Аэрология горных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Заочно-вечерний факультет

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

Контрольная работа

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Аэрология горных предприятий»

Выполнил

А.П. Плохотнюк

Иркутск 2017

Оглавление

1. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть

2. Оценка трудностей проветривания шахты

3. Схема проветривания рудника

4. Проветривание подготовительных забоев

5. Какие применяются вентиляторы главного проветривания

6. Какие применяются вентиляторы местного проветривания

7. Как регулируется микроклимат шахты

8. Газовый режим

Список используемой литературы

1. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть

Все достоинства и возможности вентилятора могут проявляться далеко не во всех случаях его эксплуатации. Даже современный вентилятор может иметь очень плохие эксплуатационные характеристики при работе на вентиляционную сеть, если эта сеть по своим параметрам не соответствует рабочим параметрам вентилятора.

Индивидуальная характеристика любого современного шахтного вентилятора представляет собой семейство частных характеристик, построенных на основе изменения скорости вращения рабочего колеса или угла поворота лопаток.

Однако следует помнить, что после окончания регулировки, т.е. выбора конкретной величины скорости вращения и угла поворота лопаток, вентилятор работает на единственной напорной характеристике, соответствующей выбранным регулировочным параметрам.

С другой стороны, вентилятор при его эксплуатации работает на определенную вентиляционную сеть. Следуя законам аэродинамики, любую сеть можно представить выражением H=RQ , где R - аэродинамическое сопротивление сети. Это выражение представляет собой общий вид характеристики сети.

Режимом работы вентилятора называется точка на его напорной характеристике с координатами, представляющими собой производительность и депрессию, развиваемые вентилятором в данном случае.

Если обе характеристики (вентилятора 1 и сети 2) построить в одном масштабе в системе координат, при соответствии параметров сети возможностям вентилятора, появится точка А (возможно не одна) пересечения этих характеристик. Поскольку эта точка одновременно является и режимом работы вентилятора и режимом работы сети, она получила специальное название - режим работы вентилятора на сеть.

Режим работы вентилятора на сеть может быть устойчивым и неустойчивым. Устойчивым режимом считается режим, при котором одному значению депрессии соответствует одно значение производительности.

Неустойчивые режимы располагаются у вершины напорной характеристики вентилятора и слева от нее. Неустойчивый режим может быть пульсирующим или многозначным. В первом случае режим находится в области вершины напорной характеристики, производительность вентилятора изменяется значительно при практически неизменяемой величине давления. Во втором случае характеристика вентилятора пересекается с характеристикой сети в нескольких точках, мало отличающихся по производительности, но заметно отличающихся по давлению. Оба случая вредны как для сети, так и для вентилятора.

Режимом работы вентилятора при постоянных регулировочных параметрах на конкретную сеть называется точка пересечения характери стик этого вентилятора и этой сети. Координаты этой точки представляют собой производительность и депрессию, которые развивает вентилятор, работая на эту сеть. Режимом работы сети называется точка на ее характеристике с координатами, представляющими собой расход воздуха в сети и депрессию, необходимую для обеспечения этого расхода.

Для вентиляционной сети неустойчивая работа вентилятора опасна низкой надежностью и отсутствием гарантий подачи воздуха в достаточном количестве к потребителям со всеми вытекающими последствиями. С другой стороны, неустойчивый режим работы вентилятора приводит к возникновению опасных напряжений в конструкциях установки и возможности их разрушения во время работы. Устойчивая работа вентилятора на сеть может быть обеспечена при соблюдении двух основных условий: G рабочий режим вентилятора должен находиться на нисходящей ветви напорной характеристики, справа от ее вершины; G величина депрессии, развиваемой вентилятором, должна составлять не более 90% от максимальной для этой вершины. Возможность возникновения и характер неустойчивости режима в первую очередь определяется формой напорной характеристики вентилятора. Монотонные характеристики всегда гарантируют устойчивый режим работы, чего нельзя сказать о горбатых характеристиках и тем более о многогорбых (седловидных).

