какие тупиковые выработки в газовых шахтах оборудуют резервными вентиляторами местного проветривания
Вентиляция тупиковых выработок
ВЕНТИЛЯЦИЯ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК (а. dead heading ventilation, ventilation line end; н. Sonderbewetterung der nichtdurchgangigen Bauen; ф. ventilation des culs-de-sac, aerage des galeries en culs-de-sac; и. ventilacion de los topes ciegos) — комплекс мероприятий по обеспечению свежим воздухом тупиковых выработок шахт. 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. 1, 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.
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. 1, 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.
Реклама
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).
При вентиляции тупиковых выработок вентиляторами главного проветривания продольные перегородки (рис. 2, 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. 2, 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. 2, 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.
Вентиляционная система тупиковой выработки
Проветривание тупиковых забоев должно обеспечивать:
— удаление из выработки в расчетное время ядовитых газообразных продуктов разложения взрывчатых веществ (ВВ);
— разбавление и удаление из выработок ядовитых и взрывчатых газов, выделяющихся из пород и полезного ископаемого;
— создание нормальной температуры воздуха в забое и во всей выработке.
— разбавление пылевого облака и вынос пыли вентиляционной струей.
Проветривание осуществляется за счет совместного действия вентиляторов главного проветривания и естественной тяги, а также местных побудителей вентиляции, вентиляторов местного проветривания (ВМП), эжекторов и т.п. Выработки, проводимые парным забоем, в большинстве случаев проветриваются за счет общешахтной вентиляции и работы ВМП.
При составлении схем проветривания необходимо учитывать требования ПБ: вентилятор местного проветривания должен быть установлен в выработке со свежей струей на расстоянии не менее 10 м от струи, выходящей из устья тупиковой выработки; производительность ВМП не должна превышать 70 % от дебита струи, из которой вентилятор забирает свежий воздух.
При проведении горных выработок в угольных шахтах могут быть использованы различные способы и схемы проветривания.
В настоящее время преобладающим способом вентиляции тупиковых выработок является проветривание с помощью ВМП.
Преимущественное распространение в нашей стране и во многих других странах получил нагнетательный способ проветривания с использованием гибких вентиляционных труб и вентиляторов местного проветривания (рис. 1.16).
Достоинства этого способа заключаются в интенсивном перемешивании воздуха в призабойном пространстве и разбавлении его свежим воздухом, поступающим из конца воздухопровода. Исходящая из забоя струя выходит по выработке к устью, захватывая по пути все вредные и взрывчатые газообразные примеси, выделяющиеся из стенок, кровли и почвы выработки. К достоинствам следует отнести и то, что возможно применение гибких (матерчатых прорезиненных и иных) трубопроводов, удобных в эксплуатации.
Рис. 1.16. Схема нагнетательного проветривания тупиковой выработки:
1 – нагнетательный вентилятор; 2 – нагнетательный трубопровод.
Основной недостаток способа – загазирование всей выработки и необходимость постепенного разбавления этих газов до санитарных норм, что при большом объеме (длине) выработок требует установки вентиляторов значительной производительности и труб большого диаметра.
Всасывающий способ проветривания (рис. 1.17) может применяться, когда из стенок, кровли и почвы выработки не выделяются взрывчатые и ядовитые газы.
Рис. 1.17. Схема всасывающего проветривания тупиковой выработки:
1 – всасывающий вентилятор; 2 – всасывающий трубопровод.
Достоинства этого способа заключаются в том, что высасываемый из призабойного пространства воздух, содержащий продукты разложения ВВ, удаляется по вентиляционным трубам, а по выработке от устья к забою движется свежая струя, поэтому работы могут не прекращаться. Этот способ проветривания очень эффективен в тех случаях, когда конец вентиляционных труб отстоит от забоя на расстояние 2–3 м, но последнее осуществить трудно.
Зависимость эффективности всасывающего проветривания от длины выработки невелика, поэтому данный способ рекомендуется для проветривания выработок большой протяженности.
Основной недостаток способа – невозможность применения гибких трубопроводов. Этот недостаток может быть устранен, если вентилятор устанавливать не в выработке со свежей струей, а непосредственно в тупиковой выработке близ забоя (рис. 1.18). В этом случае трубопровод состоит из отрезка жесткого трубопровода l1, наращиваемого по мере проведения выработки, и гибкого трубопровода l2. Через некоторое расстояние вентилятор переносят ближе к забою, а часть жесткого трубопровода, оказавшуюся при этом на стороне нагнетания, заменяют гибким. При такой установке вентилятора сочетаются преимущества всасывающего проветривания с возможностью применения гибких трубопроводов.
