Оценка влияния вентиляции рудника на температурный режим при отработке подкарьерных запасов трубки «Интернациональная» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

---------------------------------- © Ю.А. Хохолов, М.М. Иудин,

2007

УДК 622.4.012

Ю.А. Хохолов, М.М. Иудин

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ РУДНИКА НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОДКАРЬЕРНЫХЗАПАСОВ ТРУБКИ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ»

1ГЛ имберлитовые месторождения, расположенные на терри--ж\ тории Западной Якутии, залегают в районе распространения многолетнемерзлых пород, мощность которых составляет 600700 м. Наиболее сложной проблемой является отработка подкарь-ерных запасов трубки «Интернациональная», находящихся в зоне распространения многолетнемерзлых горных пород. Наличие многолетнемерзлых пород с температурой -1...-3 °С в сочетании с длительной (до 8-10 месяцев) холодной зимой существенным образом влияет на технологические процессы ведения подземных горных работ. Целью работы является оценка влияния расхода воздуха на состояние температурного режима породного массива, в частности определение динамики глубины протаивания мерзлых пород вокруг горных выработках рудника при разных расходах вентиляционного воздуха. Расчет глубины протаивания мерзлых пород необходим для выбора параметров крепления горных выработок. В лаборатории горной теплофизики ИГДС СО РАН разработаны математические модели для прогноза теплового взаимодействия многолетнемерзлого породного массива с учетом расхода и температурного режима вентиляционного воздуха в сети горных выработках подземного рудника.

Для оценки влияния вентиляционного режима на тепловой режим рудника проведено моделирование с учетом возможных значений расхода воздуха: (20, 30, 50, 70 м3/с) в выработках. Результаты расчетов по ореолам протаивания мерзлых пород вокруг выработок при разных расходах воздуха показывает их зависимость, которую надо учитывать при оценке развития термомеханических процессов в породном массиве (рис. 1-4).

10

<в

03

5

£

а

*

с

-КС Трансп. уклон

- Тр. штреки (гор. №2)

• Спир. съезд

■ Тр. штреки (гор. №1) Конв. квершлаг

- Вент.-закл. квершлаг

- ВВС(отм.+100-отм.+200)

- ВВС(отм.+200-отм.+400)

4 6 8

Годы эксплуатации

10

12

8

6

4

2

0

0

2

Рис. 1. Динамика глубины протаивания мерзлых пород вокруг выработок рудника «Интернациональный» при расходе воздуха 20 м*/с

12

10

к

2

1

П

т

2 П

0

а

с

п

1

2

*

-КС Трансп. уклон -Тр. штреки (гор. №2) •Спир. съезд Тр. штреки (гор. №1) Конв. квершлаг

- Вент.-закл. квершлаг

- ВВС(отм.+100-отм.+200)

- ВВС(отм.+200-отм.+400)

4 6 8

Годы эксплуатации

10

12

8

6

4

2

0

0

2

Рис. 2. Динамика глубины протаивания мерзлых пород вокруг выработок рудника «Интернациональный» при расходе воздуха 30 м3/с

іо

£ 8

s

І

& 6 с

(Q

X

КС

Трансп. уклон -Тр. штреки (гор. №2)

• Спир. съезц Тр. штреки (гор. №1) Конв. квершлаг

- Вент.-закл. квершлаг

- ВВС(отм.+100-отм.+200)

- ВВС(отм.+200-отм.+400)

4 6 8

Годы эксплуатации

іо

12

4

2

о

о

2

Рис. 3. Динамика глубины протаивания мерзлых пород вокруг выработок рудника «Интернациональный» при расходе воздуха 50 м3/с

Рис. 4. Динамика глубины протаивания мерзлых пород вокруг выработок рудника «Интернациональный» при расходе воздуха 70 м3/с

10

0

-10

-20

-30

-КС

- Трансп. уклон

Тр. штреки (гор. №2)

- СПир. съезд

Тр. штреки (гор. №1) Конв. квершлаг Вент.-закл. квершлаг

- ВВС(отм.+100-отм.+200)

- ВВС(отм.+200-отм.+400)

^^ ///

Время, месяц

Рис. 5. Динамика температур воздуха в выработках на 10 год эксплуатации при естественном тепловом режиме (расход воздуха 30 м*/с)

Как видно из графиков, наиболее высокий темп протаивания пород наблюдается в первые годы эксплуатации выработок, затем его интенсивность заметно снижается. Например, глубина протаивания мерзлых пород вокруг вертикального ствола (ВВС) прогнозируется: при расходе воздуха 20 (м3/с) составит 7 м, при расходе воздуха 70 (м3/с) достигает 10 м на 12 год эксплуатации. Все расчеты выше проведены при условии поддержания положительного теплового режима в подземном руднике, когда вентиляционный воздух в зимнее время подогревается до температуры +2 °С.

Для сравнения были проведены расчеты при естественном температурном режиме вентиляционного воздуха в выработках (рис. 5). В этом случае горные породы вокруг вертикального ствола (ВВС) сохраняются в мерзлом состоянии, а глубина протаивания мерзлых пород составляет небольшую величину.

Таким образом, расчеты по динамике температурного режима породного массива при разных вентиляционных режимах показали, что при рекомендуемом расходе вентиляционного воздуха (30 м3/с) и подогреве рудничного воздуха до положительных значений ореолы протаивания в подготовительных выработках через 12 лет могут достигнуть 10,5 м, в вертикальном стволе - 7-8 м.

Поскольку в выработках поддерживается положительный температурный режим, происходит прогрессирующее протаивание окружающих мерзлых горных пород. Наибольшие ореолы протаива-ния мерзлых пород наблюдаются в транспортном штреке горизонта №1, поскольку сюда поступает вентиляционный воздух из добычных участков, где идет интенсивный теплообмен с закладочным массивом. При гидратации закладочного материала выделяется большое количество тепла, которое сопровождается растеплением мерзлого массива горных пород. В то же время, определенное количество тепла передается потоку вентиляционного воздуха, которое зависит от технологических параметров, режима и схемы вентиляции.

К концу зимнего периода температура воздуха в выработках опускается ниже +2 °С, особенно это заметно в первые годы эксплуатации. Объяснить можно, прежде всего, интенсивным теплообменом вентиляционного воздуха с окружающими мерзлыми горными породами. Прослеживается тенденция повышения температуры воздуха в выработках в процессе их эксплуатации. Тепловыделения, передаваемые вентиляционному потоку в процессе теплообмена породных и закладочных массивов, поднимают температуру рудничного воздуха в транспортном штреке горизонта №1 примерно на 1 °С и влияют на динамику протаивания в транспортном штреке горизонта №1, вентиляционно-закладочном квершлаге и ВВС. Например, разница ореолов протаивания в ВВС за 12 лет составляет 1 м (6 м - без учета тепловыделений, 7 м - с учетом тепловыделений от гидратации цемента при ведении закладочных работ).

При естественном тепловом режиме рудника в выработках температура воздуха в зимний период отрицательная, и протаивания горных пород не происходит. С позиций механики горных пород их мерзлое состояние повышает устойчивость, однако отрицательная температура воздуха ухудшает условия труда рабочих и создает определенные трудности при работе машин и механизмов.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------

Хохолов Ю.А. - доктор технических наук, вед. научный сотрудник,

Иудин М.М. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,

Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН, г. Якутск.