CC BY
235
ПРОБЛЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКОВ
© И.В. Дюкарев, 2001
УДК 622.272:622.4 ==
И.В. Дюкарев
ОБОСНОВАНИЕ РЕШЕНИЙ ПО СИСТЕМЕ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОДЗЕМНОГО КИМБЕРЛИТОВОГО РУДНИКА
Кимберлитовая трубка «Интернациональная» представляет собой крутопадающее овальное рудное тело, располагается в районе плотных многолетнемерзлых пород, разведана до глубины 1220 м. Верхняя часть трубки разрабатывалась открытым способом на глубину 284 м. Ниже этого уровня поперечное сечение трубки несколько уменьшается и присутствует водоносный горизонт, который препятствует продолжению разработки открытым способом.
Существующим проектом подземной добычи на руднике «Интернациональный» предусмотрена отработка запасов трубки в течение 12 лет с глубины 290 м до 560 м. Вывод рудника на проектную мощность 500 тыс. т. руды в год намечен к 2006 г. В более отдаленной перспективе загрузка мощностей рудника будет обеспечена за счет отработки запасов нижележащих горизонтов.
Рудник «Интернациональный» - первый подземный рудник АК «АЛРОСА» - был введен в эксплуатацию в августе 1999 г. Компания намеревается использовать опыт строительства подземного рудника для ведения горных работ на трубках «Айхал» и «Мир». Несмотря на то, что метод подземной разработки более дорогой, чем разработка открытым способом, он экономически обоснован в связи с высоким качеством и содержанием алмазов этой трубки.
Обогатительная фабрика № 3 расположена вблизи месторождения «Мир». С декабря 1999 г. эта фабрика перерабатывает руду с подземного рудника «Интернациональный». Реконструкция фабрики № 3 позволит адаптировать технологическую схему извлечения к рудному сырью тру-бки «Интернациональная».
Проектирование вентиляции - один из важ-
ных разделов общего проекта подземной разработки месторождения. От правильного проектирования вентиляции зависит обеспеченность рудника воздухом, а следовательно, безопасность, здоровье и производительность труда горнорабочих.
Способ проветривания. Существуют три основных способа проветривания рудников:
• всасывающий,
• нагнетательный,
• комбинированный (нагнетательно-
всасывающий).
В соответствии с ранее принятыми проектными решениями и реализованной схемой вскрытия месторождения схема проветривания рудника принята центральная, а способ проветривания — всасывающий.
Всасывающий способ проветривания наиболее широко распространен на подземных рудниках. В частности, ранее на угольных шахтах, опасных по газу, такой способ проветривания предусматривался Правилами безопасности. Основанием для этого являлось предположение, что в случае остановки нагнетательного вентилятора произойдет резкое усиление газовыделения из выработанного пространства. Однако практика проветривания шахт не подтвердила это опасение, поэтому это требование отменено.
Преобладание всасывающего способа проветривания шахт объясняется в основном тем, что по капитальным затратам он наиболее дешевый. Однако всасывающий способ проветривания имеет весьма существенный недостаток -значительные подсосы воздуха через зону обрушения. Величина подсосов воздуха на некоторых рудниках составляет более 50-60 % от дебита вентилятора главного проветривания. Поскольку утечки направлены с поверхности на горные выработки, они будут выносить в рудничную атмосферу вредные газообразные примеси и пыль из выработанного пространства. Кроме того, в холодный период года утечки будут существенно понижать температуру воздуха рабочей зоны.
Борьба с подсосами воздуха через зону обрушения требует дополнительных затрат и усложняет работу службы вентиляции. Учитывая все
это, следует признать, что в данных условиях всасывающий способ проветривания нерационален, хотя капитальные затраты при этом ниже по сравнению с другими способами.
Нагнетательный способ проветривания обычно применяют при разработке месторождений, склонных к самовозгоранию. В частности, этот способ проветривания применяют на шахтах Подмосковного бассейна для задерживания выхода углекислого газа из старых выработок.
При проходке выработок и бурении скважин на горизонтах пускового комплекса рудника «Интернациональный» напорного выделения газов и интенсивного выделения нефти не отмечалось. Дегазационные скважины ввиду отсутствия газо-притоков к вакуумной сети не подключаются. За период 1985-1997 г. из 15872 замеров, произведенных экспресс-методом, горючие газы были обнаружены всего 42 раза (при концентрациях
0,3-0,5 %). По данным лабораторного хроматографического анализа 339 проб, отобранных за 1995-1997 гг., содержание горючих газов в воздухе проходческих выработок и в исходящих вентиляционных струях выработок и горизонтов в 99,4 % отобранных проб не превышало 0,1 % по объему. Максимальное содержание горючих газов в воздухе выработок составило 0,39 % по объему (при буровзрывной проходке транспортного уклона по нефтегазоносному коллектору). Горючие газы в подавляющем большинстве случаев представлены исключительно метаном.
Водород на горизонтах пускового комплекса зафиксирован 2 раза: 10.06.91 г. при отборе из-за перемычки № 12 на порожняковой ветви 6 горизонта в виде "следов" и 10.06.91 г. на сопряжении скипового ствола на 5 горизонте после взрывных работ в концентрации 0,053 % по объему.
