Автобиография

     Руc •  Укр •  Анг

  Реферат

     Руc •  Укр •  Анг

  Библиотека

  Ссылки

  Отчет о поиске

  FCE

  ДонНТУ

  Портал магистров

     Применяемые на рудниках вентиляторы по своему назначению можно разделить на вентиляторы главного проветривания; вспомогательные, или участковые; вентиляторы местного проветривания.
     Способ проветривания шахт и рудников может быть нагнетательным, всасывающим или комбинированным [8]. Основным узлом в системе проветривания подземных горных выработок шахт и рудников являются вентиляторные установки главного проветривания (ВУГП), расположенные, как правило, на дневной поверхности вблизи вентиляционного ствола, с которым соединяются подводящими вентиляционными каналами. Подземные выработки должны проветриваться при помощи непрерывно действующих ВУГП, к которым предъявляется ряд требований по составу, месту расположения, приборам контроля подачи и давления, реверсированию вентиляционной струи с определенным расходом, мерам, исключающим поступление в них опасных газов.
     В качестве ВУГП используются вентиляторные установки (ВУ) как с центробежными вентиляторами, так и с осевыми, применение которых определяется созданием необходимого давления для преодоления сопротивления вентиляционной сети и обеспечения расчетной производительности.
     На рис. 1-3 приведены сводные графики областей промышленного использования шахтных ВУ главного и вспомогательного проветривания [8, 11]. Область промышленного использования каждого вентилятора ограничена с правой стороны максимально возможной аэродинамической характеристикой, а с остальных сторон изолинией к.п.д. 0,6. Рабочий режим не должен быть ниже изолинии к.п.д. 0,6, так как в этом случае будет не экономичный режим работы. На приведенных на рис. 1-3 сводных графиках бросается в глаза общая для них закономерность – отсутствие зон экономичной эксплуатации (промышленного использования) в пределах 0-500 Па у вспомогательных ВУ и ВУ по аэродинамической схеме АМ-25 и 0-1000 Па и более у ВУГП.
     При работе многих ВУГП низкий к.п.д. обусловлен так же значительной величиной внешних утечек воздуха, достигающей в отдельных случаях до 60 % и более от производительности вентилятора [1, 7]. Кроме этого, на утечки расходуется значительная часть электроэнергии, затрачиваемой на работу ВУГП, а ВУГП являются одним из основных потребителей электроэнергии на горных предприятиях. Борьба с внешними утечками воздуха затруднительна как на вентиляционных стволах, используемых для выдачи полезного ископаемого, спуска-подъема грузов, так и на чисто вентиляционных [5]. Важность решения этой задачи возрастает, если учитывать, что на ряде шахт и рудников на ВУГП используются одни из самых мощных в мире вентиляторов: ВРЦД-4,5, ВОД-50, ВОД-40, ВЦД-47 "Север", ВЦД-47У с мощностью приводного двигателя до 6000 кВт. Поэтому актуальной задачей сегодняшнего дня является эффективное сокращение внешних утечек воздуха. Существующие методы снижения подсосов воздуха малоэффективны. Поэтому актуальной задачей сегодняшнего дня является эффективное сокращение внешних утечек воздуха.
     Кроме того, многие шахты и рудники имеют весьма разветвленные вентиляционные сети с большим количеством как параллельных, так и диагональных соединений, что обусловливает значительные внутренние утечки воздуха. Воздухораспределение в таких вентиляционных сетях только при помощи поверхностной ВУГП весьма проблематично и, как правило, неудовлетворительно. На рисунках 1 – 3 представлены сводные графики областей промышленного использования шахтных вентиляторов.

Рис. 1. Сводные графики областей промышленного использования шахтных вентиляторных установок главного проветривания с центробежными вентиляторами

Рис. 2. Сводные графики областей промышленного использования шахтных вентиляторных установок с осевыми вентиляторами типа ВОД и шахтных вспомогательных установок с центробежными и осевыми вентиляторами

