CC BY
73
© В.А. Шерстов, В.В. Киселев, И.М. Ушницкий, 2006
УДК 622.272.33(571.56)
В.А. Шерстов, В.В. Киселев, И.М. Ушницкий
СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РОССЫПНЫХ ШАХТ СЕВЕРА И ПУТИ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
^^одземный способ разработки многолетнемерзлых II россыпей был впервые применен в 1935 г. на предприятиях Дальстроя. В этот период температурные условия в шахтах ввиду относительно малой глубины разработки (до 10 м) рассматривались с точки зрения их влияния на устойчивость пород для оценки возможности работы шахт в теплое время года. Этим вопросам были посвящены отдельные работы Ф.И. Заперецкого, А.А. Радзиевского, П.С. Щелканова, М.И. Клименко, Б.Г. Дьяконова, опубликованные в 40-х гг.
Первые данные о динамике изменения температуры воздуха в выработках россыпных шахт глубиной до 20 м приведены в работах А.А. Радзиевского, который провел температурные наблюдения на шахтах Магаданской области. Исследования проводились в летние месяцы и носили эпизодический характер. Было установлено, что при температуре шахтного воздуха в околоствольном дворе 3-5 °С происходит прогрев и протаивание пород кровли, ее расслоение и обрушение на глубину протаявшего слоя.
Более полные наблюдения за тепловым режимом мелких шахт Магаданской области провел сотрудник ВНИИ-1 П. Д. Чабан в 1958-1960 гг. на шахтах прииска "Фрунзе" с глубиной разработки 20 м. Они сводились к систематическим замерам температуры шахтного воздуха и горных пород по направлению движения основного вентиляционного потока с измерением скорости его движения. Впервые П.Д.Чабан установил динамику изменения температуры шахтного воздуха и окружающих выработки мерзлых пород в течение года, сделал оценку влияния естественной тяги на режим проветривания шахт в зимний и весенний периоды [1]. До 1961 г. подземная разработка многолетнемерзлых россыпей вследствие относительно небольшой глубины залегания (10—20 м) осуществлялась, как правило, в холодное время года (октябрь-май) с целью сохранения естественного мерзлого состояния окружающих выработки крупнообломочных пород, представленных гравийно-галечным материалом, сцементированным песчано-глинистым заполнителем.
В связи с открытием и освоением в 60-70-е гг. глубоко-залегающих россыпей с глубиной залегания продуктивного пласта 60-100 м возникла необходимость организации круглогодичной работы шахт, что потребовало проведения систематизированных исследований по выявлению закономерностей формирования теплового режима в течение всего срока эксплуатации шахт и оценки его влияния на устойчивость вскрывающих выработок. С этой целью ВНИИ-1 (П.Д.Чабан) на шахте № 32 прииска "Буркандья" (Магаданская область) в 1961-1962 гг. и Институт мерзлотоведения СО АН СССР (А.Ф. Зильберборд) на шахтах № 23 и 27 прииска "Ыныкчан" (Якутия) в 1962-1964 гг. организовали и
провели натурные наблюдения за формированием теплового режима глубокозалегающих шахт, эксплуатирующихся круглогодично [1].
Результаты исследований позволили впервые установить следующие основные особенности и качественные закономерности естественного (нерегулируемого) теплового режима россыпных шахт области многолетней мерзлоты: вследствие незначительной протяженности выработок основное влияние на формирование теплового режима шахт оказывают климатические условия поверхности;
выработки имеют большую теплообменную поверхность, так как эксплуатируются без крепления;
длина активной теплообменной зоны не превышает 300500 м, отрицательная температура воздуха и пород практически сохраняется в течение года почти во всех выработках, за исключением воздухоподающих стволов, где в летний период положительные температуры распространяются на расстояние 50—100 м от устья ствола с глубиной протаивания пород до 0,5-0,1 м;
резкие сезонные колебания температуры шахтного воздуха и пород в воздухоподающих выработках, затухающие по длине вентиляционного пути и глубине горного массива;
знакопеременный характер тепло-массообменных процессов с нагреванием и испарением шахтного воздуха зимой и охлаждением и конденсацией летом при наиболее интенсивном развитии этих процессов в воздухоподающих стволах;
отрицательный годовой тепловой баланс породного массива и образование охлажденной зоны пород вокруг выработок по длине вентиляционного пути;
преобладающее значение тепловыделений породного массива в годовом тепловом балансе;
отрицательный тепловой баланс влаги с преобладанием процессов испарения в течение года над конденсационными.
