где nшп— число шахтопластов;
Σ Īуп.уг— среднее выделение углекислого газа на выемочных участках шахтопласта, м3/мин;
Σ Īп.уг— среднее выделение углекислого газа из тупиковых выработок, проветриваемых за пределами выемочных участков, м3/мин;
Īз.у— среднее выделение углекислого газа за пределами выемочных участков, м3/мин;
Īз.у= k ст Σ Īуч.уг,(4.29)
k ст — коэффициент, учитывающий выделение углекислого газа за пределами выемочных участков из ранее отработанных этажей (горизонтов); принимается равным 1,8 для шахт, отрабатывающих высокометаморфизованные антрацитовые пласты; 2,0 — для шахт Приднепровского буроугольного бассейна ; и 1,0 — для остальных шахт.
4.3.2. По фактической углекислотообильности
Средняя углекислотообильность шахты (Īш.уг,м3/мин) определяется по формуле
n кв
Īш.уг=(0,01Σ Qисхі)(Ć-Са))/n кв,(4.30)
i=1
где Qисхі — расход воздуха в исходящей из шахты вентиляционной струе в пункте измерений, м3/мин;
Ć — средняя концентрация углекислого газа в исходящей из шахты вентиляционной струе за три месяца, %; она определяется по формуле
nn
Ī ш.уг =(Σ Cnі)/nn ,(4.31)
i=1
где Cnі — концентрация углекислого газа в исходящей струе по данным горных мастеров участка ВТБ, %;
nn— число определений концентрации углекислого газа за три месяца;
Са — содержание углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты, %;
nкв— число измерений расхода воздуха за три месяца.
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ СТВОЛОВ И ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК
5.1. Схемы проветривания стволов и тупиковых выработок
5.1.1. Схемы проветривания стволов
В период проходки и крепления устья ствола, когда основная проходческая рама еще не уложена и ствол не перекрыт, допускается проветривание за счет диффузии до глубины 10 м. После возведения основной проходческой рамы и устройства нулевой площадки организуется искусственное проветривание ствола по схемам, приведенным на рис. 5.1.
В качестве основного способа проветривания рекомендуется нагнетательный по схеме на рис. 5.1 а.
Нагнетательно-всасывающий способ проветривания по схеме на рис. 5.16 может применяться при больших диаметрах стволов (от 6 до 9 м), так как при этом способе необходимо пропускать через подвесной полок два трубопровода. При малых диаметрах стволов это выполнить в большинстве случаев невозможно.
Проветривание одиночных стволов можно осуществлять по схеме, приведенной на рис. 5.1b. При этом основная часть ствола проветривается с помощью вентилятора, установленного на поверхности у устья скважины, пробуренной параллельно стволу и соединяемой со стволом сбойками, а тупиковая часть — с помощью ВМП, установленного на полке в стволе выше сбойки. При проведении новых сбоек выше них сооружаются полки для установки ВМП, а старые сбойки изолируются перемычками. Достоинством этой схемы является возможность проветривания стволов практически на любую глубину. Однако эти схемы сложны и требуют дополнительных затрат на бурение скважин.
При бурении стволов (скважин) проветривание участков, освобожденных от промывочной жидкости, должно осуществляться по схемам, приведенным на рис. 5.1 или 5.2, в зависимости от возможности расположения вентиляционных труб или буровых труб малого диаметра.
Расстояние от конца вентиляционных труб до забоя ствол (зеркала промывочной жидкости) не должно превышать 8 м
Рис. 5.1. Схемы проветривания вертикальных стволов: а — при нагнетательном способе: б, в — при комбинированных способах.
Рис. 5.2. Схема проветривания ствола (скважины) с помощью водокольцевой воздухопродувки: 1 — водокольцевая воздуходувка ГРМК (ВК-25); 2 — бак-водоотделитель; 3 — водопроводные трубы с вентилями для регулировки водоснабжения воздуходувки; 4 — воздухопроводные трубы с запорно-регулирующей аппаратурой; 5 — замерное устройство; 6 — став стальных труб диаметром 150 мм; 7 — ствол (скважина)
в стволах с газовым режимом и 12 м в стволах, не переведенных на газовый режим.
Проветривание стволов при их углубке осуществляется нагнетательным способом.
