Главная цель шахтной системы вентиляции заключается в подаче требуемого количества
воздуха в рабочие зоны, удалении огнеопасных, взрывчатых, вредных и ядовитых газов, пыли и дыма. Это требует
соответствующего планирования системы вентиляции шахт.
Сотни лет тому назад шахты проветривались примитивными методами. Ранние шахты полагались на
естественную вентиляцию. Это зависело от расположения шахт, которые имели различные углы наклона и от вентиляционных
стволов, проходящих в выработках на некотором расстоянии от главного входа в шахту.
Использовав принцип того, что при нагревании воздух поднимается, было сделано следующее
усовершенствование – установка под землёй печи и дымохода. Эта система работала подобно печи и трубе в доме. Нагретый
воздух должен был выходить и втягивать свежий воздух, который подавался в шахту. Это было очень рискованно, так как могло
вызвать пожар в шахте. Определённая температура и изменение давления могли заставить повернуть воздух обратно. Это вызывало
появление дыма над рабочими.
Проникновение добычи угля всё на большие и на большие глубины, постоянное расширение выработок и
заметное повышение установленной мощности заметно сказалось на подземном климате. Так как климат в шахте неуклонно
ухудшался, были приняты соответствующие меры, чтобы улучшить его. В настоящее время наиболее подходящий и часто
используемый метод улучшения условий труда в шахте – это вентиляция. Угольные шахты проветриваются исключительно
вентиляторами с электрическим приводом. Это имеет существенное значение в настоящее время, поскольку подача воздуха
подвергается значительным колебаниям из-за температурных изменений, изменений расстояния, расширения выработок и других
факторов. Для того, чтобы компенсировать это мы должны иметь возможность изменять объём или давление вентиляционой
установки. В широко используемых осевых вентиляторах это достигается поворотом лопаток.
Регулирование подачи центробежного вентилятора возможно только если вентилятор стационарный.
Регулирование вентилятора возможно изменением скорости вращения приводного двигателя или изменение поворота лопаток
рабочего колеса. Современная вентиляционная установка состоит из двух идентичных осевых вентиляторов, расположенных
горизонтально и параллельно друг другу, и работающих одновременно. Два опорных подшипника несут двухступенчатый вал
вентилятора с лопастями, которые могут поворачиваться во время работы. Как вентилятор так и приводной асинхронный
двигатель установлены на шасси, которое может перемещаться по рельсам. Все процессы, в том числе и переключение процесса
перемещения вентилятора и приводного двигателя должны быть автоматизированными в случае поломки. Обычно имеется два
вентилятора – один в работе, один резервный.
1. Все угольные шахты должны проветриваться механическим вентиляционным оборудованием
(вентиляторами) также как и большинство неугольных шахт. Шахта может иметь один вентилятор или может проветриваться
несколькими вентиляторами в зависимости от своего размера и потребности воздуха. Эти вентиляторы должны подавать достаточно
воздуха для полного проветривания шахты. Воздух может подаваться в шахту нагнетанием или может вытягиваться из шахты
вытяжной вентиляцией. Воздух проходит через подземные выработки (штольни), уклоны (наклонные стволы) или шахтные стволы.
2. Ряд вентиляторов главного проветривания включает центробежные, осевые вентиляторы с поворотными
лопатками и осевые вентиляторы с автоматическим регулированием потока воздуха – все они имеют высокий к.п.д. и надёжность
согласно требованиям стандартов. Все эти вентиляторы могут изменять свой режим работы в процессе разработки шахты. В
центробежных вентиляторах это достигается добавлением съёмных закрылок к лопаткам рабочего колеса; поворотом лопаток
вручную или автоматически.
3. Вентиляторы, установленные на поверхности, за счёт низкого уровня шума и установки глушителей,
оказывают положительное воздействие на состояние рабочей среды. Вместе с высокой производительностью и надёжностью это
благоприятствовало созданию целого ряда вентиляторов главного проветривания для угольной промышленности.
4. Более сложно дело обстоит с вентиляторами местного проветривания. Они должны выполнять более
широкий круг обязанностей, который зависит от расстояния между рабочим забоем и главным шахтным стволом. Вновь
разработанные вентиляторы местного проветривания более эффективны чем уже существующие. Они имеют больший диапазон
изменения давления, более низкий уровень шума и меньшие размеры. Это имеет большое значение при эксплуатации. Следует
также отметить большую прочность их конструкции, укреплённой поперечными и продольными жёсткими креплениями, которые
предохраняют от повреждений в шахте.
Существуют многочисленные требования по установке и эксплуатации вентиляторов главного проветривания.
В рудниках и шахтах опасных по содержанию газа метана должны соблюдаться следующие требования. Вентиляторы угольной шахты
должны:
1. Устанавливаться на поверхности.
2. Размещаться в пожаробезопасном проветриваемом помещении.
3. Располагаться на взрывобезопасном расстоянии от шахты.
4. Оснащаться монометрами.
5. Оснащаться сигнальными устройствами, которые срабатывали при замедлении или остановке вентилятора.
Вентиляторы главного проветривания в рудниках и шахтах опасных по содержанию газа метана должны
оснащаться электрическими устройствами для быстрого реверсирования потока.
Есть и другие правила касающиеся вентиляторов главного проветривания. Одни требуют вывода людей
из шахты во время остановки вентилятора на некоторое время, обычно на 15 минут. Другие требуют, чтобы шахты имели план
остановки вентилятора, в котором перечисляются действия при остановке вентилятора.
