Способы регулирования воздухораспределения в вентиляторной сети рудника

Регулирование расхода свежего воздуха в шахтах представляет собой искусственное распределение его между отдельными крыльями, участками, блоками, забоями и т.д. в соответствии с потребностью в свежем воздухе. Необходимость регулирования обуславливается наличием в вентиляционных сетях множества параллельных и диагональных соединений горных выработок, что приводит в случае отсутствия регулирования к самопроизвольному распределению воздуха в выработках, не отвечающему фактической потребности в таком его распределении. В шахтах для искусственного регулирования применяют вентиляционные окна, воздушные завесы, вентиляторы-усилители, комбинированные способы.

Регулирование расхода воздуха с применением окон в параллельных системах заключается в том, что в выработке (ветви), где требуется снизить расход воздуха, устраивается вентиляционное окно для создания дополнительного сопротивления (см. рис.).

 

Вентиляционное окно устраивают в вентиляционной двери или перемычке в том месте, чтобы не затруднять работу подземного транспорта. Площадь поперечного сечения вентиляционного окна Х_окн рассчиывается на величину разности депрессии h₁ и h₂, если они не равны.

При отношении Х_окн/S≤ 0,5

h₂ = (v₂ – v₁)² γ /(2g),(27)

где v₂ и v₁ - скорости движения за окном в самой сжатой части воздушного потока и в выработки, где установлено окно. Тогда после преобразований получили

Х_окн = q S/(0.65 q + 0.83 ), (28)

где q – расход воздуха в окне, м³/с.

При отношении Х_окн/S > 0,5

Х_окн = q S/(q + 0.75 ·S· ). (29)

Если требуется уменьшить расход воздуха в окне с q до q′, то в вентиляционном окне устанавливают заслонку, с помощью которой регулируют площадь до тех пор, пока не станет

q + q’.

В настоящее время в действующих шахтах вместо вентиляционных окон могут применяться регуляторы различных типов: жалюзийные, шторчатые, пластинчатые, дырчатые и т.п., с помощью которых регулируется расход воздуха.

Регулирование расхода воздуха уменьшением коэффициента сопротивления осуществляется заменой крепи с высоким коэффициентом аэродинамического сопротивления. Регулирование расхода воздуха посредством изменения площади поперечного сечения. Для увеличения расхода в одном из параллельных ветвей увеличивают площадь поперечного сечения в другой или, наоборот, в зависимости от потребности.

Вспомогательный вентилятор-усилитель («толкач») устанавливается в ветви простого параллельного соединения, в которой необходимо повысить расход воздуха до требуемой величины. Установка «толкача» допускается в виде исключения с разрешения органов Госгортехнадзора в местах, где отсутствуют подсосы и рециркуляция воздуха. Пусковое устройство устанавливается у вентилятора и дистанционное, на котором расстоянии от него. «Толкач» может работать через перемычку и без нее.

Регулирование с помощью воздушных завес позволяет не устанавливать вентиляционные окна или вспомогательные «толкачи», что облегчает работу подземного транспорта. Воздушная завеса представляет собой вертикальную трубчатую колонну, имеющую щель на всю высоту, через которую посредством вентилятора местного проветривания подается определенное количество воздуха в пункте разветвления струй воздуха в выработке, где требуется уменьшить расход воздуха.

Принципы автоматического управления проветривания шахт заключается прежде всего в оперативности воздухораспределения, и затем в возможности разнообразного подхода к разработке систем автоматического управления проветривания (САУП), которые могут быть централизованными и иерархическими. Централизованная САУП включает в себя центральный диспетчерский пункт управления вычислительной машиной ВМ, датчики первичной информации Д и регулирующие органы (устройства) РУ. ВМ, получая от Д значения контролируемых параметров (содержание газов, скорость воздуха, депрессии и т.д.), обрабатывает их, определяя расходы воздуха в ветвях, сопоставляет с требуемыми уровнями и передает сигналы на РУ, которые изменяют параметры вентиляции в заданных пределах. Иерархические САУП применяются при разбивке вентиляционной сети на отдельные участки, для которых создаются автономные системы оптимального автоматического управления.

