Проектирование вентиляции рудников, расчет количества воздуха, депрессии сети и выбор вентиляторов главного проветривания

Проект вентиляции на период строительства новой, реконструкции или подготовки горизонтов действующей шахт разрабатывается проектными институтами, проектными конторами, группами шахтостроительных комбинатов (трестов) и производственных объединений. В подготовке исходных данных и выдаче рекомендаций по отдельным вопросам при разработке проектов участвуют геологоразведочные организации, шахты, научно-исследовательские институты и ГВГСС.

Согласно положению о порядке передачи разведанных месторождений полезных ископаемых для промышленного освоения, утвержденному отраслевым органом управления, геологоразведочные организации предоставляют организациям, занимающимся составлением прогноза газообильности:

· данные о природной метаноносности угольных пластов и вмещающих пород в пределах полей проектируемых шахт;

· схемы и карты опробования рабочих пластов с прогнозом газоносности и нанесением верхних границ зоны метановых газов, геологических нарушений, изогипс почвы или кровли пластов, геологоразведочных скважин (с указанием их номеров, отметок устьев и пересечений пластов, мощности и структуры пластов), линий геологических разрезов и, если возможно, изогаз; при отсутствии изогаз указывается природная метаноносность в м3/т с.б.и. по скважинам газового опробования;

· результаты технического анализа угольных пластов и пропластков, массовый и объемный выход летучих веществ, логарифм удельного электросопротивления антрацитов, пластовую влагу, зольность угля и генетическую классификацию углей в процентах;

· схематические геологические разрезы с нанесением верхних границ зоны метановых газов и, если возможно, изогаз;

· геологические разрезы скважин по форме, принятой в данном бассейне или районе, с обязательным нанесением всех пластов и пропластков угля и углистого сланца, с указанием их мощности, расстояний между ними, структуры вмещающих пород и коэффициента крепости пород по шкале проф. Протодьяконова;

· данные об обводненности пересекаемых породных и угольных пластов;

· константу, характеризующую химическую активность угля по отношению к кислороду воздуха; группы угольных пластов, склонных к самовозгоранию и опасных по внезапным выбросам;

· процентное содержание в угле компонентов группы фюзенита.

Угольные шахты представляют организациям, занимающимся составлением прогноза газообильности:

· данные о фактической метанообильности шахт, шахтопластов, крыльев, этажей, выемочных участков и отдельных выработок за период работы в соответствии с Инструкцией по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану;

· гипсометрические планы рабочих пластов с их выходом на поверхность в пределах границ поля действующей шахты и смежных с ними участков пластов, для которых необходимо составить прогноз метанообильности или углекислотообильности горных выработок.

· планы горных выработок по каждому разрабатываемому угольному пласту в пределах отработанной части шахтного поля действующей шахты, смежной с той частью шахтного поля, для которой требуется составить прогноз;

· на каждом плане горных выработок необходимо указать границы отработанных за каждый месяц площадей пласта на этажах (горизонтах), мощность пласта на площади отработки его за каждый месяц (общая, вынимаемая), геологические нарушения, обнаруженные в процессе ведения горных работ, места внезапных выбросов, внезапных прорывов метана из почвы и суфлярных выделений метана (с указанием продолжительности и расхода его), места очагов действующих и списанных эндогенных пожаров, фактическая месячная добыча угля, число дней, в которые производилась добыча угля в каждом месяце, способы управления кровлей и выемки угля в очистных забоях, дегазационные скважины;

· записку к плану горных выработок, в которой указаны способы и эффективность дегазации разрабатываемого пласта, сближенных пластов и выработанного пространства, параметры применявшихся способов дегазации, время и место подработки или надработки разрабатываемого пласта;

· геологические разрезы по стволам и квершлагам с нанесением всех пластов и пропластков угля и углистого сланца с указанием их мощности и строения;

· результаты технического анализа пластов и пропластков угля и углистого сланца.

При реконструкции шахты, кроме перечисленного выше, шахты предоставляют проектной организации:

· результаты газовой и депрессионной съемок и маркшейдерские данные о состоянии горных выработок на момент проектирования;

· акты обследования состояния вентиляционных установок главного проветривания;

· схему вентиляции с фактическим распределением расхода воздуха.

Проектные организации определяют ожидаемую метанообильность (углекислотообильность) горных выработок проектируемой шахты или горизонта и производят необходимые расчеты по газовому фактору; решают вопросы целесообразности дегазации. Пользуясь “Руководством по дегазации угольных шахт”, применяя при этом наиболее эффективные способы, обеспечивающие заданную нагрузку на очистной забой, выбирают схему проветривания выемочного участка, шахты и способ проветривания шахты с учетом пластов, склонных к самовозгоранию, внезапным выбросам и прорывам метана из почвы; рассчитывают расход воздуха для проветривания шахты, депрессию ее; выбирают вентиляторы главного проветривания и воздухонагреватели; определяют устойчивость вентиляции в соответствии с “Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт”. Разрабатывают проект вентиляции на период строительства шахты, включающий выбор схем проветривания при проходке и армировке стволов и проведении горизонтальных и наклонных тупиковых выработок, расчет расхода воздуха, выбор средств проветривания, способов и средств подогрева воздуха, подаваемого в выработки.

Научно-исследовательские институты консультируют проектные организации и шахты по всем вопросам проектирования вентиляции новых и реконструируемых шахт. При необходимости разрабатывают рекомендации по проектированию вентиляции для вновь применяемой технологии выемки угля и специфических условий бассейна, не нашедших отражения в Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт.

Служба ГВГСС выполняет депрессионные и газовоздушные съемки шахт и отдельных объектов. Производит расчеты воздухораспределения в сети горных выработок и устойчивости проветривания шахт.

