СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ТУПИКОВОЙ ВЫРАБОТКИ
METHOD OF VENTILATING BLIND WORKING

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании тупиковых выработок рудников и шахт.
Известен способ проветривания тупиковых горных выработок рудников и угольных шахт, включающий использование регулирующего устройства, выполненного в виде металлической треугольной пирамиды из уголковой стали с заслонками жалюзийного типа. Основание пирамиды закрепляют анкерными соединениями на стене вентиляционного штрека так, чтобы вершина ее была направлена к груди забоя тупиковой выработки вдоль ее среднего вертикального сечения (патент РФ №2478791, E21F 1/12, 2013).
Недостатком известного способа является то, что воздух, двигаясь по наименьшему сопротивлению (кратчайшему пути), будет огибать регулирующее устройство и уходить в сквозную горную выработку, минуя тупиковую горную выработку. Это приведет к снижению надежности и эффективности проветривания. Кроме того, регулирующее устройство будет создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление для прохода воздуха, вследствие чего будет снижаться эффективность проветривания.
Известен способ проветривания тупиковой выработки (авт. свид. №1696724, E21F 1/00, 1989), включающий подачу свежего воздуха в выработку по трубопроводу, входное отверстие которого соединено с вентилятором местного проветривания, установленным в сквозной выработке. У устья тупиковой выработки со стороны подвода свежего воздуха оборудуют вентиляционный шлюз, первую дверь которого с прямым клапаном устанавливают у стенки тупиковой выработки, а вторую дверь устанавливают между первой дверью и вентилятором местного проветривания, вторую дверь шлюза оборудуют воздуходувкой для нагнетания свежего воздуха в шлюз.
Известный способ теоретически эффективен для противодействия рециркуляции загрязненного воздуха в локальной вентиляционной сети при проветривании тупиковой горной выработки с помощью вентилятора местного проветривания и вентиляционного трубопровода. Но на практике его невозможно использовать в большинстве случаев из-за установки шлюзовых перемычек, препятствующих движению транспорта по сквозной выработке. Известный способ обеспечивает подачу в призабойное пространство постоянного количества воздуха. Однако практика показывает нерациональность такого постоянного режима проветривания.
Наиболее близким способом к заявленному изобретению по совокупности признаков является комбинированный способ проветривания тупиковой горной выработки, включающий подачу свежего воздуха из сквозной горной выработки одним вентилятором местного проветривания по трубопроводу в тупиковую горную выработку. Выдача воздуха из тупиковой горной выработки другим вентилятором местного проветривания по трубопроводу (Мохирев Н.Н., Радько В.В. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. - М.: Недра-Бизнесцентр, 2007. 324 с. - Стр. 108, рис. 5.2, г). Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - подача воздуха по сквозной горной выработке; забор части воздуха вентилятором местного проветривания и подача его по вентиляционному трубопроводу в тупиковую горную выработку.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что в воздухе, выдаваемом из тупиковой выработки, в большом количестве содержится пыль, которая скапливается в трубопроводе всасывающего вентилятора. В этом случае увеличивается аэродинамическое сопротивление трубопровода и снижается эффективность работы вентилятора, при этом основная часть загрязненного воздуха выдается из тупиковой выработки, минуя трубопровод всасывающего вентилятора, вследствие чего задача рециркуляции не решается. Также вследствие данной проблемы, воздух, выдаваемый из тупиковой выработки, разделяясь на два потока, препятствует поступлению свежего воздуха в нее, т.е. ухудшаются условия проветривания.
Известный способ проветривания позволяет регулировать количество воздуха, подаваемого в призабойное пространство только при наличии регулируемого вентилятора. В том случае, если вентилятор является нерегулируемым, нет возможности регулирования количества воздуха, подаваемого в призабойное пространство.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение надежности и эффективности проветривания тупиковой выработки за счет противодействия рециркуляции загрязненного воздуха из тупиковой горной выработки, а также регулирования количества воздуха, подаваемого в призабойное пространство.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе проветривания тупиковой выработки рудника или шахты, включающем подачу воздуха по сквозной горной выработке, забор части воздуха вентилятором местного проветривания и подачу его по вентиляционному трубопроводу в тупиковую горную выработку, согласно изобретению часть потока воздуха, проходящего через вентилятор местного проветривания, направляют через вентиляционный тройник в расположенный в сквозной горной выработке дополнительный трубопровод, снабженный на выходе конфузором с изменяемым выходным сечением, с помощью конфузора формируют струю воздуха, выводящую за счет эффекта эжекции в окружающий и загрязненный воздух, исходящий из тупиковой горной выработки по ходу движения потока воздуха в сквозной горной выработке, при этом длину дополнительного трубопровода определяют в зависимости от геометрических размеров сквозной и тупиковой горных выработок, необходимого для проветривания объема воздуха и характеристик вентилятора местного проветривания.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - направляют часть воздуха, проходящего через вентилятор местного проветривания, в расположенный в сквозной горной выработке дополнительный трубопровод, соединенный с вентиляционным трубопроводом через вентиляционный тройник и снабженный на выходе конфузором с изменяемым выходным сечением; с помощью конфузора формируют струю воздуха, выводящую за счет эффекта эжекции в окружающий и загрязненный воздух, исходящий из тупиковой горной выработки по ходу движения потока воздуха в сквозной горной выработке; длину дополнительного трубопровода определяют в зависимости от геометрических размеров сквозной и тупиковой горных выработок, необходимого для проветривания объема воздуха и характеристик вентилятора местного проветривания.