С целью оценки устойчивости пород при вскрытии глубо-козалегающих россыпей наклонными стволами в период их летней проходки ИФТПС СО АН СССР (В.А. Шерстов, В.В. Киселев) в 1972 г. провел натурные наблюдения за формированием температурного режима пород, окружающих на-
клонный ствол шахты № 10 прииска "Аллах-Юнь" комбината "Джугджур-золото". Было установлено, что средняя температура воздуха по длине ствола в июне составила -4,5 °С, в августе она повысилась до -2,2 °С. При температуре пород -3 °С они обладают достаточной устойчивостью, что позволило сделать заключение о возможности осуществлять проходку стволов летом без крепления, за исключением устьевой части [2].
ВНИИ-1 совместно с Сусуманским ГОКом (Магаданская область) в 1972 г. провел натурные наблюдения за формированием теплового режима наклонных стволов сверхглубоких россыпных шахт (глубина залегания продуктивного пласта 180-200 м) месторождения руч. Болотный и Раковский (прииск "Буркандья"). Естественная температура горных пород на этой глубине составила -2 °С, а на участках таликовых зон около -1 °С, что потребовало применения сплошного деревянного крепления вскрывающих и подготовительных выработок.
С целью изучения условий труда горнорабочих при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей Индигирки ИФТПС (В.А. Шерстов, А.Ф. Галкин и В. В. Киселев) в 19721974 гг. провел исследования теплового режима россыпных шахт прииска "Маршальский" ГОКа "Индигирзолото" [2]. Небольшой объем температурных наблюдений был выполнен ИФТПС (В.А. Шерстовым, Г.П. Довиденко, В.В. Киселевым, Р. И. Шевелевым) на россыпных шахтах ГОКа "Куларзолото" в 1978-1980 гг. [2]. Результаты исследование подтвердили ранее установленные А.Ф. Зильбербордом и П.Д. Чабаном общие закономерности формирования теплового режима россыпных шахт и вместе с тем выявили некоторые отличия количественных параметров теплового режима.
Обобщая результаты исследований теплового режима россыпных шахт области многолетней мерзлоты, следует отметить, что низкие температуры шахтного воздуха в зимний период приводят к дискомфортным условиям труда подземных горнорабочих, а поступление теплого воздуха в летнее время обусловливает снижение устойчивости вскрывающих выработок в результате растепления окружающих мерзлых пород.
Наиболее эффективным способом регулирования теплового режима с точки зрения обеспечения устойчивости вскрывающих выработок в летнее время и комфортных условий труда в зимний период является подача в шахту воздуха с температурой, равной естественной температуре горного массива. Этого можно достичь путем применения безэнерге-тических систем, работающих по принципу использования природных ресурсов тепла и холода. В этой связи ВНИИ-1 и ИФТПС предложили следующие способы регулирования теплового режима круглогодичных россыпных шахт Севера: комбинированные схемы проветривания (КСП) с частичной рециркуляцией воздуха;
использование теплоаккумулирующих выработок для нагрева (охлаждения) вентиляционной струи;
применение пассивной теплоизоляции вскрывающих выработок;
проморозку устьевой части вскрывающих выработок в летнее время путем принудительной подачи воздуха с отрицательной температурой.
Сущность предложенных ВНИИ-1 комбинированных схем проветривания заключается в применении рециркуляционной схемы в течение рабочих смен (бурение и доставка горной массы) с очисткой запыленного шахтного воздуха в тканевых бескаркасных фильтрах и интенсивном обмене воздуха в междусменном перерыве (после производства взрывных работ). Эта схема была апробирована в 1964 г. на шахте № 32 прииска "Буркандья", на которой впервые в практике подземной разработки многолетнемерзлых россыпей для проветривания была использована главная вентиляторная установка -вентилятор ВОКД-1 [1]. Применение комбинированных схем проветривания позволяет нормализовать климатические условия труда горнорабочих в зимний период и сохранить устойчивость выработок в летнее время.
