Обеспечение комфортных условий труда в тупиковых выработках при буровзрывном способе проходки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Г.А.Поздняков, Г.О.Петрунин

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМФОРТНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА В ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТКАХ ПРИ БУРОВЗРЫВНОМ СПОСОБЕ ПРОХОДКИ

А нализ показал, что при буровзрывной проходке, несмотря

-/Т. на все ухищрения по совершенствованию схем проветривания и пылеподавления, концентрации вредных примесей в выработках значительно превышают ПДК, что и обуславливает высокий уровень заболевания пневмокониозом проходчиков и мастеров-взрывников. Ранее рекомендованная всасывающая схема проветривания при всей очевидности ее преимущества не только не нашла применения, но практически ни в одном забое не была проверена. К тем недостаткам, которые указали в «Справочниках по рудничной вентиляции» [1, 2] при детальном анализе этой схемы проявляется ряд дополнительных, устранить которые в ряде случаев практически не представляется возможным без существенной доработки самой схемы.

Преимущества и недостатки обеих схем четко прослеживаются при анализе динамики концентрации примесей в зоне отброса продуктов взрыва (1З.О.), и переноса их по длине выработки.

Изменение концентрации вредных газов и пыли при нагнетательной схеме проветривания в зоне отброса продуктов взрыва выражается уравнением:

- = ехр(-КТ Я г), (1)

Со Ж

где КТ - коэффициент турбулентной струи, нагнетаемой в приза-бойное пространство; 0З - количество воздуха, поступающего в забой, м3/с; Ж - объем выработки, заполненный пылегазовыми продуктами взрыва, м3; г - продолжительность проветривания после взрыва, с.

Величины ЯЗ и Ж определяются массой одновременно взрываемого ВВ.

В соответствии с [1, 2] абсолютное значение коэффициента турбулентной диффузии КТ зависит от многих факторов и может

109

изменяться от 0,27 до 0,88. Однако, как показали наши исследования фактические величины в 2-3 раза меньше. Причем, в забоях с комплексным гидрообеспыливанием он, при прочих равных условиях, в 2,7 раза меньше, чем в забоях без орошения. Это свидетельствует о влиянии на динамику изменения концентрации всех компонентов пылегазового облака процессов сорбции, коагуляции и седиментации.

Концентрация примесей на удалении 100 м от забоя даже при наличие комплекса средств пылеподавления и газоулавливания (гидрозабойка и водяные завесы) значительно превышает ПДК по всем компонентам примесей (рис. 1, 2). Та же картина наблюдается и у устья выработки (рис. 3).

При всасывающей схеме проветривания динамика концентрации примесей выражается той же зависимостью (1), только вместо КТ определяется коэффициентом вымывания примесей вентиляционной струей [1]. а = 0,08 + 0,05^; R=VD/v (число Рейнольдса);

V - скорость воздуха в выработке, м/с; V - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с.

С/Со

0,45

ПДК Со 0,30

0,15 ПДК ыо2

ПДК пыль

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 ^

□ - N0,2 л - пытъ

• - СО

* - ^(пылъ+М0г+С0)

С/ Со = 1,3 1 0 ех р-3 ,37 5 !0

/

--

/ \

/ /

-- --

Рис. 1. Динамика концентрации примесей на удалении 100 м от забоя (ш.Западная, II сечение)

110

С/Со г 0,09

0,06 0,03-

ПДК Со-ПДК пыль-

С/ Со = 3,8 6; 10 t ex Р-3 ,7 7 0 t)

N

/

/

7 \

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 t

□ - no2

А - пылъ

• - СО

* - ¿^(пылъ+NO+CO)

Рис. 2. Динамика концентрации примесей на удалении 100 м от забоя (ш.Обуховская, II сечение)

д - пьлъ

• - СО

* -Y_(n^rnb+NO2+CO)

Рис. 3. Динамика концентрации примесей на выходе из тупиковой выработки (ш.Западная, III сечение, L = 480 м)

111

Сравнительные испытания нагнетательной и всасывающей схем проветривания, выполненные на стенде-модели подготовительной выработки, показали, что всасывающая схема проветривания обладает тем преимуществом, что исключает загрязнение выработки пылегазовыми примесями в забойной части и по всей длине выработки. К недостаткам всасывающей схемы проветривания следует отнести:

1) призабойная зона с максимальными концентрациями примесей при допустимом удалении всасывающего трубопровода (/<12 м) практически не проветривается. Выполнить требования 1Т

невозможно из за риска разрушения всасывающего патрубка взрывом;

2) требуется жесткий вентиляционный став, на всем протяжении которого отлагается пыль. При изменении режима отсоса отложившаяся пыль снова переходит во взвешенное состояние;

3) пылегазовые примеси концентрируются в вентиляционном ставе и через вентилятор выбрасываются в атмосферу примыкающей выработки. Уровень концентрации значительно превышает ПДК.

