uzluga.ru
добавить свой файл
1

УДК 622.414




постникова М.Ю. E-mail: gng@pstu.ac.ru




Пермский государственный технический университет




СОВРЕМЕННОЕ Состояние вентиляции шахты 14-14 бис

ОАО «Севуралбокситруда» и пути ее улучшение





Статья посвящена анализу состояния вентиляции бокситовой шахты 14-14 бис. На основании результатов анализа разработаны и внедрены в проект мероприятия по реконструкции вентиляционной системы шахты.




Ствол, квершлаг, залежь, горизонт, падение.


Шахта 14-14 бис ОАО «Севуралбокситруда» отрабатывает бокситовую пластообразную залежь, угол падения которой составляет в среднем 300, а мощность колеблется в пределах от 0 до 40 м. Залежь вскрыта основными вертикальными стволами 14 бис и 14 кап до горизонта -500 м, от которых в сторону пласта пройдены вскрывающие квершлаги 1 (рис. 1). Стволами и квершлагами шахтное поле до горизонта –500 м разделено в меридиональном направлении на два крыла, длиной по простиранию 3500 (южное) и 1500 (северное) м. От квершлагов в северном и южном направлении в подстилающих породах проходятся полевые штреки 3, из которых в залежь ведутся орт-заезды, являющиеся отправными для ее подготовки. Северная и южная границы шахтного поля смещаются в южном направлении вдоль тектонических нарушений и уже на горизонте -860 м стволы 14 бис и 14 кап оказались почти на северном фланге. Поэтому ниже горизонта -500 м залежь вскрыта группой уклонов (слепых стволов) 2, которые также делят шахтное поле по простиранию на два крыла длиной 2700 (с севера) и 2300 (с юга) м.

Специалистами ПермГТУ была обследована вентиляционная система шахты с целью поиска путей ее улучшения и повышения эффективности на ближайшую (10-15 лет) и дальнюю перспективу, связанную с вскрытием глубоких горизонтов. Очистные работы ведутся на отметках (горизонтах) -620, -680 и -740 м. На момент проведения обследования свежий воздух в шахту поступал по клетевому стволу 14 бис (скиповой 14 кап – нейтральный), а также по квершлагам на горизонтах -620 и -680 м с соседней шахты 15-15 бис. Исходящий воздух выдавался из шахты тремя вентиляторными установками главного проветривания (ВУГП), расположенными на поверхности. Каждая вентиляторная установка состояла из двух центробежных вентиляторов типа: ВЦ-32 (на южном вентиляционном стволе – ЮВС, расположенном на южном фланге шахтного поля), ВЦ-25 (на наклонном стволе 6 кап, пройденном почти по центру шахтного поля) и ВЦП-16 (на северной вентиляционной скважине – СВС, расположенной на северном фланге). Результаты обследования представили следующую картину вентиляционной обстановки в шахте:

1. Измерения показали, что по основному воздухоподающему стволу 14 бис в шахту поступает 72,4 м3/с, по квершлагам с соседней шахты – 43,4 м3/с или всего 115,8 м3/с, что составляет 45,5 % суммарной производительности трех вентиляторных установок (Qвi). Потери воздуха в надшахтных комплексах сравнительно невелики и составляют в среднем 21,9 %. Таким образом, 67,4 % суммарной производительности вентиляторов – это объемы воздуха, поступающего в шахту по основным выработкам, и поверхностные утечки в надшахтных комплексах. Весь остальной поступающий в шахту и выдаваемый вентиляторами воздух (32,6 % от Qвi) – это его прососы по выработанным пространствам с поверхности. Таким образом в процессе отработки шахтного поля и перехода фронта очистных работ на глубокие горизонты постепенно складывалась ситуация, при которой в проветривании шахты стал участвовать воздух, подаваемый через обрушения, что является нарушением ЕПБ [1].