Рис. 1.18. Всасывающее проветривание призабойным вентилятором.
Комбинированное проветривание может осуществляться одним вентилятором (рис. 1.19), работающим после взрывания ВВ на всасывание, а затем переключаемым на нагнетание. На расстоянии от забоя, не более 50 м, устанавливается перемычка. Достоинство такого способа проветривания заключается в том, что за время всасывающей работы вентилятора, определяемое расчетом, по вентиляционным трубам выносится основная масса ядовитых газов, а за последующее время (режим нагнетания) газы, в небольшом количестве оставшиеся в призабойном пространстве, рассредоточиваются по части выработки, прилегающей к забою, не доходя до ее устья, вследствие чего исключается рециркуляция воздуха. Недостаток способа – необходимость применения жесткого трубопровода и реверсии вентилятора, что усложняет его установку.
Рис. 1.19. Комбинированное проветривание одним вентилятором и перемычкой
Комбинированное проветривание двумя вентиляторами с перемычкой (рис.1.20) или без перемычки заключается в том, что основной вентилятор, устанавливаемый в устье выработки, работает на всасывание, а вспомогательный, меньшей производительности, работает в нагнетательном режиме и предназначен для перемещения воздуха в заперемыченном пространстве или, при работе без перемычки, в пространстве, определяемом зоной активного действия вспомогательного вентилятора, с тем чтобы ядовитые газы были распределены по этому объему как можно равномернее.
Достоинство такого способа проветривания заключается в том, что выработка заполнена свежим воздухом, проветривание осуществляется быстро, что позволяет использовать этот способ при большой длине выработок, применяя относительно небольшие вентиляторы, а также при скоростных проходках. Для подготовительных выработок, в которых имеет место метановыделение, возможно применение нагнетательно-всасывающей схемы проветривания, комплексно учитывающей пылевой, газовый и другие факторы. До последнего времени нагнетательно-всасывающие схемы комбинированного способа проветривания не применялись из-за отсутствия технических средств для осуществления этого способа. В настоящее время с освоением выпуска пылеулавливающих агрегатов серии ППУ, стала возможной реализация различных нагнетательно-всасывающих схем комбинированного проветривания.
Рис. 1.20 – Комбинированное проветривание двумя вентиляторами с перемычкой:
1 – нагнетательный вентилятор; 2 – всасывающий вентилятор; 3 – трубопроводы;
Для проветривания подготовительных выработок, проводимых по газоносным угольным пластам, предложена схема (рис. 1.21). Она предусматривает подачу свежего воздуха с нагнетательной установки в два пункта: непосредственно в призабойное пространство Q1I, и в зону расположения пылеулавливающего агрегата Q3.
Рис. 1.21. Схема нагнетательно-всасывающего проветривания: 1 – комбайн;
2 – датчик контроля воздуха; 3 – пылеулавливающая установка; 4 – ВМП;
5 – воздуховыпускной клапан
Для проветривания тупиковых выработок, как правило, используются осевые вентиляторы местного проветривания с электрическим и пневматическим приводами. Наибольшее применение нашли осевые вентиляторы СВМ-4М, СВМ-5, СВМ-6М, ВМ-ЗМ, ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М, ВМ-12М (цифра означает размер входного и выходного патрубков в дециметрах).
Подача вентилятора регулируется с помощью направляющего аппарата с резиновыми профилированными лопатками, которые поворачиваются специальным механизмом на угол от +45 до –50°. Двигатели этих вентиляторов изготавливаются также во взрывобезопасном исполнении, что позволяет применять их в шахтах, опасных по газу и пыли.
Вентиляторы ВМП-ЗМ, ВМП-4; ВМП-5М, ВМП-6М (с пневматическим приводом) предназначены для проветривания тупиковых выработок в шахтах, опасных по внезапным выбросам угля и газа и суфлярным выделениям.
Подача вентиляторов типа ВМП регулируется с помощью сопел, подающих сжатый воздух на лопатки пневматического привода.
Вопросы для самоконтроля
1. Охарактеризуйте составные части вентиляционной системы шахты.