Идея всасывающе-нагнетательного проветривания заключается в создании схемы, обладающей преимуществами перед ранее рассмотренными схемами нагнетательного и всасывающего проветривания. Для реализации этой идеи необходимо решить ряд задач:

- забор воздуха из забоя на удалении /т < 0,5^;

- использование гибкого вентиляционного става;

- снижение концентрации пылегазовых продуктов взрыва в призабойной зоне и в выработке в целом за время К30 мин;

- очистки выбросов в примыкающую выработку с концентрацией С<ПДК;

- обеспечить в выработке Сп<ПДК.

При этом возможны два варианта схемы (рис. 4):

- без утечек из нагнетательного става в выработку (рис. 4, а);

- с утечками из нагнетательного става в выработку (рис. 4, б).

При первом варианте производительность вентилятора (2, рис.

4, а) будет равен количеству воздуха, поступающего в выработку и = Ов, а запыленность воздуха, отсасываемого из зоны отброса продуктов взрыва С0_ь будет выражаться зависимостью (1).

112

Рис. 4. Всасывающее-нагнетательная схема проветривания (а, б - соответственно с утечками и без утечек из нагнетательного става): 1 - аккумулятор гибких вентиляционных труб; 2 - вентилятор; 3 - пылеуловитель

Для повышения интенсивности проветривания (увеличение коэффициента а) всасывающее отверстие аккумулятора гибких вентиляционных труб (1) автоматически подается к груди забоя по монорельсу. При этом при отсутствии утечек из нагнетательного трубопровода реализуются все преимущества всасывающей схемы (рис. 4, а).

На участке выработки I-I и II-II концентрация пыли

Св = Сф, мг/м3

где Сф - фоновая запыленность воздуха, поступающего в выработку, мг/м3.

При наличии утечек из нагнетательного става (рис.4б) от сечения II-II динамика концентрации примесей выразится зависимостью

113

Рис. 5. Параметры проветривания, обеспечивающие снижение концентрации пыли до ПДК по всей длине выработки (сечения II-II - III-III, рис. 4, б) при начальной концентрации: 1) С0=1000 мг/м3 (Спдк/С0=0,006); 2) С0=2000 мг/м3 (СПДК/С0=0,003); 3) С0=3000 мг/м3 (СПДК/С0=0,002)

СП п = (1 - п)(К - 1)С0 ехр(-а ^t). (2)

Условие обеспечения ПДК на всем протяжении выработки (рис. 5):

[1п(1 -п) + [1п(Ку -1) - ССДК]Ж Ъ -и >-^-0-, с (3)

где аТ - коэффициент вымывания примесей из призабойной зоны.

Поскольку при этой схеме струя воздуха по мере продвижения по выработке будет нагреваться за счет отдачи тепла из горного массива, то фактором, определяющим режим проветривания будет тепловой. При этом расход воздуха выражается зависимостью

0 > 1/3 Ут1п * 8, м3/с

т.е. для сечений выработки 12-15 м2.

При таких расходах воздуха и вероятных концентрациях С0 (от 800 до 2000 мг/м3) ПДК будут достигаться в призабойной части

114

выработки за время менее 900 с (<15 мин), в то время как при тех же условиях и нагнетательной схеме для этого потребуется время в 1,5-2 раза больше.

От сечения II-II и по всей длине выработки (рис. 4) при тех же параметрах проветривания и пылегазоулавливания ПДК по всем примесям будут обеспечиваться за время t<300 с (<5 мин) даже при очень высоких начальных концентрациях примеси (рис. 5)

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник по рудничной вентиляции. Под ред. К.З. Ушакова. - М,: Недра, 1977, с. 328.

2. Рудничная вентиляция: Справочник (Н.Ф.Гращенков, А.Э. Петросян, М.А. Фролов и др.) Под ред. К.З.Ушакова. 2-е изд., реферат и доп. - М,: Недра, 1988, с.440. ПГШ

— Коротко об авторах -

Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. - ГУП «ННЦГП ИГД им. А.А. Скочин-ского».

© А.С. Белоусова, 2008

115