Таким образом, с точки зрения устойчивости, вентилятора предпочтительнее ориентироваться на вентиляторы центробежные и тихоходные осевые.

В результате использования напорной частной характеристики вентилятора, соответствующей определенной скорости вращения и определенному углу установки лопаток рабочего колеса и ( или) направляющего аппарата, при его работе на сеть можно получить один устойчивый режим. Однако все современные шахтные вентиляторы снабжаются индивидуальной характеристикой, представляющей семейство частных, построенное по одному из регулировочных параметров. В этом случае нанесенная на область полезного использования вентилятора характеристика шахты пересекает множество частных характеристик, построенных по углу поворота лопаток рабочего колеса или по скорости вращения.

Движение нужного количества воздуха в пределах вентиляционной сети шахты обеспечивается перепадом давлений в точке входа в сеть и точке выхода из нее. В зависимости от варианта создания необходимого перепада давлений в сети различают нагнетательный, всасывающий и комбинированный (нагнетательно-всасывающий) способы проветривания сети. Техническая сторона организации того или другого способа заключается в схеме включения вентилятора в эту сеть. Связь вентилятора с шахтной вентиляционной сетью и атмосферой осуществляется с помощью вентиляционной установки, в которую кроме самого вентилятора входят соединительные каналы, клапаны, ляды, регулирующие устройства и другие элементы.

2. Оценка трудностей проветривания шахты

Для оценки относительной трудности или лёгкости проветривания шахт существует понятие эквивалентное отверстие. Эквивалентным отверстием шахты называют воображаемое круглое отверстие весьма тонкой стенке, через которое при разности давлений по ту и другую сторону, равное депрессии шахты будет проходить тоже количество воздуха что и через шахту под влиянием той же депрессии.

Площадь эквивалентного отверстия обозначается буквой А. А=0,38/vR.

Чем больше эквивалентное отверстие, тем меньше сопротивление шахты и тем легче её проветривание. Шахты считаются:

- трудно проветриваемыми при А меньше 1м2;

- средней трудности проветривания при А = 1-2м2;

- легко проветриваемыми при А больше 2м

3. Схема проветривания рудника

Проветривание шахты, рудника вентиляторами производится по центральной, фланговой и комбинированной схемам

Центральной схемой предусматривается поступление свежего воздуха в горные выработки через клетевой ствол и выдача загрязненного -- через скиповой, в устье которого установлен всасывающий вентилятор.
Фланговая или диагональная схема предусматривает поступление свежего воздуха через центральный ствол и выдачу загрязненного через шурфы или стволы, находящиеся на флангах шахтного поля.

Комбинированная схема состоит из элементов центральной и фланговой схем; возможным вариантом такой схемы является подача свежего воздуха через некоторые из центральных стволов, а выдача загрязненного -- частично через центральные с близлежащих участков и через фланговые с участков, удаленных от центра.Проветривание тупиковых выработок производится за счет общешахтной депрессии, сжатым воздухом и вентиляторами местного проветривания. Наиболее широко применяют проветривание вентиляторами, которые могут работать с нагнетанием свежего воздуха или со всасыванием загрязненного: возможна также комбинация этих способов с применением нескольких вентиляторов.

Для регулирования направления движения и количества воздуха, поступающего к забоям, используют различные вентиляционные устройства.

К ним относятся вентиляционные перемычки, двери, ляды, воздушные мосты и трубопроводы. Вентиляционная перемычка предназначена для изоляции отработанных участков шахтного поля, а также для разделения свежего и загрязненного потоков воздуха. Вентиляционные перемычки бывают бетонными, кирпичными, деревянными и надувными. Вентиляционные двери устанавливают для тех же целей, что и перемычки, в выработках, по которым происходит движение людей и грузов. Вентиляционные двери могут устанавливаться парно для шлюзования воздуха; управление дверями в выработках, по которым передвигаются составы вагонеток, осуществляют с помощью автоматических устройств. Ляды -- это люки для перекрытия наклонных и вертикальных горных выработок.