Небольшие вентиляторы расположенные около мест работы называются вентиляторами
местного проветривания.
Первые вентиляторы были введены в эксплуатацию ещё в 1923 году для проветривания тех мест, где воздух
не мог естественным путём доходить до тупиковых выработок. В течение следующих лет сотни тупиковых выработок были оснащены
такими вентиляторами.
Большая работа в области вентиляции местного проветривания выполнена фирмой «Дуот Вентилейшен»,
которая установила направляющий аппарат управляемый с помощью пневмопривода.
Следующее ппоколение вентиляторов было довольно своеобразным: с 5-ю насаженными на рабочее колесо
лопатками винтового типа и 10-ю изогнутыми направляющими лопатками, которые предназначались для закручивания потока
входящего в реактивную область на половине диаметра рабочего колеса за направляющими лопатками. Эти вентиляторы могли
подавать 1,18 м3/с воздуха на 1525 м по длинным каналам.
Вентиляторы местного проветривания всегда используются с турбиной, прикреплённой с одной стороны
вентилятора и протягивающейся до забоя. Турбина монтируется непосредственно по окружности рабочего колеса, вследствие
чего вентилятор имеет компактный вид. Первые вентиляторы местного проветривания имели закрытый двигатель, который вращался
вокруг неподвижной оси. Рабочее колесо вентилятора было открытого типа и крепилось непосредственно к валу двигателя.
Эффективность вентиляторов с приводом от сжатого воздуха значительно ниже, чем вентиляторов с электрическим приводом,
поэтому последние заменили первые.
Первые большие вентиляторы были очень надёжны, чтобы соответствовать проектным требованиям. Расчёты
на прочность выполнялись вручную, иногда с помощью логарифмических таблиц, а позже с помощью логарифмической линейки.
Сегодня для оптимизации выбора вентиляторов с нужными показателями, расчёта давления, выбора материалов, подшипников и
улучшения конструкции вентиляторов используются компьютеры.
Также на практике обычным является установление электронных устройств для контроля вибрации и
температуры подшипников. Это делается для предотвращения воломки вентилятора, своевременного проведения ремонта и покупке
запасных частей.
Часть подачи вентилятора идёт по трубе в забой, а часть выбрасывается по трубе из вентилятора.
Вентиляторы местного проветривания имеют некоторые преимущества над обычными средствами подачи воздуха
в забой (перемычка). Перемычка часто используется для разделения прохода, чтобы направлять воздух в забой. Трубопровод
нуждается в меньшем пространстве, чем перемычка, и обычно менее подвержен повреждению. Трубопровод обеспечивает лучшую
видимость для операторов и лучшую манёвренность для оборудования.
Вентиляторы местного проветривания должны быть установлены и работать таким образом, чтобы
предотвратить рециркуляцию воздуха. Рециркуляцию можно устранить реверсированием потока воздуха в вентиляторе. Если
вентилятор местного проветривания перемещает больше воздуха, чем подаёт вентилятор главного проветривания, то произойдёт
рециркуляция воздуха.
Современные вентиляторы, широко применяемые в различных отраслях промышленности,
обладают неустойчивой характеристикой давления при подаче вентилятора ниже оптимальной. Эта область называется областью
срыва потока на лопатках рабочего колеса. У новых осевых вентиляторов ВМ с меридиональным ускорением потока отсутствуют
эти недостатки. Это достигается с помощью специального стабилизирующего устройства, расположенных в корпусе вентилятора.
Область эксплуатационной возможности вентиляторов со стабилизирующим устройством очень увеличивается (практически вдвое),
тогда как работа вентилятора с неустойчивой характеристикой в зоне срыва потока и усиленной вибрацией целиком исключена.
В итоге, несмотря на малые размеры вентиляторов, их высокая эффективность гарантирована. Шум, создаваемый вентилятором
нового типа – 5-6 Дб, что ниже чем у стандартных осевых вентиляторов, при той же производительности и давлении.
Преимущества вложенные в вентиляторы типа ВМ подтолкнули к разработке множества аэродинамических схем и конструкций
вентиляторов предназначенных для шахтной промышленности. Разнообразие аэродинамических характеристик облегчает выбор
наиболее подходящей модели вентилятора для вентиляции шахт. Вентиляция тупиковых выработок и туннелей обычно выполнена с
помощью вновь разработанных взрывозащищённых вентиляторов ВМ, которые встроены в вентиляционные трубы диаметром 400, 500,
600, 800, 1200 мм. Подача вентилятора может изменяться с помощью направляющего аппарата.
Вспомогательные вентиляторы
Дополнительные вентиляторы устанавливаются в подземном воздушном канале в дополнение
к основным вентиляторам. Они называются вспомогательными вентиляторами. Редко встречаемые в угольных шахтах, они вполне
обычны в неугольных шахтах. Они должны устанавливаться и постоянно работать, чтобы предотвратить рециркуляцию.
Источник: Mining transport and equipment// Методичний посібник для студентів 2,3 курсів факультету ФЕМА, магістрів та аспірантів. / Укладачи: ст.викл. Павлова Л.К., ст.викл. кафедри ГЗТіЛ Мельніков С.О., ас. Кушніренко О.М., ас. Гіровська І.В., ас. Алтухов А.В., студент групи СПУ-03 Корінь О.О. Донецьк: ДонНТУ 2005 - 161с.