2.Какие требования предъявляются к главным и вспомогательным вентиляционным установкам?
3. Какие бывают способы проветривания шахты?
4. Какие бывают схемы проветривания шахты?
5. Требования ПБ при проветривании тупиковых выработок. Способы проветривания тупиковой выработки?
Вентиляция тупиковых выработок
Схемы проветривания за счет общешахтной депрессии
Для проветривания тупиковых выработок за счёт работы главного вентилятора, общешахтной депрессии, могут применяться продольные, а также параллельные перегородки и вентиляционные трубы.
Продольные перегородки используют при длинах выработок, не превосходящих 60 м, и необходимости подачи к забою больших количеств воздуха. Основное требование к перегородкам – достаточная степень воздухонепроницаемости.
Проветривание тупиковых забоев с помощью жестких вентиляционных труб осуществляется в сочетании с перемычкой, устанавливаемой в воздухоподающей выработке (рис. 1.). Так как аэродинамическое сопротивление вентиляционных труб сравнительно велико, то данный способ используется для проветривания коротких выработок.
Рис. 1. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (проветривание вентиляционных трубопроводов)
Проветривание на основе параллельных перегородок применяется для выработок большей протяженности, как правило, по полезному ископаемому при подаче значительных расходов воздуха (рис. 2). Для реализации этого способа рядом с основной выработкой прокладывают дополнительную. Обе выработки соединяются сбойками через определённое расстояние (10–20 м). Для соединения параллельных выработок можно также использовать скважины большего диаметра.
Рис. 2. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (параллельных выработок и перегородок)
При длине выработок, не превышающей 60 м, основным преимуществом перечисленных способов является непрерывность действия вентиляции в течение суток и отсутствие в выработках дополнительных побудителей тяги, что повышает надежность и безопасность работ.
Проветривание тупиковых выработок вентиляторами
В зависимости от горно-геологических условий и способов проходки, применяются нагнетательный, всасывающий и комбинированные способы проветривания тупиковых выработок.
Нагнетательный способ применяется в выработках, для которых характерно выделение из стенок, кровли или почвы горючих (метан, водород) или ядовитых (сероводород, сернистый газ, окись углерода) газов, а также обескислороженного воздуха.
При использовании нагнетательного способа проветривания возможно возникновение рециркуляции воздуха, характеризующегося засасыванием части исходящей струи вентилятором, установленным на сквозной выработке, и направлением загрязнённого воздуха по трубопроводу вновь в забой тупиковой выработки. Отрицательными последствиями нерегулируемой рециркуляции является увеличение времени проветривания и создание опасности загазованности выработки.
Основными путями предотвращения рециркуляции являются:
где Q – количество воздуха, проходящего по выработке за счет общешахтной депрессии, м 3 /с, Qв – производительность нагнетательного вентилятора, м 3 /с
Недостатком нагнетательного способа проветривания при взрывной технологии проходки выработок является необходимость в снижении содержания ядовитых продуктов взрыва до величины условной окиси углерода, составляющей 0,008 %. Объём проветривания при этом определяется по расстоянию, соответствующему критической длине, и времени, не превышающему 30 минут. Как правило, объём проветривания оказывается достаточно большим, что определяет и значительный расход воздуха, подаваемого в выработку.
Развитие горных работ в ряде случаев требует увеличения числа проходческих забоев и, соответственно, увеличение расхода воздуха. При ограниченной величине общешахтного расхода воздуха увеличение количества воздуха, подаваемого в проходческий забой, может быть осуществлено за счет рециркуляционного способа проветривания, основанного на разделении исходящей из выработки вентиляционной струи на два потока. Один поток уходит по выработке сквозного проветривания в общую исходящую струю, а другой – движется к всасу вентилятора, где смешивается со свежей струёй и поступает в нагнетательный трубопровод. Способ позволяет обеспечить необходимую скорость воздуха в тупиковой выработке, что препятствует образованию слоевых скоплений газа, например, метана. В выработках большего сечения рециркуляционная струя улучшает микроклимат на рабочих местах. Этот способ достаточно широко применяется в зарубежной практике, например, в ЮАР и Великобритании.
