На сегодняшний день, из-за разработки запасов угля на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях, на шахтах сформировалась сложная схема горных выработок, не обеспечивается расчетным расходом воздуха объекты проветривания. Вентиляция шахты существенно влияет на безопасность труда горняков, а также требует больших энергозатрат вентиляторами главного проветривания. Поэтому необходимо исследовать причины ухудшения проветривания, чтобы разработать меры для повышения эффективности проветривания шахты, экономии электроэнергии и сокращения непроизводительных потерь воздуха.

     Сделать анализ существующей схемы вентиляции горных выработок и воздухораспределения по выработкам шахты «Центральная», изучить проект доработки запасов, исследовать устойчивость проветривания шахты.
Разработать мероприятия по улучшению проветривания на перспективный период, по повышению устойчивости проветривания, снижению трудности проветривания и затрат на электроэнергию, потребляемую вентиляторами шахты.

     Поле шахты «Центральная» расположено в центральной части Красноармейского геолого-промышленного района Донбасса. Шахта введена в эксплуатацию в 1914 году. С 1959 года по 1964 год произведена реконструкция шахты.

     На балансе шахты имеется пять угольных пластов. В настоящее время работы ведутся на пластах l₁, l₇, k₇.
Марки угля: l₇ — Г^к + ГЖО^к, l₁ — Г^к, k₇ — Г^к, h₁₀ — ГЖ.

     Техническими границами поля шахты «Центральная» являются: на севере — техническая граница шахты «Краснолиманская», отстоящая от стволов шахты «Центральная» на расстоянии до 4000 м; на юге — техническая граница шахты имени Г.М. Димитрова, проходящая по условной линии, делящей поле шахты между этими шахтами пополам и отстоящая от стволов шахты «Центральная» на расстоянии 2500 м; на западе — техническая граница ранее отработанного поля шахты «3-3 «бис» и шахты «Новатор», а также горные выработки старых шахт и выходы пластов под наносы; на востоке — граница шахтного поля проходит по изогипсе с отметкой «минус» 650 м — верхняя граница шахты имени А.Г. Стаханова.

     Протяженность поля: по простиранию — 5,7 - 6,6 км; по падению — 3,4 - 4,0 км. Площадь шахтного поля — 19,38 - 26,4 км². Группа сложности месторождения — I. Протяженность горных выработок — 56,8 км. Проектная мощность шахты — 700 тыс. т/год. Плановая добыча — 90 тыс. т/год.

     Категорийность шахты: по газу — сверхкатегорная; по пыли — опасная; по выбросам — не опасная; по самовозгоранию — не опасная. Способ вскрытия — вертикальными стволами. Система разработки — длинными столбами по простиранию с отработкой столбов обратным ходом. Максимальная глубина разработки — 660 м. Схема подготовки — панельная. Управление кровлей — полное обрушение. Виды транспорта — конвейерный, рельсовый. В период с 2010 года по 2013 год планируется отработка запасов угля по пластам l₁, l₇, h₁₀: 1 северная лава южного уклона пл.l₇; 2 южная лава пл.h₁₀; целики пл.l₁.

     По данным на март 2010 года добыча угля осуществлялась одним выемочным участком на южной панели пл.l₇. Выемка угля осуществляется комбайном 1К101У с механизированной крепью 1КД-90. Транспортировка полезного ископаемого из лавы осуществляется конвейером СП-25. По конвейерным штрекам уголь транспортируется ленточными конвейерами типа 1Л-80 и 1Л-100, по магистральным — 2Л-100 и 3Л-100. Грузы по горизонтальным горным выработкам доставляются аккумуляторными электровозами АМ-8Д, 2АМ-8Д, по наклонным выработкам — подъемными машинами БМ-2000; Ц2,0 х 1,5; Ц2,5 х 2,0. Доставка людей по горизонтальным и наклонным выработкам осуществляется в людских вагонетках ВЛН-10 и ВП-12.

     Система проветривания шахты — секционная. Способ проветривания — всасывающий. Поле шахты вскрыто шестью вертикальными стволами № 1, № 1 «бис», № 2, № 2 «бис», № 3 и северным вентиляционным. Ствол № 1 пройден до гор. 217 м, диаметром 4,27 м. Ствол № 1 «бис» пройден до гор. 217 м, диаметром 5,25 м. Ствол № 2 пройден до гор. 622 м, диаметром 6,0 м, оборудован двухклетевым подъемом. Ствол № 2 «бис» пройден до гор. 622 м, диаметром 6,0 м, оборудован двухскиповым подъемом. Ствол № 3 пройден до гор. 622 м, диаметром 6,0 м, оборудован двухклетевым подъемом. Северный вентиляционный ствол пройден до гор. 400 м, диаметром 5,0 м.

