УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ЗАБОЕВ ПРОВОДИМЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК
DEVICE FOR VENTILATING FACES OF SPENT UNDERGROUND WORKINGS

Изобретение относится к областям горного дела и строительства и может быть использовано при проведении подземных горных выработок по крепким породам: штолен, штреков, квершлагов, дорожных тоннелей, выработок метро и коллекторов в городском строительстве.
Известно устройство для удаления пылегазовой смеси из забоя тупиковой горной выработки (патент RU №12182, опубл. 16.12.1999 г.), содержащее всасывающий трубопровод с вентилятором и турбулизатор, а также дополнительный трубопровод, причем всасывающий трубопровод с вентилятором установлен в тупиковой выработке со стороны забоя и снабжен выдвижной трубой с секцией очистки воздуха от пыли, а дополнительный трубопровод установлен со стороны устья тупиковой выработки и соединен с вентилятором всасывающего трубопровода, а его конец выведен в воздухоотводящую выработку.
Недостатками устройства являются не возможность обеспечить непрерывный процесс проветривания выработки из-за необходимости периодического перемещения устройства с отключением его от сети.
Известна установка для нагнетательного проветривания тупиковых забоев горных выработок (патент RU №2428568, опубл. 10.09.2011 г.), включающая вентилятор, нагнетательный трубопровод, эжектирующее водораспылительное устройство, содержащее выпускную головку с кольцевой выпускной щелью, ресивером и штуцером для подвода сжатого воздуха, которое установлено на конце нагнетательного трубопровода и служит для выпуска общей струи в атмосферу горной выработки в сторону тупикового забоя, при этом водораспылительное устройство включает профилированный двухступенчатый диффузор, образованный последовательным соединением приемного и основного диффузоров, при этом приемный диффузор переходит через торообразную выпуклую поверхность в основной диффузор, снабженный на выходе двухслойной мелкоячеистой сеткой, причем длина приемного диффузора такая, что эжектирующая струя в нем успевает увеличиться в поперечном размере за счет подсоса воздуха из струи нагнетательного трубопровода до размера радиуса кривизны выпуклой поверхности, что обеспечивает отрыв эжектирующей струи от выпуклой поверхности, ее отброс к центру потока и дальнейшее перемешивание с эжектируемой струей во внутреннем пространстве основного диффузора.
Недостатками установки являются использование гидравлической и пневматической энергии, что усложняет конструкцию и снижает надежность установки, так же не обеспечивает непрерывный процесс проветривания выработки необходимость периодического перемещения устройства с отключением его от сети.
Известно устройство для проветривания горных выработок (патент RU 2301341, опубл. 20.06.2007 г.), содержащее вентилятор, корпус с окнами, внутри которого расположен распределитель потока воздуха с проходными окнами, лопатками и с наружной уплотняющей обечайкой, при этом оно снабжено механизмом перемещения корпуса относительно распределителя потока воздуха и фиксатором их положения, а на торцевой стенке распределителя потока воздуха установлена внутренняя уплотняющая обечайка, при этом проходные окна распределителя и корпуса размещены на их торцевых стенках.
Недостатками устройства являются, вращающийся распределитель, который снижает производительность нагнетательного вентилятора, а возникающая пульсация выходящего потока воздуха не обеспечивает проветривание всего объема забойного пространства, что приводит к образованию застойных зон. Устройство необходимо устанавливать максимально близко к рабочей зоне забоя, что усложняет условия работы персонала из-за постоянного шума вентилятора.
Известно устройство для проветривания забоя, проходимого буровым проходческим комбайном (авторское свидетельство SU 1177506, опубл. 07.09.1985 г.), содержащее вентилятор, эжектор с форсункой и трубопровод, выполненный с воздухозаборным окном, расположенным между вентилятором и эжектором, и снабжен клапаном, шарнирно закрепленным внутри трубопровода со стороны вентилятора с возможностью перекрытия воздухозаборного окна.
Недостатками устройства являются, пылеулавливающий агрегат, который отводит увлажненный и загрязненный воздух из защитового пространства вместе со свежим воздухом из выработки, что снижает эффективность проветривания.
Известно устройство для проветривания забоя и пылезащиты горнопроходческого комплекса (авторское свидетельство SU 1580032, опубл. 23.07.1990 г.), принятое за прототип, включающее призабойный диск с элементами герметизации призабойной зоны и диск рабочей зоны, установленные друг перед другом с образованием междисковой полости, патрубок для аспирации запыленного воздуха из призабойной зоны, соединенный с вытяжным вентилятором, наружный патрубок, закрепленный на диске рабочей зоны и соединенный с междисковой полостью, при этом устройство снабжено дополнительными наружными патрубками, закрепленными на диске рабочей зоны и сообщенными с междисковой полостью, и нагнетательными вентиляторами, соединенными с наружными патрубками, диск рабочей зоны снабжен элементами герметизации междисковой зоны, а призабойный диск выполнен с окнами и снабжен шторами для регулирования площади окон.
