CC BY
163
--------------------------------- © С.М. Сабанов, С.С. Кобылкин,
2011
С.М. Сабанов, С.С. Кобылкин
АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ НА СЛАНЦЕВЫХ ШАХТАХ ЭСТОНИИ
Приведен анализ проветривания на шахте Эстония и работы вентиляторов. Приведены результаты исследований по оценке эффективности использования шурфов. Даны выводы и рекомендации по улучшению проветривания.
Ключевые слова: горючий сланец, шахтное поле, вентиляционные штреки, камерно-столбовая система.
~П Эстонии около 98 % электроэнергии производится из го-
Х.#рючего сланца. Добыча полезного ископаемого производится как открытым, так и подземным способом. Вынимаемая мощность промышленной пачки горючего сланца составляет 2,23,8 метра. Годовая добыча колеблется от 12 до 15 миллионов тонн обеспечиваемая работой двух шахт и двух разрезов. Промышленные слои сланца содержат прослойки известняка (25-40 %), который после процесса обогащения складируется в породные отвалы.
В настоящее время шахта «Эстония» планирует увеличение производственных мощностей на 90-110 %. Для оптимизации системы проветривания и увеличения количества подаваемого воздух в связи с увеличением производственных мощностей решалась задача по размещению дополнительных вентиляционных установок.
Для разработки горючего сланца используется камерностолбовая система, при которой 20-35 % полезного ископаемого составляют потери в целиках, оставляемых для поддержания кровли и предотвращения проседания земной поверхности. Шахтное поле разделено на панели, которые в свою очередь делятся на камерные блоки. Размеры камерного блока составляют по ширине 300-400 м, по длине 500-900 м. На плане обозначены камерные блоки, которые разделены на полу-блоки, ширина которых достигает 150-200 метров (рис. 1). Размеры целиков составляют примерно 6х6 метров и размеры камер около 6х7 метров. По мере отработки кровля принудительно обрушается (после раскрепления) через 2 месяца после прохождения линии забоя (происходит вывал 12х метрового слоя непосредственной кровли). Для добычи горюче-
го сланца на шахте «Эстония» используется буровзрывной способ с применением эмульсионных взрывчатых веществ. Закладка выработанного пространства не используется. Отработанные площади отделяют от рабочих бетонными перемычками.
Проветривание шахты осуществляется по объединенной схеме нагнетательным способом 8 вентиляционными установками, расположенными на поверхности. Камерные блоки проветриваются по возвратноточной схеме. Исходящие струи воздуха из очистных и подготовительных забоев проходят по вентиляционным штрекам и выдаются на поверхность через исходящие вентиляционные шурфы.
Расчетное количество воздуха обеспечивается 8 вентиляторами главного проветривания семь из них серии ВОКД-2,4, и один вентилятор ВОД-30. В технической линейке данные вентиляторы находятся рядом, однако их технические характеристики значительно отличаются друг от друга.
Параллельная работа вентиляторов может быть организована при необходимости увеличения количества воздуха в сети. Об эффективности совместной работы, в этом случае, судят по количеству добавляющегося воздуха. Параллельная совместная работа на одну характеристику сети характеризуется тем, что вентиляторы развивают одинаковую депрессию, а количество воздуха в сети равно сумме их парциальных производительностей:
0.ш = 0,В1 + 0,В2 +..+ QВi (1)
Hш = HВ1 = H В2 =......= H Вi (2)
Для определения общешатного расхода и оценки возможности увеличения подаваемого количества воздуха на шахте “Эстония” был произведен осмотр технического состояния вентиляторов главного проветривания и произведены измерения расходов воздуха.
Исходя из полученных расчетных данных по фактическому расходу воздуха вентиляционных установок ВОКД - 2,4 и сведений по углу поворота лопаток (табл. 1), можно установить при какой напорной характеристике работают данные вентиляционные установки (рис. 2).
т\\ \
Рис. 1. Камерно-столбовая система разработки горючего сланца шахты «Эстония»
357
Таблица 1
Технические характеристики осевых вентиляторов
№№ Наименование показателей Место расположения вентиляционных установок
Панель 1 Панель 2 Панель 3 Панель 4 Панель 5 Панель 6 Панель 7 Панель 8
1 Тип вентилятора Ш 2 - 1 Ш 2 44-К - 1 ВОКД- 2,4 В 2 - 1 В 2 - 1 ВОКД- 2,4 ВОКД- 2,4 ВОД- 30*
2 Диаметр рабочего колеса, м 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 3,0
3 Количество ступеней, шт. 2 2 2 2 2 2 2 2
4 Угол поворота лопаток, град 40 40 40 40 40 40 40 45
5 Подача вентилятора, м3/мин 9013 8693 8462 8670 8253 6108 9364 н.д.
6 Общие внешние утечки воздуха, м3/мин н.д. н.д. 236 н.д. н.д. 207 н.д. н.д.