Рис. 4. Нагнетательный способ проветривания с частичной рециркуляцией (1-5 – пункты автоматического контроля содержания метана)
Основным условием перехода на рециркуляционное проветривание для газообильных выработок является сохранение подачи свежего воздуха, поступающего по магистральной выработке к вентилятору местного проветривания. Эта величина должна соответствовать расчетному количеству воздуха, требуемого при обычном проветривании. При правильном расчете параметров проветривания и их надежным контролем, рециркуляционный способ может быть использован для интенсификации проветривания тупиковых выработок.
Всасывающий способ проветривания может применяться в том случае, когда на сквозном участке проветривания тупиковой выработки не происходит выделение ядовитых и взрывчатых газов из горных пород, а также загрязняющих веществ при работе машин и оборудования.
Достоинства этого способа заключается в том, чтобы загрязненный воздух не попадает на основной участок тупиковой выработки, а удаляется из призабойного пространства по трубопроводу. К забою при этом постоянно поступает свежий воздух. После осуществления взрывных работ объем выработки, из которой необходимо удалять загрязнённый воздух, равен произведению площади поперечного сечения выработки на протяженности зоны отброса газов. Этот объём при прочих равных условиях остается постоянным и не зависит от длины выработки.
Рис. 5. Всасывающий способ проветривания
Количество воздуха, которое следует подавать в выработку, будет меньше, чем в случае нагнетательного проветривания, что имеет особенное значение при одновременном взрывании больших количеств взрывчатых веществ и сравнительно большой длине выработки. Эффективность всасывающего способа проветривания зависит от расстояния между концом трубопровода и грудью забоя выработки lвс. По мере увеличения lвс в призабойной зоне образуется застойная зона, в результате чего резко возрастает время проветривания.
Комбинированный способ проветривания тупиковых выработок сочетает в себе положительные элементы нагнетательного и всасывающего способов: активное перемешивание газов в призабойной зоне и небольшой объём проветривания. Это делает способ более гибким и универсальным, что позволяет применять его в широком диапазоне горно-геологических и горнотехнических условий.
Комбинированное проветривание может осуществляться следующими способами:
Основной вентилятор, работающий на всасывание, устанавливается вблизи устья выработки (не ближе 10 м). Второй вентилятор (вспомогательный) располагают вблизи выработки забоя и снабжают коротким нагнетательным трубопроводом, конец которого отстоит от груди забоя на расстояние, не превышающее рассчитанное по формуле.
Производительность нагнетательного вентилятора должна быть на 20% меньше, чем количество воздуха, поступающего во всасывающий трубопровод. Для предотвращения распространения газового облака в сторону устья выработки в ней на расстоянии 30-40 м от забоя иногда сооружают перемычку. Производительность нагнетательного вентилятора может быть уменьшена до 10% по сравнению со случаем, когда перемычка отсутствует.
Применяемая в настоящее время нагнетательно-всасывающая схема проветривания предусматривает использование пылеулавливающих установок, заменяющих всасывающие вентиляторы.
Рис. 7. Нагнетательно всасывающая схема проветривания с обеспыливанием I, II – пункты выпуска воздуха
С помощью пылеулавливающих установок запыленный воздух отсасывается из забоя, очищается от пыли и поступает в выработку, участвуя затем в её проветривании. При такой схеме можно отказаться от громоздкой перемычки, заменив его воздушной завесой, которая создается за счет свежего воздуха, поступающего в выработку через боковое отверстие в нагнетательном трубопроводе. Для этого производительность пылеулавливающей установки должна быть выше расхода воздуха, поступающего по нагнетательному трубопроводу к забою выработки. В этом случае часть воздуха, отсасываемого пылеулавливающей установкой, будет перемещаться по выработке забоя, препятствуя распространению пыли к рабочим местам проходчиков. Таким образом, комбинированный способ вентиляции переходит в обеспыливающее проветривание, в один из способов борьбы с пылью вентиляционным методом.
Проветривание выработок большой длины
Сложности вентиляции тупиковых выработок с длиной, превышающей 2000–2500 метров, обусловлены значительным аэродинамическим сопротивлением трубопроводов и большими утечками воздуха из трубопровода. Отмеченные особенности приводят к увеличению расчётных производительностей вентиляторов и их депрессии до величин, при которых осуществление эффективного проветривания на основе ранее рассмотренных схем оказывается нерациональным или невозможным. Для проветривания протяжённых тупиковых выработок могут применяться следующие способы.