Углубка стволов полным сечением сверху вниз может осуществляться с поверхности рабочего или углубочного горизонтов. В соответствии с этим и принимается определенная схема проветривания (рис. 5.3). ВМП для проветривания стволов могут устанавливаться в ходке зумпфа, на рабочем или углубочном горизонтах. Исходящая струя из углубляемого ствола может отводиться через ходок к вентиляционному стволу или по трубопроводу, соединяющему углубляемый ствол с выработками с исходящей струей.
При углубке ствола путем расширения гезенка, предварительно пройденного в сечении ствола, проветривание осуществляется по схеме рис. 5.4. На негазовых шахтах движение воздуха по углубляемому стволу может быть принято нисходящим.
При углубке воздухоподающего ствола углубляемая часть перекрывается герметичным полком, к нему присоединяется трубопровод, по которому исходящая струя воздуха из углубляемой части ствола отводится в исходящую струю шахты или отсасывается вентилятором, установленным на поверхности у устья ствола.
При переоснащении стволов к армированию и второму периоду строительства, а также во время армирования должно осуществляться проветривание ствола на всю глубину, включая и зумпф.
С этой целью к началу выполнения указанных работ между сдвоенными стволами или стволами с параллельном скважиной должна быть завершена проходка сбойки. Проветривание стволов до сбойки осуществляется за счет общешахтной депрессии, а ниже нее (зумпфовая часть) — с помощью ВМП. При заполнении зумпфа водой часть ствола между сбойкой и зеркалом воды допускается проветривать за счет диффузии на глубину до 8 м.
При выполнении работ по армированию одиночного ствола его проветривание осуществляется с помощью вентиляционной установки, расположенной на поверхности и нагнетающей воздух по трубопроводу (по схеме на рис. 5.1 а). Расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя пройденного ствола (с зумпфовой частью) или до зеркала воды должно
Рис. 5.3. Схемы проветривания стволов при углубке полным сечением сверху вниз под предохранительным полком или породным целиком: а — с поверхности; б — с рабочего горизонта; в — с углубочного горизонта
Рис. 5.4. Схема проветривания ствола при углубке путем расширения до начального сечения предварительно пройденного гезенка.
быть не более 8 м в стволах с газовым режимом и 12 м в стволах, не переведенных на газовый режим.
Проветривание ствола или выработки, проходка которых производится в кессоне, осуществляется сжатым воздухом, поступающим от компрессорной установки для кессонных работ.
Отработанная струя из рабочей зоны кессона удаляется за счет избыточного давления через воздухоотводящий клапан, который периодически открывается непосредственно в выработку.
Для обеспечения полноты забора отработанного воздуха из кессонной камеры сифонные трубы, присоединенные к воздухоотводящему клапану, должны заканчиваться гибкой насадкой, обеспечивающей удаление загрязненного воздуха по всему контуру рабочей зоны.
Проветривание выработки вне кессона осуществляется с помощью ВМП нагнетательным способом. Исходящая струя удаляется непосредственно по выработке. С целью очистки воздуха от загрязнений всасывающий трубопровод компрессора должен быть оборудован фильтром.
Компрессорная установка и конец всасывающего трубопровода должны располагаться на таком расстоянии от ствола, чтобы исключалось попадание в компрессор исходящей струи воздуха из ствола (не ближе 20 м от его устья).
В компрессорной установке должен быть предусмотрен влагомаслоотделитель, обеспечивающий очистку поступающего в кессонную камеру воздуха от паров масел, влаги и акролеина.
При организации ступенчатого водоотлива в глубоких стволах оборудуются промежуточные насосные камеры с одним выходом в ствол. В стволах, не переведенных на газовый режим, промежуточные насосные камеры длиной до 10 м могут проветриваться за счет диффузии. При большей длине камеры проветривание ее осуществляется вентилятором, установленным в камере у ее устья. К всасу и нагнетающей стороне вентилятора подсоединяются трубопроводы. Всасывающий трубопровод выводится в ствол на 0,30-0,35 м от его крепи, а нагнетательный прокладывается к забою камеры. При этом конец всасывающего трубопровода выводится в таком месте ствола, чтобы к нему не поступала исходящая струя из камеры.
