Автор: Стукало В.А. проф., (ДонНТУ)
Источник: Известия Донецкого горного института. 2011, № 2(6). – с. 101–105.
Устойчивость, качество и трудность проветривания угольных шахт являются важными характеристиками, влияющими на степень безопасности атмосферных условий в выработках угольных шахт, поэтому объективность их определения имеет важное значение.
В соответствии с нормативным документом [1] поток воздуха в очистной выработке или на выемочном участке считается неустойчивым по расходу воздуха, если при изменении сопротивления определяющих ветвей (открывание дверей шлюза) расход воздуха составляет менее 50 % от расчетного. Проветривание тупиковой выработки считается неустойчивым, если расход воздуха у всаса ВМП снижается по сравнению с расчетными на 30 % и более.
По нашему мнению отнесению очистных выработок, выемочных участков и подготовительных тупиковых выработок к устойчивым по проветриванию при расходе воздуха менее расчетного значения ошибочно. Это противоречит требованию действующих Правил безопасности [2], где указывается (п.1 гл. VI), что расход воздуха для проветривания шахт определяется в соответствии с действующим законодательством [1, 2]. Кроме того, это противоречит самому понятию устойчивость проветривания шахт
, под которым понимается способность вентиляционной сети сохранять заданные расход и направление движения воздуха в горных выработках при изменении аэродинамических сопротивлений ветвей сети [1].
Считаем, что к устойчивым по расходу воздуха следует относить только те очистные выработки, выемочные участки и подготовительные тупиковые выработки, а также камеры, вспомогательные поддерживаемые и погашаемые выработки (обособленно проветриваемые) расход воздуха в которых не менее расчетного в соответствии с нормативными документами [1, 2]. Это обусловлено еще тем, что устойчивость проветривания и необходимость обеспечения безопасных, безвредных и комфортных атмосферных условий тесно связаны между собой. Неустойчивость проветривания обособленно проветриваемых объектов шахты по расходу воздуха в нашем понимании (расход воздуха менее расчетного) обычно приводит к опасным загазированиям выработок взрывчатыми и ядовитыми газами, запыление воздуха взрывоопасной и вредной для здоровья пылью, возможному превышению допустимых температур воздуха на рабочих местах в глубоких шахтах.
В соответствии с рекомендациями нормативного документа [1] схемы проветривания угольных шахт делятся на три категории: схемы с высокой, средней и низкой степенью устойчивости. К высокой степени устойчивости относят вентиляционные сети, в которых изменения расхода воздуха в очистных забоях, на выемочных участках не превышают 20 %, а у всаса ВМП–10 % от расчетного, вентиляционные сети без диагоналей, а также сети с диагоналями опрокидывание вентиляционных струй в которых практически маловероятно даже в аварийных режимах проветривания. К схемам со средней степенью устойчивости проветривания относят вентиляционные сети, изменения расхода воздуха в которых находятся в пределах: для лав и выемочных 20–50 % у всаса ВМП 10–30 % от расчетного, сети с диагоналями, изменение направления движения воздуха в которых возможно в аварийных режимах проветривания. К схемам с низкой степенью устойчивости относят схемы, в которых имеют место изменения расхода воздуха в лавах и выемочных участках более 50 %, у всаса ВМП – более 30 % от расчетного и опрокидывание вентиляционных струй возможно при нормальной работе шахт.
В соответствии с требованиями нормативного документа [1] схемы проветривания шахт должны иметь степень устойчивости не ниже 2-й категории. В противном случае должны быть разработаны мероприятия по повышению устойчивости вентиляционных струй, обеспечивающие перевод схемы проветривания, по крайней мере, во 2-ю категорию.
Такая классификация схем проветривания угольных шахт по степени устойчивости имеет на наш взгляд ряд серьезных недостатков. Нельзя относить к первой и второй категориям по устойчивости проветривания схемы, в которых возможно снижение расхода воздуха в очистных выработках, выемочных участках и у всаса ВМП ниже требуемого по расчету в соответствии с действующим законодательством [1, 2] по причинам указанным выше (возможность загазирования выработок взрывчатыми и ядовитыми газами, запыление воздуха взрывчатой и вредной для здоровья шахтной пыль,возможное превышение допустимых температур воздуха на рабочих местах в глубоких шахтах). К первой категории по устойчивости проветривания следует относить вентиляционные сети, в которых все объекты обеспечены расчетным расходом воздуха, а при наличии диагональных соединений опрокидывание воздуха в диагоналях маловероятно даже в аварийных режимах проветривания. Ко второй категории по устойчивости проветривания следует относить вентиляционные сети в которых все объекты проветривания шахты обеспечены расчетным расходом воздуха и сети с диагональными соединениями, если опрокидывание направления движения воздуха в диагоналях возможно только в аварийных условиях. К третьей (наихудшей) категории по устойчивости проветривания следует относить вентиляционные сети, в которых имеет место снижение расхода воздуха на объектах проветривания шахты по сравнению с расчетным расходом, а также схемы с диагональными соединениями, изменение направления движения воздуха, в диагоналях которых возможно при нормальной работе шахте.
