Выбор схемы проветривания шахт

Схема проветривания шахты - это схематический чертёж, на котором показано:
- горные выработки, служащие для подачи в шахту свежей И удаления загрязнённой (исходящей) струй воздуха;
- расположение вентиляторов и вентиляционных сооружений;
- расход, скорость и направление движения воздуха по важнейшим вентиляционным выработкам.

К схемам проветривания шахт предъявляются следующие требования:
- обеспечение подачи воздуха к местам потребления необходимого количества воздуха;
- все очистные и подготовительные забои й другие места работы людей должны проветриваться свежей вентиляционной струёй;
- загрязнённая струя воздуха не должна смешиваться со свежей струёй;
- максимальное использование для проветривания выработок, предназначенных для других целей (для транспортирования, подъема и др.);
- разделение воздушных потоков на максимально возможное число параллельных ветвей (с целью уменьшения общего аэродинамического сопротивления вентиляционной сети);
- обеспечение минимальных утечек воздуха (что возможно при разделении свежих и исходящих струй, минимальном числе их пересечений и минимальном числе вентиляционных сооружений);
- обеспечение естественного распределения воздуха в вентиляционной сети, близкого к расчетному; в этом случае потребуется минимальное число регулирующих устройств;
- учет требований Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (далее по тексту ЕПБ);
- запрещается подача воздуха в шахту по скиповым и наклонным стволам, оборудованным конвейерами, на шахтах, опасных по пыли;
- запрещается отвод загрязнённого воздуха через обрушенные зоны и завалы;
- соблюдение допустимых минимальных; и максимальных скоростей движения воздуха в выработках;
- обеспечение надёжного реверсирования струи;
- экономичность;
- все очистные забои по возможности должны проветриваться за счет общешахтной депрессии сквозными струями без применения вспомогательных подземных вентиляторов.

В зависимости от числа и взаимного расположения выработок, до которым подается свежий и отводится загрязненный воздух, различают три группы схем проветривания шахт: центральные, фланговые и комбинированные.

Центральные схемы проветривания шахт характеризуются расположением воздухоподающего ствола в центре шахтного поля. Они подразделяются на центрально-сдвоенные и центрально-отнесенные. При этом возможны как всасывающий, так и нагнетательный способы проветривания.

При центрально-сдвоенной схеме проветривания (рис. 3.1) оба ствола (воздухоподающий и воздухоотводящий) располагаются в центре шахтного поля на расстоянии 30 - 100 м друг от друга.

Свежий воздух подается по одному из стволов, разветвляется на крылья шахты, омывает очистные забои, и затем, движется по вентиляционным выработкам ко второму стволу, по которому выдается на поверхность.

При центрально-отнесенной схеме проветривания (рис. 3.2) стволы располагаются на значительном расстоянии один от другого.

Так как при центральных схемах проветривания воздух движется по параллельным выработкам, но в противоположном направлении (свежий воздух - к забоям, загрязненный - из забоев), эти схемы называются возвратноточными.

Достоинства и недостатки центральных схем проветривания шахт приведены в табл. 3.1.

При фланговых схемах проветривания шахт примерно в центре шахтного поля располагают один или два ствола (как правило, воздухоподающие), а на границах шахтного поля - фланговые стволы (как правило, воздухоотводящие).

Фланговые схемы проветривания подразделяются на:
- всасывающие с установкой всасывающих вентиляторов на фланговых стволах;
- нагнетательные с установкой нагнетательных вентиляторов на фланговых стволах;
- нагнетательные с установкой нагнетательного вентилятора на центральном стволе;
- нагнетательно-всасывающие.

Свежий воздух подаётся по центральному стволу и движется по выработкам основного горизонта к очистным забоям. Исходящая струя поступает в выработки вентиляционного горизонта и отводится через фланговые стволы на дневную поверхность. Воздух по всей длине крыла движется в одном направлении, т. е. фланговые схемы вентиляции являются прямоточными.

В случае большой длины шахтного поля и разработки месторождений, склонных к самовозгоранию, применяется схема с двумя воздухоотводящими стволами, расположенными на крыльях шахтного поля (рис. 3.3, а).

Рис 3.3. Фланговые схемы проветривания шахт: а - крыльевая; б - групповая; в – участковая

Всасывающие вентиляторы могут устанавливаться и на двух временных фланговых шурфах, которые проходятся для отработки отдельных участков месторождения.

По мере подвигания очистных забоев шурфы проходятся через каждые 100 - 150 м, что позволяет ускорить ввод шахты в эксплуатацию, так как не требуется проходка основных выработок сразу до границ шахтного поля.

Схема применяется при разработке верхних горизонтов, т.е. при незначительной глубине горных работ.

При незначительном числе выемочных участков, находящихся на большом расстоянии от воздухоподающего ствола, применяется фланговая групповая (рис. 3.3, б) или участковая (рис. 3.3, в) схемы. Фланговый вентилятор в этом случае обеспечивает проветривание отдельного участка или группы участков.