В случаях большого выделения тепла, а также при выделении метана в камеру, проветривание ее должно осуществляться с помощью ВМП, установленного на поверхности у ствола или в сбойке между стволами (между стволом и скважиной). Кровлю камеры следует выполнять с небольшим подъемом к стволу.
-
Рис. 5.5. Схема проветривания башенного копра при проходке ствола: 1-2 — вентилятор и трубопровод для проветривания ствола; 3, 4 — вентилятор и короб для образования воздушной завесы; 5-6 — трубопровод и вентилятор отсасывающей установки; 7 — кожух для укрытия проходческого оборудования; 8 — вентилятор для обдува электроприводов.
Для предотвращения скоплений метана в помещении башенного копра, где при проходке стволов сосредоточено проходческое оборудование, рекомендуется схема проветривания, представленная на рис. 5.5.
Сущность схемы состоит в отводе за пределы башенного копра исходящей струи воздуха из ствола и в обеспечении искусственного проветривания здания копра у проходческого оборудования.
Для предупреждения поступления в помещение башенного копра метановоздушной смеси (МВС) устье ствола перекрывается воздушной завесой, создаваемой с помощью вентилятора (3) и коробов (4) со щелевыми окнами, направленными к оси ствола.
При выборе вентиляторов отсасывающей установки (6) необходимо учитывать, что его подача должна быть не менее суммарной подачи двух вентиляторов: нагнетающего воздух к забою ствола (1) и создающего в устье ствола воздушную завесу (3). При этом должна также учитываться величина подсосов воздуха через нулевую площадку, составляющая 10-15% суммарной подачи вентиляторов.
С целью предотвращения скоплений метана у электроприводов проходческого оборудования схемой предусматривается постоянный воздухообмен и в здании копра. Обеспечивается это с помощью ВМП (8), установленных в проемах наружных стен копра и нагнетающих воздух под кожухи (7), которыми закрываются электроприводы работающих машин и механизмов.
В зависимости от схемы вскрытия шахтного поля вентиляционные сбойки могут иметь различную длину, что и предопределяет схему их проветривания.
Сбойки, соединяющие центрально-сдвоенные стволы, и сбойки между центрально-отнесенными стволами проветриваются при помощи вентиляционных установок, ранее обеспечивавших вентиляцию стволов при их проходке (рис. 5.6 а).
Проветривание сбоек большой длины, проводимых от основного горизонта, проветриваемого за счет общешахтной депрессии, до флангового ствола, осуществляется с помощью ВМП по схеме, приведенной на рис. 5.6б.
При проведении сбоек большой длины между одиночным центральным и фланговым стволами их проветривание производится по схемам, приведенным на рис. 5.6в,гид. При этом ВМП для проветривания сбойки устанавливаются в специально пройденной воздухозаборной камере (рис. 5.6б) или же в одной из выработок околоствольного двора, соединенной с другой выработкой параллельно и используемой вместо воздухозаборной камеры (рис. 5.6гид).
Воздухозаборная камера может быть оборудована в тупиковой части выработки околоствольного двора.
Воздух в воздухозаборную камеру подается по трубопроводу вентилятором, установленным на поверхности (рис. 5.60). При использовании вместо воздухозаборной камеры одной из двух параллельно соединенных выработок воздух в выработку
Рис. 5.6. Схемы проветривания сбоек между стволами:а— центрально-сдвоенными или центрально-отнесенными стволами;б— основным горизонтом и фланговым стволом;в— одиночным центральным и фланговым стволами с использованием воздухозаборной камеры;гид— одиночным центральным и фланговым стволами с использованием параллельно соединенных выработок околоствольного двора
может нагнетаться вентилятором по трубопроводу (рис. 5.6г) или же отсасываться из нее (рис. 5.6 d ).
Воздухозаборная камера изолируется от других выработок перемычкой с вентиляционной дверью, имеющей регулировочное окно. В параллельной выработке со стороны подвода трубопровода с поверхности возводится глухая вентиляционная перемычка.
