CC BY
33
© Нгуен Мин Фьен, 2015
УДК 622.4 Нгуен Мин Фьен
АНАЛИЗ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СХЕМ ПРОВЕТРИВАНИЯ ГАЗООБИЛЬНЫХ ПРОТЯЖЕННЫХ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК ДЛЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ВЬЕТНАМА
Рассмотрены основные особенности проветривания протяженных тупиковых выработок сложной конфигурации с учетом специфики угольных шахт Вьетнама, а также определены их оптимальные схемы проветривания при больших значениях аэродинамического сопротивления для работы вентилятора местного проветривания. Определены основные причины появления местных скоплений метана во взрывоопасной концентрации на основании материалов расследования аварий. Приведены определяющие требования к схемам проветриваниягазообильных тупиковых выработок сложной конфигурации на основании требований безопасности на шахтах России. Выработаны дополнительные критерии безопасности для условий шахт Вьетнама, которые необходимо учитывать при расчете аэродинамических характеристик выработки — количество прилегающих выработок и сопряжений, а также конфигурация тупиковой части выработки. Показаны отличительные особенности схем проветривания длинных тупиковых выработок сложной конфигурации. Произведен сравнительный анализ способов и схем вентиляции, рассмотрены их достоинства и недостатки, а также приведены основные направления и перспективы совершенствования способов и схем проветривания тупиковых выработок. Ключевые слова: аэродинамика тупиковых выработок, способы проветривания, схемы проветривания, проведение выработок, сопряжение выработок.
Расследование аварийных ситуаций на угольных шахтах Вьетнама, приведших к взрывам метановоздушных смесей, показало, что все они произошли в протяженных тупиковых выработках. Причиной загазирования в месте взрыва стали местные скопления газа, выделяющегося из угольного пласта, по которому проходилась выработка. Источником воспламенения метановоздушной смеси стали грубые нарушения техники безопасности — курение, а также неисправность элек-
трооборудования. Технический анализ аварий показал, что основной причиной появления местных скоплений метана во взрывоопасной концентрации стали следующие факторы: недостаточное количество воздуха, подаваемое в выработку и особенности конфигурации протяженных тупиковых выработок — наличие поворотов, сужений, расширений, сопряжений. В связи с этим была отмечена неэффективность системы автоматической газовой защиты, так как места установки датчиков не совпадали с местами повышенной концентрации газа, отмеченными преимущественно в местах усложнения конфигурации выработки. Оценка расчетного количества воздуха, подаваемого в призабойную зону в сопоставлении с исходящей в устье выработки струей, показала следующее:
— наличие больших утечек в прилегающие выработки;
— наличие большого количества застойных зон;
— наличие контуров рециркуляции в местах нескольких сбоек с параллельными выработками.
К основным недостаткам применяющихся схем проветривания протяженных тупиковых газообильных выработок, напрямую влияющими на безопасность ведения работ по газовому фактору, можно отнести следующие особенности:
1. Высокая взрывоопасность, так как здесь существует вероятность накопления метана до взрывоопасной концентрации в большем количестве мест.
2. Меньшая надежность и эффективность проветривания, так как не исключена возможность повреждения трубопровода в местах поворотов, перегибов и прочих изменений конфигурации.
3. Трудностью подачи большого количества воздуха в забой тупиковой выработки в связи с большим аэродинамическим сопротивлением не только трубопровода, но и протяженной части тупиковой выработки.
Изучение особенностей проветривания газообильных тупиковых выработок способствует решению проблемы повышения безопасности при их проведении. Основная задача при этом заключается в необходимости разработки научно обоснованных методов расчета количества воздуха для проветривания не только призабойного пространства, но и протяженной части тупиковых выработок. Эти методы должны иметь практическое значение, позволяя получить достоверные результаты,
не задаваясь большим объемом исходных данных и не прибегая к длинным вычислениям. В тупиковые выработки не должно подаваться недостаточное или необоснованно завышенное количество воздуха, так как это может в значительной степени влиять на безопасность ведения работ.
Однако определение количества воздуха, подаваемого для проветривания, не является достаточным условием обеспечения безопасности средствами вентиляции. Необходимо надежное определение мест, опасных по наличию местных скоплений метана: места внезапных расширений и купола в кровле выработок; сопряжения со сбойками с выработанными пространствами и параллельными выработками; ниши для установки оборудования; застойные зоны вблизи машин, механизмов м оборудования.
