книги / Проветривание подземных горнодобывающих предприятий

ристик отдельных вентиляторов (см. в главе 5 раздел 5.3 «Последовательная работа вентиляторов на вентиляционную сеть»). Так, на рис. 8.4 два и три последовательно соединенных вентиляторов типа в дают верхние суммарные характеристики (в+в) и (в+в+в). Последняя суммарная характеристика перекрывает точку С.

Для определения фактической производительности вентиляторов для обоих периодов работы строятся характеристики трубопроводов Ti и Т* по пересечениям которых с характеристикой выбранного вентилятора б находят фактические значения подачи Ош и QB& а также развиваемого давления hBi и hB2-

Характеристику трубопровода строят следующим образом: задаются значениями QB (1, 2, 3, или 10, 20, 30, ...) и по формулам (8.26) или (8.28) подсчитываются соответствующие значения развиваемых давлений hB. Точки с координатами Ош и Ьш переносят на график (см. рис.8.4) и соединяют плавной кривой (кривые Ti и Тг).

Чтобы определить фактическую производительность трех последова­ тельно включенных вентиляторов, необходимо построить характеристику трубопровода Т3, на который они работают. Точка пересечения характе­ ристики Т3 с суммарной характеристикой вентилятора (в+в+в) даст фактический режим их работы: подачу Овз и развиваемое давление (разрежение) Ьвз-

Вентиляторы, работая каскадом, могут создать большой напор, который не всегда выдерживается трубами. К примеру, матерчатые трубы типа М диаметром 0,6 м выдерживают напор до 590 даПа, диаметром 0,5 м - не более 740 даПа. В этом случае вентиляторы рассредоточивают по длине трубопровода. Порядок расчета рассредоточенной установки21 вентиляторов следующий [16]:

	1.	Выбирается, как			правило,
	один тип		вентиляторов.		Произво­
	дительность		первого	вентилятора
	должна равняться расчетной - форму­
	ла (8.25), т.е, QBI = QB. Пересечение
	прямой из координаты QBI с
	характеристикой вентилятора (точка
	1 на рис. 8.5) определяет напор
	первого вентилятора hBi.
	2. Расстояние между первым и
	вторым	вентиляторами Li рассчиты­
	вается следующим образом
Рис. 8.5. Определениережимов	Ai = 0,5-LQB! / (QBI - Qm) ,				(8 30)
работырассредоточение	Bi = LhBi / г(0в1 - 0зп)0в1			»	(8.31)
установленных вентиляторов

натрубопроводе

a h3 - аналогично (8.35): h3 = hB3 + 0,2 hBi + 0,2 hB2. Расчеты требуется вести до тех пор, пока не будет удовлетворяться условие

0,8Lj + 0,8L2 + 0,8L3 + + 0,8L*i + U > L

(8.39)

5.Объем воздуха, который должен подаваться по выработке к всасу

первого вентилятора, определяется по формуле Q > l,43Qm

8.6. Определение расчетного режима работы вентилятора, установленного на вентиляционной скважине

Иногда, в силу необходимости вентилятор, нагнетающий воздух по трубам в забой, устанавливают на вентиляционной скважине. В этом

случае	вентилятор	преодолевает	одновременно	сопротивление
трубопровода (R) и сопротивление скважины (Rc).
Сопротивление скважины складывается из следующих составляю­
щих [16]:
а)	сопротивление внезапного сужения при			входе воздуха из
выработки 5 в скважину 1 (рис. 8.6)
		Re* = 0,0811 •ÇC'PBИ*		(8.40)

Рис. 8.6. Установкавеншлаторана ветиляционной скважине: 1 - скважина; 2 - переходник; 3 - вентилятор; 4- трубо­ провод; 5 - полевая выработка; 6-плас-

товыйппрек.

где Çc - коэффициент местного

сопротивления		внезапного			су­
жения	воздушного			потока,
который согласно			[35]	зависит
от	соотношения			сечений
выработки 5		на	рис.	8.6	и

скважины. Ориентировочно его можно принять равным 0,5;

рв - плотность воздуха, кг/м3, можно принять равным 1,2;

dc - диаметр скважины, м.