     Горные выработки шахты «Центральная» проветриваются двумя вентиляционными установками на стволах № 1 «бис» и № 2 «бис».
Вентиляционная установка ствола № 1 «бис» оборудована двумя однотипными вентиляторами ВЦ-31,5. Проветривает выработки южной панели пл. l₇, выработки гор. 217 м и бремсбергов № 9 и № 10 пл.l₁.
Вентиляционная установка ствола № 2 «бис» оборудована двумя однотипными вентиляторами ВЦО-3,1. Проветривает выработки руддвора гор. 622 м, уклона № 1 пл.k₇ и выработки пл.h₁₀.
Количество воздуха, поступающего в шахту для проветривания — 9030 м³/мин.

     В шахту на проветривание горных выработок поступает 150,5 м³/с воздуха, который расходуется следующим образом: на проветривание выемочного участка — 9,5 м³/с или 6,3 %; на проветривание поддерживаемых выработок — 100,0 м³/с или 66,4 %; на обособленное проветривание камер — 13,0 м³/с или 8,6 %. Внутренние утечки воздуха составляют 28,0 м³/с или 18,6 % от общего расхода воздуха, поступающего в шахту, что превышает расчетный в 4,0 раза.

     Расчетный расход воздуха для проветривания шахты на февраль 2010 г. составил 91,7 м³/с. Обеспеченность шахты воздухом — 164 %. В эксплуатации шахты находятся: один выемочный участок; пять обособленно проветриваемых камер; двадцать семь поддерживаемых выработок. Расчетный расход воздуха для выемочного участка 1 северной лавы южного уклона пл.l₇ принят по пылевому фактору и составил 6,9 м³/с. Обеспеченность воздухом выемочного участка составила 138 %. На обособленное проветривание камер расходуется 13,0 м³/с воздуха при расчетном — 10,8 м³/с. Обеспеченность составляет 120 %. На проветривание поддерживаемых выработок расходуется 100,0 м³/с воздуха или 66 % от расхода воздуха, поступающего в шахту. Обеспеченность расчетным расходом воздуха поддерживаемых выработок составляет 170 %.

     Анализ состояния проветривания шахты и результаты расчета вентиляционной сети на ЭВМ позволяют сделать следующие выводы. Основными недостатками в проветривании шахты на период проведения депрессионной съемки явились:

• сверхнормативный расход воздуха на проветривание камер и поддерживаемых выработок. Фактический расход воздуха составляет соответственно 8,6 % и 66,4 % от расхода воздуха, поступающего в шахту (обеспеченность 120 и 170 % соответственно) (нарушение ПБ п. 3.1.1);
• неудовлетворительное состояние ряда вентиляционных сооружений, в результате чего внутренние утечки в целом по шахте превышают расчетные в 4,0 раза (нарушение ПБ п. 3.1.1);
• применение горючего материала, не имеющего огнезащитного покрытия, для изготовления вентиляционных дверей в шлюзах, предназначенных для предотвращения закорачивания вентиляционных струй, поступающих на крыло, панель, группу выемочных участков (нарушение ПБ п. 3.2.1);
• отсутствие шлюзования в ряде выработок с установленными в них вентиляционными сооружениями (нарушение ПБ п. 3.2.1);
• отсутствие в ряде выработок устройств, облегчающих открывание вентиляционных дверей с депрессией шлюзов 50 мм вод. ст. и более (нарушение ПБ п. 3.2.2);
• неудовлетворительное состояние отдельных горных выработок, в результате чего скорость вентиляционной струи в них превышает допустимые нормы ПБ, а аэродинамическое сопротивление и депрессия этих выработок велики (нарушение ПБ п. 2.2.3 и п. 3.1.3);
• значительные внешние подсосы воздуха через элементы строительных сооружений вентиляционной установки ствола № 2 «бис» (нарушение ПБ п. 3.1.1);
• превышение скорости струи в каналах вентиляционных установокствола № 2 «бис» и ствола № 1 «бис» (нарушение ПБ п. 3.1.3);
• работа ВГП ствола № 2 «бис» вне зоны промышленного использования (нарушение ПТЭ п. 9.10.2);
• отсутствие резервирования ВГП ствола № 2 «бис»(нарушение ПБ п. 3.3.2);
• отсутствие (неисправность) в выработках четырех ПД необходимых для обеспечения устойчивого проветривания наклонных выработок при воздействии тепловой депрессии пожара (нарушение ПБ п. 6.1.3);
• установка (ремонт) ПД (согласно ПБ п. 6.1.3), служащих для локализации возможных пожаров, в пяти выработках;
• отсутствие шлюзования в двух выработках с установленными в них вентиляционными сооружениями (нарушение ПБ п. 3.2.1).

