Шахтные вентиляционные сети Совокупность всех путей движения

Шахтные вентиляционные сети

Совокупность всех путей движения воздуха в шахте называется шахтной вентиляционной сетью. Кроме этого вентиляционная сеть включает в себя вентиляторы главного проветривания, вентиляционные сооружения, машины и механизмы, вспомогательное оборудование, системы местной вентиляции.

На шахтах, для изображения путей движения воздуха, построения маршрутов движения людей, трубопроводов, транспортных цепочек и т. д. , используются схемы вентиляции шахт, схемы вентиляционных соединений и планы горных работ.

• узел — место соединения трех и более выработок (точки 2, 3, 5, 6, 7, 8); • ветвь — отдельная выработка (или несколько последовательно соединенных выработок), соединяющая два узла; • контур — замкнутый путь в сети, включающий неповторяющиеся ветви;

В зависимости от взаимного расположения выработок различают три основных вида их соединений: последовательное, параллельное и диагональное.

Виды вентиляционных соединений горных выработок Последовательное соединение. Соединение выработок без разветвлений называется последовательным. hобщ = h 1 -2 + h 2 -3 + h 3 -4 = ∑ h i. * Rобщ = R 1 -2 + R 2 -3 + R 3 -4 = ∑ R i Расход воздуха во всех выработках одинаков Qобщ = Q 1 -2 = Q 2 -3 = Q 3 -4

Параллельное соединение. Параллельным соединением выработок называется такое соединение, когда выработки связаны между собой только в двух общих узлах. hо = h 1 -2 = h 2 -3=hi где Qо – общее количество воздуха

Диагональное соединение можно рассматривать, условно, как параллельное соединение двух выработок, связанных между собой выработкой-диагональю (BC) h 0 = h. АС + h. СД = h. АВ + h. ВС + h. СД R 0=h 0 / Q 02

Вентиляция шахт и рудников Основными источниками движения воздуха в шахте (руднике) являются естественная тяга и работа вентиляторов.

Естественная тяга. • Естественная тяга – это движение воздуха по выработкам под влиянием естественных факторов: ветра, разности отметок устьев шурфов (стволов) давления столбов воздуха в сообщающихся выработках. • Депрессия естественной тяги – это энергия, которую получает единица объёма воздуха от источников, вызывающих естественную тягу.

• В настоящее время Правилами безопасности запрещена вентиляция шахт только за счёт естественной тяги – из-за неустойчивости количества и направления движения воздуха. • Естественная тяга может затруднять или облегчать вентиляцию шахты, составляя до 20 -25% депрессии вентилятора главного проветривания, и её необходимо учитывать в расчёте напора (депрессии) вентилятора главного проветривания лишь как негативный фактор.

Факторы, влияющие на естественную тягу. Температура воздуха – оказывает существенное влияние, т. к. определяет удельный вес воздуха. Летом γ уменьшается, что приводит к уменьшению he. В холодное время – наоборот. При пожарах – tвозд достигает сотни градусов и he может быть такой, что опрокидывает струю. Давление воздуха, т. к. от него зависят γвозд, h. Глубина горных работ – увеличивает ест. тягу за счет разности температур и давления.

Шахтные вентиляторы Вентилятором называется машина, создающая разность давления в воздухопроводе, под влиянием которой воздух перемещается в этом воздухопроводе. * Выпускаются два типа вентиляторов, различающихся по принципу действия и конструктивному исполнению – центробежные и осевые. Вентиляторы, используемые для проветривания шахты в целом – вентиляторы главного проветривания, для проветривания отдельных выработок и рабочих мест – вентиляторы местного проветривания.

• Центробежные вентиляторы дешевле, проще по устройству, имеют большую прочность и создают гораздо меньше шума, но занимают больше места и неэкономичны при небольшой депрессии (менее 2500 Па). • Практически все вентиляторы обладают возможностью регулировать мощность (депрессию вентилятора – от 700 Па до 7 -10 тыс. Па) и реверсировать, т. е. изменять на противоположное направление движения струи, нагнетательный режим - на всасывающий.

