Важность подземной шахтной вентиляции

Аннотация

В статье рассмотрены проблемы, вызываемые плохими условиями проветривания горных выработок, и их последствия.

Проектирование и эксплуатация шахтной вентиляционной системы оказывает существенное влияние на моральный дух работников, а также капитальные и эксплуатационные затраты, производительность труда, здоровье и безопасность.

История горных работ показывает, что большинство шахтных катастроф связаны с вентиляцией – пожары и взрывы газа или пыли, газовые вспышки или выбросы, а также порывы ветра. Наиболее серьезными профессиональными заболеваниями в горном деле связанными с вентиляцией являются: угольный пневмокониоз, силикоз, асбестоз и другие дегенеративные заболевания легких. Когда шахтеров спрашивают об их рабочей среде, наиболее частые жалобы от них связаны с проблемами, имеющими отношение к вентиляции: жарой, влажностью, дымом, газами и пылью.

Система вентиляции шахты также является важной составляющей капитальных затрат шахты, хотя это часто не признается из-за двойственной природы первичной системы вентиляции (персонал, оборудование и транспортировка полезных ископаемых).

Существует сильная тенденция к внедрению холодильного оборудования для снижения частоты возникновения чрезмерных температур или влажности на рабочих местах. Это происходит из-за того, что шахты становятся глубже, увеличиваются тонно-километровые грузоперевозки на поверхность (металлические шахты) или увеличивается установленная забойная мощность, протяженность и ширина блоков (угольные шахты) и растет конкуренция, чтобы удержать рабочих. Еще одной ключевой тенденцией является значительно более пристальное внимание к аварийному выходу и захвату. Принцип ALARA и обязанность заботы влияют на операторов для установки улучшенных систем выхода и захвата.

В металлургических шахтах вентиляция обычно является самой большой составляющей затрат электроэнергии. Как в угольной, так и в металлообрабатывающей промышленности вентиляция является основной составляющей эксплуатационных расходов, принимая во внимание стоимость вентиляционных заглушек и уплотнений, подземных вентиляторов и систем газового мониторинга.

Последствия шахтной вентиляции для безопасности обычно хорошо изучены в угольных шахтах из-за дополнительной опасности взрывоопасных (метан) или токсичных (углекислый газ) пластовых газов, взрывов угольной пыли, самовозгорания и газовых выбросов. Хотя эти проблемы гораздо реже встречаются в рудниках с металлическими рудами, но имеют место быть, и важно, чтобы горнорудный персонал был осведомлен о потенциале их возникновения, если появятся новые рудные тела или новая руда или пустая порода.

Примеры проблем вентиляции в рудниках с металлическими рудами

Кислорододефицитные атмосферы возникали в непроветриваемых выработках из-за окисления пиритных минералов. Это также происходит, когда шахта продырявлена старыми выработками, заполненными кислорододефицитной водой. По мере того как вода затапливает новые выработки, она поглощает кислород из атмосферы, потенциально создавая дефицит кислорода, если участки не проветриваются.

Одна австралийская шахта твердых пород имеет проблемы с водородом как пластовым газом. Компания SIMTARS была на месте, и был введен ряд мер контроля на основе угля. Происходят регулярные хлопки и удары из-за незначительных возгораний. Еще одна твердокаменная шахта имеет проблемы с накоплением CO₂. Окружающие слои представляют собой карбонаты, и CO₂ накапливается в плохо проветриваемых пространствах. На этом предприятии было несколько случаев, когда шахтеры подвергались воздействию CO₂ и даже теряли сознание. У них есть датчики CO₂ и телеметрическая система, установленная на основных обратных воздушных путях.

Около 50% шахт в регионе Калгурли содержат метан. Большинство из них приняли специальные меры контроля за метаном. Другие предприятия имели аналогичные проблемы с газом H₂S.

Урановые рудники имеют значительные проблемы с радоном и его производными продуктами. Ряд стратегий вентиляции, применимых к загазованным угольным шахтам, здесь уместны.

Рудник Isa в Квинсленде имеет большое высокосортное рудное тело, которое было подвержено самопроизвольному горению, когда были предприняты попытки извлечь его в 1960-х гг. Руда была настолько восприимчива к самопроизвольному горению, что в разрушенном состоянии увеличивала свою температуру до более чем 1000^оС. Выделялось большое количество SO₂ и CO₂. Шины LHD загорелись бы. Рудное тело остается необработанным и по сей день. Совсем недавно произошло по меньшей мере два случая самовозгорания пиритных руд в поверхностных шахтах Западной Австралии, в результате чего возникли значительные проблемы с безопасностью.

Несколько предприятий с твердыми породами имели проблемы с пластовым газом SO₂ и H₂S. На одной шахте в Западной Австралии произошел выброс СН₄ или CO, который в течение двух недель загрязнял обратные воздушные пути на уровне 500 ppm. На ряде никелевых рудников в Западной Австралии вмещающие породы содержат асбест, часть которого поступает в вентиляционную систему.

Многие шахты твердых пород сообщают о проблемах с образованием NH₃ (аммиачного газа), когда ANFO (Нитрат Аммония – Жидкое Топливо – наиболее распространенное подземное взрывчатое вещество) растворяется в воде и вступает в контакт с известью из цемента (также растворенной в воде), что приводит к экзотермической реакции с образованием аммиака.

Многие предприятия с твердыми породами имели значительные инциденты со взрывами сульфидной пыли, которые имели серьезные последствия для затрат и безопасности.

Калийные, тронные и другие эвапоритовые шахты за рубежом имели серьезные проблемы с разбавлением нескольких пластовых газов и выбросами CO₂ и N₂. На одной из японских золотых шахт были зафиксированы вспышки пара, приведшие к многочисленным смертельным исходам.

У ряда австралийских рудников твердых пород были проблемы с порывами ветра, а шахта Паркса в Новом Южном Уэльсе за последние пять лет пострадала от крупного порыва ветра, который привел к многочисленным смертельным исходам.

Почти все золотые и платиновые рудники в Южной Африке испытывают проблемы с горючим газом, а некоторые из них имеют проблемы с выбросами газа. В 1989-1999 годах в южноафриканских шахтах с твердыми породами произошло 25 смертельных случаев и 36 серьезных травм из-за проблем с горючим газом. Средняя концентрация газа во всех шахтах составляла 66% метана и 26% водорода.

Излюбленная цитата историков гласит: Те, кто не выучил уроков истории, обречены пережить их снова. С увеличением среднего возраста шахтеров и технического персонала, что приведет к ожидаемому исходу из отрасли в ближайшие 10 лет, большая часть коллективных отраслевых знаний будет уходить в течение этого времени.

Молодым специалистам легко предположить, что с современными горными системами и приборами серьезные несчастные случаи или заболевания, связанные с вентиляцией, ушли в прошлое. По определению, события с низкой вероятностью и высокими последствиями происходят не часто, и большинство людей никогда с ними не столкнутся. Однако для того, чтобы держать под контролем эти основные опасности, связанные с вентиляцией, всегда потребуется высококвалифицированный и компетентный персонал, а также должная осмотрительность и бдительность на всех уровнях. Кроме того, стремление к сокращению капитальных и операционных затрат затраты также приведут горнодобывающие предприятия к улучшению вентиляционных конструкций по сравнению с прошлым, более регулярному пересмотру вентиляционных систем и улучшению практики эксплуатации.