Рис. 3. Поля вентиляционных режимов при использовании аэродинамических схем АМ-17А и АМ-25 одиночной (ВО-21ВК, ВО-30ВК, ВО-35ВК) и совместной работе двух (ВО-30ВК, ВО-35ВК) вентиляторов
     Одним из путей сокращения внутрирудничных утечек воздуха может быть использование подземной вспомогательной вентиляторной установки главного проветривания (ПВВУГП) одной или нескольких, работающих совместно с ВУГП, расположенной на поверхности, и обеспечивающих необходимое воздухораспределение в масштабных сетях (по крыльям шахтного поля, либо по горизонтам). Производительность ПВВУГП в этом случае должна быть в 2-3 раза ниже производительности ВУГП. Вторым направлением может быть использование ПВВУГП, работающих совместно с ВУГП, расположенной на поверхности, и обеспечивающих необходимое воздухораспределение в локальных сетях (в пределах рабочей зоны - панели, блока, лавы и т.п.), то есть производительность ПВВУГП в этом случае должна быть достаточной для проветривания локальной сети. Третьим направлением может быть комбинирование первого и второго направлений использования ПВВУГП. Четвертым направлением, позволяющее сократить внутрирудничные утечки воздуха и исключить внешние – использование в ПВВУГП качестве ВУГП, расположенной в подземных условиях [7].
     Размещение ВУ в подземных условиях имеет особенности их пространственного размещения и компоновки составных частей, что может положительно сказаться на их аэродинамических схемах и технико-экономических показателях при доставке свежего воздуха на рабочие места [5, 6]. В отличие от ВУ, расположенной на дневной поверхности, ПВВУГП является горнотехническим сооружением со специфическими особенностями, поэтому немаловажнен принцип подхода к выбору места расположения ПВВУГП в горном отводе шахтного поля. Факторы, влияющие на выбор места сооружения ПВВУГП, неоднозначны и в разных ситуациях преобладающее значение может быть отдано одному или совокупности факторов, определяющих как эффективность работы ВУ, так и надежность ее эксплуатации.
     Факторы, влияющие на выбор места расположения ПВВУГП: горно-геологические условия, обеспечивающие устойчивость сооружений на весь срок службы; изготовление некоторых элементов ВУ и самих вентиляторов, входящих в установку, из массива окружающих горных пород; расположение в вентиляционной сети с максимальной эффективностью проветривания рабочих зон на весь срок службы рудника; адаптация к различным условиям с учетом продвижения фронта горных работ; условия эксплуатации (пылевой, тепловой и влажностный режимы); устойчивость сооружений при ведении горных работ в непосредственной близости (надработка, подработка); потери полезного ископаемого, связанные с оставлением защитных целиков или с выполнением в массиве горных пород непродуктивной толщи; моделирование нештатных и аварийных ситуаций с точки зрения надежности выполнения основных функций.
     ПВВУГП может быть подключена к вентиляционной сети следующим образом: в разрыв основных вентиляционных выработок или располагаться непосредственно в них; посредством сопрягаемых с вентиляционными штреками выработок - этот способ дает широкие возможности по расположению ПВВУГП относительно вентиляционных выработок в горизонтальной и вертикальной плоскостях; вблизи воздухоподающих стволов (околоствольный двор); в устье воздухоподающих штолен; вблизи вентиляционного ствола; в устье вентиляционных штолен; на крыльях шахтного поля или на отдельных горизонтах; в выработках рабочих зон (панелей, блоков, лав и т.п.).
     Компоновка узлов и устройств ПВВУГП выполняется применительно к конкретным горно-геологическим условиям и условиям конкретной вентиляционной сети и могут быть следующие:
     1. Для общешахтной вентиляционной сети, либо сетей крыла шахтного поля, либо одного горизонта: из двух вентиляторов - рабочего и резервного; с возможностью запуска одновременно двух вентиляторов в аварийных режимах; с подачей не менее 60 % воздуха в реверсивном режиме; с обводным каналом для реверсирования воздушной струи; с камерой для осаждения пыли и повышения статического давления в вентиляционной сети; с камерой вентиляторов в разрыве вентиляционных выработок; с камерой вентиляторов, расположенной в наиболее приемлемом месте и подключенной к вентиляционной сети посредством соединяющих выработок.
     2. Для сети, состоящей из рабочей зоны (панели, блока, лавы и т.п.) и работающих совместно с другими ВУ: устанавливается в воздухоподводящих или вентиляционных выработках; работает с эжектирующим эффектом; работает через перемычку; работает без перемычки.
     Компоновки узлов и устройств ПВВУГП выполняются с учетом особенностей горно-геологических условий и вентиляционной сети. Как отмечалось выше, компоновка ПВВУГП может быть: а) для общешахтной вентиляционной сети; крыла шахтного поля; одного горизонта; б) для рабочей зоны (панели, блока, лавы и т.п.).
     Каждая из этих компоновок может иметь значительное количество вариантов, причем в каждом конкретном случае должен решаться вопрос о применении той или иной компоновки, а затем и варианта.
