CC BY
51
------------------------------------- © Е.Т. Воронов, Д.Е. Воронов,
И.А. Бондарь,2007
УДК 622.413.3
Е. Т. Воронов, Д.Е. Воронов, И.А. Бондарь
РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЕ ПРОВЕТРИВАНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ДЛЯ РУДНИКОВ СЕВЕРА
Для небольших рудников Крайнего Севера с естественным тепловым режимом, к которым относятся рудники по добыче слюды, горного хрусталя в ряде случаев для предотвращения обледенения водоотливных и воздухоподающих штолен возникает необходимость временного снижения подачи свежего воздуха в рабочие забои (очистные блоки) в наиболее холодный период года (декабрь-февраль), т.к. при максимальной подаче свежего холодного воздуха на рабочие горизонты (по пылевому фактору) температура шахтного воздуха в рабочих забоях понижается до отрицательных значений. Потребное количество воздуха по газам от взрывных работ по сравнению с пылевым фактором, как правило, в 1,5-2 раза ниже.
Поэтому одним из реальных путей снижения расхода свежего воздуха в зимний период является такая организация проветривания, при которой осуществляется очистка шахтного воздуха в фильтрах или за счет процессов естественного пылеосаждения и повторное его использование, т.е. применение в подземных горных выработках рециркуляционных схем проветривания. Рециркуляционные схемы проветривания позволяют снизить запыленность подаваемого в забой воздуха, стабилизировать естественный тепловой режим горных выработок в зимний период до положительных значений.
Для условий проходки подземных горных выработок в связи с большой сложностью очистки воздуха от ядовитых газов наибольший практический интерес представляет рециркуляционное проветривание рабочих забоев при непрерывных источниках пылевыделения (бурение шпуров, погрузка породы).
Рассмотрим аэропылединамические процессы при рециркуляционной схеме проветривания забоя с очисткой и повторным использованием воздуха.
Рис. 1. Схема движения воздуха при рециркуляционном комбинированном способе проветривания: 1 - отсасывающий вентилятор ВМ-6; 2 - отсасывающий трубопровод; 3 - нагнетательный вентилятор ВМ-5; 4 - нагнетательный призабойный трубопровод; 5 - каркасный фильтр
Схема аэропылединамического процесса при проветривании проходческого забоя с очисткой и повторным использованием воздуха приведена на рис. 1.
Если общее количество подаваемого в забой воздуха составляет Qп, коэффициент турбулентной диффузии - ктб, концентрация пыли в поступающем свежем воздухе - п0, степень очистки в тканевом фильтре Пф, объем призабойного пространства от груди забоя до конца вентиляционного трубопровода Жп = I■ Б, то подвод свежего воздуха к фильтрующей установке составит Qrг = (1 - £,р). Приращение запыленности воздуха на выходе из фильтра за время Ат будет (в мг/м3)
Q (1 -4Р) По(1 -Пф)
Ап„
(1)
где Е,р - коэффициент рециркуляции воздуха в призабойном пространстве.
При интенсивности пылевыделения в забое ¥п приращение запыленности воздуха в забое составит
Вредные вещества в проходческий забой вносятся также в ре зультате рециркуляции части воздуха, очищенного в фильтре
К
где прец - запыленность воздуха после очистки в фильтре, мг/м3.
(3)
п =
рец
оп (1 -4Р) по+^ Qп
(1 -Пф).
(4)
Вынос пыли исходящей струей можно выразить уравнением ктбОп (1 -4Р )пх
К
(5)
где пх - переменная концентрация пыли от п0 в начале проветривания до искомой величины во время т, мг/м3.
В целом уравнение пылевого баланса при рециркуляционном проветривании будет иметь вид
' о. (1 -4,) + р.
о
п
х(1 -Пф) -
ктб° (1 -4Р ) пх К
После решения уравнения (6) будет иметь вид
пх = Л-
по - Л
ктбО„ (1 -£Р ) ’ Пф
где А = (1 -Пф )(1 + 4тр )
ктбОп (1 -£„ )
(6)
(7)
(8)
Запыленность воздуха в забое в зависимости от времени проветривания изменяется следующим образом:
Время проветривания, мин
2 5 30 60 120 240
Запыленность воз- 0,9 1,1 2,0 2,28 2,298 2,299
Запыленность воздуха в забое в зависимости от коэффициента рециркуляции и времени проветривания
К0эффици-ент Запыленность воздуха (мг/м3) при времени
рецирку- проветривания (мин)
ляции 2 5 30 60 120
0,2 0,66 0,69 0,70 0,70 0,70
0,4 0,64 0,91 1,02 1,03 1,03
0,6 0,8 1,19 1,6 1,64 1,65
0,7 0,9 1,1 2,0 2,28 2,29
0,8 0,86 2,0 3,35 3,44 3,45
Приведенные данные показывают, что рециркуляция запыленного воздуха с его промежуточной очисткой в тканевом фильтре не приводит к непрерывному росту концентрации пыли в забое. За короткое время (20-30 мин) она доходит до максимальной, затем стабилизируется. Запыленность воздуха при различных коэффициентах рециркуляции, рассчитанная по формуле (7), представлена в таблице.
