Вентиляция используется для очистки воздуха, загрязненного образующимися при буровзрывных работах мелкими частицами пыли, газами (углекислым и метаном) и для охлаждения горных выработок. Вентиляция позволяет также снижать влажность воздуха. В некоторых глубоких шахтах с естественно высокой температурой горных пород применяется кондиционирование воздуха. Первые механические кондиционеры были установлены в золотых рудниках ЮАР.
При проведении горных выработок необходимы по меньшей мере две параллельные выработки, которые обеспечивают аварийный выход, если одна из них будет повреждена, и позволяют проветривать участок горных работ. Во многих шахтах и рудниках существует естественная вентиляция. Однако для обеспечения наиболее крупных рудников воздухом требуется система принудительной вентиляции.
Поскольку метан в угольных пластах находится под давлением, требуются разветвленные и тщательно контролируемые системы вентиляции, обычно вытяжного типа. Загазованный воздух удаляется из шахты мощными вентиляторами, установленными на поверхности в устьях выработок. Чистый воздух поступает через рабочий ствол или устье штольни. Для управления потоком воздуха в подземных выработках используются вентиляционные двери и другие виды барьеров. Рабочие забои проветриваются чистым воздухом, поступающим через вентиляционные трубы или направляемым с одной из сторон вентиляционной перегородки. Перегородка представляет собой барьер, изготавливаемый из влагостойкого материала для продления срока ее службы в условиях высокой влажности, типичной для многих шахт. Продольная перегородка прикрепляется к рядам стоек и натягивается от кровли до почвы горной выработки таким образом, чтобы поток воздуха направлялся вдоль одной из ее сторон. Перегородки часто используются в камерах при камерно-столбовой разработке угля. Они устанавливаются параллельно стенкам камеры, достигая точки, достаточно близкой к забою, обеспечивая шахтеров чистым воздухом, поступающим с одной из сторон перегородки.
Для проветривания горных выработок обычно применяются осевые вентиляторы. На многих старых разработках используются высокопроизводительные центробежные вентиляторы. Большинство вентиляторов, расположенных на поверхности, приводится в действие электродвигателями или сжатым воздухом. Часто, особенно в забоях выработок и туннелей, применяются струйные системы. Объемы воздуха, используемого для проветривания выработок, весьма значительны и рассчитываются на основе норм на одного человека с поправками на удаление пыли, газа и снижение температуры. Минимальная норма подачи воздуха обычно составляет 8,5–14 м3/мин на одного человека; на практике во многих шахтах объем циркулирующего воздуха достигает 42 м3/мин. Развитие вентиляционных систем связано с преодолением аэродинамического сопротивления горных выработок без увеличения скорости воздушного потока. Различают вентиляцию общешахтную, при которой воздух, подаваемый с поверхности, омывает основные выработки шахты, и местную вентиляцию. Средства инженерного обеспечения вентиляции шахты: вентиляторные установки, вентиляционные сооружения шахт, вентиляционные регуляторы, вентиляционные трубопроводы (обычно при местной вентиляции), горные выработки, проходимые специально для вентиляции (вентиляционные выработки), средства снижения аэродинамического сопротивления выработок и утечек воздуха. Основные схемы вентиляции шахты: центральная и фланговая; их сочетание — комбинированная схема.
При центральной схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту и выходит из неё через стволы в центре шахтного поля. Схема применяется при ограниченных размерах шахтного поля по простиранию и относительно небольшой мощности шахты, ведении работ на глубоких горизонтах; обеспечивает быстрый ввод в действие главного вентилятора и создание сквозной струи при строительстве шахты; характеризуется большой протяжённостью пути движения воздуха, наличием параллельных струй чистого и загрязнённого воздуха, их неоднократными пересечениями и, как следствие, большими утечками и депрессией шахты.
Разновидность центральной схемы — схема с центрально-отнесённым расположением вентиляционного ствола. При фланговой схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту через ствол в центре шахтного поля, выходит через стволы (шурфы), расположенные на флангах. Схема применяется на неглубоких шахтах, когда невозможно или нецелесообразно поддерживать единый вентиляционный горизонт; практически исключает встречное движение поступающей и исходящей струй; длина пути движения воздуха, утечки и депрессия шахты меньше, чем при центральной схеме. Однако по схеме требуется не менее трёх вентиляционных стволов и обычно не менее двух вентиляторных установок; в период подготовки шахтного поля вентиляция шахты затруднена. Разновидности фланговой схемы: крыльевая — единая выработка для исходящей струи на всё крыло, групповая — выработки для исходящей струи проходятся на каждую группу участков крыла, участковая — выработки для исходящей струи проходятся на каждом участке.