Выработками большой длины условно считаются такие выработки, которые могут проветриваться только с помощью нескольких вентиляторов, либо с помощью системы нескольких трубопроводов и вентиляционных сооружений. Сложности вентиляции тупиковых выработок большой длины обусловлены значительным аэродинамическим сопротивлением всей вентиляционной сети и большими утечками воздуха из трубопроводов. Неправильный учет отмеченных особенностей приводит к определению неверных расчетных режимов работы вентиляторов, при которых осуществление эффективного проветривания на основе обычных схем и средств оказывается нерациональным или невозможным.
Наибольшее значение с точки зрения безопасности эта проблема имеет при разработке газоносных угольных пластов. Здесь основные требования предъявляются к схемам проветривания тупиковых выработок. Согласно требованиям ПБ применяется проветривание нагнетательным способом.
Схемы и способы вентиляции тупиковых выработок должны обеспечивать: безопасность ведения горных работ путем обеспечения в любой точке выработки допустимых концентраций вредных и взрывоопасных газов; легкость управления режимами проветривания при штатной и аварийной ситуациях.
Схемы проветриваниятупиковых выработок классифицируются в зависимости от источника и способа проветривания, а также от числа и взаимного расположения выработок (возду-
ховодов), по которым подается свежий и отводится загрязненный воздух. Основными показателями схем являются: источник и способ проветривания, количество воздуховодов и воздухо-выдающих выработок, а также их конфигурация.
Анализ горно-технических условий проветривания протяженных тупиковых выработок показал, что для условий шахт Вьетнама могут применяться следующие схемы.
1) Проветривание одним вентилятором, работающим на один трубопровод большого диаметра (до 2,5 м) или на два параллельных трубопровода. Эти схемы используются при большой площади поперечного сечения выработок.
2) Проветривание каскадно несколькими вентиляторами, установленными последовательно в начале трубопровода у устья выработки. Схема в связи с отсутствием рециркуляции используется для проветривания выработок, проходимых по газоносным породам. Рекомендуется использовать не более трех вентиляторов с одинаковыми аэродинамическими характеристиками, в противном случае возникают трудности в управлении работой вентиляторов. Во избежание потерь напора, вызванного закручиванием потоков в вентиляторах, ними должен находиться участок трубы длиной не менее 10 диаметров. Начальный участок трубопровода находится под давлением, равным сумме давлений всех вентиляторов, что при применении гибких трубопроводов требует их изготовления с большим сопротивлением на разрыв. Достоинством этой схемы считается безопасность и удобство обслуживания всех вентиляторов на свежей струе.
3) Проветривание по продольно-поперечной схеме вентиляции, где свежий воздух подается по длине выработки по одному воздуховоду, где сделаны окна для раздачи воздуха. Их расположение может быть рассредоточенным по всей длине трубопровода или сосредоточенным в местах подачи необходимого количества воздуха (например, в местах потенциальных местных скоплений). Для решения этой задачи выбирается воздуховод со щелью переменной ширины или перфорацией, обеспечивающей равное нагнетание воздуха по заданной длине. Конец воздуховода при этом используется для подачи воздуха в забой.
4) Проветривание при проведении парных выработок, сбитых печами или просеками (штреки, бремсберги, уклоны
большой протяжённости). Печи, кроме последней, закрывают воздухоплотными перемычками. В газовых шахтах, где необходима подача большого количества воздуха, проветривание протяженной части воздухоподающей выработки осуществляется за счёт общешахтной депрессии, а в тупиковые забои от последней печи воздух подается вентиляторами местного проветривания.
Схемы проветривания по дополнительным средствам проветривания подразделяются на три группы: традиционные с помощью трубопроводов; с помощью вентиляционных сооружений; с использованием вспомогательных выработок и скважин. Анализируя перспективы их применения, можно сделать вывод о возможности их использования на шахтах Вьетнама.
Способы проветривания с использованием вентиляторов подразделяются на нагнетательный, всасывающий и комбинированный.
Механизм проветривания при нагнетательном способе заключается в разбавлении вредностей в призабойном пространстве свободной струей из вентиляционного трубопровода до допустимых значений и дальнейший вынос по выработке на сквозную струю. Основная характеристика, используемая при оценке эффективности механизма проветривания — дальнобойность свободной струи.
При всасывающем способе механизм проветривания заключается в удалении вредностей из призабойного пространства через вентиляционный трубопровод и дальнейший вынос в выработку, проветриваемую сквозной струей. Основная особенность — удаление вредностей с одинаковыми скоростями со всех сторон относительно конца трубопровода и ограниченные размеры зоны действия всасывающего факела. Динамика проветривания при комбинированном способе существенно зависит от схемы подачи и удаления воздуха из приза-бойной зоны, и сочетает в себе особенности, присущие нагнетательному и всасывающему способам.
