CC BY
8
УДК 622.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОЙ ОБСТАНОВКИ В УСЛОВИЯХ РУДНИКА ООО «ЕВРОХИМ - УКК»
Н.А. Бруев, А.Г. Исаевич, А.Н. Стариков
Затрагивается один из нетрадиционных методов проветривания горных выработок - рециркуляция воздуха и возможность ее применения на Усольском калийном комбинате. Проведен анализ вентиляционной сети рудника, выполнены натурные замеры распространения газовых примесей в рудничной вентиляционной сети. Установлено, что зафиксированные концентрации метана значительно ниже предельно-допустимого значения.
Ключевые слова: рудник, вентиляционная сеть, расчет количества воздуха, рециркуляция, горючие газы.
Введение
Множество современных исследований в области горного дела направлены на решение вопросов повышения энергоэффективности всех этапов добычи и обогащения полезных ископаемых. Особое внимание в данном вопросе уделяется процессам проветривания горных выработок. Главные вентиляторные установки (ГВУ) подземных рудников круглосуточно потребляют значительное количество электрической энергии, что делает процесс проветривания одним из наиболее энергозатратных. Данные вентиляторы способны потреблять 1000...3000 МВт • ч и более электроэнергии и пропускать через себя порядка 20 000...30 000 м3/мин воздуха, тем самым обеспечивая свежим воздухом рабочие зоны, находящиеся на расстоянии нескольких десятков километров от воздухоподающих стволов. Эффективная организация системы вентиляции на подземных горнодобывающих предприятиях должна сопровождаться энергоэффективными решениями.
Шахтное поле Усольского калийного комбината включает два участка: Палашерский и Балахонцевский. Данные участки расположены в южной части Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, на территории Усольского муниципального района и города Березники Пермского края.
В настоящее время шахтное поле вскрыто двумя центрально-сближенными стволами. Свежий воздух поступает в рудник по стволу № 1 до транспортного горизонта околоствольного двора, далее распределяется для проветривания камер служебного назначения, горных участков, расположенных на крыльях шахтного поля. На участки воздух подается по главным и панельным транспортным и конвейерным штрекам главных направлений. После проветривания рабочих зон, исходящая струя воздуха
удаляется по панельным и главным вентиляционным штрекам к стволу № 2, по которому выдается на поверхность [1].
Анализ проблемы, пути решения
Для повышения энергоэффективности проветривания калийных рудников разработан режим проветривания с частичным повторным использованием воздуха.
Основополагающая концепция указанной системы в том, что при использовании рециркуляционного проветривания часть исходящей струи воздуха направляется обратно на воздухоподающие штреки. При этом есть необходимость в анализе объема рециркулированного воздуха, его газового состава и определения возможности повторного использования воздушной струи на данном предприятии. Рудник Усольский калийный комбинат относится к опасным по газу, в связи с чем было принято решение провести исследование и оценить какое фактическое количество газа фиксируется по тракту движения воздуха.
Работа описывает результаты произведенных натурных исследований и их анализ на предмет наличия концентраций горючих газов в блоковых панельных и главных выработках подземного рудника Усольского калийного комбината.
Изучению вопроса возможности использования рециркуляционного проветривания в калийных рудниках посвящены работы известных ученых. Основоположником исследований нетрадиционных методов проветривания горных выработок калийных рудников является выдающийся российский ученый А.Е. Красноштейн. В рамках диссертационной работы «Научные основы процессов формирования и нормализации аэрозольного и газового состава атмосферы калийных рудников» [2] были проведены многочисленные исследования на рудниках Верхнекамского месторождения с целью определить характеристики исходящего воздуха. В результате было доказано, что в исходящих струях не обнаруживаются горючие газы метан и водород, а минимальное содержание кислорода обычно не ниже 20,3 %. Эти данные говорят о том, что исходящий воздух калийных рудников является безопасным и пригодным для повторного использования. Дальнейшие исследования [3, 4] доказали, что постоянного накопления вредных примесей в рециркуляционном контуре не происходит.
Впервые система проветривания с общерудничной рециркуляцией была испытана в России на калийном руднике СКРУ-1 [5, 6]. Рециркуляция осуществлялась подземным вентилятором ОДВ-2,8, который своим нагнетательным каналом имел выход в один из воздухоподающих стволов. После включения рециркуляционной схемы вентиляции в руднике стало циркулировать на 28 % больше воздуха без изменения мощности ГВУ. Что позволило значительно увеличить энергоэффективность.
