании двух вентиляторов основной вентилятор устанавливается вблизи устья выработки (на расстоянии >10 м) и работает на всасывание. Второй вентилятор (вспомогательный) снабжается коротким нагнетательным трубопроводом и устанавливается в выработке вблизи забоя. Подача нагнетательного вентилятора должна быть на 20-30 % меньше количества воздуха, которое поступает во всасывающий трубопровод. Для предотвращения распространения газового облака в сторону устья иногда в выработке на расстоянии 30-50 м от забоя устанавливается перемычка.



8. Вентиляционное оборудование

Вентиляторы местного проветривания (ВМП) предназначены для подачи воздуха по гибким вентиляционным трубопроводам в тупиковые или труднодоступные горные выработки в шахтах при ведении проходки как буровзрывным способом так и механизированным, в туннелях.

Вентиляторы местного проветривания могут приводиться в движение как электрическим двигателем, так и оснащаться пневматическим приводом. Электродвигатель может быть вынесен за пределы корпуса вентиляционной установки через вал (кардан). Вентилятор состоит из:

рабочего колеса со ступицей и лопатками;

спрямляющего аппарата;

всасывающего патрубка с решеткой.

Конструкция вентиляторов способна обеспечить последовательное соединение двух или даже трех вентиляторов для увеличения депрессии. Необходимое количество вентиляторов зависит от длины выработки и от качества вентиляционного трубопровода.

При необходимости вентиляторы могут оснащаться с шумоглушителями. Для запуска вентилятора используется пусковое устройство. В момент запуска электродвигателя пусковой ток больше нормального тока в разы, поэтому в электродвигателях большой мощности используется устройства плавного пуска или преобразователь частоты для понижения тока. Пуск может быть прямой или по схеме звезда-треугольник.

Основными характеристиками вентилятора являются давление и объем воздуха. На эти характеристики влияет мощность двигателя. Взаимосвязь давления и объема воздуха отражается на графике характерной кривой. На то, как будут распределяться характеристики вентилятора на этой кривой, влияет строение рабочего колеса - количество и размер лопаток. Рабочая точка кривой отражает наиболее эффективный момент работы вентиляционной установки.

8.1 Вентиляторы местного проветривания ВМЭ

Предназначены для нагнетательного проветривания подземных тупиковых выработок по гибким или жестким вентиляционным трубопроводам в шахтах, опасных по газу и пыли, туннелях, системах промышленной вентиляции.

Осевые одноступенчатые вентиляторы ВМЭ-5 и ВМЭ-6 (рис. 24), состоят из коллектора 1, входного патрубка 2, противосрывного устройства 3, рабочего колеса 5, корпуса 6, выходного патрубка 7, электродвигателя 8.

Рис. 24. Вентиляторы типа ВМЭ с глушителями шума

В случае необходимости вентиляторы могут устанавливаться с глушителями шума (исполнение ВМЭ-5/1, ВМЭ-6/1), изготовленными в виде секций 10, которые присоединяются к вентилятору. При близком расположении к рабочему месту на входе вентилятора могут устанавливаться две секции глушителя шума.

Коллектор вентилятора улучшает условия входа воздуха и улучшает аэродинамические характеристики вентилятора. Способствует повышению полного давления также спрямляющий аппарат, лопатки которого приварены к корпусу.

На конусной втулке, консольно насаженной на вал двигателя рабочего колеса, установлены профилированные лопатки 4, выполненные из пластмассы. Поворот лопаток при остановленном вентиляторе позволяет осуществлять регулирование его параметров (подача и полное давление) в зависимости от условий проветривания и длины вентиляционного трубопровода.

Оригинальная конструкция осевого рабочего колеса с меридиональным ускорением потока, в сочетание с противосрывным устройством обеспечивают высокие аэродинамические показатели вентилятора: устойчивую напорную характеристику в широком диапазоне подачи воздуха, высокий КПД при хороших шумовых характеристиках.

Вентиляторы ВМЭ-5 обеспечивают эффективное проветривание выработок сечением 8-10 м2, а ВМЭ-6 -- до 14 м2.

Конструкция вентиляторов обеспечивает последовательное соединение двух, а в отдельных случаях и трех вентиляторов.

Так, выработки длиной до 600 м проветриваются одним вентилятором ВМЭ-6, длиной до 1000 м -- двумя последовательно соединенными вентиляторами при эксплуатации с вентиляционными трубопроводами диаметром 600 или 800 мм.

Хорошее качество вентиляционного трубопровода существенно увеличивает длину проветривания. Так, два вентилятора ВМЭ-6 при хорошем трубопроводе проветривают выработки длиной до 1800 м при подаче в забой не менее 200 м воздуха в минуту.