Произвести полную герметизацию выработанных пространств даже теоретически не представляется возможным по следующим причинам. Во-первых, с ними непосредственно связаны все добычные участки, расположенные на трех горизонтах. Кроме того, на шахте вынуждены использовать выработки многих уже отработанных горизонтов для пропуска основной вентиляционной струи со ствола 14-бис, для размещения мастерских по ремонту самоходной техники, для устройства промежуточных насосных станций и т.д. Во-вторых, принятая система вскрытия и отработки залежи такова, что требует проходку большого количества полевых выработок (транспортных, откаточных, вентиляционных восстающих, орт-заездов и т.д.), связанных с пластовыми, которые по мере отработки пласта изолируются. Устанавливаемые в этих выработках в большом количестве изолирующие устройства дают в сумме значительные объемы теряемого воздуха, которые уходят в большинстве своем в выработанные пространства. В-третьих, оставление ограждающих целиков, которые бы изолировали друг от друга участковые выработанные пространства нецелесообразно ввиду значительного увеличения потерь руды и, кроме того, сам пласт является удароопасным [2], а, как известно, целики провоцируют горные удары.

2. Связи выработанных пространств с выработками транспортных горизонтов через добычные участки, а также связи самих выработанных пространств с поверхностью делают вентиляционную сеть шахты трудно управляемой, поэтому регулировать потоки воздуха между рабочими горизонтами и участками распространенным отрицательным способом (установкой перемычек или других регулирующих устройств) сложно, а иногда и просто невозможно. Установка перемычки в одной из выработок заставляет потоки воздуха, обходя ее, двигаться по выработанному пространству. Выработанные пространства стали причиной того, что аэродинамическое сопротивление отдельных вентиляционных участков, крыльев и шахты в целом очень небольшое по величине, что также является одной из причин уменьшения эффективности отрицательного способа регулирования потоков воздуха.

3. Небольшая величина аэродинамического сопротивления шахты подтверждается измеренными режимами работы вентиляторных установок главного проветривания, которые приводятся ниже в табл. и на рис. 2, 3 и 4.





Рис. 1. Схема вскрытия и отработки бокситового пласта



Таблица

Режимы работы вентиляторных установок главного проветривания

Тип вентилятора и место

его расположения

Подача, м3

Депрессия, даПа

ВЦ-32, южный вентиляционный ствол (ЮВС)

143,3

196,9

ВЦ-25, наклонный ствол 6 кап

92,8

85,3

ВЦП-16, северная вентиляционная скважина (СВС)

19,2

165,4

Суммарная подача вентиляторов

255,3




На рис. 2 и 3 приводится только нижняя часть заводских характеристик вентиляторов ВЦ-25 и ВЦ-32. Как видно из рисунков, режимы работы вентиляторов находятся в крайних нижних частях характеристик вентиляторов (в особенности на рис. 2), что указывает на весьма малую величину аэродинамического сопротивления шахты и соответственно низкий КПД работы вентиляторов (не превышает 0,65). Отсюда низкая эффективность работы ВУГП и большие потери энергии. Обследование вентиляционной системы проводилось в летнее время, когда действует максимальная отрицательная естественная тяга, увеличивающая депрессию вентиляторов главного проветривания. Следовательно, приведенные на рисунках режимы работы соответствуют наиболее неблагоприятным условиям, когда вентиляторами создается наибольшая депрессия.





Рис. 2. Часть заводской аэродинамической характеристики

вентилятора ВЦ-25 на наклонном стволе



Как оказалось в ходе обследования вентиляционной системы шахты, вентиляторная установка ВЦП-16 на северной вентиляционной скважине работала только на удаление из шахты просачивающегося с поверхности воздуха. На вентиляцию шахты она не оказывала ни малейшего влияния, поэтому в процессе ведения исследовательских работ руководству ОАО «Севуралбокситруда» было рекомендовано убрать ее из системы вентиляции шахты.

Малая эффективность работы ВУГП объясняется еще и тем, что на всасывающей стороне вентиляторов находятся выработки отработанных горизонтов, связанные посредством изолированных орт-заездов, вентиляционных восстающих, сбоек и т.д. с выработанными пространствами, т.е. между ВУГП и рабочими горизонтами располагается огромное поле выработанных пространств.

