Евстратенко И.А., Кривцун Г.П., Лебедев Я.Я., Микрюков С.Б. - Управление вентиляционными режимами шахт и рудников регулированием воздухораспределения в сложных вентиляционных сетях

Аннотация

Евстратенко И.А., Кривцун Г.П., Лебедев Я.Я., Микрюков С.Б. Управление вентиляционными режимами шахт и рудников регулированием воздухораспределения в сложных вентиляционных сетях. Рассмотрен способ реализации эффективного проветривания мест ведения горных работ с помощью воздухораспределения непосредственно в вентиляционных сетях.

Текст статьи

Наибольшее распространение в настоящее время получило так называемое «отрицательное» регулирование, особенностью которого является применение на определенном участке вентиляционной сети вентиляционного сооружения с дополнительным аэродинамическим сопротивлением. Относительная простота и оперативность реализации этого способа предопределили его как основное средство управления вентиляционными режимами действующих шахт.

Для реализации этого способа используются технические средства – различные по конструкции и принципу действия вентиляционные сооружения. Наибольшее распространение из них получили перемычки, вентиляционные двери, окна и шлюзы, кроссинги, ляды и регуляторы расхода воздуха (РРВ).

Регуляторы расхода воздуха являются основным средством оперативного управления воздухораспределением в широком диапазоне как вариантов, так и глубины регулирования.

От правильного устройства и их эксплуатации зависит в первую очередь обеспеченность рабочих мест необходимым количеством свежего воздуха. Их состояние определяет устойчивость проветривания, глубину регулирования количества воздуха и, в конечном итоге, безопасность подземных работ, а в аварийных ситуациях и саму жизнь горнорабочих.

К общему недостатку существующих средств регулирования воздухораспределением необходимо отнести необходимость их применения в больших количествах, что существенно снижает надежность функционирования вентиляционных систем шахт. Например, в Донецком угольном бассейне находится в эксплуатации 16150 единиц вентиляционных сооружений, в том числе на одну шахту приходится около 50 вентиляционных сооружений [1]. Цифры аналогичного порядка характерны и для железорудных шахт Кривбасса. Поэтому актуальной задачей является разработка способов регулирования воздухораспределением в сложных вентиляционных системах шахт, отличающихся минимальным количеством РВР и расширенным диапазоном вариантов и глубины регулирования.

Отрицательное регулирование воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт обеспечивается различными конструкциями РРВ, классификация которых наиболее полно приведена в работе [2]. Здесь приведено также разделение регуляторов по месту установки, которое сводится к следующему:

регуляторы расхода воздуха предназначены для установки в выработках (в ветвях вентиляционных систем). Такие регуляторы в настоящее время являются основными и получили наибольшее распространение;

регуляторы расхода воздуха предназначенные для установки на сопряжениях горных выработок (в узлах вентиляционных сетей – узловое регулирование). Эта группа РРВ представлена 4-мя их типами с жестким профилированным исполнительным органом и воздушной завесой. Эти конструкции, несмотря на их узловое применение, имеют существенные недостатки: во-первых, ограничена область вариантов регулирования, во-вторых, кривизна ствола является частным случаем аэродинамически совершенного профиля (т.е. это справедливо только для одного положения исполнительного органа, в других же случаях достоинства его сомнительны).

С целью более эффективного использования РРВ и уменьшения их количества в шахтной вентиляционной сети кафедрой аэрологии и охраны труда НГУ и Криворожским ВГСО проведены исследования по обоснованию мест их расположения и установлению вариантов и диапазона регулирования. Для этого, в частности, был проведен анализ возможностей регулирования воздушных потоков простого параллельного соединения. В качестве РРВ был рассмотрен его вариант с исполнительным органом в виде шарнирно закрепляемой дверной створки (рис. 1).