При применении схем с использованием воздухозаборных камер необходимо выполнять следующие требования: суммарная подача одновременно работающих ВМП, установленных в камере, не должна превышать 70% расхода воздуха в конце трубопровода, проложенного с поверхности; при применении электроэнергии в стволах, переведенных на газовый режим, должен осуществляться контроль расхода воздуха в конце трубопровода, проложенного с поверхности, с помощью аппаратуры автоматического контроля расхода воздуха и контроль концентрации метана у всаса ВМП с электрическими двигателями в соответствии с требованиями ПБ. Кроме того, в стволах, переведенных на газовый режим, тупиковые выработки, проветриваемые ВМП с электрическими двигателями, установленными в стволах, воздухозаборных камерах, должны оборудоваться резервными ВМП с пневматическими двигателями, в которых исключена возможность воспламенения метана при ударах вращающихся частей о корпус вентилятора. Эти вентиляторы используются как резервные и для разгазирования выработок.
Проведение выработок околоствольного двора начинается, как правило, после сбойки стволов. Для обеспечения проветривания выработок устье одного из стволов герметически перекрывается, к нему присоединяется с помощью трубопровода или вентиляционного канала всасывающий вентилятор главного проветривания, после чего обеспечивается движение воздуха между стволами за счет депрессии, создаваемой вентилятором.
Дальнейшая организация проветривания выработок околоствольного двора сводится к постоянному расширению проветривания за счет общешахтной депрессии. В выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, устанавливаются ВМП, которые обеспечивают подачу воздуха в тупиковые выработки.
На рис. 5.7 представлены схемы проветривания на различных этапах развития работ по проведению выработок околоствольного
Рис. 5.7. Схемы проветривания выработок околоствольного двора:а, б, в— схемы проветривания на различных этапах проведения выработок околоствольного двора
двора с указанием расположения вентиляционных сооружений и направлений движения свежей и исходящей струй.
При организации проветривания выработок околоствольных дворов, когда сложно осуществить разделение свежей и исходящей струй, возможно применение воздухозаборных камер.
Проветривание зумпфов до глубины 6 м осуществляется за счет диффузии. При большей глубине зумпфов проветривание их осуществляется с помощью ВМП или за счет общешахтной депрессии.
5.1.2. Схемы проветривания горизонтальных и наклонных тупиковых выработок
Основные схемы проветривания горизонтальных и наклонных выработок приведены на рис. 5.8.
Основным способом проветривания тупиковых выработок является нагнетательный (рис. 5.8а).
При проведении выработок проходческими комбайнами рекомендуется применять нагнетательно-всасывающий способ с использованием пылеотсасывающих установок (рис. 5.86). В этом случае в нагнетательном трубопроводе на расстоянии
Рис. 5.8. Основные схемы проветривания тупиковых выработок:а— нагнетательным способом;б— нагнетательно-всасывающим способом с применением пылеотсасывающей установки;в— комбинированным способом с использованием параллельной выработки;г— всасывающим способом с использованием параллельной выработки
3-5 м от пылеотсасывающей установки в сторону забоя устанавливается воздуховыпускной клапан, через который основная часть воздуха (65-75%) выпускается в выработку и поступает к забою за счет работы вентилятора пылеотсасывающей установки. Пылеотсасывающая установка располагается на расстоянии 30-50 м от забоя выработки. Она включается только при работе комбайна.
Выработки, проводимые по мощным и средней мощности пластам, можно проветривать комбинированным способом (рис. 5.86). В этом случае основная часть выработки проветривается за счет общешахтной депрессии с использованием для отвода исходящей струи специально проводимой параллельной выработки, сбиваемой с основной выработкой, а тупики небольшой длины — с помощью ВМП. Возможно также проветривание тупиков за счет общешахтной депрессии с помощью продольных перегородок или жестких вентиляционных труб.
При незначительной глубине залегания выработки для ее проветривания, когда это экономически оправдано, могут быть использованы скважины диаметром 200-1000 мм. Последние бурят с поверхности через определенное расстояние и используют для отвода исходящей струи за счет общешахтной депрессии при нагнетательном способе проветривания. Тупиковая часть выработки проветривается при помощи ВМП. Скважины можно бурить на вышележащий горизонт, если там имеется выработка, которая может служить для отвода исходящей струи.
Всасывающий способ проветривания, приведенный на рис. 5.8г, рекомендуется применять на негазовых шахтах. Этот способ может применяться в газовых шахтах при использовании ВМП, допущенных для отсоса метановоздушных смесей, а также эжекторов.