• Для угольных сверхкатегорийных по газу шахт максимально допустимая депрессия (напор) равна 4500 Па, хотя вентилятор может создать депрессию до 10 тыс. Па. • Для рудников максимально допустимая депрессия составляет 3000 Па. • При монтаже двух вентиляторов главного проветривания их соединяют параллельно, при этом увеличивается объём подаваемого воздуха, но не депрессия. • Вентиляторы местного проветривания работают в диапазоне: напор h=500 -6000 Па, дебит Q=2 -25 м 3/с • Максимально-допустимая скорость движения воздуха в вентиляционном канале равна 15 м/с.

• Надшахтные здания стволов, оборудованных нагнетающим или всасывающим вентилятором главного проветривания должны быть максимально герметичными, чтобы уменьшить здесь утечки воздуха, а надшахтное здание на стволе, через который отработанный воздух выходит из шахты, наоборот, должно быть негерметичным.

• Вентилятор выбирают по двум показателям – расходу воздуха, м 3/мин и по депрессии, Па (кроме того – ещё по экономическим соображениям на приобретение и эксплуатацию вентиляторной установки) • При необходимой депрессии вентилятора до 1500 Па рекомендуется применять только осевые вентиляторы, при 1500 -3000 Па – осевые или центробежные, свыше 3000 Па – только центробежные,

Вентиляторы: 1. Осевые СВМ-4 М, СВМ-5, СВМ-6 М, ВМ-200, ВМ-3 М, ВМ-4 М, ВМ-5 М, ВМ-6 М, ВМ-8 М, ВМ 12 М. 2. Осевые пневматические для шахт, опасных по внезапным выбросам и суфлярам: ВМП 3 М, ВМП-4, ВМП-5 М, ВМП-6 М. 3. Центробежные для стволов и околоствольных выработок: ВЦПД-8, ВЦД 16, ВЦ-7, ВМЦ-8. Характеристика вентилятора- зависимость развиваемой вентилятором депрессии от дебита (производительности) в виде графика.

Характеристики вентиляторов: А) центробежного с загнутыми назад лопатками и осевого при небольшом угле поворота лопаток; Б) центробежного с радиальными или загнутыми вперед лопатками В и Г) осевого при небольшом угле поворота лопаток.

Последовательная работа вентиляторов -такая, при которой воздушная струя поочередно и полностью проходит через все вентиляторы. Дебит вентиляторов: Q 1=Q 2=Q 3. Депрессия: hобщ=h 1+h 2+h 3.

Параллельная работа вентиляторов Такая, при которой потоки воздуха от отдельных вентиляторов сливаются и образуют общий поток. Дебит вентиляторов: Qобщ= Q 1 +Q 2 Депрессия: hобщ=h 1 =h 2

Область устойчивой работы вентилятора. Типичная характеристика вентилятора имеет восходящий 1 -2 -3 -4 и нисходящий 4 -5 -6 -7 участки. В точке 4 –вентилятор развивает hmax. Если характеристики сети и вентилятора пересекаются на нисходящем участке (точка 6), то работа вентилятора будет устойчивой. Если точка пересечения характеристик находится на восходящем участке (точка 3), то режим работы будет неустойчивым. Фактический дебит и депрессия вентилятора будут испытывать существенные колебания. Для устойчивой работы рабочий участок характеристики вентилятора в верхней части ограничивают депрессией, равной 0. 9 hmax.

Регулирование расхода воздуха в горных выработках Все виды регулирования можно разделить на две основные группы: • изменение режима работы источника тяги (вентилятор); • изменение аэродинамического сопротивления горной выработки; • комбинированный (объединяющий оба перечисленных выше метода).

Все способы регулирования разделяются на положительные и отрицательные. Положительные производятся за счет уменьшения аэродинамического сопротивления, установкой дополнительных источников тяги. Отрицательные – увеличением аэродинамического сопротивления отдельных ветвей (при этом увеличивается расход электроэнергии).

