Совершенствование средств проветривания протяжённых горных выработок

При проветривании районов ведения очистных работ в рудниках, удалённых от стволов и подошедших к границам шахтных полей, всегда возникают определённые проблемы:

• в удалённые панели (добычные участки) подавать требуемые объёмы свежего воздуха практически невозможно, так как путь движения его от воздухоподающих стволов до вентиляционных составляет десятки километров;
• если же подача требуемых объёмов воздуха и достигается, то его перераспределение между забоями средствами отрицательного регулирования не происходит в связи с незначительными падением общерудничной депрессии в панелях.

Распределение аэродинамических сопротивлений отдельных участков вентиляционной сети рудников таково, что из общей депрессии, развиваемой главными вентиляторными установками (ГВУ), преобладающая её часть теряется в стволах и вентиляционных каналах. По данным д-ра техн. наук Н. Н. Мохирева, в рудниках Верхнекамского калийного месторождения в стволах и вентиляционных каналах теряется до 87% депрессии, в выработках главных направлений —
до 12% и не более 1% приходится на панели (добычные участки) [1].

Согласно исследованиям А. Н. Земскова и др., на панели (добычные участки) рудников ОАО «Беларуськалий» приходится только 0,8–2,3% общешахтной депрессии [2].

Как известно, увеличение объёмов подачи воздуха может быть достигнуто двумя путями: повышением мощности ГВУ, т. е. заменой существующих вентиляторов на более мощные, и применением положительного способа регулирования. Замена вентиляторов на некоторых рудниках практически невозможна, так как, например, на калийных рудниках работают самые мощные вентиляторы ВРЦД-4,5 и ВЦД-47.

Известно, что увеличение количества воздуха на 10% вызывает увеличение расходов на электроэнергию на 20–30%. Учитывая то, что расход электроэнергии, затрачиваемой на проветривание рудников, и так достигает 30-40% от всего энергопотребления рудника, дополнительное увеличение расходов выглядит нецелесообразным.

Положительное регулирование воздухопоступления возможно за счёт уменьшения сопротивления выработок главных направлений и групповых панельных выработок или применения дополнительных источников тяги. Системы с дополнительными источниками тяги были испытаны на рудниках Верхнекамского и Старобинского месторождений.

Вспомогательные вентиляторные установки эжектирующего типа успешно использовали в своё время на Первом и Втором Березниковских рудниках ПАО «Уралкалий», на шахте «Красная шапочка» Североуральского бокситового рудника [3].

Так, на Втором Березниковском руднике вентиляторную эжектирующую установку использовали в течение шести лет для проветривания 10-й и 12-й северо-восточных панелей с восемью добычными забоями по пластам Красный-II и АБ. Каждая вентиляторная установка включала четыре вентилятора местного проветривания (ВМП) типа СВМ-6м, смонтированных на специальных передвижных металлических «этажерках», по два с каждой стороны выработки.

Известно, что увеличение начальной скорости струй вентиляторов, лишённых устройств для регулирования их производительности, может произойти только за счёт уменьшения их выходного сечения. С этой целью, а также для увеличения эффективности работы данной установки к вентиляторам были подсоединены конфузоры — плавно сужающиеся (в виде усеченного конуса) насадки, отрезки трубопровода длиной до 0,8 м.

Использование эжектрирующих установок позволило в большинстве случаев увеличить поступление воздуха в рабочие зоны более чем в два раза, обеспечив нормальные условия труда и безопасность работ.

В 1990-е годы на Первом Солигорском руднике ОАО «Беларуськалий» по инициативе сотрудников Горного института Уральского отделения РАН были изготовлены две передвижные подземные вентиляторные установки (ППВУ).

Основными элементами ППВУ являлись рабочий вентилятор ВМ-6 для обеспечения работы ППВУ в нормальном режиме, установленный перед конфузором трубы Вентури, и резервный вентилятор ВМ-6, размещённый последовательно с рабочим. Для транспортировки ППВУ использовались серийно выпускаемые вагонетки, на которых были смонтированы её отдельные части.