     Первоочередными мероприятиями, обеспечивающими выполнение оперативной части ПЛА и безопасное ведения горноспасательных работ, на ближайший период являются:

1. Установка ПД, служащих для предотвращения опрокидывания вентиляционной струи под воздействием тепловой депрессии пожара, в следующих выработках:
   - в 4 северном откаточном штреке уклонов 7-9 пл.l₁ гор. 400 м между квершлагом №2 гор. 400 м и квершлагом №3 гор. 400 м;
   - в южном коренном штреке пл.l₇ гор. 622 м между камерой приводов машин и главным откаточным квершлагом гор. 622 м;
   - в верхней части южного грузового ходка бремсберга №9 пл.l₁;
   - в порожняковой ветви ствола №2 на участке между стволом №2 и диагональной сбойкой.
2. Установка (ремонт) ПД (согласно ПБ п. 6.1.3), служащих для локализации возможных пожаров, в следующих выработках:
   - в верхней части северного грузового ходка бремсберга № 9 пл.l₁;
   - в нижней части бремсберга № 9 пл.l₁;
   - в нижней части северного грузового ходка бремсберга № 9 пл.l₁;
   - в нижней части механизированного ходка бремсберга № 9 пл.l₁;
   - в вентиляционном квершлаге на ствол №2.
3. Обработка огнезащитным покрытием или применение негорючего материала для изготовления полотен вентиляционных дверей в шлюзах, предназначенных для предотвращения закорачивания вентиляционных струй, поступающих на крыло, панель, группу выемочных участков установленных в верхней приемной площадке уклона №1 пл.k₇ и конвейерном квершлаге пл.k₅.
4. Ремонт резервного ВГП вентиляторной установки ствола №2 «бис».

     Первоочередными мероприятиями, обеспечивающие повышение экономических показателей работы шахты, экономию электроэнергии и сокращение непроизводительных потерь воздуха, на ближайший период являются:

1. Сокращение расхода воздуха до расчетных величин в камерах путем перераспределения воздуха и герметизации вентиляционных сооружений:
   а) в сети горных выработок, проветриваемых вентиляционной установкой ствола №1 «бис» - в насосной камере гор. 217 м: но не менее Q = 252 м³/мин;
   б) в сети горных выработок, проветриваемых вентиляционной установкой ствола №2 «бис»:
   - в гараж-зарядной: но не менее Q = 132м³/мин;
   - в трансформаторной камере гараж-зарядной: но не менее Q = 114м³/мин.
2. Сокращение расхода воздуха до расчетных величин в поддерживаемых выработках путем перераспределения воздуха и герметизации вентиляционных сооружений:
   а) в сети горных выработок, проветриваемых вентиляционной установкой ствола №1 «бис»:
   - в механизированном ходке междуосновным конвейерным штреком пл.l₁ и коренным откаточным штрекомбремсберга № 10 пл.l₁: но не менее Q = 72 м³/мин;
   - в сбойке между северным и южным грузовым ходком бремсберга № 9 пл.l₁: но не менее Q = 138м³/мин;
   - в бремсберге № 9 пл. l₁: но не менее Q = 96м³/мин;
   - в 1 северной лаве бремсберга № 9 пл.l₁: но не менее Q = 78м³/мин;
   - в северном групповом штреке пл.l₁ гор. 622 м: но не менее Q = 84м³/мин;
   - в квершлаге пл.l₁ - l₇: но не менее Q = 102м³/мин;
   - в северном коренном штреке пл.l₁ гор. 622 м: но не менее Q = 174м³/мин;
   - в вентиляционном квершлаге гор. 622 м: но не менее Q = 174м³/мин;
   - в бремсберге № 10 пл.l₁: но не менее Q = 90м³/мин;
   - в южном грузовом ходке бремсберга № 10 пл.l₁: но не менее Q = 186м³/мин;
   б) в сети горных выработок, проветриваемых вентиляционной установкой ствола №2 «бис»:
   - в уклоне №1 пл.k₇: но не менее Q = 90м³/мин;
   - в вентиляционном квершлаге пл.h₁₀: но не менее Q = 120м³/мин;
   - в магистральном полевом конвейерном штреке пл.k₅: но не менее Q = 114м³/мин;
   - в ходке чистки зумпфа ствола № 2 «бис»: но не менее Q = 78м³/мин;
   - в ходке угольного опрокида № 1: но не менее Q = 36м³/мин;
   - в южном магистральном конвейерном штреке пл.h₁₀: но не менее Q = 156м³/мин;
   - в вентиляционной сбойке между основным вентиляционным штреком и южным магистральным откаточным штреком пл.h₁₀: но не менее Q = 108м³/мин;
   - в южном магистральном откаточном штреке пл.h₁₀: но не менее Q = 252 м³/мин;
   - в 3 южной лаве уклона №1 пл.k₇: но не менее Q = 102м³/мин.
3. Герметизация вентиляционных сооружений с целью сокращения внутренних утечек воздуха до нормативных величинв следующих ваработках:
   а) в сети горных выработок, проветриваемых вентиляционной установкой ствола №1 «бис»:
   - в вентиляционной сбойке №1 между вентиляционным квершлагом и главным откаточным квершлагом гор. 622 м: до не более Q = 20м³/мин;
   - в вентиляционной сбойке №2 между вентиляционным квершлагом и главным откаточным квершлагом гор. 622 м: до не более Q = 46м³/мин;
   - в 4 северном откаточном штреке уклона 7-9 пл.l₁ гор. 400 м: до не более Q = 62м³/мин;
   - в квершлаге гор. 400 м: до не более Q = 46м³/мин;
   - в трубном ходке гор. 400 м: до не более Q = 49м³/мин;
   б) в сети горных выработок, проветриваемых вентиляционной установкой ствола №2 «бис»:
   - в вентиляционном штреке 3 южной лавы уклона №1 пл.k₇: до не более Q = 78м³/мин;
   - в сбойке № 2 с магистрального полевого конвейерного штрека пл.k5 на магистральный откаточный штрек пл.k₅: до не более Q = 64м³/мин;
   - в сбойке на ствол № 2 «бис»: до не более Q = 60м³/мин;
   - в конвейерном квершлаге пл.k₇: до не более Q = 62м³/мин;
   - в вентиляционной сбойке №1 с откаточного квершлага пл.h₁₀ на конвейерный квершлаг пл.h₁₀: до не более Q = 20м³/мин;
   - в вентиляционной сбойке №2 пл.h₁₀: до не более Q = 37м³/мин;
   - в сбойке между основным вентиляционным штреком и южным магистральным откаточным штреком пл.h₁₀: до не более Q = 37м³/мин;
   - в вентиляционном штреке 2 южной лавы уклона №1 пл.k₇: до не более Q = 55м³/мин;
   - в вентиляционном штреке 3 северной лавы уклона №1 пл.k₇: до не более Q = 49м³/мин;
   - в сбойке № 1 с магистрального полевого конвейерного штрека пл.k₅ на магистральный откаточный штрек пл.k₅: до не более Q = 60м³/мин;
   - в сбойке № 1 трансформаторной камеры гараж-зарядной 8 АРП: до не более Q = 94м³/мин;
   - в сбойке № 2 трансформаторной камеры гараж-зарядной 8 АРП: до не более Q = 81м³/мин.
4. Оборудование шлюзов устройствами, не допускающими одновременного открывания вентиляционных дверей.
5. Установка дополнительных перемычек для обеспечения шлюзования в выработках:
   - в вентиляционной сбойке №1 пл.h₁₀между грузовым ходком пл.h₁₀ и основным вентиляционным штреком пл.h₁₀;
   - в нижней части механизированного ходка бремсберга № 9 пл.l₁.
6. Оборудование вентиляционных дверей устройствами, облегчающими их открывание, в выработках с депрессией шлюзов 50 мм вод.ст. и более в следующих выработках:
   - квершлаге гор. 400 м;
   - вентиляционном ходке уклона №7;
   - вентиляционном квершлаге на ствол №2.
7. Перекрепление следующих горных выработок, имеющих недостаточное поперечное сечение:
   - механизированного ходка южного бремсберга пл. l₃ отдельных участков выработки общей длиной 180 м до сечения не менееS= 11,2 м²;
   - наклонного квершлага ствола № 1 «бис» длиной 120 м до сечения не менееS= 13,2 м²;
   - вентиляционного ходка уклона №7 пл.l₇ гор. 400 мдлиной 170 м до сечения не менееS= 12,3 м².
8. Герметизация надшахтного здания и ремонт отсекающих и переключающих ляд вентиляционной установки ствола № 2 «бис», который включает в себя:
   - герметизацию надшахтного здания;
   - ремонт и герметизацию диффузорных ляд и ляд обводных каналов;
   - герметизацию ляды резервного ВГП.
9. Герметизация и ремонт отсекающих и переключающих ляд вентиляционной установки ствола № 1 «бис», который включает в себя:
   - герметизацию атмосферной ляды;
   - ремонт и герметизацию диффузорных ляд и ляд обводных каналов;
   - герметизацию ляды резервного ВГП.