Рис. 9. Нагнетательная схема проветривания протяжных выработок при рассредоточенной установке вентиляторов по длине воздуховода
Каскадная схема установки вентиляторов в связи с гарантированным отсутствием рециркуляции может использоваться для проветривания выработок, проходимых по газоносным породам. Для этой схемы проветривания рекомендуется использовать вентиляторы с одинаковыми аэродинамическими характеристиками, число которых не превышает три. В противном случае возникают трудности в обслуживании вентиляторов и управлении их работой. Во избежание потерь напора, вызванного закручиванием потоков в вентиляторах, между каждым из них должен находиться отрезок трубы, длиной не менее 10 диаметров воздуховода. При каскадной установке вентиляторов участок трубопровода, прилегающий к вентиляторам, находится под давлением, равным сумме давлений всех вентиляторов, что при применении гибких трубопроводов требует изготовления последних с большим сопротивлением на разрыв. Достоинством этой схемы следует считать возможность установки всех вентиляторов на свежей струе, а также удобство их обслуживания.
Использование рассредоточенной схемы установки вентиляторов по сравнению с каскадной схемой позволяет снизить депрессию вентиляторов, установленных на каждом участке трубопровода. Это обеспечивает сокращение утечек воздуха. При проветривании выработок с длиной, превосходящей 2500 м и необходимости подачи в забой значительных количеств воздуха, данная схема является предпочтительнее, чем каскадная. Вместе с тем, она может быть использована лишь в случае отсутствия газовыделений в выработке. Безопасность и надежность схемы проветривания при рассредоточенной установке вентиляторов объясняется тем, что по всей длине воздуховода обеспечивается более высокое давление, чем в выработке. Это достигается за счет правильного выбора расстояний между вентиляторами.
Рис. 10. Эпюры статических напоров при рассредоточенной установке вентиляторов
Если при нагнетательном проветривании расстояние между вентиляторами превышает допустимое, то со стороны всасывающего патрубка вентилятора, установленного в трубопроводе, возникает разрежение, что приводит к рециркуляции загрязнённого воздуха и определяет необходимость увеличения производительности вентиляторов. Поэтому расстояние между вентиляторами должно выбираться таким образом, чтобы давление со стороны всасывающего патрубка каждого последующего вентилятора изменялось в интервале 0 – 20% от давления, развиваемого каждым вентилятором на нагнетательном патрубке.
Рассредоточенная установка вентиляторов может быть использована для организации всасывающего проветривания. Для этого первый вентилятор устанавливается вблизи забоя с возможностью подачи воздуха или выработки в воздуховод, а остальные вентиляторы распределяются необходимым образом по длине воздухопровода. Такие схемы вентилятора и вентиляции применяются для проветривания длинных тупиковых горно-разведочных выработок в условиях вечной мерзлоты.
При проветривании выработок с использованием шлюзовых камер воздух из трубопровода предыдущего вентилятора поступает в пройденную для этой цели камеру, в которой устанавливается последующий вентилятор. Этот вентилятор подает воздух в сторону забора. При прочих равных условиях депрессия и утечки воздуха для данной схемы проветривания меньше, чем у каскадной и рассредоточенной схем установки вентиляторов. Однако для предотвращения рециркуляции воздуха должен быть выбран такой режим подачи воздуха, при котором его количество, поступающее в каждую шлюзовую камеру, будет выше количества, забираемого из камеры установленным в ней вентилятором.
Данная схема проветривания может быть применена при использовании самоходного горно-транспортного оборудования, оснащенного дизельными двигателями, что требует подачи в выработки значительных количеств воздуха. При длине выработок, превышающей 3000 м, использование рассмотренных способов оказывается нерациональным. В этом случае проветривание тоннелей и штолен не может быть осуществлено с помощью вентилятора главного проветривания, установленного у портала штольни. Для предотвращения возможных утечек воздуха на портале сооружается тамбур-шлюз. Воздух подаётся вентилятором по штольне до ближайших к забоям штольни и тоннеля сбоек. Вблизи этих сбоек воздух по воздуховодам вентилятора местного проветривания подаётся к забоям тоннеля и штольни. Исходящая воздушная струя и штольни через ближайшие к забою сбойки выводятся в тоннель, из него через портал на поверхность. Из забоя тоннеля исходящая воздушная струя также вводится через портал на поверхность.