Способ формирования вентиляционной сети для регулирования теплового режима россыпных шахт криолитозоны
METHOD FOR FORMING A VENTILATION NETWORK FOR REGULATING THE THERMAL REGIME OF ALLUVIAL MINES IN THE CRYOLITHOZONE

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для формирования вентиляционной сети и регулирования теплового режима круглогодичных россыпных шахт криолитозоны.
Известен способ регулирования теплового режима (РТР) шахт с помощью энергетических установок для подогрева или охлаждения вентиляционного воздуха (см. SU№1663197, кл. Е21F 1/00, опубл. 15.07.1991), при котором поступающий в шахту воздух с положительными температурами в летнее время охлаждают с помощью охладительных установок, а в зимнее время - подогревают с помощью калорифера.
Недостатками известного способа являются значительные затраты на доставку оборудования, высокое потребление электроэнергии, а также низкая эффективность энергетических установок.
Известен способ вентиляции и РТР шахт в летний период с помощью вентиляционных скважин, при котором через пробуренные с земной поверхности скважину подают в горные выработки атмосферный воздух (см. Шерстов В. А., Киселев В. В., Хохолов Ю. А. Выбор рациональных режимов эксплуатации вентиляционных скважин в летний период // Тепловой режим россыпных шахт криолитозоны. Издательство ЯНЦ СО РАН – Якутск, 2007 г. – С. 232-233).
Однако прогрессирующее оттаивание устьевой части вентиляционных скважин в летний период и намерзание на стенках сконденсированной из воздуха влаги, а также вытаивание мерзлых пород с образованием утолщений «манжет», а иногда и ледяных пробок, приводят к резкому уменьшению их диаметра и пропускной способности.
Известен способ РТР шахты, включающий обеспечение требуемых параметров с помощью теплоаккумулирующих выработок (ТАВ), пройденных по породам, приуроченным по плотику (см. Шерстов В. А., Киселев В. В., Хохолов Ю. А. Использование особенностей строения россыпей Заполярья в целях охлаждения рудничного воздуха // Тепловой режим россыпных шахт криолитозоны. Издательство ЯНЦ СО РАН – Якутск, 2007 г. – С. 206-210).
Недостатками известного решения являются значительная протяженность ТАВ и необходимость их усиленного крепления.
По способу РТР шахты в условиях многолетней мерзлоты (см. RU№2198294, кл.Е21F 1/00, опубл. 10.02.2003), включающего проведение ТАВ и подачу по ним в шахту атмосферного воздуха для подогрева его зимой и охлаждения летом, между ТАВ проводят соединительную выработку, в которой устанавливают регулируемое по сечению вентиляционное окно. Через это окно подают в шахту атмосферный воздух в весенне-осенний периоды, когда значение температур воздуха приближаются к значениям температур массива горных пород, окружающих горные выработки шахты и РТР не требуется.
При этом известное решение малоэффективно при проветривании в весенне-осенний период из-за короткого срока времени, когда температура атмосферного воздуха соответствует температуре породного массива.
Способ формирования вентиляционной сети для РТР шахты в условиях многолетней мерзлоты (см. RU№ 2279548, кл. Е21F 1/00, опубл. 10.07.2006) включает возможность использования в качестве ТАВ ранее отработанных выведенных из эксплуатации горных выработок.
Однако, подобные выработки, в большинстве случаев, не имеют необходимую длину или теплообменную поверхность.
Известен способ РТР шахты, включающий проведение наклонных ТАВ по погребенным льдам и по породному массиву для охлаждения вентиляционной струи, поступающей в россыпные шахты (см. Журкович В.В. Использование погребенных льдов высокольдистых илов для охлаждения вентиляционной струи в россыпных шахтах // Разработка месторождений полезных ископаемых Крайнего Севера: Сб. науч. Тр. / АН СССР. Сиб. отд. Якут.фил. Ин-т физико-техн. проблем Севера. – Якутск, 1980. – С. 22-25. Библиогр.: с.25).
Недостатками известного технического решения являются:
- низкая эффективность, т.к. основная масса охлаждаемого воздуха проходит по породному массиву с невысокой теплоемкостью и низким содержанием льда (10-25 %);
- отсутствие возможности локального (секционного) проветривания конкретного очистного забоя;
- при проветривании через вентиляционный ствол потребуется дополнительное крепление устья наклонного ствола и наличие мощного вентилятора.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы системы РТР россыпной шахты.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в разработке рациональной схемы, а также технологии ее реализации для формирования вентиляционной сети, обеспечивающей направленное РТР, с использованием ТАВ в течение всего срока службы шахты.