На газовых шахтах ВМП, работающие последовательно на один трубопровод, должны устанавливаться каскадом не более двух. Рассредоточенное расположение ВМП допускается на негазовых шахтах. При этом между вентиляторами должен быть проложен жесткий трубопровод, а все вентиляторы должны быть сблокированы, чтобы в случае выключения одного из них автоматически выключались все последующие. Места расположения ВМП при рассредоточенной работе их на один трубопровод определяются по рекомендациям МакНИИ.
Для повышения надежности проветривания выработок в газовых шахтах они должны быть оборудованы резервными ВМП в соответствии с требованиями Правил безопасности.
5.2. Расчет расхода воздуха для проветривания тупиковых выработок и вертикальных стволов
5.2.1. Общие положения
Расход воздуха, необходимый для проветривания тупиковых выработок и стволов, рассчитывается по выделению метана или углекислого газа, по газам, образующимся при взрывных работах, числу людей, средней минимальной скорости воздуха
в выработке и минимальной скорости воздуха в призабойном пространстве выработки с учетом температуры. Окончательно принимается наибольший результат.
На строящихся шахтах дополнительно рассчитывается расход воздуха по газам, образующимся при сварочных работах. Окончательно принимается наибольший результат.
Для тупиковых выработок протяженностью до 300 м и стволов независимо от глубины расчет выполняется сразу для максимальной длины. Для тупиковых выработок большей протяженности допускается расчет на отдельные периоды для промежуточных значений длины 300, 600, 900 м и т.д., включая максимальную длину.
Расчет расхода воздуха производится для призабойного пространства (Q з.n ) и в целом для выработки (Qn ).
5.2.2. Расчет расхода воздуха для проветривания призабойного пространства
Расчет расхода воздуха по выделению метана (углекислого газа) производится следующим образом.
При выемке угля в тупиковых выработках комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием пласта, а также при проходке стволов по формуле
Qз.n=100 Iз.n/ (С — С ),(5.1)
где Qз.n — расход воздуха, который необходимо подавать в призабойное пространство тупиковой выработки, ствола, м3/мин;
Iз.n — метановыделение на призабойном участке (для стволов принимается Iз.n ), м3/мин; определяется в соответствии с пунктом 3.2.1;
С — допустимая согласно ПБ концентрация метана в исходящей из выработки вентиляционной струе, %;
С— концентрация метана в струе воздуха, поступающего
в тупиковую выработку, %; определяется для тупиковых выработок действующих шахт по результатам измерений, для проектируемых — принимается равной 0,05%,
а для стволов С= 0.
При взрывном способе выемки угля в тупиковых выработках, проводимых по угольным пластам (для шахт, опасных по газу), определяется по формуле
Q з. n =( Sl з.тр/ k m .д.) [ (71Iз. n max )/(Slз. mp (C max -С ) + 18Iз.n max ) ] ( 5. 2)
гдеS— площадь поперечного сечения выработки в свету, м2
lз. mp — расстояние от конца вентиляционного трубопровода
до забоя выработки, м; принимается согласно требованиям ПБ;
k т.д— коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1,0 приS<10 м2и 0,8 при большем сечении выработки в свету;
Iз.nтах— максимальное метановыделение в призабойном
пространстве после взывания по углю, м3/мин; определяется согласно пунктом 3.2.1;
С mах— допустимая максимальная концентрация метана
в призабойном пространстве после взрывания по углю, %; принимается равной 2%.
Для тупиковых выработок, вскрывающих тонкие крутые пласты, расчетQ з.n по формуле (5.2) не производится.
При нагнетательно-всасывающем способе проветривания тупиковых выработок с использованием пылеулавливающих установок (см. рис. 5.86) расход воздуха в нагнетательном трубопроводе перед воздуховыпускным клапаномQ'з.n должен быть больше или равен 1,2Q з.n , гдеQ з.n — расход воздуха, определенный по формуле (5.1).
Расход воздуха через воздуховыпускной клапанQ в.кпринимается (0,65-0,75)Q’з.n , а подача пылеулавливающей установкиQ n .у = 1,2Q з.n . При этом должно выполняться условие
Q’з.n >Q n .у,а Q в.к >15 S.
Расчет расхода воздуха для проветривания тупиковой выработки, ствола по газам, образующимся при взрывных работах, осуществляются по формуле