Рисунок 1 – Узловое регулирование воздухораспределением в вентиляционных сетях шахт

Возможные варианты управления воздухораспределением при этом сводятся к следующему:

естественное распределение воздуха в ветвях;

максимальное увеличение или снижение количества воздуха в любой ветви;

регулирование расхода воздуха в любой ветви Q_i от 0 до Q_max;

полное прекращение подачи воздуха на параллельное соединение;

использование РВР в качестве многопозиционной противопожарной двери.

При использовании традиционных РРВ, устанавливаемых в ветвях, для обеспечения перечисленных выше вариантов регулирования их необходимо установить в обеих ветвях, т.е. применить два РРВ. Анализ вариантов и глубины регулирования воздухораспределения в вентиляционной сети шахты при узловой установке РВР на четырехстороннем сопряжении горных выработок показал, что при этом количество РРВ, устанавливаемых в ветвях, сокращается в 4 раза.

В результате проведенных исследований определены недостатки способа регулирования расхода воздуха посредством установки РРВ в ветвях вентиляционных сетей, а именно:

ограниченный диапазон вариантов регулирования;

трудность (невозможность) ручного управления РРВ в загазированных выработках (при пожарах или после взрывных работ);

для обеспечения оптимального вентиляционного режима требуется большое количество РРВ, что существенно снижает надежность функционирования вентиляционной системы шахты [1, 3]

значительный непроизводительный расход воздуха (утечки), обусловленный большим количеством РРВ;

большие капитальные и эксплуатационные затраты на эти вентиляционные сооружения;

сложность конструкции, трудность управления и низкая надежность работы существующих РРВ [2, 3].

установка регулятора воздухораспределения в узлах вентиляционных сетей (узловое регулирование) характеризуется неоспоримыми преимуществами:

неограниченный диапазон вариантов регулирования;

доступность для ручного управления со стороны незагазированной выработки;

минимальное количество вентиляционных сооружений в ШВС и, как следствие, высокая надежность проветривания;

минимальные внутренние утечки воздуха в шахте;

низкая стоимость вентиляционных сооружений;

возможность выполнения узловыми РВР функций противопожарных дверей. Учитывая вышесказанное, необходимо отметить, что переход на узловое регулирование воздухораспределения является перспективным направлением управления вентиляционными режимами шахт и обусловлен как экономическими и организационными достоинствами этого способа, так и, несомненно, более высокой эффективностью.

Выбор места установки, определение количества и установление режимов работы РВР в сложных вентиляционных сетях шахт является ответственной инженерной задачей. Для этого необходимо решить следующие вопросы:

определить минимальное количество принципиальных узлов (сопряжений), регулирование воздухораспределением в которых обеспечит все необходимые варианты управления вентиляционными режимами с учетом перспективы развития горных работ;

разработать конструкцию РВР;

установить режимы работы (положение исполнительного органа) РВР для нормального, форсированного и аварийного режимов проветривания;

определить способы управления исполнительными органами РВР (ручной, диспетчерский или автоматический);

определить количество РВР, выполняющих функции противопожарных дверей.

Анализ существующих конструкций РРВ показал, что для выполнения требований, предъявленных к узловым регуляторам, ни один из разработанных ранее их типов неприемлем. Поэтому кафедрой аэрологии и охраны труда НГУ совместно с Криворожским ВГСО проводятся дальнейшие исследования, направленные на создание многопозиционного узлового регулятора воздухораспределения, отличающегося высокой надежностью, простотой и дешевизной, применение которого в сложных вентиляционных сетях шахт существенно повысит как эффективность управления вентиляционными режимами шахт, так и надежность функционирования вентиляционной системы в целом.

Список использованной литературы

1. Клебанов Ф.С. Воздух в шахте. – М.: Имидж. 1995.
2. Борьба с пылью и вредными газами в железорудных шахтах // А.П. Янов, В.С. Ващенко, Ф.Г. Гагауз и др. – М.: Недра, 1984.
3. Месников А.А., Миллер Ю.А., Комаров Н.Е. Вентиляционные сооружения в угольных шахтах. – М.: Недра, 1983.