     Компоновка ПВВУГП с осевыми вентиляторами может быть выполнена как с реверсированием воздушной струи за счет изменения направления вращения ротора вентилятора, так и реверсированием воздушной струи за счет обводных каналов и переключающих устройств. Во втором случае производительность вентиляторов практически остается на уровне прямой работы. Это может иметь положительное значение при изменении схем проветривания участков шахтного поля.
     Отдельные элементы ПВВУГП, как показал анализ, возможно выполнять в массиве горных пород без ухудшения их аэродинамических качеств по сравнению с ВУ, расположенными на поверхности. Часть элементов в ПВВУГП может быть упразднена, но могут появиться и новые элементы не присущие поверхностным ВУ.
     Компоновка ПВВУГП с камерами большого сечения перед вентиляторами может выполнять ряд положительных функций: повышение статического давления; снижение удельной концентрации вредных газов; осаждение пыли.
     Выпускаемые промышленностью ВУ, а также их расположение и работа, не всегда могут решить существующие проблемы проветривания. Для шахт и рудников с вентиляционными сетями, имеющими малые аэродинамические сопротивления, необходимо создание новых ВУГП. Для таких рудников необходимы ВУГП, способные подавать в рудник большое количество воздуха при незначительном давлении 0-1000 Па и к.п.д. более 60 %.
     Отличие от рассмотренных выше компоновок имеет схема компоновки ПВВУГП для рабочей зоны, которая устанавливается на воздухоподводящих или воздухоотводящих выработках, то есть в разрыв вентиляционной сети, и работает на основе эжектирующего эффекта через перемычку или без перемычки. Схема такой ПВВУГП или вентиляторной эжекторной установки (ВЭУ) показана на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная аэродинамическая схема ВЭУ
     Таким образом, на наш взгляд, компоновки ПВВУГП, рассмотренные выше, охватывают основные возможные случаи расположения вентиляторов в подземных условиях. В настоящее время в эксплуатации находится значительное количество нагорных рудников и шахт малой производственной мощности с эквивалентным отверстием вентиляционной сети значительно более 2 м2. В таких рудниках, как правило, воздухоподающие и вентиляционные стволы имеют небольшую глубину или их вообще нет (штольневое вскрытие месторождения), а вентилятор главного проветривания развивает небольшое давление, что приводит к работе в области низких значений к.п.д. Для таких рудников необходимы ВУГП, способные подавать в рудник большое количество воздуха при незначительном давлении. Такие рудники преобладают на россыпных и жильных месторождениях полезных ископаемых. Срок эксплуатации таких горных предприятий бывает значительно менее срока службы ВУГП (20 лет для центробежных вентиляторов и 15 – для осевых). После окончания срока эксплуатации рудника вентиляторы ВУГП необходимо демонтировать и переносить на новое место, строить ВУГП со всем необходимым комплексом помещений, вентиляционных каналов, ляд переключения и т.д., что обусловлено значительными затратами (особенно в условиях крайнего севера), причем к.п.д. таких установок ниже 0,6, так как ВУГП таких рудников должны работать в зонах низких давлений 0-1000 Па (где к.п.д. менее 0,6), обеспечивая необходимую подачу свежего воздуха в горные выработки.
     Для таких условий, на первый взгляд, можно было бы использовать вентиляторы-эжекторы. Однако вентиляторы эжекторы решить задачу необходимого распределения воздуха по рабочим местам однозначно не могут, так как не имеют постоянных аэродинамических характеристик [10]. Поэтому ВЭУ должна обладать преимуществами вентилятора-эжектора, но иметь постоянные аэродинамические характеристики при работе на вентиляционные сети с разным аэродинамическим сопротивлением. Конструктивно, это возможно решить при наличии камеры смешения для эжектирующего и эжектируемого воздуха, которая в комплексе с вентилятором устанавливается в горной выработке любого сечения. Для исключения циркуляции потока воздуха в горной выработке между камерой смешения и стенками горной выработки устанавливают перемычку. Таким образом, мы будем иметь аэродинамическую схему ВЭУ (рис. 4) с постоянными аэродинамическими характеристиками [3, 4] при работе на вентиляционную сеть с переменным аэродинамическим сопротивлением.
     В настоящее время на калийных рудниках используются для перераспределения воздуха в трудно-проветриваемых зонах (ТПЗ) ВЭУ типа ППВУ [2, 7]. В работе [12] сказано, что ППВУ предназначена для перераспределения воздуха в участках вентиляционных сетей шахт, рудников, тоннелей, метрополитенов с эквивалентным отверстием свыше 2 м2 в соответствии с требованиями раздела 5 ЕПБ [9]. Изначально ППВУ применялись только для перераспределения воздуха в участках вентиляционных сетей со сложной топологией калийных рудников Верхнекамского месторождения. Характерной особенностью этих установок является наличие постоянных аэродинамических характеристик (рис. 5). Такие установки могут устанавливаться в горных выработках, не требуют строительства здания, вентиляционных каналов, ляд переключения. Реверсия вентиляционной струи осуществляется за счет установки реверсивного вентилятора зеркально рабочему со стороны диффузора камеры смешения (рис. 4).
     Промышленные испытания ВЭУ по схеме ППВУ проведены с вентиляторами ВМЭ-6, ВМЭ-8 и ВМЭ-12. Аэродинамические характеристики этих ВУ приведены на рис. 5.