Воздушный мост, или кроссинг устраивают в месте пересечения двух горных выработок, по одной из которых движется чистый воздух, а по другой -- загрязненный. Воздушный мост представляет собой пространство в кровле выработок, изолированное от одной и соединенное с другой выработкой. В нижней части воздушного моста устанавливают вентиляционные перемычки или двери, перекрывающие выработку, которая связана с воздушным мостом. Воздух как бы перебрасывается через выработку, пересекающую путь его движению.

Вентиляционные трубопроводы составляют из жестких или гибких труб. Жесткие трубы изготавливают из стальных листов: длина труб 2,5-3,5 м, диаметр -- 500, 600, 700, 800 и 900 мм. Гибкие трубы -- из прорезиненных тканей; длина гибких труб -- 5, 10 и 20 м, диаметр -- от 300 до 1200 мм.

Способ проветривания

Порядок проветривания всех выработок шахты определяется вентиляционным планом, который составляется не реже одного раза в полугодие. Все изменения в положении выработок, вентиляционных дверей, перемычек, окон, кроссингов, вентиляторов местного проветривания в направлении движения и количестве по выработкам воздуха отмечаются на вентиляционном плане в течение суток.

В зависимости от направления подачи воздуха вентиляторами главного проветривания различают три способа проветривания:

Комбинированный

Общешахтное проветривание

Вентиляция шахты - система мероприятий, направленная на поддержание во всех действующих горных выработках шахты атмосферы с параметрами, необходимыми для ведения горных работ.

Различают вентиляцию общешахтную, при которой воздух, подаваемый с поверхности, омывает основные выработки шахты, и местную вентиляцию. Средства инженерного обеспечения вентиляции шахты: вентиляторные установки, вентиляционные сооружения шахт, вентиляционные регуляторы, вентиляционные трубопроводы (обычно при местной вентиляции), горные выработки, проходимые специально для вентиляции (вентиляционные выработки), средства снижения аэродинамического сопротивления выработок и утечек воздуха. Основные схемы вентиляции шахты: центральная и фланговая; их сочетание -- комбинированная схема.

При центральной схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту и выходит из неё через стволы в центре шахтного поля. Схема применяется при ограниченных размерах шахтного поля по простиранию и относительно небольшой мощности шахты, ведении работ на глубоких горизонтах; обеспечивает быстрый ввод в действие главного вентилятора и создание сквозной струи при строительстве шахты; характеризуется большой протяжённостью пути движения воздуха, наличием параллельных струй чистого и загрязнённого воздуха, их неоднократными пересечениями и, как следствие, большими утечками и депрессией шахты.

Разновидность центральной схемы -- схема с центрально-отнесённым расположением вентиляционного ствола. При фланговой схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту через ствол в центре шахтного поля, выходит через стволы (шурфы), расположенные на флангах. Схема применяется на неглубоких шахтах, когда невозможно или нецелесообразно поддерживать единый вентиляционный горизонт; практически исключает встречное движение поступающей и исходящей струй; длина пути движения воздуха, утечки и депрессия шахты меньше, чем при центральной схеме. Однако по схеме требуется не менее трёх вентиляционных стволов и обычно не менее двух вентиляторных установок; в период подготовки шахтного поля вентиляция шахты затруднена. Разновидности фланговой схемы: крыльевая -- единая выработка для исходящей струи на всё крыло (рис., б), групповая -- выработки для исходящей струи проходятся на каждую группу участков крыла (рис., в), участковая -- выработки для исходящей струи проходятся на каждом участке (рис., г). вентилятор проветривание шахта аэрация

При небольших и средних размерах шахтных полей, небольшой мощности и газообильности шахты применяют единые схемы вентиляции шахты. На крупных шахтах с высокой газообильностью, при объединении нескольких шахт и разработке одной шахтой нескольких удалённых друг от друга залежей используют секционные схемы вентиляции шахты, при которых шахтное поле делится на обособленно вентилируемые секции

4. Проветривание подготовительных забоев

Проветривание забоев подготовительных выработок (забои штреков и др.) является наиболее трудным. Почти во всех рудниках скорость движения воздуха в забоях штреков ниже, чем в очистных забоях. Забой подготовительной выработки заканчивается тупиком и представляет собой как бы мешок различной длины с одним выходом.