б) сопротивление трения скважины

Re = 6,36<xcL£/d c5> (8.41)

где Ос - коэффициент аэродина­ мического сопротивления трения, который колеблется в пределах от 0,0004 до 0,0006;

Lc - длина скважины, м.

в) сопротивление переходника 2 (см. рис. 8.6)
R„ = 0,0811 -^пРв /dn4	(8.42)

где d„ - диаметр переходника, м;

-коэффициент местного сопротивления поворота переходника:

=0,85 при радиусе округления переходника 0,125(1^ ^ =

0,70 при радиусе скругления 0,5d„ [35].

Таким образом,

Rc = RcBc + Rc + Rn .	(8.43)
Тогда формулы (8.26) и (8.28) запишутся в виде:
для жестких (металлических) трубопроводов
hB = (R + Rc)QB2 /куг + £ hM
для гибких
hB = (R + Rc)Q»2/kyr	(8.44)

Производительность вентилятора рассчитывается по одной из формул (8.25), методика выбора вентилятора остается прежней, а место его установки определяется расположением скважины в выработке.

При расчете вентиляторов, установленных рассредоточение вдоль трубопровода, имеются некоторые особенности:

а) производительность первого вентилятора, установленного на скважине, определяется по одной из формул (8.25), т.е. QB! = QB; по величине QBI и выбранной характеристике вентилятора (см. рис. 8.5) находится его напор (hBi);

б) расстояние Li между первым, который установлен у скважины, и вторым вентиляторами рассчитывается следующим образом:

Ai - 0,5-LQBI / (QBI - Qan) ,

Bi - L(hBi - RCQBI2) / г(0в] - QSIOQBI

LI = AI - (Ai2 - Bi)172 ;

в) далее расчет вентиляторов ведется как в предыдущем разделе, т.е. поформулам (8.36) - (8.39) и т.д.

9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ

Проект вентиляции является одним из важнейших разделов общего проекта разработки месторождения. Проектирование эффективной системы вентиляции гарантирует обеспеченность рудника или шахты свежим воздухом и, следовательно, безопасность, здоровье и высокую производительность труда горнорабочих.

Неудачный проект проветривания рудника увеличит стоимость вентиляции и в конечном счете приведет к необходимости реконструкции всей вентиляционной системы. Поэтому уже на стадии проектирования очень важно сделать правильный выбор способов и схем проветривания рудника, точный подсчет общерудничной депрессии и требуемого объема воздуха, необходимого (оптимального или рационального) размещения средств воздухораспределения. Рассмотрение этих вопросов и составляет содержание проекта вентиляции. Обычно проект вентиляции каждого рудника состоит из следующих разделов:

а) выбор способа и схемы проветривания рудника; б) подсчет необходимого объема свежего воздуха, подаваемого в

пункты его потребления и в шахту в целом; в) распределение воздуха по рабочим зонам;

г) определение общерудничной депрессии (давления, напора); д) выбор вентиляторов для главной вентиляторной установки;

е) расчет естественного требуемого воздухораспределения в руднике и определение мест размещения регулирующих устройств;

ж) определение надежности воздухораспределения и разработка мероприятий по ее повышению;

з) подсчет стоимости системы вентиляции.

9.1. Выбор способа и схемы проветривания рудника

г

Известны три способа проветривания рудников: всасывающий, нагнетательный и комбинированный (всасьшающе-нагнетательный). Наиболее широко распространен всасывающий способ проветривания. На рудниках России примерно 85 % угольных и рудных шахт используют всасывающий способ проветривания. Причиной этому служит тот факт, что до 80-х годов Правилами безопасности предписывалось на газовых шахтах использовать только всасывающий способ проветривания. Кроме того, считалось [12], что при всасывающем способе проветривания утечки воздуха и капитальные затраты при прочих равных условиях меньше, чем при нагнетательном способе. Однако практика эксплуатации рудников с разными способами проветривания эго не подтвердила.

