Выбор параметров работы вспомогательных вентиляторов и мест их расположения в руднике для обеспечения свежим воздухом трудно проветриваемых зон

© Е.Л. Гришин, H.A. Трушкова, 2013

УДК 622.4

Е.Л. Гришин, Н.А. Трушкова

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ И МЕСТ ИХ РАСПОЛОЖЕНИЯ В РУДНИКЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЕЖИМ ВОЗДУХОМ ТРУДНО ПРОВЕТРИВАЕМЫХ ЗОН

Даны рекомендации по выбору параметров вспомогательных вентиляторных установок для проветривания трудно проветриваемых зон.

Ключевые слова: трудно проветриваемая зона, вспомогательная вентиляторная установка, вентилятор-эжектор, калийный рудник.

На этапе планирования горных работ особое внимание уделяется вопросу проветривания перспективного или реконструируемого рудника. Для решения задачи обеспечения всех потребителей требуемыми в соответствии с правилами безопасности расходами воздуха используются методы математического моделирования воздухораспределе-ния в проектируемой вентиляционной сети. Рассматривается несколько характерных этапов развития вентиляционной сети, среди которых - этап максимального развития горных работ, для которых рассчитываются параметры работы главной вентиляторной установки. На основании полученных данных производится выбор вентиляторной установки.

Однако, как показывает практика, невозможно учесть все возможные варианты развития вентиляционной сети таких крупных рудников, как калийные. Большие размеры шахтных полей, удаленность рабочих зон от стволов, наличие больших объемов выработанных пространств, а также -зон утечек воздуха, приводит к тому, что некоторые участки вентиляционной сети начинают испытывать дефицит воздуха. Такие участки вентиля-

ционной сети получили наименование трудно проветриваемых зон.

К трудно проветриваемым зонам (ТПЗ) относятся участки вентиляционной сети рудника, в которых количество воздуха, проходящее по выработкам рабочей зоны, менее расчетного и применение регулирования при помощи главной вентиляторной установки не оказывает необходимого влияния на количество воздуха, поступающее на этот участок вентиляционной сети [1].

Для обеспечения трудно проветриваемых зон необходимым количеством свежего воздуха в первую очередь необходимо минимизировать утечки воздуха в вентиляционной сети. Однако, на практике, такое не всегда возможно произвести из-за большого количества вентиляционных перемычек, которые даже при приемлемом качестве конструкции, не являются абсолютно герметичными, а имеют некоторый коэффициент воздухопроницаемости.

Альтернативным путем увеличения количества подаваемого воздуха на участки вентиляционной сети является снижение аэродинамического сопротивления этих участков или всей вентиляционной сети в целом. Это

осуществляется за счет проходки новых горных выработок, увеличения сечения действующих. Но данное мероприятие является достаточно дорогостоящим, и кроме того - не всегда осуществимо из-за горно-геологических или горнотехнических условий.

В условиях калийных рудников в сложившейся ситуации используется еще один метод обеспечения трудно проветриваемых зон свежим воздухом в соответствии с п. 159 ПБ 03-55303 - использование в вентиляционной сети вспомогательных вентиляторных установок. Однако, при этом возникает задача выбора типа, параметров и мест размещения вспомогательных вентиляторных установок. Оптимальным путем решения задачи является численное моделирование вариантов воздухораспределения в специализированных программно-вычислительных комплексах, таких как «АэроСеть» [2,3].

Важным этапом для определения как параметров работы так и места размещения подземной вспомогательной вентиляторной установки (ПВВУ) является определение границ ТПЗ. Так как к ТПЗ относятся участки вентиляционной сети, на которых обнаруживается дефицит воздуха непосредственно в рабочих зонах, а применение регулирования при помощи главной вентиляторной установки не оказывает необходи-мого влияния на количество воздуха, поступающее на этот участок вентиляционной сети, то трудно проветриваемая зона может включать в себя как одну рабочую зону, так и несколько. Может оказаться, что рабочие зоны будут представлять собой отдельные ТПЗ.

Для этой цели первоначально по результатам воздушно-депрессионной съемки определяются замерные станции, на которых расчетное значение

количества воздуха превышает подаваемое по факту. При этом для параллельных выработок с одним направлением воздушной струи, представляющих собой аэродинамическую систему, сравниваются суммарные фактический и расчетный расходы. Если замерная станция (станции в параллельных выработках), на которой обнаружен дефицит воздуха, расположена в выработке, являющейся входящей струей для нескольких рабочих зон, испытывающих дефицит воздуха, то именно данная замерная станция будет являться границей ТПЗ и включать в себя все эти рабочие зоны.

Вентиляторные установки вспомогательного проветривания необходимо размещать на границе ТПЗ в воз-духоподающих или вентиляционных выработках. При этом воздухопо-дающими выработками ТПЗ будут являться выработки, на замерных станциях которых обнаружен дефицит воздуха, а вентиляционными выработками ТПЗ будут являться вентиляционные выработки того участка вентиляционной сети (блока, панели, направления), на замерных станциях воздухоподающих выработок которого обнаружен дефицит воздуха.

Хорошо зарекомендовали себя для обеспечения свежим воздухом трудно проветриваемых зон рециркуляционные системы проветривания, при размещении рециркуляционной вентиляторной установки вспомогательного проветривания в начале крыльев или направлений рабочих горизонтов [4, 5].

При размещении вентиляторной установки в одной из параллельных выработок, остальные выработки во избежание неконтролируемой рециркуляции воздуха должны быть перекрыты вентиляционными перемычками.

Предпочтение при выборе места размещения вентиляторной установки следует отдавать вентиляционным выработкам, т.к. в данных выработках не происходит технологических процессов.