При такой классификации схем проветривания шахт по устойчивости проветривания будет справедливым требование нормативного документа [1] о необходимости иметь на шахтах схемы проветривания не ниже 2-й категории, а при наличии на шахте схемы 3-й категории по устойчивости проветривания необходимо срочное выполнение комплекса мероприятий по повышению устойчивости проветривания и обеспечению перевода схемы проветривания, по крайней мере, во 2-ю категорию.
При оценке состояния проветривания действующих угольных шахт в нормативном документе [1] шахты поделены на три группы по качеству проветривания. При этом шахты со схемами проветривания третьей категории по устойчивости не принимаются во внимание вообще. Так к третьей (худшей) группе шахт по качеству проветривания, как и ко второй, отнесены [1] шахты с вентиляционными сетями первой и второй категории по устойчивости проветривания. По нашему мнению шахты с сетями третьей категории по устойчивости проветривания должны относиться к третьей группе по качеству проветривания. При разработке мер по улучшению качества проветривания таких шахт необходимо предусматривать также меры по повышению устойчивости проветривания и переводу шахт в группу с более высоким качеством проветривания, а схем проветривания по устойчивости проветривания, по крайней мере, во вторую категорию.
С качеством и устойчивостью проветривания тесно связано понятие трудность проветривания
шахт, предусмотренная нормативным документом [3].
Для оценки трудности проветривания угольных шахт предусматривается [1] использовать показатель трудности nуд определяемый по формуле
где nуд – удельная мощность, затрачиваемая на подачу 1 м3/с полезно используемого воздуха, кВт·с/м3
Σ Qвhв – сумма произведений фактических подач вентиляторов Qв(м3/с) на давления hв (даПа);
Σ Qуч, Σ Qт.в., Σ Qпог.в., Σ Qпод.в., Σ Qк – сумма расходов воздуха для обособленного проветривания соответственно выемочных участков, проходимых тупиковых выработок, поддерживаемых вспомогательных выработок и камер, м3/мин.
По величине nуд угольные шахты подразделяются [3] на три группы легко
проветриваемые при nуд < 2,5 кВт·с/м3 средней трудности проветривания 2,5 ≤ nуд ≤ 5,0; труднопроветриваемые при
nуд > 5.
Для этого метода определения трудности проветривания шахты присущи существенные недостатки. Энергия, передаваемая воздуху для его перемещения по выработкам шахты, отнесена не к подаче вентиляторов, а только к полезно используемому воздуху, что приводит к увеличению показателя трудности проветривания nуд из-за неучета внутренних и внешних утечек воздуха, на перемещение которых также расходуется энергия вентилятора. При этом методе определения трудности проветривания [3] чем меньше полезноиспользуемого воздуха и больше утечек воздуха, тем труднее проветривание шахты, что нелогично при наличии избытка неиспользуемой мощности вентиляторов главного проветривания. Понятие трудность проветривания шахты
должно учитывать не только величину затрат электроэнергии вентиляторами, но и наличие (или отсутствие) резерва по подаче воздуха, требуемого нормативным документом [1].
Необходимо учитывать энергию, затраченную на перемещение воздуха в подземных и поверхностных утечках, так как по данным депрессионных съемок шахт они могут достигать соответственно 56,4 % от подаваемого в шахту воздуха и 50 % от подачи вентилятора [4].
Кроме того при расчете показателя nуд по выражению (1) не учитываются коэффициенты полезного действия вентиляторов и их двигателей, которые оказывают влияние на величину затрачиваемой вентиляторами электрической энергии. Фактические значения КПД шахтных вентиляторов могут изменятся в широких пределах от ηmax = 0,86 до ηmin = 0,7, что может увеличивать затрачиваемую ВГП энергию до 28 %.
По нашему мнению, не изменяя условной градации величины nуд при оценке трудности проветривания угольных шахт, величину показателя nуд следовало бы определять по выражению
где nв – число вентиляторов главного проветривания, работающих на вентиляционную сеть;
Qвi – подача воздуха і-м вентилятором на свою вентиляционную сеть, м3/мин;
ηвi – напор (депрессия) і-го вентилятора, создаваемый в обслуживаемой или вентиляционной сети, да Па.
ηi – коэффициент полезного действия і-го вентилятора на шахтную вентиляционную сеть, доли ед.; принимается по положению рабочей точки с параметрами Qвi и hвi на графике аэродинамических характеристик і-го вентилятора главного проветривания.
ηdi – коэффициент полезного действия двигателя і-го вентилятора, доли ед.
К трудно проветриваемым шахтам следует относить также те, на которых вентиляторы главного проветривания не имеют требуемого нормативным документом [1] резерва по подаче воздуха.
Высказанные выше замечания и предложения направлены на совершенствование методов определения устойчивости проветривания очистных и подготовительных выработок выемочных участков, классификации схем проветривания угольных шахт по степени устойчивости проветривания, качества и трудности проветривания угольных шахт.
1. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – Киев: 1994. – 311 с..
2. Правила безопасности в угольных шахтах. – Харьков: Издательство ФОРТ
, 2010. – 255 с.
3. Збірник інструкцій до Правил безпеки у вугільних шахтах. Т1, Київ, 2003. – 479 с.
4. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф. Гращенков, А.Э. Петроян, М.А. Фролов и др. – М.: Недра, 1988. – 440 с.