Рис. 5. Поля вентиляционных режимов при использовании аэродинамических схем ВЭУ с вентиляторами местного проветривания
     Необходимо рассмотреть вопрос о месте установки ВЭУ в вентиляционной сети, когда она является ВУГП. Согласно ЕПБ [9], ВУГП должна располагаться на поверхности земли у устья герметически закрытых шахт, штолен. Расчеты вентиляционных сетей не всегда подтверждают рациональную установку ВУГП на поверхности. В отечественной и зарубежной практике все чаще встречается установка ВУГП под землей, что, как показывают расчеты и опыт эксплуатации, является более экономичным и надежным средством проветривания для горного предприятия с разных точек зрения. Таким образом, ВЭУ, работающая в качестве ВУГП, может располагаться как на поверхности земли, так и в подземных горных выработках. При расположении ВЭУ в подземных условиях требуется меньший объем строительных работ (капитальное здание не нужно, можно обойтись без вентиляционных каналов и ляд переключения), возможность расположения ВЭУ в оптимальном месте с точки зрения распределения воздуха в вентиляционной сети. Для рудников с небольшими расходами воздуха (50-120 м3/с) возможно изготовление либо мобильной ВЭУ, либо легко разбираемой на мобильные узлы, что позволит при закрытии рудника легко переустанавливать ее на другое место эксплуатации.
     В качестве вентиляторов для ВЭУ теоретически могут быть использованы любые типоразмеры вентиляторов как осевых, так и центробежных. Применение того или иного типоразмера вентилятора определяется характеристикой вентиляционной сети и необходимым количеством воздуха для проветривания рудника. Следует отметить, что для проветривания конкретной вентиляционной сети может быть использована как одна ВЭУ, так и комплекс ВЭУ с разными по производительности и давлению вентиляторами, которые будут однозначно выполнять функции необходимого воздухораспределения в вентиляционной сети любой сложности. Контроль параметров работы ВЭУ осуществляется аппаратурой, аналогичной устанавливаемой на ГВУ, а также, аппаратура может быть подобрана из выпускаемой промышленностью.
     В 2000 году на руднике «Многовершинный» ЗАО «Многовершинное» были проведены промышленные испытания ВЭУ с вентиляторами ВМЭ-6 и ВМЭ-8 (работающими параллельно в разных горных выработках) для проветривания Промежуточного и Южного рудных тел, альтернативно ВУГП с вентилятором ВОД-16. Суммарная производительность ВЭУ составляла 58,7 м3/с, статическое давление 130 Па. Количество воздуха на проветривание горных работ составляло 44,8 м3/с при потребности 34,7 м3/с. В 2003 году при увеличении концентрации горных работ и мощности рудника ВЭУ с вентилятором ВМЭ-6 была заменена на ВЭУ с вентилятором ВМЭ-8 и изменено место расположения ВЭУ.
     В 2002 году на руднике «Дукат» ЗАО «Серебро Магадана» согласно проектУ была введена в эксплуатацию ВЭУ с вентилятором ВМЭ-12АУ5, работающая в качестве главной и обеспечивающая поступление в рудник 157,4-65,0 м3/с при статическом давлении 150,0-51,0 Па. Регулирование производительности осуществляется сменой рабочих колес вентилятора с углами установки лопаток +15, +25, +35 град. и изменением расстояния сопла вентилятора относительно камеры смешения. Реверсирование вентиляционной струи осуществляется вентилятором ВМЭ12АУ5, расположенным зеркально рабочему относительно камеры смешения. Дебит при реверсии практически равен дебиту при нормальной работе.
     Первоначально ВЭУ была установлена в руднике в 530 м от устья воздухоподающего рудного штрека +980 м, а во второй половине 2003 года, в связи с приближением фронта горных работ к месту установки, ВЭУ перенесена на новое место в 15 м от устья штольни № 9. При проведении испытаний ВЭУ было показано, что рудник может проветриваться как нагнетательным, так и всасывающим способом. Каждый из способов проветривания имеет свои преимущества в разные периоды года в зависимости от действия естественной тяги.
     В настоящее время на руднике «Дукат» введена в зксплуатацию ВЭУ расположенная в устье штольни № 64 и являющаяся вспомогательной ВЭУ, работающей совместно с главной ВЭУ, расположенной в устье штольни № 9.
     Из вышеизложенного можно сделать вывод о возможности расположения ВУГП в подземных условиях и целесообразности применения ВЭУ в качестве ВУГП. Сводные графики областей промышленного использования ЭВУ ограничиваются давлением 50-500 Па, а необходимая (расчетная) производительность реализуется типоразмером применяемого в ВЭУ вентилятора. Исходя из конструктивных особенностей аэродинамических схем ВЭУ и простоты изготовления камер смешения для них, их можно располагать в оптимальной точке вентиляционной сети, а по мере необходимости переносить на новое место. Для проветривания конкретной вентиляционной сети может быть использован комплекс ВЭУ с разными по производительности и давлению вентиляторами, которые будут однозначно выполнять функции необходимого воздухораспределения в вентиляционной сети любой сложности. Это очень важно в период строительства и ввода в эксплуатацию новых рудников.
     Для каждого конкретного рудника вопрос проветривания его при помощи ВЭУ решается проектом с согласованием проектных решений в установленном порядке.