Проектирование вентиляции новых шахт и на период строительства включает следующие этапы:

· составляется прогноз метанообильности (углекислотообильности) тупиковых выработок;

· выбираются варианты схем проветривания стволов при их проходке, армировке, а также при проведении горизонтальных и наклонных выработок с учетом календарного плана работ;

· выбираются схемы и средства для проветривания башенных копров;

· производится расчет расхода воздуха для каждой тупиковой выработки, выбор трубопроводов и средств проветривания по периодам развития горных работ, которые определяются соединением новых выработок в замкнутую сеть, позволяющую увеличить число подготовительных выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии;

· в каждый период развития горных работ определяются расход воздуха для проветривания горных выработок в соответствии с “Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт” и осуществляется тепловой расчет в соответствии с “Единой методикой прогнозирования температурных условий в угольных шахтах”, если естественная температура горных пород для проектируемой глубины разработки достигла 300С и более;

· производится расчет воздухонагревательной установки и выбор места для нее;

· определяются режимы работы вентиляционной установки на период проходки стволов и проведения тупиковых выработок. Выбор вентиляционной установки может осуществляться по периодам развития горных работ.

При проектировании вентиляции реконструируемых шахт необходимо, кроме указанных требований, выполнение дополнительных работ.

1. Для составления газового баланса по шахте следует проводить специальные газовые съемки на выемочных участках и по шахте в целом по методике, изложенной в “Руководстве по производству депрессионных и газовых съемок в угольных шахтах”.

2. Для определения фактических аэродинамических сопротивлений ветвей, мест утечек и их величины используются также данные депрессионной съемки выработок шахты, а при необходимости проводятся дополнительно депрессионные съемки. Аэродинамическое сопротивление существующих выработок, используемых при реконструкции, принимается равным фактическому, если выработки находятся в удовлетворительном состоянии.

3. При применении схем проветривания для повышения устойчивости вентиляции следует избегать диагоналей или стремиться к уменьшению их числа, правильно размещать отрицательные регуляторы, сокращать число вентиляционных установок главного проветривания (до одной на крыло, блок).

Расчет расхода воздуха должен производиться по следующим факторам:

§ по взрывоопасным газам,

§ по сероводороду,

§ по выхлопным газам ДВС,

§ по газам от взрывных работ,

§ по минимально допустимой скорости движения воздуха.

К дальнейшему расчету принимается наибольший расход воздуха. В случае если действие какого-либо фактора отсутствует, то расчет по этому фактору не производится.

Депрессия капитальных и подготовительных выработок определяется:

h = R · Q² ДaПа,

где R - аэродинамическое сопротивление выработки,

Q - расчетный расход воздуха, м3/сек;

,

где α - коэффициент аэродинамического сопротивления;

L - длина выработки, м;

Р - периметр, м;

S- площадь сечения выработки, м².

Исходными данными для выбора вентилятора и проектирования главной вентиляционной установки (ГВУ) являются требуемые аэродинамические рабочие режимы вентилятора, представляющие совокупность значений (Q_в, h_в) подачи и статического давления вентилятора для различных периодов эксплуатации.

При выборе вентилятора предпочтение отдают тому, рабочая область режимов которого включает все расчетные режимы Q_вj, h_вj.

Если расчетные параметры проветривания обеспечивают несколько различных вентиляторов, выбирают наиболее экономичный вариант установки.

Расчет экономических параметров осуществляют для вентиляционной установки, состоящей из рабочего и резервного вентиляторов, комплекта средств для реверсирования воздушной струи и перехода с работающего вентилятора на резервный (КСРП), электропривода с пускорегулирующей аппаратурой, аппаратурой контроля, дистанционного и автоматизированного управления, защиты и сигнализации, а также зданий, фундаментов, каналов и сооружений, грузоподъемного и вентиляционного оборудования, высоковольтных ячеек, кабельной продукции и др.

По результатам расчетов определяют вентиляторы, обеспечивающие последовательно все заданные режимы, вычисляют для отобранных вариантов экономические показатели на каждый период эксплуатации установки и выбирают вентиляторы, обеспечивающие минимальные затраты на весь срок службы. Окончательный выбор типа вентилятора осуществляют с учетом технических и социальных факторов.

К техническим и социальным факторам, определяющим окончательный выбор типа установки, относятся размеры установки, условия привязки к стройплощадке, наличие комплектующего оборудования, возможность поставки оборудования к началу монтажа, выполнение санитарных норм по шуму, а также типы вентиляторов других установок на шахте, технический уровень и традиции эксплуатации на данном предприятии.

Предварительный выбор вентиляторов для совместной работы производится по той же методике, что и для одиночной работы. Однако, после выбора вентиляторов, если их напорные характеристики имеют седлообразную форму (осевые вентиляторы), необходима проверка устойчивости их совместной работы.

Работа параллельно включенных в сеть вентиляторов будет устойчивой в том случае, если напорная характеристика каждого вентилятора и аэродинамическая характеристика сети в месте его включения пересекаются только в одной точке. Эта точка должна находиться на нисходящей ветви характеристики вентилятора.

Методика проверки устойчивости совместной работы вентиляторов сводится к расчету воздухораспределения в вентиляционной сети при заданных расходах воздуха на объектах проветривания и построению аэродинамических характеристик сети в местах включения вентиляторов. Если напорные характеристики вентиляторов пересекаются характеристиками сети в одной точке, лежащей в рабочей области, то режимы будут устойчивыми (однозначными). При пересечении характеристик в нескольких точках режимы работы вентиляторов будут неустойчивыми (многозначными).