По результатам промышленных испытаний П.Д.Чабан составил "Временную инструкцию по применению комбинированных схем проветривания с частичной рециркуляцией воздуха на шахтах, разрабатывающих вечномерзлые россыпи" (Магадан, 1983), благодаря которой КСП нашли широкое применение при эксплуатации круглогодичных россыпных
шахт Магаданской области, работающих с переносным оборудованием. Ряд шахт ГОКа "Куларзолото" также использовал КСП в качестве основного способа регулирования теплового режима.
На основе анализа результатов аналитических и натурных исследований теплового режима россыпных шахт области многолетней мерзлоты В.В.Журкович (ВНИИ-1) установил, что при температуре пород -7-10 °С и расходе воздуха 10-20 м3/с при температуре воздуха, не превышающей +2 °С, время запаздывания начала протаивания пород превышает продолжительность теплого периода года (июнь-август). Таким образом, верхний предел охлаждения поступающего в действующие выработки в летнее время воздуха может быть ограничен температурой до +2 °С, следовательно, параметры теплоаккуму-лирующих выработок в этом случае должны обеспечивать охлаждение воздуха, не превышающее этого значения [4].
Способы регулирования теплового режима с использованием теплоаккумулирующих выработок относятся к наиболее простым, доступным и экономичным и широко применяются на подземных горных предприятиях. В качестве теплоаккумулирующих выработок используются как протяженные выработки (наклонные стволы, штреки, специально пройденные выработки), так и камерообразное выработанное пространство смежных шахт и выработанное пространство отрабатываемой шахты.
Одним из достоинств теплоаккумулирующих выработок является возможность их сочетания с другими способами регулирования теплового режима (терморегулирующими устройствами, низкотемпературными тепловыми трубами и т. д.).
Для интенсификации процессов теплообмена в теплоаккумулирующих выработках, пройденных в породах с низкой влажностью, ВНИИ-1 рекомендовал нанесение на их поверхность в зимний период ледяной глазировки расчетной толщины различными способами.
Институт ВНИИ-1 (В.В. Журкович) предложил использовать в качестве теплоаккумулирующих выработок специальные протяженные воздухоподающие выработки, пройденные
в зоне минимальной естественной температуры и максимальной льдистости пород. Особенно большой эффект может быть достигнут на шахтах Заполярья, где на глубине нейтрального слоя и в более верхних частях залегают, как правило, высокольдистые тонкодисперсные породы и жильный лед. Необходимая длина теплоаккумулирующих выработок, пройденных в высокольдистых породах, в 2-2,5 раза меньше длины выработок, проходка которых производится в породах с низкой льдистостью. Для обеспечения необходимого охлаждения воздуха до +2 °С длина теплоаккумулирующих выработок сечением 6-7 м2, пройденных в высокольдистых породах при расходе воздуха 20-30 м3/с, составляет 150-300 м [5].
Для регулирования теплового режима россыпных шахт в летний период ВНИИ-1 рекомендовал сооружение (в зимний период) специальных ледяных теплообменников поверхностного или полууглубленного типа вблизи воздухоподающих выработок. Требуемые параметры искусственно намораживаемого ледяного массива и количество теплообменных каналов рассчитываются по разработанной институтом методике. Теплый воздух перед подачей в воздухоподающую выработку проходит по теплообменным (необсаженным ледяным) каналам, где происходит его охлаждение. Темп охлаждения воздуха в таких теплообменниках, как показали исследования, наиболее высок в течение первых 600 ч эксплуатации, затем он существенно снижается, при этом диаметр каналов за счет вытаивания льда увеличивается вдвое [4].
ВНИИ-1 (В. П. Афанасьев) для охлаждения шахтного воздуха в летнее время рекомендовал создание в пределах шахтного поля подземной камеры-холодильника, для чего вначале отрабатывается его центральная часть. В зимний период камера должна быть проморожена естественным холодом путем принудительной циркуляции наружного воздуха с аккумуляцией окружающими породами значительных холо-дозапасов. В летний период вентиляционный потек, поступающий через шурфы или скважины, направляется в камеру-холодильник, где охлаждается, а затем поступает в действующие выработки. Рациональное расположение шурфов и скважин обусловливает нужное направление движения вен-
тиляционной струи, эффективное использование теплообменных поверхностей камеры. В зимний период камера-теплообменник может использоваться для подогрева холодного воздуха, поступающего для проветривания россыпных шахт [6].
