CC BY
42
------------------------------ © Н.И. Алыменко, С.П. Береснев,
Д.Н. Алыменко, В.В. Минин,
2007
УДК 622.4.
Н.И. Алыменко, С.П. Береснев, Д.Н. Алыменко,
В.В. Минин
ПРОВЕТРИВАНИЕ ЛАВ С КОНЦЕВОЙ ЧАСТЬЮ НА РУДНИКАХ РУП «ПО «БЕЛАРУСЬКАЛИЙ»
Для калийных рудников республики Беларусь актуальной является задача по разработке технологических схем бесштрековой выемки пласта в концевой части лавы, решение которой позволит значительно снизить потери в охранных межпа-нельных целиках и увеличить объем извлекаемого полезного ископаемого.
Основание для выполнения работы - программа развития РУП «ПО «Беларуськалий» на период 2002-2010 гг., утверждённая постановлением Совета Министров РБ №1267 от 16.09.2002 г.
Цель работы - испытания разработанных схем проветривания концевой части лавы при частичной выемке межстолбовых целиков.
В начальных этапах работы разработаны рациональные схемы, и параметры проветривания концевой части лавы длиной более 20,0 м для различных горнотехнических условий калийных рудников РУП «ПО «Беларуськалий».
Исходными данными для выполнения работы явились материалы ранее выполненных научно-исследовательских работ, существующее горношахтное оборудование.
Объект испытаний - концевая часть лавы № 70 рудника 1РУ длиной 25,0 м.
Длина лавы № 70 - 162 м с концевой частью. Длина концевой части лавы - 25,0 м. Количество воздуха по фактору «температура» (определяющий фактор), необходимое для проветривания лавы 212,3 м3/мин. Результаты замеров количества воздуха приведены в табл. 1. В период выполнения замеров комбайн не работал. Вентилятор пылеотсоса на комбайне был
Рис. 1. Технологическая схема лавы № 70 рудника 1РУ: 1 - конвейерный штрек лавы; 2 - монтажный штрек лавы; 3 - лава ^ = 162 м); 4 - вентиляционный штрек лавы; 5 - вспомогательный вентиляционный штрек лавы ^ = 210 м); 6 - технологическая сбойка; 7 - вентиляционная перемычка; 8 - направление отработки лавы; 9 - подземная вспомогательная вентиляторная установка (ПВВУ); 10 - метан-реле (на сопряжении вентиляционного штрека лавы с лавой и в концевой части лавы); 11 - направление движения свежей струи воздуха; 12 - направление движения исходящей струи воздуха; - места замера количества воздуха и температуры
отключен, затем включен. Места замеров расхода воздуха и температуры в лаве приведены на рис. 1.
Выполнены испытания вентилятора пылеотсоса на комбайне в режиме прямой работы и в режиме реверсивной работы. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Анализ результатов замеров распределения воздуха по лаве №
70.
1. При остановленном вентиляторе пылеотсоса:
- количество воздуха, поступающего в лаву по конвейерному штреку, за счет общешахтной депрессии составляет 798,0 м3/мин, что намного больше расчетного 212,3 значения м3/мин;
- по длине лавы количество воздуха несколько меньше расчетного;
Таблица 1
Результаты замеров количества воздуха и температуры в лаве № 70
№ п/ Наименование выработки Сечение выработ- Скорость движения воз- Расход воздуха в замерном сечении, м3/с (м3/мин) вентилятор пылеотсоса комбайна
п ки, м2 духа, м/с Не работает Т, 0С Работает Т, 0С
1 Конвейерный штрек 20 м от лавы 10,0 1,33/1,45 13,30 (798,0) 18,0 14,5 (870,0) 20,0
2 В лаве (30 м от конвейерного штрека) 5,2 0,60/0,70 3,12 (187,2) 19,0 3,64 (218,4) 20,0
3 В лаве (120 м от конвейерного штрека) 5,2 0,74/1,43 3,85 (231,0) 20,0 7,44 (446,4) 24,0
4 В лаве (10 м от вентиляционного трека) 5,2 0,60/0,90 3,12 (187,2) 20,0 4,68 (280,8) 22,0
5 Вентиляционный штрек лавы (50 м от лавы) 8,0 0,43/0,72 3,44 (206,4) 19,5 5,76 (345,6) 20,0
6 Концевая часть лавы («тупик») 5,2 0,67/0,84 3,48 (208,8) 19,5 4,37 (262,2) 20,0
7 8 Сброс с лавы на вспомогательный вентиляционный штрек Вентиляционный штрек лавы после 8,5 0,37/0,53 3,15 (189,0) 19,5 4,51 (270,6) 20,0
сбойки со вспомогательным вентиляционным штреком 8,5 0,74/1,16 6,29 (377,4) 19,0 9,86 (591,6) 19,3
Таблица 2
Результаты испытаний вентилятора пылеотсоса в лаве № 70
№ п/п Наименование Замерное сечение трубопровода, м2 Скорость при прямой работе, м/с Скорость при реверсии, м/с Производительность вентилятора, м3/с (м3/мин)
Прямая работа Т, 0С Реверсивный режим Т, 0С
1 Всас вентилятора 0,20 11,5 3,8 2,30 (138,0) 20,0 0,76 (45,6) 20,0
2 Нагнетание вентилятора 0,20 11,5 3,8 2,30 (138,0) 21,0 6 6) ^ т" ° 20,5
- значительная часть воздуха, поступающего по конвейерному штреку, поступает в закрепное пространство и движется в направлении вентиляционного штрека лавы;
- в концевой части лавы количество воздуха - 208,8 м3/мин, что почти равно расчетному значению воздуха;
- температура воздуха, поступающего в лаву 18 0С, вдоль лавы 19-20 0С, а в концевой части лавы 19,5 0С.