Комбинированный способ проветривания применяют на крупных рудниках, когда требуется подать большие объемы воздуха и преодолеть

направляться снизу вверх; запрещается проветривание выработок диффузией (в негазовых шахтах допускается проветривание тупиков длиной не более 10 м); объем воздуха, подаваемого в шахту, разрабатывающую пласты или участки, опасные по выбросам угля и газов и суфлярным выделениям, должен быть таким, чтобы содержание горючих газов в общей исходящей струе не превышало 0,5 %, но не менее 2,1 м3/мин на 1 м3 среднесуточной добычи горной массы.

Все применяемые на рудниках и шахтах схемы проветривания по расположению основных воздухоподающих и вентиляционных выработок (стволов, штолен) делятся на центральные и фланговые. При центральной схеме основные вскрывающие залежи полезного ископаемого воздухоподающие и вентиляционные выработки группируются в одном месте, т.е. располагаются на одной промплощадке, которая может быть размещена в центре шахтного поля или ошесена ближе к ее границам. На рис. 9.1, а представлена именно такая схема вентиляции однокрылого рудника с расположением стволов (воздухоподающих и вентиляционного) в одном месте. Такая схема приводит к тому, что по главным выработкам 2-3-4-5 и 5-7-6 свежая и отработанная струи движутся в противоположных направлениях (возвратноточная схема). Существует закономерность: если основные струи воздуха движутся в противоположном направлении, то схема соединения выработок становится параллельной (рис.9.1, в).

Рис. 9.1. Центральная и фланговая схемы вентиляции рудника

При фланговой схеме проветривания вентиляционные выработки (стволы, шурфы) отнесены к границам шахтного поля (рис.9.1, б). Воздухоподающие выработки могут располагаться з центре шахтного поля, могуг быть отнесены к границам или располагаться непосредственно на границе шахтного поля. Существует много разных вариантов

ионного воздуха. С поверхности главной вентиляторной установкой подается в рудник Q объемов воздуха, а по шахте циркулирует Q + q объемов. Подобные схемы вентиляции широко используются за рубежом не только для целей вентиляции, но и при кондицировании воздуха. К примеру, в Англии в 1971 году была использована только одна рециркуляционная схема вентиляции, в 1982 году такие схемы использовались в шахтах и рудниках в 63 случаях [76]. Российские нормативные документы [10. 35] применять подобные схемы вентиляции в рудниках и шахтах запрещают.

4. При фланговой схеме сокращается путь движения воздуха от воздухоподающих стволов к вентиляционным (почти в два раза), что уменьшает депрессию рудника и, следовательно, затраты на вентиляцию.

Это условие сохраняется только при доработке месторождения при центральной схеме проветривания, когда рабочие зоны сконцентрированы у границы шахтного поля при прямом (месторождение дорабатывается) или обратном (начало отработки месторождения) порядке отработки.

Выбор схем вентиляции производится по следующим факторам:

а) возможности осуществления подачи расчетно-необходимого объема свежего воздуха к пунктам потребления (определяется расчетом);

б) наличию общих утечек воздуха, включающих утечки в рабочих панелях (блоках, выемочных участках), в подготавливаемых и отработанных панелях, в надшахтных комплексах;

в) объему подготовки панелей в течение всего срока эксплуатации рудника (в данный объем включается объем вынутой горной массы при подготовке).

Конечный выбор схем вентиляции в зависимости от первоначальных капитальных затрат, сроков ввода мощностей и т.д. производится при проектной проработке. Ниже приведены примеры расчета схем пентиляции при осуществлении равномерного распределения свежего воздуха между рабочими панелями (добычными участками). В том случае, когда расчетно-необходимые объемы воздуха для подачи в добычные участки отличаются друг от друга, расчеты вентиляционных сетей производятся сетевыми методами. При расчетах рабочие, отработанные или подготавливаемые участки условно называются вентиляционными участками (ВУ), рабочие участки, в которых ведется выемка полезного ископаемого, - рабочими вентиляционными участками (РВУ). Расчетные вентиляционные сети при центральной и фланговой схемах проветривания показаны на рис. 9.3 и 9.4.

9.1.1. Центральная схема вентиляции

Центральная схема проветривания показана на рис. 9.3, на котором воздух поступает по стволу' движется по главному транспортному