Список литературы
     1. Алыменко Д. Н. Анализ вентиляционных сетей с большим эквивалентным отверстием // Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона. Вып. 1. - Березники, 1998. – С. 196-201.
     2. Алыменко Д. Н. Признаки труднопроветриваемых зон // Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона: Сборник науч. тр. Вып. 3. - Березники, 2003 .- С. 225-227.
     3. Алыменко Д. Н. Эжекторная установка с жесткими аэродинамическими характеристиками // Материалы междунар. Симп. SRM – 95 «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций». - Екатеринбург: УрО РАН, 1997. – С. 234-237.
     4. Алыменко Д. Н. Эжекторная вентиляторная установка, работающая через перемычку // Сборник науч. докл. конф. «Научно-педагогическое наследие профессора И.И. Медведева», Санкт-Петербург, Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы, 1999. – С. 186-191.
     5. Алыменко Н.И. Исследование и разработка методов управления динамическими системами «Главные вентиляторные установки – рудничная вентиляционная сеть» // Проблемы безопасной разработки калийных месторождений. - Минск, 1990. - С. 135-136.
     6. Алыменко Н.И., Минин В.В., Чекмасов А.И. Подземные вентиляторные установки // Проблемы безопасной разработки калийных месторождений. - Минск, 1990. - С. 138-139.
     7. Алыменко Н.И., Минин В.В. Вентиляторные установки и их применение. - Екатеринбург: УрО РАН, 1999. – С. 223.
     8. Братченко Б.Ф. Стационарные установки шахт. М.: Недра, 1977. – С. 440.
     9. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. ПБ 03-553-03. - М.: ГУП «НТЦ по БП Госгортехнадзора России», 2003. – С. 199.
     10. Медведев И. И., Красноштейн А. Е. Аэрология калийных рудников. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. – с. 250.
     11. Теория и проектирование реверсивных осевых вентиляторов с поворотными на ходу лопатками рабочего колеса / Н.Н. Петров, Н.А. Попов, Е.А. Батяев и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Рудничная аэродинамика. - Новосибирск, 2000. - С. 79-91. - СО РАН.
     12. Передвижная подземная вентиляторная установка (ППВУ) с вентиляторами ВМ-4, ВМ-5, ВМЭ-6, ВМЭ-8, ВМЭ-12, В-2М (Техническое описание и руководство по эксплуатации). - Пермь-Березники-Соликамск, 1993. – С. 26.

Автобиография

Руc •  Укр •  Анг

Реферат

Руc •  Укр •  Анг

Библиотека

Ссылки

Отчет о поиске

FCE

ДонНТУ

Портал магистров