2. При включенном в прямом режиме работы вентиляторе пылеотсоса:
- количество воздуха, поступающего в лаву по конвейерному штреку, за счет общешахтной депрессии составляет 870,0 м3/мин, что значительно больше расчетного 212,3 м3/мин;
- по длине лавы количество воздуха больше расчетного значения;
- значительная часть воздуха, поступающего по конвейерному штреку, так же поступает в закрепное пространство, часть из которого затем поступает в лаву;
- в концевой части лавы количество воздуха больше расчетного значения и поступает на вспомогательный вентиляционный штрек;
- температура воздуха в лаве немного увеличивается и составляет: поступающего в лаву 20 0С, вдоль лавы 20-24 0С, а в концевой части лавы 20 0С.
3. Количество воздуха, поступающего в лаву, при работе вентилятора пылеотсоса комбайна увеличивается во всех частях лавы.
Испытания вентилятора пылеотсоса комбайна.
1. Прямой режим работы вентилятора:
- производительность вентилятора составляет 138,0 м3/мин;
- температура воздуха при прохождении через вентилятор повышается на 1 0С;
2. Реверсивный режим работы вентилятора:
- производительность вентилятора составляет 45,6 м3/мин;
- температура воздуха при прохождении через вентилятор повышается на 1 0С;
3. Производительность вентилятора в реверсивном режиме снижается в 3 раза.
Установлено, что воздухораспределение в лаве № 70 удовлетворительное во всех частях лавы. Однако, в дальнейшем при работе лавы без вспомогательного вентиляционного штрека, ситуация
осложнится и для организации поступления расчетного количества воздуха на все участки лавы потребуется дополнительный источник тяги в концевой части лавы № 70.
Источник тяги должен обеспечивать подачу в концевую часть лавы расчетного количества воздуха. При длине тупиковой части лавы более 20,0 м проветривание осуществляется за счет вентилятора пылеотсоса комбайна, если он реверсивный и вентилятора установленного в тупиковой части лавы для сброса исходящей струи вдоль отработанного пространства, либо на вентиляционный штрек лавы.
Когда комбайн находится в тупиковой части лавы, то действие этих факторов обеспечивает прохождение расчетного количества воздуха.
Учитывая, что вдоль забоя лавы перемещается комбайн и передвигается обслуживающий персонал, то загромождать проходы дополнительным оборудованием (источник тяги, трубопроводы) без нарушения правил безопасности не представляется возможным. Поэтому, источник тяги устанавливают непосредственно в тупике на последней секции крепи, где он не будет мешать выполнению технологических операций. Выбирая источник тяги необходимо учитывать его технические характеристики производительность и давление на выходе из сопла, установленного на источнике тяги. Кроме того, необходимо знать аэродинамическое сопротивление, на которое будет работать источник тяги. Из этого будут вытекать геометрические параметры сопла и можно будет определить, какую длину тупика сможет проветрить тот или иной источник тяги с разными геометрическими параметрами сопла.
Выбор источника тяги для проветривания тупиковой части лавы осуществляется согласно разработанной «Методики...».
При работе источника тяги без трубопровода аэродинамическое сопротивление определяется по формуле:
RHt = (км * а * Р * L) / [9,81 * (Бл - S^)3], киломюрг, где км = 1,20 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления; а = 0,032- коэффициент аэродинамического сопротивления трения, Нс2/м4 (справочные данные); Р = 11,6 - периметр призабойной части лавы до передвижки крепи, м; L = >20,0 м - длина концевой части лавы, м; 9,81 - коэффициент перевода Нс2/м8 в кило-мюрги; Sn - площадь призабойной части лавы до передвижки кре-
пи, м2; S,^ - Миделево сечение крепи, скребкового конвейера и комбайна, м2.