В случае наличия отработанных шахт в пределах разрабатываемого россыпного месторождения ВНИИ-1 (Н.К. Сту-пин) предложил использовать их выработанное пространство в целях кондиционирования воздуха действующих шахт. Проветривание шахты в этом случае производится по схеме: воздухоподающие выработки (шурфы или скважины) - закрепленное выработанное пространство смежной шахты (или отработанного участка действующей шахты) - промежуточные выработки — действующие очистные забои [7].
Положительные результаты промышленных испытаний этого способа регулирования теплового режима на россыпных шахтах Тенькинского и Билибинского комбинатов явились основой для составления ВНИИ-1 инструктивных указаний, но в связи с выявлением органами Госгортехнадзора несоответствия отдельных положений правилам безопасности действие их было прекращено.
Использование выработанного пространства шахт для охлаждения шахтного воздуха дает значительный эффект. Однако при этом возникает необходимость обеспечения забоев шахты обособленным проветриванием и контроля за параметрами вентиляционной сети. Кроме того, с увеличением глубины разработки охлаждение воздуха в выработанном пространстве становится трудно осуществимым технически и менее надежным.
Одним из способов регулирования теплового режима, предотвращающим оттаивание окружающих вскрывающие выработки мерзлых пород в летнее время, является их теплоизоляция с помощью полимерных пленок при оптимальной толщине воздушного промежутка в пределах 0,30,35 м [8].
Результаты производственных экспериментов, проведенных ИФТПС (В.А. Шерстов, В.Н. Скуба, В.В. Киселев), показали, что применение однослойной пленочной теплоизоляции позволяет снизить температуру шахтного воздуха и ок-
ружающих ствол пород в 2-2,5 раза, а также выявили целесообразность практического применения в летний период полимерных пленок в качестве теплоизоляционного материала для воздухоподающих стволов:
для шахт с расходом воздуха до 600 м3/ мин - однослойная теплоизоляция, с расходом 600-1000 м3/мин - двухслойная [8]. При большом расходе воздуха рекомендуется в качестве теплоизоляции применять пенопласт ФРП-1.
Для предотвращения водопритока и повышения устойчивости основных транспортных наклонных стволов в летний период ИФТПС (В.А.Шерстов, В.В.Киселев, А.Ф.Галкин) предложил способ проморозки их устьевой части путем подачи холодного воздуха из подземных выработок с температурой, близкой к температуре мерзлого массива [2].
Сущность этого способа заключается в следующем. В стволе или околоствольном дворе, где температура воздуха не выше -5-6°С, устанавливают вентилятор местного проветривания СВМ-5, -6, гибкий трубопровод которого прокладывают по людскому ходку так, чтобы вентиляционный став заканчивался в устьевой части ствола. При работе вентилятора в режиме нагнетания в устьевую часть ствола поступает холодный воздух, обеспечивающий понижение температуры, в результате чего окружающие породы промораживаются. Аналитическими и шахтными исследованиями установлено, что этот способ рекомендуется при протяженности ствола не более 100 м; при длине ствола 150-300 м целесообразно применение двух последовательно соединенных вентиляторов СВМ-5,-6; при длине ствола 300 м и более необходимо применение более мощных вентиляторов ВОД-11, ВШЦ-10 с установкой их в специальной выработке.
Использование вентиляторов главного проветривания при разработке глубоких россыпей обеспечивает нагнетание воздуха по всему сечению ствола с расходом 500-800 м3/мин, позволяет сохранить устойчивость транспортных стволов и предотвратить оттаивание пород и водоприток в устьевую часть за счет поддержания отрицательной температуры воздуха в пределах -4-6 °С по всей длине ствола в течение всего летнего периода [9].
