Антиобледенительные системы проветривания тупиковых горных выработок в условиях Севера

Результаты выполненных исследований климатических условий труда горнорабочих и статистического анализа простудной заболеваемости свидетельствуют о необходимости нормализации шахтной атмосферы в зимний период для снижения простудных заболеваний подземных горнорабочих и повышения эффективности производства.

Отмеченные негативные последствия влияния нерегулируемого теплового режима на условия, эффективность и безопасность ведения горных работ при эксплуатации россыпных шахт в теплый и холодный период года следует учитывать при проектировании шахт, предназначенных для подземной разработки алмазоносных россыпей, т.е. выполнить предварительный прогноз температурных условий выработок при летней и зимней эксплуатации шахт и выбрать рациональный режим работы шахт (круглогодичный или сезонный).

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шерстов В.А. Влияние теплового режима на устойчивость выработок россыпных шахт. В сб. «Повышение эффективности горной промышленности Якутии»: Новосибирск, «Наука». - 1974. - С.28-32.

2. Шерстов В.А., Скуба В.Н., Лубий К.И., Косторомитинов К.Н. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии. - Якутск, ЯФ СО АН СССР, 1981.

- 182 с.

3. Слепцов А.Е., Марков В.С., Елшин В.К., Шевелев Р.К. Результаты наблюдений за устойчивостью горных выработок при подаче теплого воздуха// Колыма.

- 1979. - №4. - С.10-11.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------

Шерстов В.А. - доктор технических наук, ИГДС СО РАН,

Хохолов Ю.А. - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИГДС СО РАН,

Ушницкий И.М. - младший научный сотрудник, ИГДС СО РАН,

Елшин В.К. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИГДС СО РАН,

Киселев В.В. - кандидат технических наук, ИГДС СО РАН.

--------------------------------------------- © Е.Т. Воронов, Д.Е. Воронов,

И.А. Бондарь,2007

УДК 622.413.3:536.244

Е. Т. Воронов, Д.Е. Воронов, И.А. Бондарь

АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ ТУПИКОВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Одним из характерных технологических осложнений при проходке горных выработок в условиях Крайнего Севера является закупорка вентиляционных трубопроводов на устьях выработок (штолен) льдом и снегом вследствие конденсационных процессов в трубопроводах при движении влажного шахтного воздуха от забоев к устью штолен. В зимний период, как правило, на протяжении 300-400 м вентиляционные трубопроводы на 60-80 % по сечению забиваются инеем (снегом), что требует периодической (2 раза в месяц) остановки горнопроходческих работ, разборки вентиляционных трубопроводов, их очистки и повторной сборки.

Нами проведены исследования влияния данного фактора на систему вентиляции при проходке тупиковой штольни № 10 на Пе-рекатненском месторождении горного хрусталя протяженностью 3 км. Теплофизические расчеты конденсационных процессов при проветривании данной штольни показали, что в зимний период в вентиляционном трубопроводе выпадает около 500 кг воды за 1 месяц. При очень малом объемном весе инея даже 100 кг воды, перешедшей в иней, и осевшей на стенках вентиляционного трубопровода, вполне достаточно достаточно для нарушения режима проветривания проходческих забоев. Эти расчеты совпадают с натурными наблюдениями за состоянием вентиляционного трубопровода в зимний период.

Одним из реальных методов снижения негативного влияния процессов конденсации на системы вентиляции является регулирование (интенсификация) конденсационных процессов таким образом, чтобы большая часть влаги выпадала в зоне положительных температур пород и шахтного воздуха в виде воды и стекала из вентиляционного трубопровода.

Рис. 1. Секционная схема проветривания со сбалансированным подсосом воздуха: 1 - тупиковая выработка; 2 - призабойный вентилятор; 3 - промежуточный вентилятор; компенсирующее устройство; 5 - рециркуляционное ядро; 0в - производительность вентиляторов; д - количество утечек воздуха; 1 - длина участка трубопровода

Для проветривания данных тупиковых выработок для условий многолетней мерзлоты разработан антиобледенительный секционный способ проветривания с промежуточным подсосом холодного воздуха, которым наряду с эффективным выносом газов и пыли обеспечивает резкое снижение конденсационных процессов и отложение льда и снега на стенках вентиляционных трубопроводов (рис. 1).

Принципиальная схема секционной схемы проветривания из 4 секций приведена на рис. 2.

При секционной схеме проветривания (см. рис. 2) каждый промежуточный ВМП работает независимо на свой индивидуальный участок трубопровода. Соединение участков производится через компенсирующее устройство (клапан), которое обеспечивает подсос воздуха промежуточным вентилятором, численно равный утечкам на предыдущем обособленном участке трубопровода.

М = Яв -

где Яв - производительность секционного ВМП, м3/с; п - доста-вочный коэффициент одного секционного участка; Ад - количество подсасывающего воздуха промежуточными ВМП, м3/с.

Ц I Кз

к

0В4 / ^ВЗ ^ Ов2 ) (}В1

л?з ______________

I

Рис. 2. Многосекционная схема проветривания тупиковой выработки большой протяженности: 1 — призабойный нагнетательный вентилятор; 2 — отсасывающие головной и промежуточный ВМП; 3 — компенсирующее устройство

Производительность секционных ВМП и величина подсоса для всех участков одинакова.

И = Я = Яз = ~Мп.

Производственные испытания и внедрение секционных схем вентиляции показали, что наряду с повышением эффективности вентиляции по выносу газов в несколько раз снижается интенсивность конденсационных процессов в вентиляционных трубопроводах на устьях штолен и резко снижается образование в них льда и инея. За счет равномерного подсоса холодного воздуха основное понижение температуры исходящей струи в трубопроводе происходит в зоне положительных температур. Поэтому большая часть влаги в трубопроводе выпадает в жидкой фазе и удаляется в виде капель и тумана.