Комбинированные схемы проветривания шахт (рис. 3.4) сочетают в себе элементы центральных и фланговых схем с целью использования их преимуществ. Они подразделяются на центрально-фланговые и секционные.

В этих схемах в качестве воздухоподающих используются обычно центральные стволы, а в качестве воздухоотводящих - центральные и фланговые стволы. При использовании таких схем проветривания часть выработок (особенно выработки, удаленные от воздухоподающего ствола участков) проветривается по прямоточным схемам, а другая часть - по возвратноточным.

Рис 3.4. Комбинированная схема проветривания шахты: 1 - воздухоподающий ствол; 2 - воздухоотводящие стволы

Достоинства и недостатки фланговых схем проветривания приведены в табл. 3.2.

При центрально-фланговой схеме воздух подается в шахту по цен центральному стволу и распределяется по рабочим участкам, находящимся на флангах и в центре шахтного поля.

Исходящие струи участков на флангах направляются в вентиляционные фланговые стволы, а исходящие струи участков, расположенных в центре шахтного поля, направляются на дневную поверхность через второй центральный ствол. Таким образом, участки в центральной и фланговой частях шахтного поля проветриваются раздельно.

При данной схеме можно также осуществить раздельное проветривание подготовительного горизонта (с отводом исходящей струи через центральный ствол) и горизонта очистных работ (с отводом исходящей струи через фланговые стволы).

Если по условиям проветривания шахтное поле целесообразно разделить на ряд участков (секций), то применяется комбинированная секционная схема проветривания (рис. 3.5). В этом случае в центре шахтного поля проходятся воздухоподающие и воздухоотводящие стволы, а на флангах для отвода воздуха - шурфы. Секции проветриваются раздельными воздушными потоками.

При этом достигается снижение аэродинамического сопротивления шахты, что позволяет уменьшить сечения воздухоподводящих выработок.

Достоинства и недостатки комбинированных схем проветривания шахт приведены в табл. 3.3.

Секционная схема применяется на крупных шахтах, где для подачи и отвода воздуха используются до 10 шахтных стволов.

При выборе схемы проветривания, прежде всего, необходимо решить, будет ли данная шахта с точки зрения проветривания представлять собой единую систему или же её целесообразно разделить на отдельные вентиляционные единицы. Такого разделения могут потребовать условия безопасности горных работ или чрезмерная требуемая величина депрессии вентилятора.

В схемах проветривания шахт необходимо предусматривать вентиляционный горизонт, за исключением шахт, отрабатывающих горизонтально залегающие месторождения. При одновременной разработке нескольких этажей необходимо применение такой схемы проветривания, при которой исходящая струя с нижнего горизонта не попадала бы в выработки верхнего горизонта.

Для надёжного проветривания шахты необходимо постоянное направление движения воздуха, не зависящее от температуры наружного воздуха, остановки или пуска вспомогательных вентиляторов, открывания и закрывания вентиляционных дверей и др. Наибольшую надёжность проветривания обеспечивают схемы проветривания с одним центральным вентилятором.

Наименее надёжны диагональные схемы проветривания, так как при случайном или аварийном изменении сопротивления одной из ветвей, образующих диагональное соединение, возможно опрокидывание вентиляционной струи.

Центрально-сдвоенная схема проветривания применяются при значительной глубине разработки (в основном, на угольных шахтах).

Центрально-отнесенная схема проветривания применяются при отработке верхней части шахтного поля.

Фланговая схема проветривания применяется на шахтах небольшой глубины и является основной для проветривания рудных шахт.

Для рудных шахт средней мощности с длиной шахтного поля 1,5 - 2,0 км рекомендуется фланговая схема проветривания с применением вспомогательных вентиляторов (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Фланговая схема проветривания с применением вспомогательных вентиляторов: 1 - квершлаг; 2 - вентиляционные стволы; 3 - вентиляторы главного проветривания; 4 - воздухоподающий ствол; 5 - вспомогательные вентиляторы, 6 - штрек вентиляционного горизонта; 7,11 - блоковые вентиляционные восстающие; 8 - вентиляционный восстающий; 9 - штрек-коллектор; 10, 13 - выработки откаточных горизонтов

Для рудных шахт мощности 2 - 6 млн т/год, имеющих шахтное поле небольшой длины, рекомендуется фланговая схема проветривания с одним штреком-коллектором на два рабочих горизонта (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Фланговая схема проветривания рудной шахты средней производственной мощности: 1 - воздухоподающий ствол; 2 - выработка откаточного горизонта; 3 - блоковый вентиляционный восстающий; 4 - штрек-коллектор; 5 - вентиляционные стволы; 6 - всасывающие вентиляторы; 7 - вентиляционный квершлаг

Для рудных шахт мощностью более 6 млн т/год, имеющих шахтное поле небольшой длины (1,5 - 2,0 км), при разработке на большой глубине рекомендуется фланговая схема проветривания со штреком-коллектором на каждый рабочий этаж (рис. 3.8).