Для решения поставленной задачи способ формирования вентиляционной сети для РТР россыпных шахт криолитозоны, включающий проведение специальных ТАВ по погребенным льдам и высокольдистым породам, использование вскрывающих выработок и вентиляционных скважин, пробуренных с поверхности, отличается тем, что горизонтальную подводящую ТАВ проводят от вентиляционного наклонного ствола по погребенным льдам и высокольдистым илам выше уровня кровли продуктивного пласта песков до границы шахтного поля, после чего, по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком проводят граничную ТАВ, равную длине вентиляционного штрека, в которых за счет теплообменных процессов с поверхностью выработок происходит охлаждение вентиляционной струи в теплое время года, а в зимние периоды - нормализация холодного воздуха до температуры породного массива, затем проводят вентиляционные скважины, соединяющие ТАВ с вентиляционным штреком, через которые производят проветривание очистного забоя и, по мере отработки шахтного поля, проветривание очистных выработок путем чередования схем по секционному способу, а именно, нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ по вентиляционным скважинам в очистные забои и нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ в ограниченные перемычками отработанные камеры с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам в очистные забои, после чего, отработанный воздух выводят по направлению движения общешахтной струи по транспортному наклонному стволу на поверхность.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Заявленное изобретение имеет следующие отличительные признаки:
- горизонтальную подводящую ТАВ от вентиляционного наклонного ствола по торфам, включающий погребенные льды и высокольдистые илы, проводят до границы шахтного поля, затем по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком проводят граничную ТАВ, равную длине вентиляционного штрека, в которых за счет теплообменных процессов с поверхностью выработок происходит охлаждение или нормализация температуры вентиляционной струи;
- при формировании вентиляционной сети и РТР в летний период проводят вентиляционные скважины, соединяющие ТАВ с вентиляционным штреком, в которых исключается образование ледяных «манжет» и пробок в скважинах, а также обрушение стенок, так как нагнетаемый воздух забирается из ТАВ с постоянными отрицательными температурами шахтной атмосферы и пород. Таким образом, существенно повышается эффективность проветривания россыпных шахт и получают экономию на специальных мероприятиях по обустройству скважин в летний период в случаях их проходки с поверхности (обсадка скважин металлическими трубами, устройства защитных экранов от дождя, снега и солнца и др.);
- чередование схем секционного проветривания очистных выработок: 1) нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ по вентиляционным скважинам (ВС) в очистные забои (ОЗ) (ТАВ–ВС–ОЗ); 2) нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ в ограниченные перемычками отработанные камеры с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам в очистные забои (ТАВ - Отраб. камера – Вент.трубопровод – ОЗ) и последующим выводом отработанного воздуха по направлению движения общешахтной струи по транспортному стволу на поверхность. Чередование схем проветривания дает возможность экономного использования электрический энергии и восстановления температурного режима ТАВ.
Заявленное техническое решение поясняется чертежом, где на фигуре схематически показана в аксонометрии россыпная шахта, отрабатывающая мерзлую глубокопогребенную россыпь камерно-лавной системой с РТР с использованием ТАВ.
Условные обозначения, принятые на чертеже:
1 – вентиляционный наклонный ствол; 2 – подводящая теплоаккумулирующая выработка; 3 – граница шахтного поля; 4 – вентиляционный штрек; 5 – граничная теплоаккумулирующая выработка; 6 – вентиляторы местного проветривания; 7 –вентиляционные скважины; 8 –очистные выработки; 9 –отработанные камеры; 10 – вентиляционные трубопроводы; 11 – перемычки; 12 – транспортный наклонный ствол.
Реализацию заявленного изобретения на практике осуществляют следующим образом.
На начальном этапе формируют вентиляционную сеть россыпной шахты, для чего, от вентиляционного наклонного ствола 1, по погребенным льдам и высокольдистым илам проводят горизонтальную подводящую ТАВ 2 до границы шахтного поля 3, затем по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком 4 проводят граничную ТАВ 5 равную длине вентиляционного штрека.
Проветривание очистных выработок производят следующим образом: атмосферный воздух, всасываемый из вентиляционного наклонного ствола, охлаждаясь или нормализуясь до температуры породного массива (в зависимости от времени года) в подводящей и граничной ТАВ, с помощью вентиляторов местного проветривания 6 нагнетается по ВС 7, пробуренным от вентиляционных штреков до ТАВ, непосредственно в очистные выработки 8 и в создающиеся по мере разработки шахтного поля в отработанные камеры 9. Воздух, нагнетающийся из ТАВ в отработанные выработки, через вентиляционные трубопроводы 10 в перемычках 11 подается в очистные выработки. При этом, проветривание производится с чередования схем секционного проветривания очистных выработок: 1) нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ по вентиляционным скважинам в очистные забои (ТАВ–ВС–ОЗ); 2) нагнетанием вентиляционной струи с теплоаккумулирующих выработок в ограниченные перемычками отработанные камеры, с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам в очистные забои (ТАВ - Отраб. камера – Вент. трубопровод – ОЗ). Общешахтная вентиляционная струя воздуха, нагнетаемая в россыпную шахту по вентиляционному наклонному стволу, смешиваясь в вентиляционном штреке с охлажденным или нормализованным воздухом из ТАВ или отработанных камер, омывает действующие очистные выработки и выдается на поверхность по транспортному наклонному стволу 12.
Преимуществами способа формирования вентиляционной сети для РТР шахты являются:
- проведение ТАВ по породам с большим содержанием погребенных льдов и высокольдистых илов, которые обладают высокими теплообменными свойствами;
- исключение образование ледяных «манжет» и пробок в скважинах, а также обрушение стенок, так как нагнетаемый воздух забирается из ТАВ с постоянными отрицательными температурами шахтной атмосферы и пород. Таким образом, удается существенно повысить эффективность проветривания россыпной шахты и сэкономить на специальных мероприятиях по обустройству скважин в летний период в случаях их проходки с поверхности (обсадка скважин металлическими трубами, устройства защитных экранов от дождя, снега и солнца и др.);
- чередование схем секционного проветривания дает возможность экономного использования электрический энергии и восстановления температурного режима ТАВ в летний период;
- отработанная струя воздуха с отрицательной температурой способствует повышению устойчивости породного массива транспортного наклонного ствола шахты в летний период;
- ТАВ, пройденную по льду и скважины, после использования по прямому назначению можно задействовать для установки реперов для проведения наблюдений за сдвижением породного массива, а в высокомеханизированных россыпных шахт, при условии применения столбовой системы с обрушением на механизированные крепи и наличии трудноразрушаемых кровель, осуществлять принудительное обрушение кровли с помощью взрывных скважин пробуренных с ТАВ. Таким образом, значительно расширяется область использования ТАВ.