Для подготовительных забоев правилами безопасности требуются следующие скорости движения воздуха: до 15°--0,15 м/сек, 15--20° -- 0,3 м/сек, 20--22°--1 м/сек, 22--24° --1,5 м/сек и 24--26° --2 м/сек. Максимально допустимая скорость -- 4 м/сек.

Наиболее эффективен способ обособленного проветривания при помощи подачи воздуха по воздуховодам вентилятором с каким-либо побудителем.

Электромоторы как источник энергии в газовых шахтах применять опасно, поэтому в таких случаях применяют водяные или воздушные турбинки.

Эффективность проветривания подземных выработок зависит в значительной степени от организации надзора за вентиляционным хозяйством и системой проветривания в целом. При динамичности условий, быстром изнашивании всякого оборудования в условиях подземных работ поддержание правильного проветривания возможно только при тщательном ежедневном надзоре и ремонте, очень часто мелком, но играющем существенную роль во всей организации проветривания.

5. Какие применяются вентиляторы главного проветривания

В качестве главных вентиляторов на шахтах применяют осевые и центробежные вентиляторы.

Начало формы

Индивидуальными характеристиками вентилятора являются зависимости давления, мощности и к. п. д. от подачи. Современные вентиляторы обладают средствами изменения индивидуальных характеристик: осевые -- регулируемыми спрямляющими аппаратами и рабочими колесами с регулируемыми углами установки лопаток, центробежные -- регулируемыми направляющими аппаратами и регулируемым приводом.

Индивидуальные характеристики образуют поле рабочих режимов вентиляторов. Область промышленного применения поля режимов ограничивается условиями экономичной и устойчивой работы вентиляторов. Вентиляционная установка главного проветривания может работать экономично только при условии, если ее к. п. д. не ниже 0,6, а установка местного проветривания -- при минимальном значении к. п. д. 0,5. Область промышленного применения (экономичной работы) вентилятора характеризует его возможные экономичные режимы в процессе длительной эксплуатации. В этом отношении наиболее широкую область экономичной работы, а следовательно и наибольшую глубину регулирования имеют Центробежные вентиляторы с регулированием скорости вращения турбины (колеса) и осевые с регулируемым углом установки лопаток рабочего колеса.

Центробежные вентиляторы

Для вентиляционных установок главного проветривания применяют центробежные вентиляторы типов ВЦ (одностороннего всасывания) и ВЦД (двухстороннего всасывания) с подачей от 30 до 715 м3/с и статическим давлением от 0,5 до 9,2 кПа. В качестве вспомогательных вентиляторов используются центробежные вентиляторы типов ВЦ, ВШЦ (шурфовой), ВЦП и ВЦПД-8УМ (П -- проходческий для проветривания забоев шахтных стволов) с подачей от 5 до 46 м3/с и с давлением 0,51 -- 6,68 кПа. Цифры в маркировке вентиляторов показывают диаметр рабочего колеса в дециметрах.
Центробежные вентиляторы ВЦ-7 и ВМЦ-8 применяются также для проветривания тупиков проводимых подготовительных выработок и восстанавливаемых выработок, т. е. используются в качестве вентиляторов местного проветривания. Подача их невелика -- порядка 4--7 м3 при работе в оптимальном режиме при давлении 5--5,5 кПа.

Центробежный вентилятор состоит из рабочего колеса, спирального корпуса 2, направляющего аппарата 3, главного вала 4, рамы 5, диффузора 6, электродвигателя 7 и подставки 8: Рабочее колесо вентилятора ВШЦ-16 представляет собой конструкцию, которая включает восемь крыловидных лопаток, приваренных к плоскому заднему и коническому переднему дискам, ступицу и обтекатель. Спиральный корпус вентиляторов выполнен литым. Осевые направляющие аппараты вентилятора ВШЦ-16 состоят из 12 плоских лопаток, регулирующих механизмов одновременного поворота лопаток и обтекателя.