Регулирование изменением сопротивления выработок. 1. Увеличением аэродинамического сопротивления – это наиболее распространенный отрицательный способ. Выполняется установкой: вентиляционных дверей, окон, воздушных завес. А) вент. окна –отверстия в вент. дверях или перемычках, пропускающие определенное количество воздуха с изменяющейся S окна. При этом происходит резкое сужение потока. Б) воздушные завесы регулируют путем перекрытия потока в выработке поперечной струей с высокой кинетической энергией. Преимущество: не мешают проходу транспортных средств, не загромождают выработку.

2. Уменьшением аэродинамического сопротивления – относится к положительному методу регулирования. Необходимо очистить выработки от загромождения, расширять сечение в местах перегрузок, в местах изменения сечений делать плавные переходы. Регулирование вспомогательным вентилятором. Вспомогательные вентиляторы устанавливаются в ветвях, в которых необходимо увеличить количество воздуха и повысить депрессию.

Вентиляционные сооружения на шахтах

По назначению различают три группы сооружений: - Для пропуска воздуха - Для регулирования потока, распределения воздуха. - Для изоляции вентиляционных струй. Группа для пропуска воздуха. Каналы вентиляторов – сложное сооружение для пропуска и изменения направления движения струи. Основные требования: - Простота реверсирования струи, - Малое аэродинамическое сопротивление (гладкие стены, плавные повороты сечение достаточное для скорости струи (<15 м/сек. )).

Кроссинги –в местах пересечения выработок со свежей и исходящей струями. Бывают глухими или с одним, двумя шлюзами для прохода людей или движения транспортных средств. (Vвоздуха<10 м/сек).

Если через кроссинг проходит: - <5 м 3/сек воздуха, то может сооружаться из труб (металл, ж/бетон) с сечением ≥ 0. 5 м 2, - при Q>5 м 3/сек – кроссинг типа «перекидной мост» , При Q>20 м 3/сек – обходные выработки. Материал: камень, бетон, ж/бетон. Требования: прочность, герметичность.

Группа для регулирования потока Вентиляционные двери – выполняют роль перемычки, служат для прохода людей и транспорта. Если двери двойные – это шлюз, расстояние между дверями должно быть больше длины состава. Бывают: металлические, деревянные, обитые железом, одно и двухстворчатые, с приводом для открывания транспортным средствам. Для регулирования распределения воздуха двери могут иметь окно с заслонкой.

Группа для изоляции вентиляционных струй. - Герметичные надшахтные здания – для изоляции устьев стволов. - Глухие перемычки (изоляционные, взрывоустойчивые, водоупорные). По материалу бывают дощатые, парусные (матерчатые). По сроку службы: постоянные и временные. - Вентиляционные двери - Шлюзы. - Буфеты – для предупреждения утечки воздуха из откаточного штрека в вентиляционный по бремсбергу устраивается в виде продольной стенки или обходной выработки.

Утечки воздуха в шахтах

Утечки воздуха – это неуправляемое движение струи, минуя места потребления. Утечки являются потерями. Для компенсации утечек приходится подавать большее количество воздуха, что требует дополнительного расхода электроэнергии. Просачивание воздуха через трещины в целиках может вызвать самовозгорание п. и. Суммарная величина утечек может достигать 70÷ 80% дебита вентилятора. На современных шахтах величина общешахтных утечек составляет 25 -40%.

Виды утечек Утечки делятся на: подземные (внутришахтные), поверхностные (подсосы с поверхности или в атмосферу), общешахтные (суммарные). Различают утечки происходящие через: - Вентиляционные сооружения (местные), - Выработанное пространство и целики (непрерывно распределенные) - Вентиляционные трубы. Утечки измеряются в м 3/мин или в %% от количества поступающего воздуха.

Способы снижения утечек. 1. Выбор рациональной схемы вентиляции. 2. Применение стационарных вентиляторных установок. 3. Проведение полевых выработок (на угольных шахтах) 4. Качественное исполнение вентиляционных сооружений, их своевременный ремонт (покрытия, прокладки, штукатурка).

Способы вентиляции Для обеспечения движения воздуха по выработкам необходимо создать перепад давлений. Различают способы: нагнетательный, всасывающий, комбинированный.