В настоящее время эффективность применения рециркуляции доказана на практике и системы частичного повторного использования воздуха широко применяются на калийных рудниках [7 - 9]. Однако следует отметить, что ситуация по газораспределению сильно разнится в зависимости от участка месторождения и подобных исследований на Палашерском и Балахонцевском участках ранее не проводилось.
Натурные исследования распространения газовых примесей в рудничной вентиляционной сети
При изучении газовой обстановки на руднике проведен отбор проб воздуха по тракту его движения от забоя до главных направлений. Цель проведения газовой съемки - определение фактической концентрации горючего газа метана (СН4) в рабочих зонах, в вентиляционных выработках панелей и направлений.
Отбор проб осуществлялся мокрым методом, который заключается в вытеснении воды из емкости рудничным воздухом. Воздух забирался равномерно по сечению выработки. Впоследствии пробы подвергались обработке на газовом хроматографе «Хромос ГХ 1000», после чего производился анализ полученных значений.
При проведении газовой съемки во внимание принималось наличие фоновых концентраций примесей метана в свежей воздушной струе, которая поступает в рудник по воздухоподающему стволу №1. Результаты замеров в околоствольном дворе представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты замеров концентрации условного метана _в околоствольном дворе_
Номер замера Место замера Условный метан 2Н [2+СН4
ПДК, % Процент содержания, % Процент от ПДК, %
1 Околоствольный двор ствола №1, свежая струя воздуха 0,5 0,000096 0,019
Таким образом, фоновая концентрация в свежем воздухе, который поступает в рудник и в дальнейшем участвует в проветривании рабочих зон, составляет 0,019 % от предельно допустимого значения.
Далее на рис. 1 представлена упрощённая схема шахтного поля с указанием мест отбора проб на предмет наличия примесей метана.
Результаты замеров на северо-восточном, юго-восточном и юго-западном направлениях представлены в табл. 2 - 4.
Рис. 1. Упрощённая схема шахтного поля Еврохим УКК с указанием
мест отбора проб
Таблица 2
Результаты замеров концентрации условного метана
Номер замера Место замера Условный метан 2Н2+СН4
ПДК, % Процент содержания, % Процент от ПДК, %
2 Рабочая зона, комбайн Урал-61, №17 0,5 0,013 2,6
3 Рабочая зона, комбайн Урал-61, №22 0,023 4,6
4 Рабочая зона, комбайн Урал-61, №26 0,0038 0,76
5 2 СВП 0,00141 0,28
6 0,00194 0,39
7 Исходящая с направления 0,00187 0,36
8 0,00145 0,29
Таблица 3
Результаты замеров концентрации условного метана _на юго-восточном направлении_
Номер замера Место замера Условный метан 2Н2+СН4
ПДК, % Процент содержания, % Процент от ПДК, %
9 Рабочая зона, комбайн Урал-61, №19 0,5 0,0026 0,52
10 2 ЮВП 0,00077 0,15
11 0,0036 0,72
12 Исходящая с направления 0,0035 0,7
13 0,0018 0,36
Таблица 4
Результаты замеров концентрации условного метана на юго-западном __направлении_
Номер замера Место замера Условный метан 2Н2+СН4
ПДК, % Процент содержания, % Процент от ПДК, %
14 Рабочая зона, комбайн Урал-61, №27 0,5 0,01 2
15 3 ЮЗП 0,0051 1,02
16 0,0060 1,2
17 Исходящая с направления 0,0043 0,86
18 0,0026 0,52
Замеры показывают, что зафиксированные концентрации метана существенно ниже 0,5 % предельно-допустимого значения [10]. Наибольшие концентрации фиксируются в действующих забоях, однако даже в забоях концентрация метана не превышает 0,023 %. Относительная газообильность находится в пределах от 0,032 до 0,051 м3/т. При дальнейшем движении исходящей струи от забоя к вентиляционному стволу происходит постоянное снижение концентраций метана, что мы можем наблюдать на рис. 2.
Анализ газовой обстановки на руднике на примере северного и южного крыла шахтного поля показал, что содержание газа в местах предполагаемых рециркуляционных сбоек значительно ниже предельно допустимых значений.
Это может быть обусловлено избыточным количеством воздуха, подаваемого в рудник, которое превышает необходимый объем для разбавления горючих газов.