При небольших и средних размерах шахтных полей, небольшой мощности и газообильности шахты применяют единые схемы вентиляции шахты. На крупных шахтах с высокой газообильностью, при объединении нескольких шахт и разработке одной шахтой нескольких удалённых друг от друга залежей используют секционные схемы вентиляции шахты, при которых шахтное поле делится на обособленно вентилируемые секции. Способы вентиляции шахты: всасывающий, нагнетательный, комбинированный (нагнетательно-всасывающий).
При всасывающем способе вентиляции шахты вентилятор отсасывает воздух из шахты, создавая в ней разрежение, в результате чистый воздух через воздухоподающие выработки засасывается в шахту. При этом возможно засасывание воздуха с поверхности через зоны обрушения (при наличии трещин, достигающих поверхности). Способ применяется на газообильных угольных шахтах, на рудных шахтах (до глубины 1500 м).
При нагнетательном способе вентиляции шахты вентилятор нагнетает воздух с поверхности в шахту; применяется на неглубоких шахтах, при небольшом газовыделении и аэродинамическом сопротивлении вентиляционной сети, аэродинамической связи выработок с поверхностью через зоны обрушения, фланговой схеме вентиляции шахты.
При комбинированном способе вентиляции шахты один вентилятор работает на нагнетание, другой — на всасывание; применяется при большом аэродинамическом сопротивлении вентиляционной сети шахты, разработке полезных ископаемых, склонных к самовозгоранию (при аэродинамической связи выработок с поверхностью через зоны обрушения), при фланговой схеме вентиляции. Для расчёта расхода воздуха для вентиляции шахты (количество воздуха, подаваемое в единицу времени, м3/с или м3/мин) используют позабойный, общешахтный и статический методы.
При позабойном методе расход воздуха определяется как сумма расходов на отдельных участках (забоях, камерах и т.п.); позволяет наиболее полно учесть особенности вентиляции шахты.
При общешахтном методе расход воздуха рассчитывается для шахты в целом по обобщённым показателям (суточная добыча шахты, расход взрывчатых веществ и др.) и общешахтным коэффициентам запаса. Метод отличается простотой, однако недостаточно учитывает специфику вентиляции шахты.
Статический метод (основной метод расчёта расхода воздуха) основан на предположении равномерного распределения вредных примесей по всему объёму потока; не учитывает динамику переноса вредных примесей. Расход воздуха для вентиляции отдельных участков рассчитывается по газовыделению, наибольшему числу людей, занятых в смену, расходу взрывчатых веществ, пыли, теплу, выхлопным газам двигателей внутреннего сгорания; для дальнейших расчётов принимается наибольшее из подсчитанных значений.
Одна из проблем вентиляции шахты — утечки воздуха, которые происходят через вентиляционные сооружения в шахте и на поверхности, обрушенные породы, нарушенные целики. Они уменьшают поступление воздуха к участкам потребления, могут вызвать нарушение вентиляции шахты. Для компенсации утечек увеличивают подачу воздуха в шахту. Борьба с ними ведётся герметизацией вентиляционных сооружений, изоляцией выработанных пространств, использованием полевых выработок, рациональных схем вентиляции, снижением общешахтной депрессии. Важная задача вентиляции шахты — обеспечение безопасности людей при авариях (пожарах, взрывах газа и пыли, внезапных выбросах угля и газа) и их ликвидации. Требования к вентиляции шахты при авариях: предупреждение распространения ядовитых газов по шахте; быстрое и надёжное реверсирование вентиляционных струй; предупреждение образования опасных концентраций взрывчатых газов и др. Режимы вентиляции шахты при авариях: нормальная вентиляция; уменьшение или увеличение расхода воздуха; прекращение вентиляции; реверсирование.
Вентиляция шахты обеспечивается вентиляционной службой шахты, в задачи которой входит контроль правильности распределения воздуха по выработкам и соблюдения норм подачи воздуха на участки потребления, контроль качественного состава воздуха, проведение воздушных и депрессионных съёмок, ремонт вентиляционных выработок и сооружений. Для повышения эффективности и надёжности вентиляции шахты осуществляют автоматизацию управления на основе дистанционного контроля параметров вентиляции шахты, применяют ЭВМ. Освещение. Там, где имеются источники электроэнергии, светильники располагаются вдоль откаточных выработок, штреков и квершлагов, а также в околоствольных дворах и других постоянно работающих объектах. Во многих выработках используются флюоресцентные лампы. Горняки обычно экипируются индивидуальными электрическими головными лампами, работающими от аккумуляторных батарей (массой 1,6–1,8 кг).
Яркое постоянное электрическое освещение в подземных условиях стало мощным фактором повышения безопасности и эффективности горных работ, а в загазованных выработках позволило устранить опасность пожаров и взрывов, которые возникали от открытого пламени применявшихся первоначально карбидных ламп.
|