Следует отметить, что установленные закономерности формирования теплового режима россыпных шахт области многолетней мерзлоты и предложенные способы его регулирования относятся к периоду 1962-1980 гг., когда на шахтах применялось переносное оборудование (ручные перфораторы и скреперные лебедки) и вентиляция шахт характеризовалась относительно небольшим расходом воздуха (в пределах 600-1000 м3/мин), при этом усиленный режим проветривания применялся в основном после взрывных работ. С целью повышения производительности труда, эффективности и безопасности ведения подземных горных работ при освоении крупных россыпных месторождений Заполярья с 1980 г. на ряде шахт ГОКа "Куларзолото" вместо переносного оборудования стали применять импортную самоходную технику (буровые каретки фирмы "Тамрок" и погрузочно-доставочные машины "Торо" с дизельным приводом). Опыт применения самоходного горного оборудования на россыпных шахтах Ку-лара показал, что его внедрение характеризуется значительным резервом повышения эффективности и безопасности труда (в 1,5-2 раза) при сокращении численности рабочих, подверженных воздействию опасных и вредных производственных факторов, в два раза, снижении уровня травмоопас-ности при бурении на 20-25 % [9]. Вместе с тем применение самоходного дизельного оборудования связано с выделением выхлопных газов и требует подачи большого количества воздуха для их разжижения.
Согласно правилам безопасности, в выработки, где работают дизельные машины, необходимо подавать не менее 5 м3/мин воздуха на единицу номинальной мощности двигателей, что в 2-2,5 раза выше, чем в выработках со скреперной доставкой песков. В частности, расчетное количество воздуха для одной погрузочно-доставочной машины составляет 500-600 м3/мин. При коэффициенте использования машин типа "Торо-200Д" 0,4-0,5 для обеспечения месячной производительности шахты, равной 20-25 тыс. м3 песков, необходимо организовать трехсменную работу трех-четырех машин. Общешахтный расход воздуха должен составлять при этом 2000-2400 м3/мин. Вследствие наличия источников постоянного газовыделения (работающих дизельных двигателей)
проветривание шахты должно осуществляться при трехсменной работе круглосуточно и быть прямоточным, исключающим всякое повторное использование воздуха и обеспечивающим обособленное проветривание всех подготовительных и очистных забоев. Таким образом, использование дизельного оборудования исключает применение наиболее распространенных способов регулирования теплового режима, основанных на использовании комбинированных схем проветривания и теплоизоляции вскрывающих воздухоподающих выработок.
Опыт эксплуатации погрузочно-доставочных машин на шахтах Якутии показал, что при подаче на единицу мощности двигателей 2—3 м3/мин воздуха (вместо 5 по норме) не соблюдается предельно допустимая концентрация практически по всем продуктам дизельного выхлопа: окислам азота, формальдегиду, акролеину, окиси углерода, хотя все машины были обеспечены двухступенчатой системой газоочистки (каталитической и жидкостной). Превышение санитарных норм по продуктам дизельного выхлопа обусловлено недостатком воздуха и малой турбулентностью вентиляционной струи, не обеспечивающей достаточно интенсивного перемешивания отработавших газов с поступающим в забой воздухом [9].
Таким образом, применение дизельного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей предъявляет более жесткие требования к схемам вентиляции и способам регулирования теплового режима.
Наиболее приемлемым способом регулирования теплового режима на шахтах с дизельным оборудованием, на наш взгляд, является применение в качестве теплоаккумулирующих выработок вскрывающих и подготовительных выработок отработанных участков шахт. Для обеспечения прямоточной вентиляции транспортных выработок действующих шахт в летний период следует предусмотреть проведение специальных выработок с параметрами, определенными тепловыми и аэродинамическими расчетами. Необходимая длина и другие параметры теплоаккумулирующих выработок зависят от многих факторов: расхода воздуха, степени его охлаждения, естественной температуры и льдистости пород, режима
проветривания. Расход воздуха и режим проветривания должны соответствовать суммарной мощности работающих в шахте дизельных машин с определением приемлемых климатических условий работы в зимний период [10].