Присоединение вентилятора к ставу осуществляется при помощи патрубка 7, на котором прорезиновые трубы закрепляются хому-" том. Направления потока воздуха и вращение колеса обозначаются стрелками на корпусе вентилятора.

Для удобства транспортирования и установки вентилятор закреплен на салазках 9 и имеет на корпусе проушины, позволяющие подвешивать его к кровле выработки.

Более мощным вентилятором, предназначенным для проветривания выработок сечением до 20 м , является вентилятор ВМЭ2-10. Этот осевой двухступенчатый вентилятор состоит из входного коллектора 7, входного патрубка 2 с ограждающей решеткой, воздушного сепаратора 3 первой ступени, рабочего колеса 4 первой ступени, корпуса б со спрямляющими лопатками 7, электродвигателя 8, воздушного сепаратора 9 второй ступени, рабочего колеса 10 второй ступени, выходного спрямляющего аппарата 11, сменного патрубка 12 для присоединения вентиляционного трубопровода диаметром 800 или 1000 мм и салазок 13.

Исполнение вентилятора ВМЭ2-10/1 состоит из этих же элементов. Кроме того, между коллектором 1 и входным патрубком 2, а также между аппаратом 11 и патрубком 12 распложены секции глушителя шума. Длина установки в этом исполнении равна 4 м.

Регулировка режима работы вентилятора осуществляется поворотом рабочих лопаток 5 после остановки вентилятора и отключения напряжения при снятом патрубке 2.

Технические характеристики вентиляторов

Тип вентилятор	ВМЭ-5	ВМЭ-6	ВМЭ2-10
Диаметр рабочего колеса, мм Частота вращения, мин"*	500	630	1000
	3000	3000	1500
Подача, м3/с	3,65	7	15
Полное давление, Па	2000	2500	4800
Максимальный полный КПД	0,66	0,68	0,7
Тип электродвигателя	2ВРМ132	2BPM160	2BPM280
Мощность электродвигателя, кВт	13	25	110

8.2 Вентиляторы газоотсасывающие ВМЦГ-7М и ВГЭ-8

Предназначены для применения в шахтах, опасных по газу и пыли с целью снижения газоопасности выемочных участков и устранения местных скоплений метана в погашаемых тупиковых выработках при отработке лав обратным ходом, путем изолированного отвода метано-воздушной смеси по жесткому трубопроводу диаметром 500-900 мм, на длину до 2000 м.

Могут также применяться для всасывающего и нагнетательного, проветривания подготовительных тупиковых выработок по трубопроводу диметром 600-1000 мм и в пылеотсасывающих установках.

Вентиляторы типа ВМГЦ-7М центробежные со спиральным корпуса, типа ВГЭ-8 осевые одноступенчатые. Оба типа имеют взрывобезопасные электродвигатели, вынесенные за пределы газовоздушного потока, перемещаемого вентилятором. Допускается концентрация метана в подводящем трубопроводе до 3,5%, плотность метановоздушной смеси (воздуха) до 1,3 кг/м3 и запыленности до 50 мг/м3.

Рис. 25. Вентилятор газоотсасывающий ВМЦГ-7М

Вентилятор ВМЦГ-7М (рис. 25) состоит из следующих основных узлов: корпуса 1, входного патрубка 2, рабочего колеса 3, входной коробки 4, направляющего аппарата 5, глушителя шума 6, прифлан-цованного к входному патрубку, вала ротора 7, рамы 8, датчика температуры 9, электродвигателя 10.

Техническая характеристика вентилятора ВМГЦ-7М

Диаметр рабочего колеса, мм 700

Частота вращения, мин"1 2960

Подача, м^/с 8,5

Полное давление, Па 7000

Максимальный КПД 0,75

Мощность электродвигателя, кВт 132

Рабочее колесо ВМЦГ-7М сварное, имеет восемь крыловидных лопаток с поворотными закрылками, устанавливаемыми под углом 0°, 15° и 30°.

Колесо установлено между опорами вала. Поворотом осуществляется ступенчатое регулирование вентилятора. Плавное регулирование параметров вентиляторов осуществляется направляющим аппаратом с пятью поворотными лопатками.

Подвод воздуха к направляющему аппарату -- через входную коробку, выход воздуха из вентилятора -- через патрубок.

Рис. 26. Вентилятор газоотсасывающий ВГЭ-8

Вентилятор вгэ-8 (рис. 26) состоит из патрубка нагнетательного 7, диффузора 2, аппарата спрямляющего 3, рабочего колеса 4, соединительной муфты 5, корпуса 6, патрубка переходного 7, электродвигателя 8, патрубка всасывающего 9. При необходимости вентилятор ВГЭ-8 может быть оборудован глушителем шума (ВГЭ-8/1).

