ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЁЖНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИИ В ШАХТАХ РЕАЛИЗУЮТ АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ ДИСТАНЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТЫ

Аннотация: В статье рассматривается создание надежных, высокоэффективных и экономичных вентиляционных сетей.  Калориферная установка, роторный рекуператор и холодильная установка выполняют основную функцию - поддержание постоянной температуры воздуха, поступающего в ствол угольной шахты, что позволяет избежать обмерзания ствола и подъeмных сосудов в зимний период. Для повышения эффективности и надeжности вентиляции в шахтах реализуют автоматизированное управление на основе дистанционного регулирования параметров вентиляции шахты. В результате этого вентиляционные сети, включающие только проходки выработок основных направлений и добычных участков, видоизменились в разветвленные и сложные. Все это повлияло на снижение аэродинамического сопротивления вентиляционных сетей и возрастанию поступающего в шахту воздуха.

Ключевые слова: угольная промышленность, калориферная установка, роторный рекуператор, холодильная установка, коксующиеся угли, угольная шахта, стадия углефикации, вентиляционные сети.

Важным направлением перспективного развития угольной промышленности Республики Казахстан является - комплексное использование недр и улучшение потребительских свойств энергетических углей и углей для коммунально-бытовых нужд. Комплекс мер по улучшению качества добываемого и поставляемого потребителю угля должен предусматривать: - обогащение коксующихся углей на обогатительных фабриках; - повышение глубины селекции добываемых энергетических углей; -  усреднение энергетических углей; -  рассортировку энергетических углей, поставку крупносортового угля для слоевого сжигания и на коммунально-бытовые нужды; - брикетирование мелких фракций с целью получения экологически чистого бытового топлива[1, с.23].

В Республике Казахстан в настоящее время угли используются для коксования и в энергетике. Вместе с тем, они должны найти применение в других направлениях, так называемых "нетрадиционных": - для подземной газификации, особенно для производства генераторного газа, пригодны угли почти всех месторождений Республики Казахстан, различающиеся как по стадии углефикации, так и по петрографическому составу; - крупные угольные месторождения могут рассматриваться, как месторождения природного газа - метана, запасы которого, например, в Карагандинском бассейне оцениваются в 500 млрд. м3, в Экибастузском бассейне - 75 млрд. м3;

Необходимый объем инвестиций на увеличение добычи казахстанских углей на период с 2007 по 2020 годы составит 3,98 млрд. долларов США, из них: 2,13 млрд. долларов на развитие мощностей по добыче коксующихся углей и 1,85 млрд. долларов - на развитие мощностей по добыче энергетических углей, в том числе:

Развитие техники и технологии выработки и ведения очистительных работ в угольных шахтах привели к тому, что на протяжении последних лет возросло количество проходимых горных проходок выработки, возросли габариты шахтных полей и количество добычных участков, находящихся в одновременной работе. В результате этого вентиляционные сети, включающие только проходки выработок основных направлений и добычных участков, видоизменились в разветвленные и сложные. Все это повлияло на снижение аэродинамического сопротивления вентиляционных сетей и возрастанию поступающего в шахту воздуха. Это привело к возрастанию затрат на подготовку вентиляционного воздуха и появлению целого ряда сложностей при эксплуатации. Увеличение количества воздуха, который подается в угольные шахты; увеличение сложных и разветвлeнных добычных участков потребовало постановки новых задач исследований для разработки, контроля, выбора средств управления подготовкой воздуха и воздух распределения как основных инструментов нормированию микроклиматических условий на угольных шахтах. Без решения этих задач невозможно создание надежных, высокоэффективных и экономичных вентиляционных сетей.  Калориферная установка, роторный рекуператор и холодильная установка выполняют основную функцию - поддержание постоянной температуры воздуха, поступающего в ствол угольной шахты, что позволяет избежать обмерзания ствола и подъeмных сосудов в зимний период [2, с.45].

В настоящее время угольная отрасль республики обеспечивает выработку в Казахстане 78% электроэнергии, практически стопроцентную загрузку коксохимического производства, полностью удовлетворяет потребности в топливе коммунально-бытового сектора и населения.

Главной задачей вентиляции шахт является поддержание определенной температуры воздуха во всех рабочих местах. Для повышения эффективности и надeжности вентиляции шахты реализуют автоматизацию управления на основе дистанционного регулирования параметров вентиляции шахты.

Фильтрация воздуха применяется для очистки воздуха, загрязненного образующимися при буровзрывных работах мелкими частицами пыли, газами и для охлаждения горных выработок. Вентиляция позволяет также снижать влажность воздуха. В некоторых глубоких шахтах с естественно высокой температурой горных пород применяется кондиционирование воздуха[3, с.34].

При проектировании систем вентиляции шахт обычно соблюдается следующая последовательность вопросов: подбираются необходимые исходные данные; выбирается система, схема и способ вентиляции шахты; решаются вопросы по количеству воздуха, который необходим для отдельных рабочих мест и для всей шахты в целом, производится его распределение; подсчитывается необходимая депрессия шахты по определяющему маршруту; подсчитывается депрессия естественной тяги и определяется параметры ее взаимодействия с вентилятором; определяется основные аэродинамические параметры системы вентиляции шахты и главного вентилятора; выбирается оборудование, и определяется регулировочные параметры; выбирается конструктивный тип, оборудование и выполняется теплотехнический расчет калориферной установки; определяется экономическая эффективность системы вентиляции.