Недостатками устройства являются, не возможность обеспечить надежность проветривания без образования застойных зон в забойном пространстве, что еще более усугубляется частичным притоком свежего воздуха через вентиляционные окна в конвентерном ставе, процесс воздухообмена неустойчив из-за сложности регулирования объема принудительно нагнетаемого свежего воздуха и принудительно отводимого объема пылевоздушной смеси при примерном равенстве их объемов и субъективности оценок этих объемов оператором при работе различных групп оборудования в проходческом забое.
Техническим результатом является повышение эффективности воздухообмена в забое при скоростном проведении подземных горных выработок по крепким породам буровзрывомеханическим комплексом за счет непрерывности процесса проветривания в стационарном режиме работы с постоянными значениями режимных параметров, его простоты и надежности.
Технический результат устройства достигается тем, что патрубки для аспирации диска рабочей зоны, соединены телескопически с патрубками для аспирации призабойного диска и выполнены с коллекторами, сообщенными с призабойной зоной и с междисковой полостью, наружные патрубки, выполненные с сифонами и закрепленные на диске рабочей зоны, соединены телескопически с наружными патрубками, выполненными с сифонами и закрепленными на призабойном диске, при этом сопла сифонов установлены в одной плоскости параллельно друг к другу и поверхности дисков, а в нижней их части призабойного диска и диска рабочей зоны, выполнены вентиляционные окна в форме сегментов.
Устройство для проветривания поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - общий вид устройства;
фиг. 2 - устройство для проветривания в профиль;
фиг. 3 - расположение оборудования устройства проветривания, где:
1 - призабойная зона;
2 - окна призабойного диска;
3 - призабойный диск;
4 - сифоны призабойного диска;
5 - коллекторы призабойной зоны;
6 - междисковая полость;
7 - коллекторы междисковой полости;
8 - сифоны диска рабочей зоны;
9 - диск рабочей зоны;
10 - патрубками для аспирации призабойного диска;
11- наружные патрубки призабойного диска;
12 - наружные патрубки диска рабочей зоны;
13 - вентиляционное окно диска рабочей зоны;
14 - вентиляционное окно призабойного диска;
15 - патрубками для аспирации диска рабочей зоны;
16 - поток свежего воздуха;
17 - поток газовоздушной смеси;
18 - конвейер.
Устройство для проветривания забоев проводимых подземных выработок включающее установленные друг перед другом призабойные диски 3 (фиг. 1-3) и диск рабочей зоны 9 (фиг. 1, 2) с образованием междисковой полости 6 (фиг. 1). Призабойный диск 3, образующий с поверхностью забоя призабойную зону 1, выполнен с окнами призабойного диска 2, а в нижней части диска с вентиляционным окном призабойного диска 14, форме сегментов. В нижней части диска рабочей зоны 9 выполнены в форме сегмента вентиляционное окно диска рабочей зоны 13, через которое проходит забойного конвейера 18.
В верхней части призабойного диска 3 закреплены патрубками для аспирации призабойного диска 10 с коллекторами призабойной зоны 5 и с коллекторами междисковой полости 7, телескопически соединенные с патрубками для аспирации диска рабочей зоны 15, которые соединены с вытяжными вентиляторами (на фиг. не указаны).
На призабойном диске 3 закреплены наружные патрубки призабойного диска 11 с сифонами призабойного диска 4 и телескопически соединены с наружными патрубками диска рабочей зоны 12 с сифонами диска рабочей зоны 8, закрепленными на диске рабочей зоны 9, которые соединены с нагнетательными вентиляторами (на фиг. не указаны).
Сифоны призабойного диска 4 соединены с наружными патрубками призабойного диска 11 и размещены симметрично по боковым сторонам диска. Сопла сифонов призабойного диска 4 направлены установлены в одной плоскости параллельно друг к другу и поверхности дисков. Сифоны диска рабочей зоны 8 соединены с наружными патрубками диска рабочей зоны 12 и размещены симметрично по боковым сторонам диска. Сопла сифонов диска рабочей зоны 8 установлены в одной плоскости параллельно друг к другу и поверхности дисков.
