Проектирование вентиляции рудных шахт

Рудничная вентиляция - отрасль горного дела, охватывающая научные основы и технические средства для поддержания во всех действующих горных выработках шахты атмосферы с параметрами, необходимыми для ведения горных работ.

Средствами инженерного обеспечения вентиляция шахт являются:
- вентиляторные установки;
- вентиляционные выработки;
- вентиляционные сооружения;
- вентиляционные регуляторы;
- вентиляционные трубопроводы;
- средства снижения аэродинамического сопротивления выработок и утечек воздуха.

Горные инженеры должны: знать:
- свойства рудничных газов и рудничной пыли;
- методы качественного и количественного анализа особо опасных и вредных антропогенных факторов;
- теорию и технику рудничной вентиляции;
- методики обоснования параметров шахтных вентиляционных систем;

иметь представление о процессах:
- образования рудничных газов, их выделения и перемещения в сети горных выработок;
- пылеобразования и средствах пылеподавления;

уметь:
- выбирать схемы, способы и технические средства проветривания нарезных, подготовительных и очистных выработок;
- грамотно производить инженерные расчёты по вентиляции.

Ори всасывающем способе проветривания (рис, 2.1, б) перепад давления воздуха в шахте создается путем разрежения воздуха вентилятором в устье ствола, отводящего воздух. За счет работы вентилятора давление воздуха в устье этого ствола уменьшается до значения р₂ (меньшего нормального атмосферного давления р_а).

В этом случае депрессия шахты, Па, определяется по формуле:

Таким образом, при всасывающем способе проветривания давление воздуха в горных выработках шахты оказывается ниже атмосферного. Поэтому в случае аварийной остановки вентилятора воздух с дневной поверхности будет поступать в горные выработки под действием разности между атмосферным давлением и давлением воздуха в шахте. Это особенно важно для газовых шахт, так как повышение давления шахтного воздуха в горных выработках приведёт к замедлению процесса поступления газа из горного массива в них.

При всасывающем способе проветривания шахт возможно применение как одной вентиляторной установки (располагаемой в центре шахтного поля), так и нескольких (располагаемых на флангах шахтного поля).

Всасывающий способ проветривания шахт при установке одного центрального вентилятора имеет достоинства и недостатки, приведенные в табл. 2.2.

Всасывающий способ проветривания шахт при установке нескольких вентиляторов на флангах шахтного поля имеет достоинства и недостатки, приведённые в Табл. 2.3.

При нагнетательно-всасываюшем способе проветривания (рис. 2.1, в) в одной части выработок шахты нагнетательным вентилятором создается избыточное давление воздуха р₁ а в другой части всасывающим вентилятором — разрежение р₂.

Депрессия шахты, Па, создаваемая нагнетательным и всасывающим вентиляторами, определяется по следующей формуле:

При комбинированном способе проветривания в шахте имеется область, в которой давление воздуха равно нормальному атмосферному давлению. Между этой областью и дневной поверхностью перепад давления равен нулю, что даже при наличии каналов для прохода воздуха исключает его движение.

Комбинированный способ проветривания позволяет распределить общешахтную депрессию на два последовательно работающих вентилятора, устанавливаемых в воздухоподающем и воздухоотводящем стволах. Несмотря на то, что данный способ проветривания позволяет достичь высоких перепадов давления на пути движения воздуха, аэродинамическая связь выработок с дневной поверхностью при этом уменьшается. Это является несомненным преимуществом по сравнению с нагнетательным и всасывающим способами вентиляции.

Достоинства и недостатки комбинированного способа проветривания шахт приведены в табл. 2.4.

На выбор способа проветривания шахты влияют следующие факторы:
- глубина разработки;
- склонность месторождения к самовозгоранию;
- интенсивность газовыделения;
- порядок отработки шахтного поля;
- схема проветривания шахты;
- депрессия выемочных участков;
- величина внешних и внутренних утечек воздуха через выработанное пространство и вентиляционные сооружения;
- места установки регуляторов воздуха;
- соотношение аэродинамических сопротивлений крыльев и выемочных участков и др.

Выбор способа проветривания необходимо производить из соображений технической и экономической целесообразности.

Нагнетательный способ проветривания следует применять:
- при разработке руд, склонных к самовозгоранию (например, медноколчеданных руд);
- при фланговой схеме вентиляции в случае расположения вентиляторной установки в центре шахтного поля;
- при наличии аэродинамической связи горных выработок с земной поверхностью через зоны обрушения.

Всасывающий способ проветривания следует применять:
- при разработке руд, не склонных к самовозгоранию;
- при ведении горных работ на глубинах до 1500 м;
- при отсутствии аэродинамической связи выработок и выработанных пространств с поверхностью через провалы, трещины и т.п.;
- при глубине горных работ более 200 м.

Комбинированный способ проветривания следует применять:
- при разработке месторождений, склонных к самовозгоранию;
- при фланговой схеме проветривания в случае расположения вентиляторных установок на флангах шахтного поля;
- в случае, если расчётная депрессия шахты выше депрессии, которую может развить вентилятор (большая глубина горных работ, шахты с высокими значениями аэродинамического сопротивления и требуемого расхода воздуха);
- когда необходимо ликвидировать или уменьшить утечки или подсосы воздуха через выработанные; пространства и трещины в горном массиве;
- при большой разбросанности горных работ;
- при секционировании шахты на 2-3 участка и глубине, до 2000 м от земной поверхности.

При проектировании вентиляции шахт с нагнетательным или комбинированным способом проветривания должно соблюдаться следующее требование:
- вентилятор, работающий па нагнетание, должен устанавливаться на специальных стволах, необорудованных подъемом, либо, как исключение, оборудованных только людским подъемом без выхода клетей на поверхность

Только в этом случае можно достичь необходимой депрессии вентилятора.

Кроме этого при применении комбинированного способа проветривания необходимо выполнять следующие требования:
- депрессия нагнетательного вентилятора должна быть равна сумме потерь давления в калорифере, во всасывающем и нагнетательном каналах вентилятора, по стволу и далее по горным выработкам до вентиляционного горизонта наиболее трудно-проветриваемого участка;
- резерв нагнетательного вентилятора должен быть не менее суммарного резерва всех всасывающих вентиляторов, работающих с ним на одну сеть;
- производительность всасывающих вентиляторов следует увеличивать в строгом соответствии с возможностью повышения производительности нагнетательного вентилятора.