На россыпных шахтах Заполярья теплоаккумулирующие выработки следует проходить на глубине нейтрального слоя. Для регулирования теплового режима высокомеханизированных россыпных шахт ВНИИ-1 предложил вариант из двух протяженных теплоаккумулирующих выработок, работающих в летний период попеременно [4]. В этом случае можно считать гидравлический диаметр выработок постоянным, так как низкая естественная температура пород (-7-10°С) на глубине нейтрального слоя позволяет сравнительно быстро восстанавливать запасы холода, замораживать оттаявшую воду путем временного прекращения подачи воздуха в растепленную выработку. Наклонные части теплоаккумулирующих выработок проходят на глубине нейтрального слоя (15-25 м) и крепят сплошной деревянной крепью. Горизонтальные части, а также воздухоподающую выработку проходят без крепления до действующей транспортной выработки. При работе системы регулирования теплового режима одна из перемычек должна быть открыта, а другая закрыта. Периодичность работы системы регулирования теплового режима должна быть такой, чтобы за период работы одной теплоаккумулирующей выработки вся оттаявшая вода в другой успевала замерзать [4].
ИДГД СО РАН (Галкин А.Ф., Хохолов Ю.А.) для рудных шахт Севера разработана методика расчет температурного режима теплоаккумулирующих выработок[11], которая позволяет определить температуру воздуха в горной выработке и окружающем массиве с учетом фазовых переходов влаги в горных породах. По данной методике можно определить необходимую длину теплоаккумулирующих выработок для охлаждения вентиляционного воздуха до заданного значения в зависимости от расхода воздуха.
ИГДС СО РАН (Хохолов Ю.А.) также разработана методика совместного решения задач воздухораспределения и температурного режима сети горных выработок криолитозо-ны, которая в отличие от известных учитывает нестационар-
ное взаимовлияние процессов воздухораспределения и теплообмена в выработках сети с учетом фазовых переходов влаги в горных породах [12]. Расчет воздухораспределения в вентиляционной сети осуществляется с учетом напорных характеристик вентиляторов и геодезических отметок узлов сети. Расчет можно провести с учетом работы нескольких вентиляторов в различных режимах (с отключениями, перерывами и т.д.). Методика позволяет рассчитать расход и температуру воздуха в горной выработке, температуру вмещающих горных пород, ореолы протаивания (промерзания) в каждой ветви сети в зависимости от режима работ вентиляторов, наличия (отсутствия) естественной тяги, теплоизоляции, геодезических отметок каждой выработки. Все эти параметры необходимы для создания безопасных и комфортных условий труда горнорабочих, и в частности для решения проблем устойчивости горных выработок россыпных шахт, возникающих при протаивании горных пород вокруг их, сопровождающихся, как правило, снижением прочностных характеристик.
Для проветривания очистных выработок, в которых значительную часть времени работают погрузочно-доставочные мА-шины, наиболее целесообразно применение секционной схемы вентиляции шахт с использованием в качестве теплоаккумулирующих выработок ранее отработанных камер-лав, в которые наружный теплый воздух поступает по вентиляционным скважинам. Эта схема ранее была апробирована при эксплуатации россыпных шахт ГОКа "Куларзолото", на которых применялось самоходное дизельное оборудование [10]. Однако, как показывает практика, вентиляционные скважины в условиях летней эксплуатации часто заплывают и закупориваются сконденсированной влагой и вытаявшим льдом с образованием "манжет", а иногда и ледяных пробок, что приводит к резкому снижению пропускной способности скважин из-за уменьшения их диаметра с 0,5-0,6 до 0,2 м и меньше.
В этих условиях, несмотря на наличие необходимого количества вентиляторов местного проветривания на вентиляционных скважинах, фактическое количество поступающего воздуха в выработки в летнее время в 1,5—2 раза ниже расчетного. Это обусловливает повышение предельно допустимых концентраций вредных примесей в шахтной атмосфере, ухудшает сани-
тарно-гигиенические условия труда подземных горнорабочих и снижает производительность самоходного оборудования за счет уменьшения частоты движения погрузочно-доставочных машин.