Современные САУ в качестве средств управления используют, как правило, электронные цифровые устройства на базе микропроцессоров. По своим техническим возможностям эти устройства позволяют обеспечить управление множеством параметров. Это пуск и остановка отдельных технологических аппаратов и всей системы в целом, блокировка и защита оборудования в аварийных ситуациях, индикация, переход с одного режима на другой режим и так далее.При их использовании в большинстве случаев невозможно применения таких элементов автоматики, как реле, преобразователи, переключатели, счетчики, индикаторы, измерительные приборы и тому подобное. Это в свою очередь допускает: - увеличить точность поддержания регулирующих параметров и надежность работы системы; - уменьшить размеры средств управления; - облегчить монтаж и сократить сроки его выполнения; - упростить эксплуатацию системы.

Представляется, что сложившееся сложное положение с вентиляцией в горной промышленности имеет следующие причины. 1. Усложнение топологии сети выработок в результате многолетней работы предприятий, выборочной отработки месторождений, погашения целиковых запасов руды с высоким содержанием полезного ископаемого с обрушением налегающих пород. 2. Развитие этих обрушений с выходом на дневную поверхность и образование непредусмотренных проектом каналов поступления (выдачи) воздуха в сеть подземных выработок. 3. Загрузка ПВС обязанностями, прямо не связанными с вопросами вентиляции. 4. Отсутствие в службах ПВС простого и эффективного инструмента в виде персонального компьютера и специализированных программ, позволяющего в любое время выполнить текущий или прогнозный расчет распределения воздуха при любых изменениях топологии или аэродинамических характеристик выработок. 5. Сложившийся у производственников стереотип, что воздух в шахте физически есть всегда и поэтому непосредственной опасности для жизни не существует.

Реализации систем автоматического управления (САУ) схем проветривания выемочных участков (СПВУ) и проведены соответствующие эксперименты, подтверждающие адекватность работы систем. Многосвязная система автоматического управления (МСАУ) расходами воздуха – это система, в которой одновременно работает некоторое множество САУ СПВУ, взаимосвязанных через ШВС как объект управления.

При выборе оборудований были учтены следующие критерии: 1) Оборудования должны быть совместимы с контроллерами компании Siemens. 2) Поддержание постоянной температуры приточного канала. Управление температурой приточного воздуха (регулирование температуры воздуха в канале) используется при подаче в шахту нагретого воздуха с постоянной температурой. Датчик температуры расположен в приточном воздуховоде. 3) Регулирование температуры в угольной шахте (постоянная температура в угольной шахте, регулирование температуры вытяжного воздуха) используется для поддержания в шахте постоянной температуры. Регулирование температуры в шахте применяется также при изменении температуры воздуха из-за сквозняков, нагрева оборудования и т. п. Температура приточного воздуха будет изменяться в зависимости от необходимости прогрева или охлаждения помещения. Главный датчик находится в шахте или в приточном воздуховоде 4) Датчик защиты от замерзания в основном предназначен для предотвращения замерзания теплоносителя в электрокалориферной установке и роторном рекуператоре. Место расположения температурного датчика является особенно важным, так как он должен находиться в зоне наиболее низкой температуры нагревателя. 5) Компенсация наружной температуры. В некоторых случаях необходимо, чтобы изменение наружной температуры вызывало определенное изменение уставки температуры главного регулятора. Это означает, что если наружная температура переходит через определенное значение, то заданная уставка температуры должна постепенно возрастать. Такая компенсация может выполняться как летом, так и зимой. 6) Влажность воздуха. Наиболее оптимальной считается относительная влажность воздуха в диапазоне от 30% до 60%. Верхняя граница влажности составляет около 70%. Этот параметр важен для поддержания микроклиматических условий в угольных шахтах[4, с.45].

По запасам углей Казахстан входит в десятку стран-лидеров, уступая лишь Китаю, США, России, Австралии, Индии, ЮАР содержит в недрах 4% от общемирового объема запасов. Государственным балансом учтены запасы по 49 месторождениям, они составляют 33,6 млрд. тонн, в том числе каменных – 21,5 млрд. тонн, бурых углей – 12,1 млрд. тонн. Большая часть месторождений угля сосредоточена в Центральном Карагандинский и Экибастузский угольные бассейны, месторождение Шубарколь и Северном Казахстане. Наиболее ценные для промышленности энергетические и коксующиеся угли сосредоточены на 16 месторождениях. Карагандинский бассейн. Запасы – 50 млрд тонн. Уголь – коксующийся, требует обогащения. Частично добывается открытым способом.

По расчетам объем экспорта Казахстанских углей увеличится до 40 млн.т. чтобы достичь намеченного объема добычи угля в республике во  -первых, создать соответствующие мощности карье- и шахт; во-вторых, учитывая высокую степень физического износа средств отрасли, вложить необходимые инвестиции для реконструкции угледобывающих предприятий.