Изменение режима работы по подаче и давлению, реверсирование воздушной струи, переход с рабочего вентилятора на резервный, а также включение и выключение вентиляторов производятся с помощью специальных комплексов аппаратуры дистанционного управления.

Современные центробежные вентиляторы характеризуются значительной глубиной зоны экономической работы, хорошей настройкой на необходимый шахте вентиляционный режим, минимальными затратами мощности.

Осевые вентиляторы

Вентиляторы для установок главного проветривания типа ВОД имеют подачу от 20 до 650 м3/с и развивают статическое давление в области промышленного использования от 0,8 до 3,4 кПа. Все они (кроме ВОД-11) .выполнены реверсивными и в состоянии обеспечить при реверсе не менее 60% нормальной подачи, как того требуют ПБ.

Осевые вентиляторы местного проветривания имеют подачу в оптимальном режиме от 1 до 20 м3/с для вентиляторов с электроприводом и °т 0,4 до 6 м3/с для вентиляторов с пневмоприводом. Полное давление, достигаемое этими вентиляторами, составляет 0,93--2,75 кПа.

Все осевые вентиляторы во время работы сильно гудят. Для снижения шума строят специальные шумопоглощающие помещения на выходе из диффузора (для вентиляторов, расположенных на поверхности) или подсоединяют к всасу и со стороны нагнетания специальные глушители шума типа ГШ. По этой же причине вентиляторы типа ВОД не имею? входных направляющих аппаратов, а в вентиляторе ВОД-16 отсутствует также спрямляющий аппарат, а его рабочие колеса вращаются встречно. Регулирование подачи осевых вентиляторов (кроме вентиляторов местного проветривания) производится путем изменения угла установки лопаток рабочего колеса (колес) от 15 до 45°.

6. Какие применяются вентиляторы местного проветривания

Вентиляторы местного проветривания ВМ-4М, ВМ-5М и ВМ-6М состоят из корпуса со спрямляющим аппаратом, рабочего колеса, входного направляющего аппарата и встроенного взрывобезопасного асинхронного двигателя. Вентилятор смонтирован на салазках. На литой конической втулке установлено 6 лопастей. Направляющий аппарат имеет 9 профильных резиновых лопаток. У вентилятора на всасывающей и нагнетательных сторонах могут быть установлены глушители шума.

Вентилятор ВМП-4 одноступенчатый с приводом от встроенной пневматической турбины слит для проветривания глухих выработок, в которых применение электрических вентиляторов запрещено ПБ. ВМП состоит из корпуса, вала, рабочего колеса с пневматической турбиной и коробки с соплами для регулирования рабочего режима вентилятора. С помощью трёхходового крана, связанного с рукояткой, производится подвод сжатого воздуха к одному, двум, трём соплам, благодаря чему достигается работа вентилятора соответственно на пониженном, нормальном и усиленном режиме.

При необходимости увеличения давления два ВМП соединяют последовательно.

7. Как регулируется микроклимат шахты

Микроклимат щахты - метеорологические условия в подземных горных выработках шахты (рудника).

Микроклимат шахты характеризуется совокупностью среднегодовых значений температуры, относительной влажности, давления, скорости движения воздуха и температуры поверхностей выработки; изменением этих параметров в течение года и по длине вентиляционного пути. Значения параметров микроклимата шахты зависят от геотермических условий месторождения и глубины горных работ; поперечного сечения, типа крепи и протяжённости горных выработок, интенсивности их вентиляции, от тепловыделений машин, электрооборудования, окислительных и других экзотермических или эндотермических процессов; от уровня и колебаний метеорологических параметров на поверхности, условий подогрева, увлажнения и охлаждения рудничного воздуха, а также от процессов его теплообмена и массообмена с окружающим породным массивом.