Проблема регулирования теплового режима высокомеханизированных россыпных шахт стала особенно острой в 1985—1990 гг., когда крупные шахты Заполярья и Чукотки стали широко внедрять различные комплексы самоходного оборудования. Однако в этот период она не нашла должного решения, а начавшийся с 1991 г. переход золотодобывающей промышленности к рыночным отношениям привел к резкому сокращению объемов подземной добычи песков, переводу большей части россыпных месторождений, предназначенных для подземной разработки, в категорию забалансовых запасов. Кроме того, следует отметить, что перестройка экономики горной промышленности Северо-Востока привела к развалу отраслевой науки, свертыванию всех научно-исследова-тельских и экспериментальных работ, связанных с совершенствованием технологии подземной разработки многолетнемерзлых россыпей. В настоящее время удельный вес подземного способа разработки в общем объеме золотодобычи в Якутии не превышает 1-2 %, при этом эксплуатируемые шахты имеют небольшую производительность и в основном отрабатывают оставшиеся междукамерные целики ранее отработанных шахт.
В связи с освоением в последние годы уникальной оловоносной россыпи "Тирехтях" в Заполярье и организацией крупных круглогодичных высокомеханизированных шахт, оснащенных самоходным оборудованием с дизельным приводом [13], снова возникла проблема вентиляции и регулирования теплового режима действующих шахт, в частности, совершенствования способа секционного проветривания подготовительных и очистных выработок с использованием ранее отработанного пространства. Анализ планов вентиляции шахт и схем расположения вентиляционных скважин показывает, что проектировщики не в полной мере учли возможные трудности и осложнения, связанные с применением секционного проветривания, которые были выявлены ВНИИ-1 при проведении специальных исследований [14]. Большие пара-
метры шахтных полей, достигающие 450х700 м (в практике подземной разработки многолетнемерзлых золотоносных россыпей параметры шахтных полей значительно меньше), большое количество протяженных и камерообразных выработок, трудность своевременного возведения перемычек, наличие в центральной части шахтных полей целиков фигурной (Г- и П-образной) формы обусловливают неустойчивость вентиляционных струй, затрудняют движение воздуха по заданному направлению и способствуют образованию застойных зон в Г- и П-образных камерах-лавах.
В информации студентов ЯГУ, проходивших производственную практику на шахте № 4 прииска "Тирехтях" в 2001 г, отмечается, что в период летней эксплуатации в транспортных и очистных выработках наблюдается значительная загазованность, обусловленная работой дизельных погрузочно-доста-вочных машин. Несмотря на работу вентиляторов, установленных на скважинах, движение воздуха в выработках практически не ощущается.
Причины недостаточной вентиляции шахт, эксплуатирующих самоходное дизельное оборудование, носят, скорее всего, как технический, так и организационный характер. Вместе с тем, вполне вероятно, что при проектировании и эксплуатации шахт были допущены просчеты
Как уже отмечалось, наиболее "узким местом" секционного проветривания, основанного на подаче воздушного потока в шахту через вентиляционные скважины, является за-плывание их в летний период. В этой связи одной из основных задач регулирования теплового режима с использованием скважин является исследование процессов тепломассообмена конденсации влаги из воздушного потока, приводящей к образованию "манжет" и закупоривающих пробок.
Изучение тепломассообменных процессов в скважинах (Хохолов Ю.А.) выполнено методами математического регулирования, которое позволит определить оптимальный режим работы скважин в летнее время, при котором не происходит заплывания скважин, а также их оптимальное количество и рациональную схему их расположения в пределах отрабатываемого шахтного поля [15].
В связи с предстоящим освоением ряда алмазоносных россыпей криолитозоны (Мирнинский район Республики Саха (Якутия) возникает вопрос о выборе рациональных режимов работы шахт (сезонный или круглогодичный) в зависимости от производительности шахт и применяемого оборудования (переносное или самоходное). Известно, что формирование теплового режима шахт целиком определяется расходом воздуха, подаваемого в шахту для проветривания подготовительных и очистных выработок при выполнении в них буровых и взрывных работ, а также при погрузке и доставке отбитой горной массы. Прогноз теплового режима в зависимости от расхода воздуха, периода и времени проветривания шахт позволит выбрать рациональный режим работы шахт, обеспечивающей безопасные и благоприятные санитарногигиенические условия труда подземных горнорабочих и сохранить естественную устойчивость горных выработок в теплый период года.