В отличие от Верхнекамских калийных рудников, где применяется камерная система разработки, на рудниках Старобинского месторождения принята система разработки продуктивных пластов лавами. С помощью подземной вспомогательной вентиляторной установки (ПВВУ) удалось значительно увеличить расход воздуха в пределах опытной лавы. Дальнейшее использование ПВВУ было приостановлено в связи с отсутствием необходимых разрешений Проматомнадзора Республики Беларусь.

Отличие ПВВУ от ППВУ заключается в том, что ППВУ являются передвижными, а ПВВУ — стационарными.

Новый этап работ по использованию передвижных вентиляторных установок в длинных очистных забоях рудников был начат позднее по инициативе сотрудников института «Белгорхимпром» А. Н. Земскова, В. И. Андреева и др.

В условиях длинных очистных забоев использование ПВВУ в первую очередь необходимо для перераспределения воздуха в пределах лавы. В связи с этим существует необходимость постоянного перемещения ПВВУ по неровной почве выработок, что затрудняет применение установок конструкции Горного института УрО РАН.

Разработанная сотрудниками института «Белгорхимпром» (А. Н. Земсков, А. В. Кибалко и др.) ПВВУ может быть размещена как на почве штрека, так и на ставе штрекового конвейера в составе энергопоезда очистного комплекса [4].

Учитывая существующие варианты подготовки столбов и выемки слоев по высоте пластов, предусматривалось несколько вариантов размещения ПВВУ в пределах длинных очистных забоев.
Анализ случаев нарушения нормального режима проветривания длинных очистных забоев с центральным вентиляционным штреком на рудниках ОАО «Беларуськалий» показал, что до 75% этих случаев связаны с опрокидыванием вентиляционной струи в лаве из-за неравномерного поступления воздуха с бортовых штреков.

Установка ПВВУ в центральном вентиляционном штреке позволила:

• обеспечить равномерное распределение воздуха по полулавам;
• уменьшить поступление свежего воздуха в выработанное пространство и вынос оттуда газов.

Анализ результатов замеров показал, что при дополнительном подключении ПВВУ к имеющимся источникам тяги количество поступающего воздуха в лаву увеличилось до 28%. Скорость воздушной струи в призабойной части лавы при использовании ПВВУ возросла в 1,1-1,3 раза за счёт уменьшения количества воздуха, перемещающегося под гидрокрепью и в обрушенном пространстве.

В результате выполненных замеров установлено, что при включении ПВВУ депрессия лавы (полное давление) выросла незначительно: с 11,77 до 14,7 Па. Количество же воздуха выросло очень существенно, прежде всего, за счёт скоростной депрессии, развиваемой ПВВУ.

Эффект от применения передвижных вспомогательных вентиляторных установок мог быть ещё выше при применении высокопроизводительных вентиляторов местного проветривания.

Список литературы:

1. Мохирев Н. Н., Фоминых В. И., Папулов Л. М. Способы нормализации вентиляционной обстановки на труднопроветриваемых участках // Безопасность труда в промышленности. 1994. № 4. С.36-38.
2. Земсков А. Н., Кондрашев П. И., Травникова Л. Г. Природные газы калийных месторождений и меры борьбы с ними. Пермь: ИД «Типография купца Тарасова». 2008. — 414 с.
3. Мохирев Н. Н., Радько В. В. Вентиляция бокситовых шахт (на примере ОАО «Севуралбокситруда»). Пермь — Североуральск, 2008. — 302 с.
4. Типовые схемы размещения подземных вспомогательных вентиляторных установок в вентиляционной сети рудников ПО «Беларуськалий» / Земсков А. Н. и др. Солигорск, 1996. 23 с.

Текст:
А. Е. Наймушин, генеральный директор ООО «УрГТК»; А. Н. Земсков, д-р. техн. наук, профессор кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»;
М. Ю. Лискова, канд. техн. наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».