Микроклимат шахты оказывает непосредственное влияние на технологические условия, безопасность горных работ ипроизводительность труда шахтёров. От него зависят возможность механизации работ (например, применение гидропривода),устойчивость многолетнемёрзлых горных пород и опасность их обрушения при оттаивании, условия борьбы с пылью и содержания противопожарных водопроводов, уровень травматизма и др. Регламентация микроклимата шахты направлена в первую очередь на охрану здоровья шахтёров. В CCCP предельно допустимая температура 26°С при скорости воздуха не менее 2 м/с и влажности до 90%. В других странах пределы иные: в Великобритании 27,8°С, в ФРГ 28°С, в ЮАР 33,3°С (по мокрому термометру, при скорости воздуха свыше 0,25 м/с). Относительная влажность воздуха меняется от 70-80% в околоствольных дворах до 90-100% в конце очистных забоев. Давление рудничного воздуха возрастает пропорционально глубине, но его изменения и влияние на другие параметры микроклимата шахты незначительны. Скорость движения воздуха в горных выработках, где постоянно находятся люди, изменяется в пределах 0,25-8 м/с. Комфортные условия работы создаются путём обеспечения оптимальных (рациональных) параметров микроклимата шахты с одновременным учётом затрат на кондиционирование воздуха и уровня производительности труда. На шахтах Севера применяются подогрев воздуха в холодный период года до умеренной (отрицательной или положительной) температуры (при обеспечении устойчивости выработок), рециркуляционное проветривание и др. Наиболее перспективно обеспечение необходимого уровня параметров микроклимата шахты с использованием природных и вторичных ресурсов тепла и холода.

8. Газовый режим

Газовый режим шахты - распорядок, вводимый на шахтах (рудниках), опасных по выделению метана или водорода. Если шахта опасна не только по газу, но и по взрывчатой пыли, то вводится т. н. пыле-газовый режим.

К опасным по газу относятся шахты, в которых хотя бы один раз и на одном пласте было обнаружено присутствие метана. В зависимости от газообильности шахты разделяются на 4 категории (табл.).

Газовый режим предусматривает выполнение организационно-технических мероприятий для предупреждения скопления газа до опасных пределов и появления источников воспламенения газа. Это достигается осуществлением интенсивной вентиляции выработок и дегазации полезных ископаемых и вмещающих пород; применением таких способов работ и механизмов, при которых скопление газа минимально; регулярным контролем содержания газа в воздухе горных выработок при помощи газоопределителей и аппаратуры автоматического контроля и аварийного оповещения. Вторая группа мероприятий состоит в том, чтобы не допускать в шахте открытого пламени, раскалённых предметов и искр (достигается применением предохранительных взрывчатых веществ, электрооборудования в специальном исполнении, соблюдением предохранительных мер при ведении горных работ и др.).

При разработке пластов, опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям, при наличии слоевых скоплений метана Г. р. включает ряд дополнительных мероприятий.

Список используемой литературы

1. Ушаков К.З., Гурчаков А.С., Кучков И.И., Медведев И.И. «Аэрология горных предприятий», Москва. Издательство «Недра», 1987;

2. Ушаков К.З., Груничев Н.С., Архипов Н.А. «Основы проектирования вентиляции горных предприятий», Иркутск, издательство ИРГТУ, 2006;

3. Архипов Н.А. «Вентиляция шахт», Иркутск, издательство ИРГТУ, 2006;

4. «Рудничная вентиляция». Справочник под редакцией Ушакова К.З., Москва, издательство «Недра», 1988;

5. Биткалов Н.З., Медведев И.И. «Аэрология карьеров», Москва, издательство «Недра», 1992;

6. Никитин В.С., Биткалов Н.З. «Проветривание карьеров», Москва, издательство «Недра», 1975;

7. Морин А.С., «Технология проветривания глубинных и сверхглубинных карьеров», Москва, издательство «Макс-пресс», 2006;

8. Косарев Н.П., Попов Ю.В. «Аэродинамика вентиляционных процессов и устройств на глубинных картерах», Свердловск, издательство УГГУ, 2009;

9. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработки твердых полезных ископаемых», Приказ Ростехнадзора от 11.12.2013 г. №599.

Размещено на Allbest.ru