     На основании анализа результатов расчета вариантов проветривания на перспективный период работы шахты в 2010-2013 г.г., предусматривающего отработку выемочного участка и выемочной камеры разработаны рекомендации по совершенствованию проветривания.

     Для организации проветривания объектов на перспективный период развития необходимо:

1. Изолировать ранее отработанный выемочный участок 1 северной лавы южного уклона пл.l₇.
2. Демонтировать вентиляционные сооружения в следующих выработках:
   - вентиляционная сбойка №1 с южного магистрального конвейерного штрека пл.h₁₀ на основной вентиляционный штрек пл.h₁₀ между южным магистральным откаточным штреком пл.h₁₀ и грузовым ходком пл.h₁₀;
   - вентиляционный квершлаг пл.h₁₀ между вентиляционной сбойкой №1 на конвейерный квершлаг пл.h₁₀ и вентиляционной сбойкой на вентиляционную сбойку на ствол №2 «бис».
3. Установить вентиляционные сооружения в следующих выработках:
   - южный магистральный откаточный штрек пл.h₁₀ между вентиляционной сбойкой №2 и южным уклоном пл.h₁₀;
   - южный магистральный конвейерный штрек пл.h₁₀ между вентиляционной сбойкой №1 и конвейерным ходком пл.h₁₀;
   - вентиляционный штрек 2 северной лавы пл.h₁₀ между грузовым ходком пл.h₁₀ и конвейерным ходком пл.h₁₀;
   - вентиляционная сбойка №1 между конвейерным квершлагом пл.h₁₀ и вентиляционным квершлагом пл.h₁₀;
   - вентиляционная сбойка №2 между конвейерным квершлагом пл.h₁₀ и вентиляционным квершлагом пл.h₁₀;
   - вентиляционный штрек 2 северной лавы пл.h10 между грузовым ходком пл.h₁₀ и очистной выработкой 2 северной лавы пл.h₁₀;
   - магистральный откаточный штрек пл.k₅ между главным откаточным квершлагом гор. 622 м и вентиляционным квершлагом пл.h₁₀.
4. Перевести угол установки лопаток осевого направляющего аппарата ВГП ствола №2 «бис» на угол - 0 град.
5. Выполнить все вновь вводимые вентиляционные сооружений в соответствии с типовым альбомом «Основные вентиляционные сооружения…».
6. Герметизировать надшахтное здание, произвести ремонт при необходимости замену отсекающих и переключающих ляд вентиляционной установки ВГП ствола №2 «бис».
7. Герметизировать вентиляционные сооружения с целью сокращения внутренних утечек воздуха до нормативных величин в следующих выработках:
   - вентиляционная сбойка №1 с южного магистрального откаточного штрека пл.h₁₀ на основной вентиляционный штрек пл.h₁₀ между грузовым ходкомпл.h₁₀ и основным вентиляционным штреком пл.h₁₀;
   - вентиляционная сбойка №2 с южного магистрального откаточного штрека пл.h₁₀ на основной вентиляционный штрек пл.h₁₀;
   - вентиляционная сбойка №1 с южного магистрального откаточного штрека пл.h₁₀ на южный магистральный конвейерный штрек пл.h₁₀.
8. Все проекты вскрытия и подготовки выемочных полей, паспорта проведения горных выработок и отработки выемочных участков согласовывать со службой депрессионных и газовых съемок 10 ВГСО по вопросам надежности и устойчивости выбранных схем проветривания.

     Применение вышеперечисленных мероприятий позволит совершенствовать проветривание шахты, обеспечить более рациональное использование свежего воздуха и получить экономию электроэнергии при полном обеспечении обособленного проветривания объектов шахты расчетным расходом воздуха.

     В данной работе произведен тщательный анализ состояния проветривания действующей шахты «Центральная» ГП «Красноармейскуголь», установлены недостатки в необеспеченности объектов шахты достаточным количеством воздуха, состояние аэродинамических параметров горных выработок, нерационального использования свежего воздуха, значительных утечек воздуха через вентиляционные сооружения в горных выработках и на поверхности. Предложены мероприятия по совершенствованию проветривания шахты на текущий и перспективный период.

На данный момент магистерская работа находится в стадии разрабоки, в январе 2011 года более подробную информацию можно получить у автора Груенко Виктории Викторовны или у научного руководителя Стукало Виталия Антоновича.