Пшеничных Наталья Николаевна

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 “Кураховская”, изучить проект доработки запасов, исследовать тепловые условия, 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, нормализации тепловых условий в забоях.

Шахта «Кураховская» входит в состав Государственного предприятия «Селидовуголь». Введена в эксплуатацию в 1940 году.

Шахта добывает уголь марки Д и ДГ. Производственная мощность составляет 400 тыс. тонн в год. Годовой план на 2009 год принят 355 тыс. тонн. В настоящее время производится реконструкция системы транспорта, идет подготовка к увеличению уровня добычи до 1000 тыс. тонн в год. Основными факторами, сдерживающими увеличение добычи угля, являются: ведение очистных работ на значительной глубине и на большом расстоянии от основных транспортных и воздухоподающих выработок, сложность проветривания горных выработок, расположенных ниже горизонта минус 475 м.

Вскрытие шахтного поля шахты «Кураховская» произведено тремя наклонными стволами, пройденными по пласту l²₁ и двумя наклонными стволами, пройденными по пласту k₈ (южное крыло шахты). Кроме наклонных выработок, шахтное поле вскрыто вертикальным вентиляционным стволом и шурфом № 1.

Способ подготовки шахтного поля – панельный. Порядок отработки – нисходящий. Залегание пластов – пологое. Угольные пласты в пределах шахтного поля не склонны к самовозгоранию. Применяемая система разработки – длинные столбы по простиранию пласта.

Максимальная глубина разработки по ранее разрабатываемым пластам - 840 м. Действующая глубина разработки - 320 м и 790 м.

Суммарный приток воды по шахте составляет – 800м³/час.

В настоящее время горные работы ведутся по пластам k₈ и l₂^?. Очистные работы на шахте производятся с применением механизированного комплекса КД-90. Проведение подготовительных выработок осуществляется с применением проходческих комбайнов в КСП-21 и КСП-22. На шахте используется колесный и конвейерный транспорт. Доставка людей, материалов и грузов осуществляется колесным транспортом. Транспортировка горной массы из 16 северной лавы пласта k₈ осуществляется конвейером СП-250; по участковым конвейерным выработкам - СП-202, ленточными конвейерами 1Л-80; по общешахтным - ленточными конвейерами 1Л-100, 1Л-100У, 1Л-100К, 2ЛУ-100, 3Л-100У, 2ЛУ -120В.

Шахта «Кураховская» - не газовая, но опасна по взрыву угольной пыли и выделению диоксида углерода.

Для проветривания горных выработок шахты используются вентиляционные установки главного проветривания, расположенные на вертикальном вентиляционном стволе и шурфе № 1. Вентиляционная установка вертикального вентиляционного ствола оборудована двумя однотипными вентиляторами ВЦ-31,5 М2 с частотой вращения рабочих колес 600 об/мин и двигателем мощностью 800 кВт (приводной двигатель вентилятора - синхронный СДВ 15-39-10УЗ). Реверсирование вентиляционной струи осуществляется с помощью системы каналов и изменением положения ляд с приводом от лебедок вентиляционной установки. Установка введена в эксплуатацию в 1999 году, последняя наладка произведена в ноябре 2006 года.

Вентиляционная установка шурфа № 1 оборудована двумя однотипными вентиляторами ВЦ-31,5 с частотой вращения рабочих колес 600 об/мин и двигателем мощностью 800 кВт (приводной двигатель вентилятора - синхронный СДВ 15-39-10УЗ). Реверсирование вентиляционной струи осуществляется с помощью системы каналов и изменения положения ляд с приводом от лебедок вентиляционной установки. Установка введена в эксплуатацию в 1984 году, последняя наладка произведена в ноябре 2006 года.

Схема вентиляции шахты - фланговая , а способ проветривания - всасывающий. Горные выработки шахты проветриваются двумя ВГП: вентиляционной установкой шурфа № 1, оборудованной вентилятором ВЦ-31,5; вентиляционной установкой вертикального вентиляционного ствола, оборудованной вентилятором ВЦ-31,5 М2. Количество воздуха, поступающего в шахту для проветривания – 119,0 м³/с (7140 м³/мин).

В результате анализа состояния проветривания установлены следующие основные недостатки: необеспеченность воздухом объектов проветривания шахты, большие утечки воздуха, неудовлетворительное состояние вентиляционных сооружений, недостаточное сечение горных выработок, необособленное проветривание некоторых подготовительных выработок.

Для анализа параметров тепловых условий и величины депрессии естественной тяги были использованы данные температурной съемки. На момент проведения съемки температура воздуха в ряде основных воздухоподающих и вентиляционных выработках шахты не превышала допустимые нормы Правил безопасности (п. 8.2.2).