Как видно из таблицы, с возрастанием коэффициента рециркуляции увеличивается и концентрация пыли в забое. Особенно быстрый рост запыленности происходит при 4р>0,7. Максимально допустимый коэффициент рециркуляции по пылевому фактору составляет 0,65. Оптимальное значение коэффициента рециркуляции во многом зависит от интенсивности пылевыделения. При комплексном использовании средств гидрообеспыливания и малой интенсивности пылевыделения значение оптимального коэффициента рециркуляции может быть больше 0,65-0,7.
Поэтому при организации рециркуляционного проветривания большое внимание необходимо уделять повышению эффективности применяемых средств гидрообеспыливания.
Большое влияние на коэффициент рециркуляции оказывает степень очистки шахтного воздуха в воздухоочистительных установках (фильтрах).
Расчеты показывают, что увеличение коэффициента очистки на 1 % приводит к снижению запыленности воздуха на 5-10 %. Поэтому при организации рециркуляционного проветривания выбору конструкции и работе фильтра необходимо уделять особое внимание. Запыленность же свежего воздуха не оказывает особого влия-
ния на концентрацию пыли в воздушной струе, выходящей из фильтра.
Для очистки воздуха на всасывающей стороне нагнетательных вентиляторов рекомендуется использовать фильтры каркасного и рамочного типа, а также фильтры-перемычки с нетканым иглопробивным материалом.
В качестве фильтрующего полотна следует использовать нетканый иглопробивной материал (артикул 934403). Коэффициент очистки для тканевых фильтров при запыленности 2-3 мг/м3 составляет 0,7-0,8. Пылеемкость материала 250 г/м2. Оптимальная воздушная нагрузка на полотно составляет 600-1000 м3/ч-м2, исходя из которой площадь фильтрации определяется по формуле
Бф = Оф /ёдоп, (9)
где Бф - площадь фильтрации, м2; ОФ - объем воздуха, подлежащего
очистке, м3/ч; gд0Jl - допустимая воздушная нагрузка на материал,
3/ 2
м /ч-м .
Срок службы фильтра определяется по формуле
Тф = 106 ЫП /3600пср кфПфОф%р, (10)
где Тф - срок службы фильтра, дн; пср - средняя запыленность в забое, мг/м3; П - пылеемкость фильтрующего полотна, кг/м2 (для иглопробивной ткани 0,25 кг/м2); кф - число рабочих смен в сутки; Хф
- длительность работы фильтра в течение смены, ч; щ - коэффициент очистки (пф = 0,7...0,8); - коэффициент рециркуляции; Оф
- расход воздуха, м3/с.
Производственные испытания рециркуляционных систем проветривания тупиковых горных выработок показали следующее.
1. При рециркуляционной схеме проветривания с очисткой и повторным использованием воздуха непрерывного нарастания концентрации пыли в забое не происходит. После определенного времени (до 30 мин) концентрация пыли стабилизируется. При этом каждому коэффициенту рециркуляции соответствует предельный уровень запыленности. Большое влияние на уровень запыленности воздуха при рециркуляционной схеме проветривания оказывают коэффициент очистки воздуха в фильтрующей установке и интенсивность пылевыделения.
2. При комплексном использовании средств гидрообеспыливания и фактической интенсивности при бурении и погрузке породы
оптимальное значение коэффициента рециркуляции находится в пределах 0,6-0,7. При = 0,2 - 0,4 по экономическим затратам ре-
циркуляционная схема приближается к прямоточной. При коэффициенте рециркуляции = 1 забой проветривать нельзя, так как не будет подсвеживания воздуха и не будет обновляться газовый состав шахтного воздуха. В то же время элементарные расчеты показывают, что при = 0,8 подача свежего воздуха при бурении и погрузке
(подсвеживание Qпод = Qп ^ - %р) будет соответствовать нормам расхода воздуха на одного человека, предусмотренным ЕПБ (6 м3/мин).
Рециркуляционное проветривание горных выработок с повторным использованием воздуха проводится следующим образом. После взрывных работ вентиляция осуществляется по обычной прямоточной схеме проветривания с выбросом газа и пыли на поверхность (устье штольни или шахты).
При бурении шпуров и погрузке породы выработка проветривается по рециркуляционной схеме: свежий воздух подается в забой, омывает его и направляется в воздухоочистительную камеру (фильтр) в непосредственной близости от забоя, где очищается от пыли и, подсвеживаясь, вновь направляется в рабочий забой. Движение воздуха в проходческом забое при этом происходит за счет работы забойного вентилятора, составляющего вместе с фильтром воздухоочистительную установку. Производительность вентилятора рассчитывается от условия создания в проходческом забое эффективной скорости вентиляционной струи, обеспечивающей вынос витающей пыли. Перевод проветривания выработок с общей схемы на рециркуляционную следует производить не ранее чем через 60 мин после взрыва. Расход подсвежающего воздуха должен быть не менее 6 м3/мин на одного подземного рабочего.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Воронов Е. Т. - Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, Читинский государственный университет,
Воронов Д.Е. - кандидат технических наук, доцент, Читинский государственный университет,
Бондарь И.А. - кандидат технических наук Читинский государственный университет.