Рабочие ЗОНЫ КомбайнУрал-61, №27 - Замер №14
Панельные вент. Вент. штрек №1 выработки Вент, штрек №2
Главные вент, выработки направл-я
О 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012
Процент содержания метана
Рис. 2. График снижения концентрации метана на юго-западном
направлении
Следует отметить, что при расчете количества воздуха закладываются коэффициенты для компенсации утечек, которые формируют избыток воздуха. Так для разбавления метана в газах, выделяющихся в условиях рудника, требуется 1590 м3/мин воздуха, а согласно действующей методике, в рудник подается 12030 м3/мин воздуха. Этот избыток разбавляет и так небольшое количество газа до совершенно мизерных концентраций, что дает основание для применения частичного повторного использования воздушной струи.
Заключение
В рамках работы проведен ряд замеров для исследования распределения газа по горным выработкам. Точки для проведения натурных измерений расположены:
в вентиляционных выработках направлений; в вентиляционных выработках панелей; в тупиковых рабочих зонах.
Для определения концентрации условного метана в горных выработках проводился отбор проб методом вытеснения жидкости из емкости рудничным воздухом (мокрый способ отбора проб). Далее осуществлялся количественный анализ полученных проб воздуха на газовом хроматографе «Хромос ГХ 1000».
Полученные результаты анализа газовой обстановки на руднике «ЕвроХим - УКК» свидетельствуют о том, что концентрации газа в предполагаемых местах расположения рециркуляционных сбоек (главные вентиляционные штреки), значительно ниже установленных предельно допустимых значений (ПДК (СН4) = 0,5 %). Это можно объяснить избыточным количеством воздуха, который поступает для проветривания рудника. Также имеются данные о возможном естественном феномене - способно-
сти природных калийных солей активно поглощать газообразные ядовитые примеси [5]. Таким образом газовая обстановка на данном руднике позволяет использовать рециркуляцию воздуха с учетом компенсирующих мероприятий.
Список литературы
1. Регламент технологического производственного процесса «Проветривание горных выработок рудника ООО «ЕвроХим - УКК» № ТР-10-2, г. Усолье, 2022 г.
2. Красноштейн А.Е. Научные основы процессов формирования и нормализации аэрозольного и газового состава атмосферы калийных рудников: дис. ... д-ра техн. наук. Л.: ЛГИ, 1977.
3. Зайцев А.В., Трушкова Н.А. Исследование рециркуляционного проветривания при наличии источника газовыделения в рабочей зоне и внутренних утечек воздуха // ГИАБ. 2022. №3. С.34 - 46.
4. Казаков Б.П. Ресурсосберегающие технологии управления климатическими параметрами рудников: На примере калийных рудников: дис.. д-ратехн. наук. Пермь, 2001. 315 с.
5. Красноштейн А. Е., Медведев И. И. Аэрология калийных рудников. 1990.
6. Мохирев Н.Н., Клишев В.Л. Схема проветривания рудника с рециркуляцией // Вентиляция шахт и рудников. 1983. С. 56-61.
7. Pritchard C. J., Scott D. F. Examination of controlled recirculation implementation in an underground nonmetal mine // Mining Engineering. 2014. Т. 66. №. 12.
8. Казаков Б.П., Левин Л.Ю., Шалимов А.В. Повышение эффективности ресурсосберегающих систем вентиляции для подземных рудников // Горн. журн. 2014. № 5. С. 26-28.
9. Зайцев А.В., Клюкин Ю.А., Киряков А.С. Исследование процессов тепломассопереноса в горных выработках при применении систем частичного повторного использования воздуха // Вестн. ПНИПУ: Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2014. Т. 13. № 11. С.121-129.
10. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых»: утв. приказом Ростехнадзора от 8.12.2020 № 505, 2020 г.
Бруев Никита Андреевич, техник, [email protected], Россия, Пермь, филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН»,
Исаевич Алексей Геннадьевич, д-р техн. наук, и.о. зав. кафедрой; вед. науч. сотр., [email protected], Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет; Горный институт Уральского отделения Российской
академии наук» - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН»,
Стариков Алексей Николаевич, инженер, starikov4488@,mail.ru, Россия, Пермь, филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН»
INVESTIGATION OF THE GAS SITUATION IN THE CONDITIONS OF THE ORE OF EUROCHEM - USOLSKY POTASH PLANT LLC IN ORDER TO DETERMINE THE POSSIBILITY OF SAFE USE OF AIR RECIRCULATION
N.A. Bruev, A.G. Isaevich, A.N. Starikov
The paper touches on one of the unconventional methods of ventilation of mine workings - air recirculation and the possibility of its application at the Usolsky potash plant. The analysis of the mine ventilation network was carried out, full-scale measurements of the spread of gas impurities in the mine ventilation system were performed. It is established that the recorded concentrations of methane are significantly lower than the maximum permissible value.