Учитывая современное состояние вентиляционной системы шахты и перспективы развития работ при их переходе на более глубокие горизонты вплоть до -1220 м, были разработаны мероприятия по созданию новой системы вентиляции. Результаты обследования вентиляционной системы шахты послужили основой для создания подробной расчетной вентиляционной модели, на базе которой рассматривались различные варианты проветривания этой шахты с учетом перспективы развития горных работ. Наилучшими результатами и по эффективности работы вентиляторных установок, и по наименьшим объемам воздуха, поступающим по выработанным пространствам в шахту, обладали схемы вентиляции с расположенными под землей вентиляторными установками главного проветривания. Из всех анализируемых схем вентиляции был выбран вариант, при котором поступление воздуха в шахту по выработанным пространствам прекращалось почти полностью. Этот вариант характеризовался тем, что в шахте должны работать три вентиляторные установки, расположенные на базовом горизонте -860 м: две установки располагались на флангах и одна - в центре шахтного поля.





Рис. 2. Часть заводской аэродинамической характеристики

вентилятора ВЦ-32 на ЮВС


По сути своей перенос вентиляторных установок под землю – это реконструкция вентиляционной системы шахты. О необходимости проведения реконструкции вентиляции шахты говорилось еще ранее в работе [3], в которой под реконструкцией понималось в основном восстановление выработок путем изоляции множества сбоек и отслуживших свой срок орт-заездов устройствами из более герметичных материалов, что на шахтах ОАО "Севуралбокситруда" постоянно делается, иначе поддерживать вентиляцию на соответствующем уровне было бы совершенно невозможно. Однако, как показала практика, выполнение этих работ шахтой значительного эффекта не дает. По крайней мере объем затрат не соответствует получаемым результатам. В связи с этим было решено провести реконструкцию вентиляционной системы шахты, причем выполнить ее в два этапа.




Рис. 4. Кривые аэродинамической характеристики

вентилятора ВЦП-16 на СВС



На первом этапе для вентиляции шахты в течение 10-15 лет использовать две подземные вентиляторные установки. Для этого расположенные на поверхности установки спустить по очереди под землю. На втором этапе, который продлится до конца эксплуатации шахты, использовать три вентиляторные установки, расположенные на одном из базовых горизонтов, при этом весь свежий воздух подавать через стволы соседней шахты 15-15 бис, объединив с ней вентиляционную систему рассматриваемой шахты. Основной воздухоподающий в настоящее время ствол шахты 14 бис, который оказался на северном фланге шахтного поля, планируется использовать в качестве вентиляционного (для исходящей струи шахты). Кроме того, было решено на рабочих горизонтах шире использовать дополнительные источники тяги на базе имеющегося опыта их применения для регулирования потоков воздуха между рабочими участками.

Как показали расчеты, данное решение значительно улучшает эффективность и экономические показатели работы ВУГП. Ожидается также увеличение поступления в шахту свежего воздуха и соответственно улучшение снабжения им рабочих участков в особенности на глубоких горизонтах.

На основании проведенных расчетов был выполнен проект установки подземных вентиляторных установок (проект выполнен специализированным проектным институтом «СУБР-Проект») главного проветривания. Проект прошел экспертизу промышленной безопасности и на него дан положительный отзыв экспертов Госгортехнадзора РФ. Получено разрешение на практическое осуществление проекта.


Список использованных источников


1. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03). Серия 03. Выпуск 33 / Колл. авторов. -М.: Государственное унитарное предприятие «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. -200 с.

2. Микулин Е.И., Бутняков А.В. Горные удары на шахтах СУБРа // Безопасность труда в промышленности. –2001. -№ 10. –С. 9-10.

3. Отчет по обследованию проветривания горных выработок и работы главных вентиляторных установок шахты 14-14 бис ОАО "СУБР". Екатеринбург: СПО "Металлургбезопасность", 2001. –102 с.