Устройство работает следующим образом. Непрерывно работающие нагнетательные вентиляторы наружных патрубков диска рабочей зоны 12 (фиг. 1, 2) обеспечивают подачу потока свежего воздуха 16 в междисковую полость 6 через сифоны диска рабочей зоны 8 и в призабойную зону 1 наружными патрубками призабойного диска 11 через сифоны призабойного диска 4.
Непрерывно работающие вытяжные вентиляторы патрубков для аспирации призабойного диска 10 и патрубков для аспирации диска рабочей зоны 15 с коллекторами призабойной зоны 5 и с коллекторами междисковой полости 7 отводят поток газовоздушной смеси 17 из призабойной зоны 1 и из междисковой полости 6 в вентиляционную выработку.
Непрерывно работающие вентиляторы патрубков для аспирации призабойного диска 10 и патрубков для аспирации диска рабочей зоны 15 обеспечивают производительность большую, чем производительность непрерывно работающих нагнетательных вентиляторов наружных патрубков призабойного диска 11 и наружных патрубков диска рабочей зоны 12, что создает пониженное давление в коллекторах призабойной зоны 5 и в коллекторах междисковой полости 7. Этим перепадом давлений обеспечивается подсос свежего воздуха из выработки в междисковую полость 6 через вентиляционное окно диска рабочей зоны 13 ив призабойную зону 1 через вентиляционное окно призабойного диска 14 и исключается возможность поступления газовоздушной смеси из этих зон в выработку.
Сопла сифонов призабойного диска 4, расположенные с правой и с левой стороны призабойного диска 3, выбрасывают встречно-параллельные потоки воздуха по отношению друг к другу и формируют совместно с потоками воздуха, поступающими из выработки через вентиляционное окно призабойного диска 14 и через окна призабойного диска 2, восходящие турбулентные потоки воздуха, вытесняющие газовоздушную смесь из призабойной зоны 1к коллекторам призабойной зоны 5.
Встречно-параллельные потоки воздуха из сифонов диска рабочей зоны 8 и поток воздуха из выработки через вентиляционное окно диска рабочей зоны 13 формируют восходящие газовоздушные потоки в междисковой полости 6 к коллекторам междисковой полости 7.
Непрерывный устойчивый воздухообмен поддерживается в соответствии с выражением
где Qo - объем непрерывно отводимого потока газовоздушной смеси 17;  - объем подаваемого вентиляторами потока свежего воздуха 16; Qв - объем непрерывно поступающего свежего воздуха к забою из выработки.
Устройство осуществляет непрерывный воздухообмен в забое горной выработки, надежно препятствует поступлению газовоздушной смеси в проводимую выработку. Устройство - простое в эксплуатации, не требуются его остановки для регулярных наладок и регулировок, обеспечивает непрерывный, безопасный и устойчивый процесс скоростного проведения выработок по крепким породам с использованием буровзрывомеханического комплекса,
2
3
3
2
3
При проходке выработки сечением до 12 м последовательное взрывание шпуров с зарядом ВВ в каждом не более 300 г образует до 0,4 м горячих газов от каждого взорванного шпура. Отводящий вентилятор типа ВМ-4 м с производительностью 2 м/с за 3-4 с удаляет загрязненный воздух, после чего производится взрыв следующей группы шпуров. В секторе забоя (площадь сектора 3 м) бурится и заряжается взрывчатым веществом 10-12 шпуров, т.е. в течение 1-2 мин. удаляется весь загрязненный воздух, образовавшийся при взрыве, что обеспечивается нагнетательным вентилятором, например типа ВМ-3м (производительность 1 м/с).
3
Если суммарная площадь выходных каналов сифонов с одной стороны призабойной зоны (камеры) составляет 0,014 м и такая же площадь выходных каналов сифонов в междисковой полости, то расход воздуха от вентилятора типа ВМ-3м в призабойной зоне составит 0,4 м3/с, в междисковой полости - 0,6 м/с.
Скорость истечения свежего воздуха из сифонов призабойной зоны будет около 30 м/с, в междисковой полости 40-42 м/с. Эти потоки воздуха двигаются от боковых стен выработки встречно и параллельно друг другу, что способствует турбулизации потоков (минимальная скорость вихреобразования 18-20 м/с), а подъем загрязненного воздуха с высоким расходом в коллекторах обеспечивается производительностью вентиляторов типа ВМ-4 м с отводящими аспирационными патрубками.
Преимущество изобретения состоит в том, что эффективность проветривания на любых этапах процессов проходки обеспечивает безопасные условия работы обслуживающего персонала и оборудования при скоростном непрерывном процессе проведения подземных выработок по крепким породам. Режимы работы вентиляционного оборудования остаются неизменными и не регулируются.