Рабочее колесо ВГЭ-8 вентилятора состоит из цельносварной ступицы и 12 съемных пластмассовых лопаток. Конструкция крепления лопаток позволяет осуществлять поворот лопаток вокруг оси на угол в диапазоне 15-25°, что дает экономичную глубину регулирования по давлению в пределах рабочей зоны не менее 50%. Поворотом лопаток осуществляется ступенчатая регулировка режима работы вентилятора.

Техническая характеристика вентиляторов ВГЭ-8 (ВГЭ-8/1)

Диаметр рабочего колеса, мм 800

Частота вращения, мин-1 2950

Подача, м3/с 9

Полное давление, Па 3000

Максимальный КПД 0,6

Мощность электропривода, кВт 55

8.3 Вентиляторы местного проветривания типа ВМП с пневматическим приводом

Предназначены для нагнетательного проветривания подземных тупиковых выработок по гибким или жестким вентиляционным трубопроводам в шахтах, опасных по газу и пыли, и имеют взрывобезопасное исполнения. Их безопасность обеспечивается и по факторам фрикционного искрения и статического электричества.

Вентиляторы ВМП-4М2, ВМП-6М (рис. 27) состоят из корпусов 2 и 5, ротора б, патрубков 1 и 8.

Вентиляторы ВМП-4М2Н и ВМП-6М/1 (рис. 28) оборудованы устройствами для снижения шума (секции У 7 и секции 12 для ВПМ-6М/1).



Рис. 27. Вентиляторы ВМП-4М2 и ВМП-6М

Рис. 28. Вентиляторы ВМП-4М2/1 и ВМП-6М/1

Корпуса вентиляторов представляют собой сварную конструкцию, в проточной части которой вварены листовые лопатки спрямляющего аппарата 7,а ротор состоит из листовых крученых лопаток, приваренных к конической сварной ступице б, посаженной на ось с подшипниками. В крышке сопла вмонтирован трехходовой пробковый кран 3, для регулирования подачи сжатого воздуха. Через штуцер с краном, который поставляется с комплектом принадлежностей, вентилятор подсоединяется к шахтной пневмосети.

При работе вентилятора сжатый воздух через фильтр в патрубке 9 поступает в сопло 4, затем на лопатки турбины, приводя во вращение рабочее колесо.

В зависимости от положения рукоятки 10 воздух подается по одному, двум или трем каналам сопла и вентилятор соответственно работает в режимах: пониженном, нормальном и усиленном. Отработанный воздух из турбины поступает в.выхлопную камеру, а затем в общий воздушный поток.

Техническая характеристика вентилятора

Аппаратура контроля проветривания тупиковых выработок АКТВ предназначена для автоматизированного управления вентиляторами местного проветривания (ВМП), и контроля поступления воздуха к забою тупиковой выработки.

Аппаратура АКТВ заменяет аппаратуру АПТВ (АЗОТ) и обеспечивает выполнение следующих функций:

автоматизированное местное и дистанционное (через систему телемеханики) управление пускателями ВМП, в том числе резервным;

задание режима проветривания тупикового забоя, автоматическое отслеживание его соблюдения и блокировку пускателя группового аппарата;

местную световую сигнализацию;

вывод информации в систему телемеханики;

цифровую индикацию скорости поступающего воздуха в тупиковый забой.

В состав АКТВ входят:

УАВВ -- аппарат управления вентиляторами;

ДСВ -- датчик контроля скорости воздуха в трубопроводе;

ИМИ -- имитатор.

Основные технические характеристики

Диапазон контролируемых скоростей воздуха в трубопроводе, м/с	4-25
Дискретность задания у ставки скорости воздуха, м/с	1,0
Номинальное значение напряжения питания, переменного тока частоты 50±1 Гц, В	660

Основные преимущества аппаратуры АКТВ по сравнению с серийной АПТВ (АЗОТ) :

-- Питание от сети 660 В и обеспечение при этом автоматического переключения на резервное питание при исчезновении рабочего.

-- Аппаратура выполнена на базе элементов микропроцессорной техники.

8.4 Вентиляционные трубы

По способности к электризации трубного материала трубы подразделяют на:

антиэлектростатические (антистатические) и электростатические (статические).

Трубы шахтные гибкие, предназначенные для объектов типа шахт, бывают двух видов:

Вентиляционная гибкая шахтная сварная (позволяет подавать воздух под давлением 1500 кПа). При изготовлении гибкой шахтной трубы для вентиляции сварным методом исключаются все возможные протечки воздуха, что повышает рабочие характеристики такого типа труб для вентиляции в разы;

Вентиляционная гибкая шахтная сшивная. Сшивка деталей для вентиляции производится на специализированных швейных машинах, после чего шов тщательно заливается выбранным клеевым составом. При производстве гибкой шахтной трубы для вентиляции сшивным методом швы обрабатывают специальным клеевым составом, чтобы предотвратить возможную утечку воздуха.