Направление части потока воздуха, поступающего из сквозной горной выработки, через расположенный в ней дополнительный трубопровод, снабженный на выходе конфузором, позволяет за счет изменяющегося сечения конфузора в сквозной горной выработке сформировать струю, образующую «воздушный поршень», препятствующую рециркуляции загрязненного воздуха из тупиковой горной выработки за счет эффекта эжекции.
Направление части потока воздуха, проходящего через вентилятор местного проветривания, в дополнительный трубопровод, расположенный в сквозной горной выработке, и регулирование количества воздуха, проходящего по данному трубопроводу путем изменения выходного сечения конфузора, позволяет регулировать количество воздуха, поступающего в тупиковую горную выработку для проветривания призабойного пространства.
В зависимости от геометрических размеров сквозной и тупиковой горных выработок, необходимого для проветривания объема воздуха и характеристик вентилятора местного проветривания определяют оптимальную длину дополнительного трубопровода и, соответственно, оптимальное месторасположение конфузора.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят противодействовать рециркуляции загрязненного воздуха из тупиковой горной выработки, а также регулировать количество воздуха, подаваемого в призабойное пространство. Благодаря этому повышается надежность и эффективность проветривания тупиковой выработки.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способа проветривания тупиковой горной выработки с получением указанного технического результата.
Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлена схема проветривания тупиковой выработки, где конфузор располагают перед тупиковой выработкой.
На фиг. 2 представлена схема проветривания тупиковой выработки, где конфузор располагают за тупиковой выработкой.
На фиг. 3 приведена конструкция конфузора с изменяемым выходным сечением в открытом состоянии.
На фиг. 4 приведена конструкция конфузора с изменяемым выходным сечением в нейтральном состоянии.
На фиг. 5 приведена конструкция конфузора с изменяемым выходным сечением в закрытом состоянии.
Способ проветривания тупиковой выработки осуществляется следующим образом.
По сквозной горной выработке 1 движется поток 2 чистого воздуха, часть которого засасывается вентилятором местного проветривания 3 и делится на два потока. Далее один поток по вентиляционному трубопроводу 4 нагнетается в призабойное пространство 5, а другая часть направляется через расположенный в сквозной горной выработке 1 дополнительный трубопровод 6, соединенный с вентиляционным трубопроводом 4 посредством вентиляционного тройника 7. Исходящая из дополнительного трубопровода 6 струя воздуха 8 раскрывается в сквозной горной выработке 1, образуя в ней «воздушный поршень», который увлекает за собой окружающий воздух 9 за счет того, что на выходе дополнительного трубопровода 6 установлен конфузор 10. При этом управление количеством воздуха 11, поступающим в тупиковую горную выработку 12 для проветривания призабойного пространства 5, и регулирование дебита эжектирующей струи 8 осуществляют за счет изменения количества воздуха, выдаваемого через дополнительный трубопровод 6 путем изменения геометрии конфузора 10.
Месторасположение конфузора 10 и, следовательно, длину трубопровода 6 определяют расчетным путем или путем математического моделирования в зависимости от геометрических размеров горных выработок 1 и 12, необходимого для проветривания объема воздуха 11 и 8, характеристик вентилятора местного проветривания 3.
Эжектирующий конфузор 10 может располагаться как перед, так и за тупиковой горной выработкой 12.
При расположении конфузора 10 перед тупиковой выработкой 12 (фиг. 1) исходящая раскрывающаяся струя воздуха 8 препятствует рециркуляции загрязненного воздуха 13, создавая для нее аэродинамическое сопротивление, направляя ее в сквозную горную выработку 1 по ходу движения потока воздуха 2.
При расположении конфузора 10 за тупиковой горной выработкой 12 (фиг. 2), образующийся в сквозной горной выработке 1 «воздушный поршень» затягивает за собой загрязненный воздух 13 в сквозную горную выработку 1 по ходу движения потока воздуха 2.
В качестве эжектирующего конфузора 10 может быть использован конфузор, состоящий из подвижных лопаток 14, закрепленных с помощью шарнирных соединений на кольце конфузора 10 (фиг. 3). Форма лопаток 14 и положение осей их вращения (шарниров) подобраны таким образом, чтобы обеспечивать максимальную амплитуду движения лопаток 14 от положения полного раскрытия конфузора 10, когда выходное сечение равно входному, до его закрытия, когда выходное сечение минимально. Пример конструкции конфузора 10 с изменяемым выходным сечением приведен в открытом, в нейтральном и закрытом состояниях, соответственно на фиг. 3-5.
Регулирование распределения воздуха по предлагаемому способу может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме путем оснащения вентиляционного оборудования системой автоматического контроля и управления, позволяющей осуществлять мониторинг интенсивности проветривания призабойного пространства и корректировать режим работы вентилятора местного проветривания и степень раскрытия конфузора.
Преимущество предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, состоит в том, что оно позволяет избежать рециркуляции загрязненного воздуха при одновременном регулировании количества воздуха, подаваемого в призабойное пространство, тем самым повысив надежность и эффективность проветривания горных выработок с помощью одного вентилятора местного проветривания.
Моделирование воздухораспределения для условного золотодобывающего рудника показало, что при использовании заявляемого способа проветривания экономия электроэнергии составит 16%, а количество воздуха, проходящее по сквозной горной выработке, увеличится вдвое.