Последние два способа с учетом применяющегося в настоящее время оборудования не могут быть применены в газообильных тупиковых выработках шахт Вьетнама.
В заключение можно привести основные направления совершенствования проветривания тупиковых выработок:
1. Разработка новых пыле-взрывозащищенных вентиляторов с лучшими характеристиками и низким уровнем шума и вибрации, оптимизация параметров их работы. В качестве примера можно привести вентиляторы с вынесенным двигателем, применение композитных материалов, оптимизация угла лопаток и частоты вращения рабочего колеса.
2. Использование новых материалов для вентиляционных труб, отличающихся малым весом, долговечностью и надежностью при эксплуатации, более совершенными эксплуатационными характеристиками.
3. Интеграция оборудования для проветривания тупиковых выработок в структуру информационно-измерительных систем по управлению всеми технологическими процессами.
4. Унификация выпускаемого вентиляционного оборудования.
5. Автоматизация комбинированных способов проветривания.
6. Разработка принципиально новых способов и средств проветривания тупиковых выработок. К ним можно отнести способы проветривания с помощью генератора импульсов давления, проветривание с применением перегородок.
Основная научно-практическая задача по обоснованию расчетного количества воздуха, по мнению автора, состоит в обосновании величины увеличения подаваемого в забой выработки воздуха путем определения дополнительных факторов, влияющих на сопротивления отдельных участков тупиковых выработок.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов. Госэнергоатомиздат, 1948.
2. Кирин Б.Ф., Диколенко Е.Я., Ушаков К.З. Аэрология подземных сооружений (при строительстве). - Липецк: Липецкое издательство, 2000. - 456 с.
3. Кирин Б.Ф., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология. Учебник для вузов. М.:- Недра, 1983. - 256 с.
4. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Ткачук Р.В. Закономерности вентиляции призабойного пространства тупиковых выработок: новая концепция. // Уголь. — 2007. — № 2. - С. 16-19.
5. Рудничная вентиляция: / Справочник под ред. К.З.Ушакова. — М.: Недра, 1988. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Нгуен Мин Фьен — аспирант, minhphienttatm@gmail.com, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
UDC 622.4
ANALYSIS OF THE VENTILATION SCHEMES FOR LONG GAS RICH BLIND DRIFTS FOR VIETNAMESE COAL MINES
Nguyen Minh Phien, postgraduate student,minhphienttatm@gmail.com, National mineral resources university «University of Mines», Russia.
The article describes the main ventilation features of long blind drifts of a complex configuration with specifics of the Vietnamese coal mines, and also the optimal ventilation schemes with high values of aerodynamical resistance for local ventilation have been determined. The main causes of methane local accumulations in hazardous concentrations based on the accidents investigation have been determined. The requirements for ventilation schemes of gas rich blind drifts of a complex configuration based on the safety requirements for Russian mines have been set. Additional safety criteria for Vietnamese mines have been developed that should be taken into account when calculating the mine aerodynamical characteristics — the number of adjacent mines and couplings, as well as the blind drift configuration. Distinctive features of ventilation schemes for long blind drifts of a complex configuration have been shown. The comparative analysis of the ventilation methods and schemes has been fulfilled and their advantages and disadvantages have been shown, as well as the main directions and improvement prospects of ventilation methods and schemes for blind drifts have been described.
Key words: aerodynamics of blind drifts, air ventilation ways, air ventilation schemes, drifts construction, mine coupling.
REFERENCES
1. Abramovich G.N. Turbulentnye svobodnye strui zhidkostej i gazov (Turbulent free streams of liquids and gases). Gosjenergoatomizdat, 1948.
2. Kirin B.F., Dikolenko E.Ja., Ushakov K.Z. Ajerologija podzemnyh sooruzhenij (pri stroitel'stve) (Aerology of substructures (in construction)). Lipeck: Lipeckoe iz-datel'stvo, 2000. 456 p.
3. Kirin B.F., Ushakov K.Z. Rudnichnaja i promyshlennaja ajerologija (Mining and industrial aerology). Uchebnik dlja vuzov. Moscow: Nedra, 1983. 256 p.
4. Kolesnichenko E.A., Kolesnichenko I.E., Tkachuk R.V. Zakonomernosti ventil-jacii prizabojnogo prostranstva tupikovyh vyrabotok: novaja koncepcija (Mechanisms of air clearing of working aria of blind drifts: new conception) // Ugol'. 2007. No 2. pp.
5. Rudnichnaja ventiljacija (Mining ventilation) / Spravochnik pod red. K.Z.Ushakova. Moscow: Nedra, 1988.
16-19.