Преимуществом секционных схем проветривания являются простота расчета, интенсивное по времени разжижение газов, меньшая загазованность тупиковых выработок на всем протяжении, большая надежность работы систем вентиляции в условиях многолетней мерзлоты.

На рис. 3 показана динамика выпадения росы и инея в трубопроводах по длине при обычной и секционной схемах проветривания выработки.

Как видно из графиков при секционной схеме за счет равномерного подсоса холодного воздуха понижение температуры

вц = вк = ввз = ..•&?

Рис. 3. График выделения конденсированной влаги (росы, инея) по длине трубопровода в зимний период времени: 1 - схема проветривания без подсоса воздуха промежуточными вентиляторами; 2 - многосекционная схема

исходящего воздуха до точки росы и ниже происходит в зоне положительных температур, т.е. на большем расстоянии от устья штолен. Поэтому большая часть влаги в трубопроводах находится в жидкой фазе и легко удаляется из трубопроводов. Трудовые затраты на периодическую очистку трубопроводов ото льда снижаются в 3—4 раза.

Для сбалансированного подсоса необходимого количества воздуха, численно равного утечкам воздуха на предыдущем секционном участке трубопровода на промежуточных вентиляторах (на всасывающей стороне) необходимо устанавливать компенсирующие устройства.

Простейшее компенсирующее устройство (рис. 4) представляет собой отрезок жесткого металлического трубопровода длиной 1—1,5 м с двумя вентиляционными окнами размером 0,2х0,3 м, которые изнутри перекрываются эластичными мембранами, прикрепленными с внутренней стороны окна к корпусу. Перекрывающей мембраной

служит гибкая прорезиненная транспортерная лента толщиной 4-6 мм.

I 2 3 4 5 А 6 1

Рис. 4. Малогабаритное компенсирующее устройство для промежуточных вентиляторов: А - нормальное положение клапана при отрицательном подпоре (разрежении) в трубопроводе; Б - положение клапана при положительном подпоре; 1 - гибкий трубопровод; 2 - металлический патрубок; 3 - заклепки; 4 - вентиляционное окно 15х30 см; 5 - гибкая (транспортерная) лента; 6 - вентилятор местного проветривания

В работе компенсирующего устройства при секционной расстановке промежуточных вентиляторов следует выделить три режима.

1. Нормальный (расчетный) режим - клапаны 5 под действием внешнего давления умеренно приоткрыты. В этом случае происходит дополнительный подсос воздуха через окна, численно равный утечкам воздуха на предыдущем секционном участке трубопровода.

2. Второй режим - клапаны 5 закрыты под действием избыточного давления трубопровода. В этом случае клапаны предотвращают выброс загрязненного воздуха в горную выработку.

3. Аварийный режим. Предыдущий вентилятор выходит из строя и подсос воздуха промежуточным вентилятором происходит

только через открытые под действием разрежения окна. В данном случае компенсирующее устройство предотвращает Коэффициенты утечек (доставки) гибких трубопроводов

Длина трубопровода, м Коэффи- циент утечки Доста- вочный коэффици- ент Длина трубопровода, м Коэффи- циент утечки Доста- вочный коэффици- ент

1 2 3 4 5 6

100 1,07 0,93 800 1,43 0,70

200 1,13 0,88 900 1,52 0,66

300 1,19 0,84 1000 1,64 0,61

400 1,25 0,80 1200 1,75 0,57

500 1,30 0,77 1400 2,0 0,50

600 1,35 0,74 1600 2,08 0,44

700 1,39 0,72 1800 2,40 0,41

сплющивание гибкого трубопровода и выход из строя промежуточного вентилятора.

Расчет секционных схем проветривания тупиковых горных выработок рекомендуется производить в следующей последовательности.

1. Определяется потребное количество воздуха для проветривания тупикового забоя (по газам от взрывных работ и пылевому фактору) и для дальнейших расчетов принимается максимальное значение.

2. Определяется максимальная производительность первого от забоя отсасывающего вентилятора с учетом утечек воздуха на всю проектную длину трубопровода

— = , м3/с,

П

где п - доставочный коэффициент трубопровода.

Доставочный коэффициент трубопровода определяется по таблице.

3. Определяется средневзвешенная производительность секционного промежуточного вентилятора

<2сР = -заб+, м3/с.

4. По аэродинамическим характеристикам вентилятора ВМ-6 в зависимости от Qср и принятого диаметра отсасывающего трубопровода определяем длину секционного трубопровода /ср, на которую вентилятор обеспечивает усредненный расход воздуха.

На длиннометражных выработках, как правило, диаметр отсасывающего трубопровода принимается не менее 0,6 м, типоразмер вентилятора - не менее ВМ-6 м.

5. Определяем необходимое количество отсасывающих промежуточных вентиляторов на проектную длину выработки

Пе = ,

с

где Ь„ — проектная длина, м; 1в — отставание отсасывающего ВМП от забоя, м (150—100 м); 1с — расчетная длина секции трубопровода, м.

Все однотипные вентиляторы устанавливаются равномерно по всей длине выработки на расстоянии 1с друг от друга. На всасывающей стороне промежуточных вентиляторов устанавливаются компенсирующие клапаны (рис. 4) для подсоса недостающего воздуха, численно равного утечкам воздуха из трубопровода предыдущего участка. В нормальном режиме проветривания клапан находится в открытом положении.

— Коротко об авторах

Воронов Е. Т. - Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, Читинский государственный университет,

Воронов Д.Е. - кандидат технических наук, доцент, Читинский государственный университет,

Бондарь И.А. - кандидат технических наук Читинский государственный университет.