7 Расход воздуха в шахте, м3/мин н.д. н.д. 8228 н.д. н.д. 5901 н.д. 7678
* - отсутствует половина лопаток
Рис. 2 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВОКД-2,4 п=750 мин-1 с нанесенныгми значениями расходов воздуха
Таблица 2
Режимы работы вентиляционной установки
1. При обычном режиме 8=7.76 м2 2. При одном закрытом шурфе S=6.63 м2
^^-1.2 т D-2.36 3.5м^гі) ^ D-1,2 т D-2,36 3.5м^гф
3. При двух закрытых шурфах 8=5.50 м2 4. При трех закрытых шурфах S=4.37 м2
^ D-1,2 т D-2,36 3.5 мгф ТТ.... - ... Л. _ П _2 ^ D-1,2 т D-2,36 3.5 ’ Пг ^ 1 м
При одном закрытом шурфе S=3.39 м2
Проведя анализ полученных данных можно сделать вывод о том, что часть установок работает в опасной зоне с низким КПД.
Для определения оптимального диаметра нового вентиляционного шурфа были проведены экспериментальные работы по определению зависимости потребления энергии вентиляционной установки и определению объемов подаваемого в шахту воздуха при изменении площади поперечного сечения нагнетательного вентиляционного шурфа.
Первичный осмотр вентиляционных установок показал, что ВГП серии ВОКД-2,4 находятся в удовлетворительном
Рис. 3. Подаваемый объем воздуха в шахту при различных поперечных сечениях вентиляционного шурфа
состоянии, хотя ресурс их выработан, а вентиляционные сооружения требуют дополнительного обследования и ремонта.
По предварительной оценке два вентилятора работают в неустойчивой зоне на грани срыва, четыре вентилятора не имеют необходимого резерва (20 %), есть возможность поворота угла лопаток с 400 до 450, но в этом случае есть опасность выхода вентиляторов из промышленной зоны использования при дальнейшем увеличении обешахтного сопротивления и, как следствие, депрессии шахты.
Для проведения экспериментальных работ на поверхности входящих отверстий вентиляционных шурфов в пяти режимах работы указанных ниже были установлены заслоны позволяющие ограничивать движение воздуха по шурфам.
Замеры потребления электроэнергии, компрессии вентилятора, скорости движения и количества воздуха выполнись в 5 режимах работы вентиляционной установки.
На основании результатов замеров поступления воздуха в шахту через вентиляционный шурф при изменённых режимах
ляционного шурфа
подачи воздуха был получен оптимальный диаметр для бурения новых шурфов.
Вывод
Для обеспечения надежности схемы проветривания шахты шахтное поле целесообразно разделить на 4 секции. Две новые вентиляционные установки (нагнетательные) рекомендуется разместить на одной линии с остальными вентиляторами. Такая схема с большей вероятностью сможет осуществить проветривание шахты на случай пожара по секциям и обеспечит недостаток воздуха в случае остановки других вентиляционных остановок с наименьшими потерями. Новые вентиляционные установки нагнетательного действия должны иметь параметры соответствующие параметрам действующих в комплексе остальных вентиляционных установок.
1. Проветривание сланцевых шахт. К.Ю. Лайгна Таллинн: 1988 г.
2. Элементы аэрогазодинамики шахт. Часть вторая. Методы расчета проветривания сланцевых шахт. Инструкция по применению на ЭВМ. К.Ю. Лайгна, О.А. Суллакатко Таллинн: 1986 г.
3. Отчет по оптимизации проветривания шахты “Эстония” с учетом развития горных работ. Васильев О.А., Бепров В.С., Денисова Л.В., Хохлов Н.А. Ленинград 1981 г.
4. Отчет о депрессионной съемке в горных выработках шахты “Эстония” производственного объединения “Эстонсланец”. В.В. Дьяконов, И.И. Бобровников г. Новомосковск 1990 г.
5. Руководство по пректированию вертиляции угольных шахт. Киев 1994. Макеевский институт по безопасности работ в горной промышленности.
6. POLEVKIVIKAEVANDUSE ТШШГШКАУА KOOSTAMISE JUHEND. Koostatud Kaevandamisseaduse ^Т1, 28.02.2003, 20, 118) § 4 Kaevandamise ja kaeveббnte teisese kasutamise ohutusnбuded ^ТЪ, 24.08.2004, 112, 1761) § 16 а1ше1.
7. Мохирев Н.Н. Эффективные способы вентиляции подземных горнодобывающих предприятий. Научно-технический журнал «Горная промышленность», 2004, №5.
8. Алборов И.Д., Худиев Ч.М. Аэродинамическое сопротивление зон обрушения // Безопасность труда в промышленности. - 1995. - № 3. - С. 23-27.
9. Филин А.Э., Кобылкин А.С. Анализ состояния воздуха рабочей зоны тоннелей метрополитенов при ведении технологических работ. // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) - М.: МГГУ, - 2009. - № ОВ 13. - Тем. пр. «Аэрология». - С. 65-70.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------
Сабанов Сергей Михайлович - доктор технических наук, старший научный сотрудник горного института Таллиннского технического университета,
Кобылкин Сергей Сергеевич - аспирант, преподаватель каф. АОТ Московского государственного горного университета. Я2ИЗ
