Лукьяненко Е.В.,Николаев Е.Б. - Исследование состояния и разработка мероприятий по нормализации тепловых условий в длинных подготовительных выработках шахты им. Засядько

Аннотация

Е.В. Лукьяненко, Е.Б. Николаев. Исследование состояния и разработка мероприятий по нормализации тепловых условий в длинных подготовительных выработках шахты им. Засядько. Для глубоких шахт Донбасса сложнейшей проблемой является обеспечение нормальных климатических условий в горных выработках. Тепловой фактор становится основным сдерживающим фактором развития горных работ на глубоких горизонтах, так как снижает производительность труда, отрицательно влияет на здоровье и безопасность труда горняков. В настоящее время проблема с нормализацией температурных условий на шахтах региона значительно обострилась и требует решения. На глубоких шахтах только Донецкой области за период с 2000 г. по 2010 г. зарегистрировано 357 тепловых ударов у шахтеров.

Общая постановка проблемы.

Для глубоких шахт Донбасса сложнейшей проблемой является обеспечение нормальных климатических условий в горных выработках. На глубинах 1000–1300 м температура рудничной атмосферы в очистных и подготовительных тупиковых забоях превышает допустимые нормы. А таких глубоких шахт только в Донецкой области 23. Тепловой фактор становится основным сдерживающим фактором развития горных работ на глубоких горизонтах, так как снижает производительность труда, отрицательно влияет на здоровье и безопасность труда горняков. В настоящее время проблема с нормализацией температурных условий на шахтах региона значительно обострилась и требует решения. На глубоких шахтах только Донецкой области за период с 2000 г. по 2010 г. зарегистрировано 357 тепловых ударов у шахтеров.

Объектом исследования является АП Шахта им. А.Ф. Засядько, которая расположена в центральной части Донецко-Макеевского геологопромышленного района на территории города Донецка. Шахтное поле граничит на западе с Октябрьским рудником, на востоке – с шахтой им. К.И. Поченкова. По падению поле шахты граничит со свободным участком Кальмиуского рудника. Была запроектирована институтом Южгимпрошахт в 1948 году, сдана в эксплуатацию в 1958.

Были использованы данные паспорта выемочного участка 18 восточной лавы пл. m₃. Мощность пласта m3 изменяется от 1,4 м до 2,3 м. Угол падения пласта изменяется от 14 до 15 градусов. Температура горных пород достигает 50–55 градусов.

Подготовительные выработки шахты являются одними из наиболее сложных объектов регулирования микроклимата. С произошедшим углублением шахты, в условиях применения технологических схем со столбовыми системами разработки и необходимостью проведения в связи с этим длинных подготовительных выработок, использующих механизированные проходческие комплексы, существенно возросли в выработках тепловыделения из горного массива, транспортируемых породы и угля, от работающих машин и механизмов. Холодопотребность многих проходческих забоев на глубоких шахтах достигает 0,7–1,0 МВт. С переходом многих шахт на отработку горизонтов 1000 м и более проблема с нормализацией микроклимата еще более усугубилась. Для того, чтобы обеспечить в подготовительных забоях допустимые ПБ значения температуры воздуха, в шахтных воздухоохладительных аппаратах воздух необходимо охлаждать до весьма низких температур, что технически неосуществимо. В Украине нормы по температуре шахтного воздуха с учетом скорости и влажности самые жесткие в мировой практике добычи полезных ископаемых (не более 22–26°С) [1].

На основании выполненных в последнее время аналитических иэкспериментальных исследований теплового режима шахты, полученных научных и практических результатов установлено, что проблема борьбы с высокими температурами в горных выработках может быть позитивно решена только при выполнении целого комплекса научно обоснованных мер.

Комплексный подход к регулированию теплового режима шахты заключается в применении рациональных по тепловому фактору технических решений по вскрытию и подготовке глубоких горизонтов, технологических схем и параметров отработки выемочных полей с обеспечением интенсивного проветривания очистных забоев и обязательным применением эффективных средств искусственного охлаждения воздуха.

Разработка эффективных мер по нормализации климатических условий в тупиковых горных выработках зависит от достоверности используемых на стадии проектирования методов прогноза тепловых параметров воздуха. Известны различные методы прогнозирования температуры шахтного воздуха. Они отличаются друг от друга в основном способами определения влагосодержания воздуха и результирующего внешнего теплового потока, а также способами решения уравнений тепло- и массообмена [2].

При решении вопросов прогноза и регулирования теплового режима шахты приходится вести прямые и обратные тепловые расчеты горных выработок. При прямом расчете по заданной температуре поступающего в выработку воздуха определяется температура его в конце выработки. При обратном, наоборот – по заданной температуре исходящего из выработки воздуха определяется температура поступающей в выработку струи. При необходимости определения температуры в конце цепи горных выработок прибегают к последовательному тепловому расчету каждой выработки цепи. При этом температура в начале каждой выработки цепи. При этом температура в начале каждой выработки принимается равной полученной расчетом температуре воздуха в конце предыдущей. Такие расчеты весьма трудоемки и сопряжены с возможностью накопления ошибок. Расчеты упрощаются и уточняются, если применяется метод моделирующих выработок, при котором последовательные расчеты ряда выработок заменяются одним расчетом модели данной цепи, подобранной в соответствии с теорией подобия.

Использование уравнений теплового баланса упрощает математические модели теплообменных процессов в выработке. При этом возможности методов прогноза, основанных на этих уравнениях расширяются за счет применения вычислительной техники и использования программного обеспечения. Так, на кафедре охраны труда и аэрологии ДонНТУ разработана прикладная программа теплового расчета цепи горных выработок, практическое применение которой при прогнозировании тепловых условий в тупиковых выработках показало ее достаточную надежность. Дальнейшее совершенствование методов прогноза является актуальной научно-практической задачей.

Анализ, выполненных за последние 10 лет аналитических и экспериментальных исследований, свидетельствует, что проблема борьбы с высокими температурами воздуха в шахтах глубиной 1000 м и более может быть позитивно разрешена только при реализации комплексного подхода в регулировании микроклимата в выработках глубоких горизонтов. Комплексное регулирование теплового состояния шахтного воздуха включает внедрение рациональных по тепловому фактору технологических решений, применение эффективных систем искусственного охлаждения воздуха, использование надежных методов прогнозирования температурных условий. При этом обязательным условием должна являться дифференциация норм шахтного климата для горных выработок и реализация комплексной медико-профилактической системы охраны труда горняков, работающих в условиях повышенных температур шахтной атмосферы [4].

Список использованной литературы

1. Правила безпеки у вугільних шахтах. – Київ: Основа,2001. – C. 421 http://model.exponenta.ru/
2. А.А.Мартынов, Ю.Ф. Булгаков, А.К. Яковенко. Регулирование микроклимата и разработка защиты от перегрева в выработках глубоких шахт. – Днепропетровск: Наука и образование, 2004.– C. 284
3. Б.И. Медведев. Тепловые основы вентиляции шахт при нормальных и аварийных режимах проветривания. – К.: Вища школа,1978. – C. 154
4.Единая методика прогнозирования температурных условий в угольных шахтах. – Макеевка-Донбасс: Донецк,1979. – C. 196