Масштабы газовыделения в выработки низкие. Средняя газообильность выработок и тампонажного горизонтов в период проходки транспортного уклона по нефтегазоносному коллектору (1996 г.) составила 0,37 м3/мин (550 м3/сутки), а газо-обильность рудника в целом с учетом 6-го и 9-го горизонтов - 820 м3/сутки. По данным за 19971999 г. газообильность рудника составила 400 м3/сутки. По прогнозу, выполненному институтами "Гипроникель" и ИГД им. А.А. Скочинского, при дальнейшем ведении работ на глубинах первого пускового комплекса (чарская свита) газо-обильность рудника будет находиться на том же уровне.
Произведенная по методике ИПКОН РАН оценка категории взрывоопасности газов месторождений трубок "Интерна-циональная" и "Мир" по всем 124 газовым и воздушным пробам, отобранным как при геологической разведке; так и при проходке выработок, показала возможность их отнесения к 1-й категории. Только 2 пробы, содержащие техногенные газы, образовавшиеся в результате вторичных реакций, попадают во 2-ю категорию взрывоопасности. Поэтому применение при строительстве первого пускового комплекса рудника "Интернациональный" серийно выпускаемого рудничного взрывобезопасного электрооборудования было признано допустимым.
Капитальные затраты при нагнетательном способе проветривания выше, чем при всасывающем. Это объясняется необходимостью строительства дорогостоящего, герметичного надшахтного здания в случае, если рудоподъемный ствол служит одновременно для подачи воздуха.
Следует отметить недопустимость применения данного способа для проветривания рудников со значительными зонами обрушения. В этом случае реверсирование воздушной струи при аварии приведет к проветриванию рудника путем засасывания воздуха через зону обрушения. Следовательно, в руднике во время аварии может иметь место неуправляемая вентиляция.
Необходимо учесть, что участие зоны обрушения в проветривании шахты недопустимо вне зависимости от того, будет ли выдавать или принимать воздух эта зона. Поэтому наиболее рациональным и безопасным является комбинированный способ. Комбинированный способ проветривания применяют на крупных рудниках, когда требуется подавать большое количество воздуха и преодолевать высокое аэродинамическое сопротивление, или для уменьшения аэродинамической связи с поверхностью.
Несмотря на повышенные капитальные затраты, по сравнению с другими способами проветривания, комбинированный способ наиболее эффективен. Он имеет следующие преимущества:
1. возможность достижения значительного сокращения непроизводительных потерь воздуха через зону обрушения созданием в шахте зоны с атмосферным давлением;
2. надежность проветривания шахты в нормальном и реверсивном режимах.
Все применяемые на подземных рудниках схемы проветривания по расположению воздухоподающих и вентиляционных выработок могут быть разделены на:
♦ центральные;
♦ фланговые;
♦ комбинированные;
Схема проветривания на руднике «Интернациональный», как было указано выше, принята центральная.
При центральной схеме воздухоподающие и вентиляционные стволы располагаются посередине шахтного поля, при этом свежая и отработанная струи движутся во взаимно противоположных направлениях. Предпосылкой для цен-Таблица 1
ФЛАНГОВАЯ СХЕМА ПРОВЕТРИВАНИЯ
Достоинства Недостатки
1. Повышенная безопасность горных работ -имеются три выхода на поверхность 1. Большие капитальные затраты.
2. Сокращение пути движения воздуха 2. Удлинение срока ввода рудника в эксплуатацию
3. Меньшая общерудничная депрессия 3. Разбросанность вентиляционных сооружений и неудобство надзора за главными вентиляторами
4. Меньшие затраты на электроэнергию 4. Необходимость применения вспомогательных вентиляторов для проветривания блоков, расположенных в центральной части рудного поля
Таблица 2
ЦЕНТРАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОВЕТРИВАНИЯ
Достоинства Недостатки
1. Меньшие капитальные затраты (имеются всего два вентиляционных ствола или два квершлага) 1. Меньшая безопасность - наличие только двух выходов на поверхность на одной промплощадке
2. Более быстрый ввод рудника в эксплуатацию 2. Большая общерудничная депрессия
3. Концентрация всех поверхностных сооружений и удобство надзора за вентиляторами 3. Большие затраты на электроэнергию
4. Необходимость применения вспомогательных вентиляторов для проветривания очистных блоков, расположенных на флангах шахтного поля
трального расположения стволов является наличие общего для всего рудника вентиляционного горизонта, по которому воздух из всех залежей и блоков может собираться к общему вентиляционному стволу.
При фланговой схеме отсутствует обратное движение воздуха. Свежий воздух поступает по стволу, расположенному в центральной части шахтного поля, и выходит по стволам, расположенным на флангах рудного поля.
Достоинства и недостатки обеих схем проветривания шахты приведены в таблицах 1 и 2 .
Решающим фактором при выборе центральной схемы проветривания на руднике «Интернациональный» являлся срок ввода рудника в эксплуатацию и меньшие капитальные затраты на строительство. При центральном расположении стволов к очистным работам можно приступить сразу же после соединения обоих стволов сбойкой и установления сквозного проветривания; при фланговой схеме - необходимо пройти не только стволы, но также и соединяющие их штреки, на что может потребоваться много времени. Но с переходом на скоростные методы проходки этот недостаток фланговой схемы отпадает.
Таким образом, для эффективной и безопас- лять проветривание выработок комбинированной отработки кимберлитового рудника подзем- ным способом при фланговой схеме вентиляции.
ным способом наиболее рационально осуществ-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Дюкарев Игорь Владимирович - соискатель, Московский государственный горный университет.