Key words: mine, ventilation network, calculation of the amount of air, recirculation, combustible gases.
Bruev Nikita Andreevich, technician, nikitabruevv@,gmail.com, Russia, Perm, branch of the Federal State Budgetary Institution of Science «Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»,
Isaevich Alexey Gennadievich, doctor of technical sciences, acting head of the chair, leading scientific officer, [email protected], Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University; Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences" -branch of the Federal State Budgetary Institution of Science «Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»,
Starikov Alexey Nikolaevich, engineer, [email protected], Russia, Perm, branch of the Federal State Budgetary Institution of Science «Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»
Reference
1. Regulations of the technological production process "Ventilation of the mine workings of EuroChem - UKK LLC No. TR-10-2, Usolye, 2022
2. Krasnoshtein A.E. Scientific foundations of the processes of formation and normalization of the aerosol and gas composition of the atmosphere of potash mines: dis. ... Doctor of Technical Sciences. L.: LGI, 1977.
3. Zaitsev A.V., Trushkova N.A. Investigation of recirculation ventilation in the presence of a gas source in the working area and internal air leaks // GIAB. 2022. No. 3. pp.34-46.11.2023).
4. Kazakov B.P. Resource-saving technologies for managing climatic parameters of mines: On the example of potash mines: dis. ... Doctor of Technical Sciences. Perm, 2001. 315 p.
5. Krasnoshtein A. E., Medvedev I. I. Aerology of potash mines. 1990.
6. Mohirev N.N., Klishev V.L. Scheme of mine ventilation with recirculation // Ventilation of mines and mines. 1983. pp. 56-61.
7. Pritchard C. J., Scott D. F. Examination of controlled recirculation implementation in an underground nonmetal mine // Mining Engineering. 2014. Vol. 66. No. 12.
8. Kazakov B.P., Levin L.Yu., Shalimov A.V. Improving the efficiency of resource-saving ventilation systems for underground mines // Gorn. zhurn. 2014. No. 5. pp. 26-28.
9. Zaitsev A.V., Klyukin Yu.A., Kiryakov A.S. Investigation of heat and mass transfer processes in mine workings when using partial reuse systems of air // Vestn. PNRPU: Geology. Oil and gas and mining. 2014. Vol. 13. No. 11. pp.121-129.
10. Federal norms and rules in the field of industrial safety "Safety rules for mining and processing of solid minerals": approved by Rostechnadzor Order No. 505 dated 8.12.2020, 2020.
УДК 622.831.322
РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ГАЗОНОСНОСТИ ПО СВЯЗАННЫМ ГАЗАМ СИЛЬВИНИТОВ КАЛИЙНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
А.С. Папулов, О.В. Иванов, Е.А. Нестеров, И.И. Чайковский
Представлены результаты исследования газоносности сильвинитовых пород по связанным газам пяти калийных месторождений. Приведена описательная статистика, выявлены максимальные и минимальные значения газоносности, содержания горючих и тяжелых углеводородных газов. Определены статистически значимые различия по газодинамическим характеристикам сильвинитовых пород. На основе множественного сравнения групп выявлены статистически значимые различия по газоносности пород, содержанию горючих газов и содержанию тяжелых углеводородов для различных месторождений, что подтверждает различную природу сильвинитов.
Ключевые слова: сильвинитовые породы, газоносность пород, связанный газ, калийные месторождения, компонентный состав, критерий Краскела - Уоллиса.
Газоносность по связанным газам сильвинитовых пород является индикатором эволюционных процессов газовой фазы в соляном породном массиве. Ее изучение дает понимание о характере распределения природных газов как по площади месторождения, так и по геологическому разрезу, возможность выделения зон с повышенными значениями и обосновывать их происхождение (рис. 1). Связанные газы можно разделить на межкристаллические, которые находятся в закрытых микропорах между кристаллами, внутрикристаллические в виде микроскопических пузырьков внутри зерен и сорбированные [1].