Исключение составляют следующие выработки, в которых наблюдалось превышение температуры допустимых норм согласно Правилам безопасности (п. 8.2.2): людской ходок северного полевого уклона - 26,2°С; наклонный квершлаг 16 северной лавы пласта k₈ - 26,4°С; 16 северный конвейерный штрек пласта 8 - 29,4°С; 16 северная лава пласта k₈ - 29,8°С; 16 северный вентиляционный штрек пласта k₈ - 31,2°С; вентиляционный квершлаг - 30,6°С; наклонный конвейерный квершлаг гор. 555 м -30,4°С; откаточный квершлаг гор. 565 м - 31,2°С; северный грузовой ходок пл. k₈ - 26,4°С; 16 южный конвейерный штрек пласта k₈ - 29,6°С; 16 южная лава пласта k₈ - 32,6°С; 16 южный вентиляционный штрек пласта k₈ - 33,0°С; 15 северный конвейерный штрек - 30,6°С; северный полевой уклон - 28,8°С; уклон № 7 пл. l₂¹ - 26,4°С. Температура воздуха в выработках подготовительных забоев составила: 14 южном конвейерном штреке пласта l₂¹ - 28,8°С; 14 южном вентиляционном штреке пласта l₂¹ – 29,2 ⁰С.

Относительная влажность воздуха составила: в основных воздухоподающих выработках - 88-92 %; в очистных и подготовительных выработках - 88-96 %; в основных выработках с исходящей струей – 92-98 %.

Необходимо отдельно отметить, что в тупиковых выработках: 14 южный конвейерный штрек пласта l₂¹> температура воздуха в начале и конце выработки составляет 28,2°С, влажность 92% ; в откаточном квершлаге горизонта 550 м – 24,2°С, влажность 86%; в людском ходке северного уклона пласта k₈ температура в начале выработке составила 16, 6°С, а в конце – 24,6°С, влажность 92%. В 16 северной лаве пласта k₈ эти параметры соответственно следующие 29,4°С и 29,8°С, влажность составила 94 %, а в 16 южной лаве пласта k₈ температура воздуха в начале выработки – 29,6°С, в конце – 32,6°С, влажность 98 %.

Следовательно, тепловые условия шахты не соответствуют требованиям Правил безопасности.

Основным фактором, вызывающим повышение тепловлажностных параметров рудничного воздуха, является работа машин и механизмов и тепло от пород.

С целью снижения температуры и относительной влажности воздуха поступающего на объекты проветривания предлагается рассмотреть ряд горнотехнических мероприятий, а именно: осушение выработок и воздушного потока, сокращение внутренних утечек воздуха, выбор схемы проветривания, применение автоматизации проветривания, увеличение поперечного сечения призабойного пространства 16 северной лавы пласта k₈ для прохода воздуха, применение оборудования с оптимальной установленной мощностью электродвигателей. Та как одних горнотехнических мероприятий недостаточно для нормализации тепловых условий, то дополнительно предлагается искусственное охлаждение воздуха с применением подземных холодильных машин типа МХРВ-1-У5 с винтовым компрессором в рудничном исполнении, с водяным охлаждением конденсатора и кожухо-трубным испарителем с внутритрубным кипением. Охлаждение воздуха предусматривается в передвижных агрегатированных воздухоохладителях типа ОВ-190Ш, которые устанавливаются в конвейерных штреках вблизи лав и в подготовительных выработках вблизи тупиковых забоев. Воздухоохладители переносятся через 150 м вслед за подвиганием лав и через 50 м вслед за подвиганием тупиковых выработок.

Первоочередными мероприятиями, обеспечивающие повышение эффективности проветривания шахты, экономию электроэнергии и сокращение непроизводительных потерь воздуха, на ближайший период являются:

• организация обособленного проветривания подготовительных выработок: конвейерного штрека 14 южной лавы пласта l₂¹ путем перераспределения воздуха; людского ходка уклона пласта k₈путем переноса ВМП на грузовой ходок уклона пласта k₈;грузового ходка уклона пласта k₈ путем перераспределения воздуха; откаточного квершлага гор. 550 м путем переноса ВМП на центральный уклон;
• доведение расхода воздуха до расчетной величины перед всасом ВМП, проветривающего: вентиляционный штрек 14 южной лавы пласта l₂¹ путем перераспределения воздуха; откаточный квершлаг гор. 550 м путем перераспределения воздуха; людской ходок уклона пласта k₈ путем перераспределения воздуха;
• сокращение утечек воздуха до нормативных значений в вентиляционном трубопроводе подготовительной выработки конвейерного штрека 14 южной лавы пласта l₂¹ путем уплотнения стыков и ремонта (замены) отдельных участков трубопровода;
• сокращение расхода воздуха до расчетных величин в камерах путем перераспределения воздуха и герметизации вентиляционных сооружений: в складе ВМ; на заезде с 1 коренного штрека пласта l₂¹ на транспортную выработку гор. 203 м;
• сокращение расхода воздуха до расчетных величин путем перераспределения воздуха и герметизации вентиляционных сооружений в следующих поддерживаемых выработках: обходная выработка гор. 203 м, за транспортной выработкой гор. 203 м; 11 северный вентиляционный штрек пласта l₂¹; транспортная выработка гор. 203 м, за обходной выработкой гор. 203 м; породный ходок центрального уклона, ниже сбойки №1; заезд с откаточного штрека пласта k₈ на людской ходок северного уклона пласта k₈; верхняя часть северного уклона пласта k₈; вентиляционный квершлаг пластов l₁-l₂¹ , до наклонного квершлага пластов k₈-l₂¹; центральный уклон, выше заезда на приемную площадку;
• герметизация вентиляционных сооружений путем уплотнения и ремонта (замены) дверных полотен, оштукатуривания поверхностей перемычек с целью сокращения внутренних утечек воздуха до нормативных величин, расположенных: в заезде с северного полевого уклона на 14 южный конвейерный штрек пласта l₂ ; в уклоне №7 пласта l₂¹ , ниже наклонного квершлага гор. 400 м; в вентиляционном штреке 16 северной лавы пласта k₈, за вентиляционным квершлагом; в заезде с грузового ходка северного уклона пласта k₈ на квершлаг пластов k₈-2¹; в сбойке №12 с грузового ходка северного уклона пласта k₈ на северный уклон пласта k₈>;
• уплотнение шлюзов в заезде с обходной пласта l₂¹ на транспортную выработку гор. 203 м, путем установки дополнительной перемычки;
  -перекрепление следующих горных выработок, имеющих недостаточное поперечное сечение: уклон № 7 пласта l₂¹ на всем протяжении до сечения не менее S =1 2,7м²; квершлаг на вертикальный вентиляционный ствол на всем протяжении до сечения не менее S = 12,7 м²; наклонный квершлаг гор. 400 м на всем протяжении до сечения не менее S = 12,7 м²;
• изоляция отработанного выемочного участка 13 северной лавы пласта l₂¹;
• ремонт (герметизация) элементов строительных сооружений вентиляционных установок шурфа № 1 и вертикального вентиляционного ствола: при шурфе №1 восстановление (замена, герметизация) элементов обшивки копра, уплотнение и замена ляды главного канала, замена ляды атмосферной будки; при вертикальном вентиляционном стволе: восстановление (замена, герметизация) элементов обшивки копра, уплотнение по периметру ляды главного канала;
• установка вентиляционных сооружений в следующих выработках: транспортная выработка центрального уклона, между центральным уклоном и породным ходком центрального уклона; заезд с обходной центрального уклона на центральный уклон.

Годовая экономия электроэнергии при выполнении вышеуказанных первоочередных мероприятий по совершенствованию проветривания составит 473 040 кВт*ч/год.

Для организации и обеспечения надежного проветривания объектов шахты на перспективный период развития необходимо выполнить ряд мероприятий:

• включить в схему вентиляции шахты клетевой ствол;
• перекрепить следующие горные выработки: наклонный квершлага гор. 400 м; уклон № 7 пласта l₂¹ от сбойки гор. 295 м до сбойки на вентиляционный ходок пласта l₂¹;
• изолировать выемочные участки: 16 северной лавы пласта k₈; 13 северной лавы пласта l₂¹;
• для обеспечения степени устойчивости схемы проветривания не ниже II категории при вновь вводимых в эксплуатацию выемочных участков 14 южной лавы пласта l₂¹ и 16 южной лавы пластаk₈ необходимо установить: в заезде с грузового ходка СПУ на 13 северный конвейерный штрек две бетонитовые перемычки с вентиляционными дверьми сечением не более S = 3,24 м²; в заезде с людского ходка северного полевого уклона на 13 северный конвейерный штрек две бетонитовые перемычки с вентиляционными дверьми сечением не более S = 3,24 м2; в 13 северном конвейерном штреке одну бетонитовую перемычку с вентиляционными дверьми сечением не более S = 3,24 м²; в откаточном квершлаге гор. 565 м две бетонитовые перемычки с вентиляционными дверьми сечением не более S = 1,52 м²; в северном грузовом ходке пласта k₈ две бетонитовые перемычки с вентиляционными дверьми сечением не более S = 1,52 м².

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 «Кураховская» ГП «Селидовуголь», установлены недостатки об 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 нормализации климатических условий в горных выработках и по совершенствованию проветривания шахты на текущий и перспективный период.

На данный момент магистерская работа находится в стадии разрабоки, в январе 2010 года более подробную информацию можно получить у автора Пшеничных Натальи Николаевны или у научного руководителя Стукало Виталия Антоновича.