Отдельной задачей является выбор типа вентиляторной установки и параметров ее работы. Для этой цели производится оценочный расчет аэродинамического сопротивления участка вентиляционной сети, представляющего собой ТПЗ.

Для оценочного расчета сопротивления ТПЗ используется следующая формула, кмюрг:

н = х н / О2,

где Н - депрессия отдельной выработки, составляющей депрессионный ход на рассматриваемом участке (ТПЗ), мм вод. ст.; О - расход воздуха, поступающего на проветривание ТПЗ, м3/с.

Для расчета депрессии участка в нем выбирается депрессионный ход -последовательно соединенные выработки, связывающие границу ТПЗ на входящей струе воздуха с границей ТПЗ на исходящей струе воздуха. В каждой такой выработке измеряется депрессия Н.

При наличии в ТПЗ источника тепловой депрессии, который может являться основной причиной образования ТПЗ, депрессионный ход должен включать в себя выработку, в которой расположен источник тепловой депрессии. При этом в сумму депрессий должна быть включена тепловая депрессия источника тепловыделения

Нтепё:

н _ рдМ тп 1 + рсОТм ' Ш

где р - плотность воздуха в шахтных условиях, до взаимодействия с источ-

ником тепловыделения, кг/м3; д - ускорение свободного падения, м/с2; ДZ - перепад высотных отметок на участке действия тепловой депрессии, м; с - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К); О - объемный расход воздуха в выработке, м3/с; Тм - температура горного массива, К; Ш - мощность источника тепловыделения, Вт.

Мощность источника тепловыделения зависит от его типа и вычисляется по известным зависимостям [6].

При полученном сопротивлении участка ТПЗ более 0,05 кмюрг необходимо использовать вспомогательную вентиляторную установку (ВВУ), т.е. вентилятор, который установлен в сечении выработки через перемычку.

При полученном сопротивлении участка ТПЗ менее 0,05 кмюрг необходимо использовать вспомогательную эжекторную установку (ВЭУ) (вентилятор-эжектор), т.е. вентилятор, который установлен в сечении выработки без перемычки [7].

Для увеличения эффективности работы ВЭУ необходимо использовать камеру смешения и конфузор. Целесообразно использовать камеру смешения и конфузор при сопротивлении участка ТПЗ в интервале от 0,001 кмюрг до 0,05 кмюрг.

При использовании ВВУ определяется тип вентилятора. По техническим данным определяется интервал производительности вентилятора. Вентилятор принимается к расчету, если требуемая производительность попадает в данный интервал.

При использовании ВЭУ определяются тип вентилятора, параметры камеры смешения и конфузора. По техническим данным определяется интервал производительности вентилятора. Следует учитывать, что производительность эжекторной установки в 1,5-2 раза выше соответствую-

щей производительности вентилятора, входящего в состав данной установки. Исходя из этого, к расчету принимается вентилятор, в интервал производительности которого входит требуемая производительность, уменьшенная в 1,5 раза.

При использовании в составе ВЭУ вентиляторов типа [8]:

- ВМ-6 оптимальное значение диаметра конфузора - <<к = 0,5 м;

- ВМ-8 оптимальное значение диаметра конфузора - <<к = 0,6 м;

1. Технологический регламент по организации проветривания рудников ОАО «Уралкалий», Пермь-Березники, 2005.

2. Казаков Б.П. Разработка программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» для расчета вентиляционнык сетей шахт и рудников / Б.П. Казаков, Ю.В. Круглов, А.Г. Исае-вич, Л.Ю. Левин // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2006. - № 3. - С. 21-33.

3. Гришин. Е.Л. Разработка единой информационно-аналитической системы вентиляции рудников на основе программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» / Е.Л. Гришин, А.В. Кашников, Д.В. Курилов, А.В. Репин // Горный журнал. - 2008. № 10. - С. 81-83.

4. Казаков Б.П. Исследование и разработка рециркуляционных систем проветривания рудников / Б.П. Казаков, Л.Ю. Левин // Горный журнал. - 2006. № 12. - С. 71-73.

- ВМ-12 оптимальное значение диаметра конфузора - <<к = 0,7 м.

Оптимальная длина конфузора составляет 1 м.

Диаметр камеры смешения также зависит от сопротивления участка вентиляционной сети и подбирается путем последовательного выполнения расчетов воздухораспределения для разных значений диаметра камеры смешения. Оптимальным значением диаметра камеры смешения является то, при котором обеспечивается требуемый расход воздуха.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Казаков Б.П. Совершенствование ресурсосберегающих систем вентиляции рудников Верхнекамского месторождения калийных солей / Б.П. Казаков, Ю.В. Круг-лов, А.В. Шалимов, Л.Ю. Левин, А.Г. Исае-вич, В.А. Стукалов // Горный журнал. -2008. №10. - С. 81-83.

6. Гендлер С. Г. Тепловой режим подземных сооружений. - Л.: Изд-во ЛГИ, 1987. - 102 с.

7. Казаков Б.П. Математическое моделирование работы эжекторных установок при проветривании подземных выработок / Б.П. Казаков, А.В. Шалимов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2004. № 2. - С. 39.

8. Шалимов A.B. Исследование влияния эжекторных установок на воздухораспреде-ление в рудничных вентиляционных сетях произвольной топологии // Дисс. к.т.н. -Пермь, 2003. ШЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Гришин Евгений Леонидович - ассистент кафедры, младший научный сотрудник отдела аэрологии и теплофизики; traph@rambler.ru,

Трушкова Надежда Анатольевна - аспирант отдела аэрологии и теплофизики, ассистент

кафедры, nadya_trushkova@mail.ru,

Горный институт Уральского отделения РАН.

А