С этой целью ИГДС (Хохолов Ю.А., Шерстов В.А., Киселев В.В.) на основании выполненных расчетов разработаны «Инструктивные указания по выбору рациональных режимов эксплуатации вентиляционных скважин на россыпных шахтах криолитозоны», которые согласованы с Якутским округом Госгортехнадзора России и переданы для реализации ОАО «Депутатсколово»[16]. Выбранные режимы предотвращают закупоривание скважин в весенне-летний период сконденсированной и замерзшей влагой. Рекомендации переданы для внедрения в ОАО «СахаОлово» при подземной разработке оловоносной россыпи «Тирехтях» с круглогодичным режимом эксплуатации.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дядькин Ю.Д., Зильберборд А.Ф., Чабан П.Д. Тепловой режим рудных, угольных и россыпных шахт Севера. - М.: Наука. - 1968. - 172 с.
2. Шерстов В.А., Скуба В.Н., Лубий К.И., Костромитинов К.Н. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии. — Якутск: Кн. изд-во,1981. - 182 с.
3. Калмыков Л.Н., Дедух Ю.М. Температурный режим пород, окружающих стволы глубоких шахт / Тр. ВНИИ-1 золота и ред. Металлов. -Т.37. - Магадан,1977. - С. 59-73.
4. Емельянов В.И., Мамаев Ю.А., Кудлай Е.Д. Подземная разработка многолетнемерзлых россыпей. - М.: Недра, 1982. - 240 с.
5. Журкович В.В. Использование особенностей строения россыпей Куларского золотоносного района в целях охлаждения рудничного воздуха // Колыма. - 1989. - № б. - С. 30-32.
6. Афанасьев В.П. Схемы вентиляции россыпных шахт с регенерацией параметров воздуха // Колыма. - 1974. - №3. - С. 30-33.
7. Валеев Х.С., Ступин Н.К., Лубий К.И. Использование камер-теплообменников на приисках Северо-Востока // Колыма. - 1970. - №10. -С. 20-22.
8. Шерстов В.А., Скуба В.Н. Повышение устойчивости выработок россыпных шахт Севера - Новосибирск: Наука, 1980. - 55 с.
9. Шерстов В.А., Сигаев А.И., Кивилева Н.М. ,Хор Я.М. Совершенствование подземной разработки талых и мерзлых россыпей - Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. -1б2 с.
10. Киселев В.В. Регулирование теплового режима россыпных шахт Заполярья с помощью камер-теплообменников // Совершенствование технологии подземной разработки и рудных месторождений Севера: Сб. науч. тр./ Сиб. отд. АН СССР. Ин-т горн. дела Севера - Якутск: ЯФ СО АН СССР. - 1987. - С. 43-51.
11. Галкин А.Ф., Хохолов Ю.А. Теплоаккумулирующие выработки. -Новосибирск: ВО «Наука» Сиб издательская фирма, 1992 - 133 с.
12. Хохолов Ю.А. Совместное решение задач воздухораспределения и теплового режима в сети горных выработок криолитозоны // Горный ин-форм-аналит. бюллетень. -2003.- № 7. -С. 70-72.
13. Шерстов В.А., Ильковский К.К., Сытник Ю.Н., Мордвов М.И. Опыт и совершенствование подземной разработки мерзлых оловоносных россыпных месторождений // Колыма. — 2000. — №4. - С. 29-33.
14. Чабан П.Д., Супрун Н.Т., Афанасьев В.П., Бажуков В.В. Вопросы проветривания россыпных шахт через скважины // Колыма. - 19б9. - №5. -
С. 17-21.
15. Киселев В.В., Хохолов Ю.А., Шерстов В.А. Об особенностях эксплуатации вентиляционных скважин на россыпных шахтах Заполярья в летний период // Горный информ-аналит. бюллетень. Региональное приложение Якутия. -2005.- № 1. - С. 229-307.
16. Временные инструктивные указания по выбору рациональных режимов эксплуатации вентиляционных скважин на россыпных шахтах крио-литозоны / В.В.Киселев, А.В.Спицын, Ю.А. Хохолов, В.А. Шерстов, Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т горного дела Севера им. Н.В.Черского -Якутск, 2004. - 18 с.
і— Коротко об авторах----------------------------------------------
Шерстов В.А. - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник,
Киселев В.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
Ушницкий И.М. - младший научный сотрудник,
Институт горного дела Севера им. Н.В.Черского СО РАН.