 

Особенностью проводимых горных выработок является наличие тупиковых (глухих) забоев, для проведения к которым свежего воздуха и удаления загрязненного, служит одна и та же выработка. Проветривание проводимых выработок осуществляется с применением вентиляторов местного проветривания (ВМП), эжектора, вследствие общешахтной депрессии, а также посредством диффузии, создаваемой струей воздуха, проходящего по сквозной выработке, к которой примыкает тупиковая выработка. Применяются три способа проветривания выработок с помощью ВМП: нагнетательный, всасывающий и комбинированный.

 

Нагнетательный способ (см. рис. 9а) вентиляции состоит в том, что из сквозной выработки (1) свежий воздух подается в забой (2), используя для этого вентиляционный трубопровод (3) и нагнетательный вентилятор (4), а загрязненный воздух из забоя удаляется также по проводимой тупиковой выработке. Нагнетательный вентилятор должен устанавливаться в сквозной выработке на входящей струе свежего воздуха на расстоянии не меньше 10 м от устья проветриваемой выработки. Конец вентиляционного трубопровода в проветриваемых выработках, согласно требованиям ЕПБ должен находиться не далее 10 м, а в восстающих выработках – не далее 6 м. Этот способ проветривания, нагнетательный приемлем как в газовых, так и не газовых шахтах.

Достоинства нагнетательного способа проветривания: быстрое удаление газов, возможность использования утечек свежего воздуха из вентиляционного трубопровода для удаления загрязнений в проветриваемой выработке.

Недостатки: распространение удаляемых из забоя газов опасной концентрации по всей длине проводимой выработки, вследствие чего до полного проветривания работу в ней нельзя начинать.

Всасывающий способ проветривания (см. рис. 9 б, в) заключается в том, что свежий воздух, проходящий по сквозной выработке, поступает к забою по проводимой выработке (2), а удаление загрязненного воздуха из призабойной части производится по вентиляционному трубопроводу (3) вследствие разрежения, создаваемого всасывающим вентилятором (5), установленным на исходящей струе воздуха на расстоянии не менее 10 м от проводимой выработки или на самом всасывающем трубопроводе. Всасывающий способ менее эффективен в сравнении с нагнетательным, т.к. скорость всасываемого воздуха интенсивно убывает по мере увеличения расстояния от конца трубы. Так на расстоянии от всаса равном диаметру трубы скорость подтекающих к нему частиц воздуха равна лишь 6,25% от скорости воздуха в трубе, на расстоянии 2-х диаметров – 1,1%, трех – 0,7%, четырех – 0,4%, десяти – 0,06%.

Достоинством этого способа является то, что ядовитые примеси не распространяются по всей проводимой выработке, и там могут находиться люди.

Недостатки: низкая эффективность удаления примесей из-за малых скоростей в зоне всаса, подсосы в трубопровод не способствуют повышению эффективности проветривания.

Комбинированный способ проветривания (см. рис. 9г) – это нагнетательно-всасывающий способ, сочетающий в себе особенности этих способов проветривания и обладает их достоинствами, не имея их недостатков. При комбинированном способе нагнетательный и всасывающий вентиляторы работают на самостоятельные трубопроводы. Существуют различные варианты комбинированного способа: когда нагнетательный и всасывающий вентилятор находятся оба на сквозной струе, когда всасывающий вентилятор находится на сквозной струе, а нагнетательный – в проводимой выработке на расстоянии 30-150 м, когда используется групповое расположение нагнетательно и всасывающего вентиляторов на специальных салазках. Во всех случаях расходы воздуха вентиляторов должны удовлетворять условию Q_вс = (1,2÷1,3)Q_наг.

Проветривание восстающих выработок осуществляется нагнетательным способом с применением ВМП, если восстающий проходится обычным методом, причем трубопровод размещается в вентиляционном отделении восстающего рядом с лестничным отделением. Выходной патрубок трубопровода должен находиться не более 6 м от забоя.

Восстающие, проходимые проходческим комплексом типа КПВ проветривают воздушно механической смесью через магистраль сжатого воздуха. Время проветривания при этом предусматривается в течение не менее 1 часа.