Требуемое давление источника тяги определяют по формуле: h = 0,00028 RHt QHt2, даПа,
где Qht - требуемая производительность источника тяги, м3/мин; Rht
- аэродинамическое сопротивление, на которое работает источник тяги, киломюрг; 0,00028 - переводной коэффициент м3/мин в м3/с,
В качестве источника тяги целесообразно использовать как вентилятор пылеотсоса комбайна, который при пересечении транспортного штрека (комбайн движется в концевую часть лавы) необходимо реверсировать, и выбрасывать исходящую струю в концевую часть лавы и далее вентилятором, установленным на последней секции крепи, исходящую струю направлять вдоль отработанного пространства на вентиляционный штрек. Если вентилятор пы-леотсоса комбайна не реверсивный, то его выключают, и движение воздуха по тупиковой части лавы происходит только за счет вентилятора, установленного на последней секции крепи, которым исходящая струя направляется вдоль отработанного пространства, либо на вентиляционный штрек лавы.
Для гарантированного движения воздуха в нужном направлении, в концевой части лавы устанавливают источник тяги, производительность которого должна обеспечивать прохождение не менее требуемого количества воздуха вдоль концевой части лавы.
Производительность источника тяги в концевой части лавы будет колебаться в широких пределах в зависимости от горногеологических условий, производительности комбайна, вынимаемой мощности пласта, температуры воздуха и т. д., то есть от тех же факторов, от которых зависит количество воздуха необходимое для проветривания основной части лавы. Поэтому источник тяги в концевой части лавы должен быть регулируемым по производительности или должно быть несколько типоразмеров источников тяги для разных условий.
Как показали расчеты, источник тяги должен будет развивать разряжение в несколько даПа и преодолевать давление в несколько даПа со стороны нагнетания для сброса воздуха в отработанное пространство.
Производительность источника тяги в концевой части лавы должна быть не менее производительности вентилятора пылеотсо-са на комбайне. На комбайнах установлены вентиляторы пылеот-
соса производительностью: EW-200/230 - 40 м3/мин; EDW-300/760
- 180 м3/мин; КГС-570 - 180 м3/мин; КГС-800 - 180 м3/мин. SL-300
- 318 м3/мин; SL-500S - 318 м3/мин.
Учитывая все выше сказанное в качестве источника тяги можно использовать центробежный вентилятор В-2М и осевые вентиляторы.
Для создания скоростного напора, увеличения расстояния отброса исходящей струи и создания эжектирующего эффекта на выхлопе вентиляторов В-2М, ВМЭ-4 и ВМЭ-5 устанавливают сопло.
В качестве источника тяги в концевой части лавы можно использовать вентиляторы комбайнов SL-300 - 318 м3/мин; SL-500S -318 м3/мин, а также вентиляторы DV-6, ESN6-75 (Korfmann, Tunnel Ventilation Systems, Product Catalogue, 2004)
Привязка вентиляторов в концевой части лавы осуществляется по месту в районе последней стойки забойной крепи.
Таким образом, исследования позволили обосновать средства проветривания концевой части лавы длиной более 20 м, из двух источников тяги. Удалось обосновать возможность применения и выбрать средства проветривания концевой части лавы стандартных конструкций.
При реализации схем проветривания концевой части лавы, вариант которых показан на рис. 2, осуществляют проходку технологического штрека лавы или используются существующие выработки - разгрузочная выработка отработанного столба и конвейерный штрек отработанного столба селективной лавы с закладкой.
Расстояние технологического штрека от вентиляционного штрека выбирается руководством предприятия исходя из конкретных горно-геологических условий, опорного давления, глубины разработки, угла падения пласта и существующих нормативных документов.
Вентилятор пылеотсоса комбайна - стандартный. Он должен быть реверсивный.
Для контроля газовой обстановки в концевой части лавы на последней секции забойной крепи необходимо устанавливать датчик метан-реле.
Рис. 2. Схема проветривания лавы и «тупиковой» ее части со сбросом исходящей струи вдоль отработанного пространства соседней, ранее отработанной лавы и далее на главные вентиляционные штреки. Сброс исходящей струи производится через сбойки в отработанное пространство соседней панели, перемычки в которых вскрываются по мере проходки лавы. Направление движения воздушной струи
В результате исследований и испытаний сделан анализ схем и методов проветривания концевой части лавы и определены наиболее рациональные и безопасные схемы проветривания концевой части лавы длиной более 20,0 м для рудников РУП «ПО «Бела-руськалий» при частичной выемке межстолбовых целиков.
Результаты исследований применены на рудниках РУП «ПО «Беларуськалий».
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------
Алыменко Н.И. — доктор технических наук,
Алыменко Д.Н. - кандидат технических наук,
Минин В.В. — кандидат технических наук,
Горный институт УрО РАН; г. Пермь,
Береснев С.П. — зам. начальника горного отдела, РУП «ПО «Беларусь-калий», г. Солигорск.