Нагнетательный Р 1 – давление на выходе из вентилятора; Р 0 – атм. давление в устье воздухоподающего ствола. Депрессия шахты: h=p 1 -p 0 Достоинства: -Применение одной вентиляторной установки. -Легко регулировать распределение воздуха, управлять вентиляционным режимом при авариях. -Через вентилятор проходит чистый воздух -Нет подсоса воздуха с поверхности -На свежую струю не поступают вредные примеси (нет утечек) Недостатки: -необходимость герметизации надшахтного здания и воздухоподающего ствола. - В случае аварийной остановки вентилятора увеличивается дебит метана

Всасывающий Способ основан на создании перепада разрежением h=p 0 -p 1 Достоинства: -при остановке вентилятора в выработках повышается давление, что уменьшает выделение метана. Недостатки: - подсос воздуха через обрушения, трещины, провалы, что загрязняет воздух. - Подсос может обусловить самовозгорание углей, поэтому этот способ применяется в шахтах, не склонных к самовозгоранию полезных ископаемых.

Комбинированный Один нагнетает, другой всасывает. h=p 1 -p 2 Применяется в целях ликвидации или уменьшения утечек или подсосов воздуха через выработанное пространство, трещины. Рекомендуется при разработке самовозгорающихся углей и руд и значительной протяженности выработок. Недостатки: -наличие 2 х и более вентиляторных установок, трудность в управлении проветриванием.

Схемы вентиляции При выборе схем необходимо стремиться: - максимально использовать для проветривания все выработки, - разделять на параллельные потоки, для уменьшения сопротивления R, - Исходящая струя не должна смешиваться со свежей, - Обеспечить все забои необходимым количеством воздуха, - Иметь минимальное количество вентиляционных сооружений (перемычки, двери и др. ) - Соблюдать max и min скорости движения воздуха.

Согласно ПБ запрещается: - Подавать свежий воздух в шахту по скиповым стволам, оборудованным конвейерами, а также - Через обрушенные зоны и завалы. Все очистные забои должны проветриваться за счет общешахтной депрессии, без применения дополнительных вентиляторов.

В зависимости от числа и взаимного расположения воздухоподающих выработок различают схемы: центральные, фланговые и комбинированные. 1. Центральные – характеризуются расположением воздухоподающего и выдающего стволов в центре шахтного поля. Различают центральносдвоенные и центрально-отнесенные схемы.

Центрально-сдвоенные – расстояние между стволами 30÷ 100 м. , при глубине>200 м. Центрально-отнесенные – стволы расположены на значительном расстоянии, применяются при отработке верхней части поля. Достоинства: - относительно малые кап. затраты, - Быстрый ввод в эксплуатацию, - Незначительные потери в целиках, - Простота управления проветриванием. - Недостатки: -высокая депрессия, вследствие удлинения движения воздуха, - Большие утечки в околоствольном дворе и по пути, - Необходимость в вентиляционном горизонте по всей длине шахтного поля.

Фланговые (диагональные) – применяется при вскрытии шахтного поля в центре и на границах. Стволы в центре – воздухоподающие, на флангах – воздуховыдающие. Достоинства: -отсутствие утечек от ствола до забоя, - Уменьшение общешахтной депрессии, за счет сокращения пути движения воздуха, - Нет необходимости в поддержании выработок вентиляционного горизонта. Недостатки: - большие кап. затраты, необходимость проходки выработок основного горизонта до начала очистных работ, - Увеличение потерь п. и. в целиках, - Наличие большого числа вентиляционных установок, сложность управления ими, энергоснабжения и обслуживания.

Комбинированные – сочетают в себе элементы центральных и фланговых схем, с целью использования их преимуществ. Как правило, воздухоподающие – центральные стволы, выдающие – центральные, фланговые. Достоинства – при значительном числе выработок и большом шахтном поле невысокая депрессия, - Повышается надежность проветривания участков, - Упрощается регулирование распределения воздуха на участках, - Увеличивается число выходов из шахты (ПБ). Недостатки – сложность вентиляционной сети, - Трудность управления работой вентиляторов и регулирования распределения воздуха по шахте в целом, - Большие кап. затраты.