Вентиляция шахт и карьеров
..pdfВ подготовительных и очистных забоях отбойку руды осущест вляют взрывным способом с бурением шпуров колонковыми Элек тросверлами. Отбитую руду убирают скреперами в вагонетки, кото рые сцепляют в состав и передвигают под погрузочным псМком с помощью маневровой лебедки. Для размещения порожнЯка в выемочном откаточном штреке поддерживают тупик длиной 10—12 м. При выемке целика для погрузки отбитой руды иногда используют погрузочные машины.
Рис. 115. Система разработки длинными столбами с выемкой обратными лавами
Призабойное пространство лав крепят одиночными деревян ными стойками, устанавливаемыми рядами параллельно забою. Управление кровлей производят способом обрушения.
Одновременно в работе находится несколько рудных столбов, отрабатываемых сплошными забоями-лавами. Опережение линии забоев двух смежных выемочных участков принимают в пределах 20—25 м. В связи с трудностью поддержания штреков на эту дли ну опережения выемочные участки не имеют связи между собой и в каждой из них приходится проводить по два выемочных штрека для обеспечения деятельной вентиляции очистных забоев и выхо дов из лавы.
Проветривание рудников
Рудники Чиатурского бассейна проветривают по центральной схеме. Свежий воздух поступает в выработки через капитальную откаточную штольню 6, затем попадает в выемочные откаточные штреки, омывает забои лав и по выемочным вентиляционным штре кам 2 выходит в вентиляционную штольню 7, после чего главным вентилятором удаляется в атмосферу на поверхности,
В местах пересечения струй свежего и загрязненного воздуха возводят воздушные мосты 8.
Количество воздуха для проветривания рудника подсчитывают: 1) по количеству людей, 2) по выделению углекислого газа (по су точной добыче) и 3) по удалению газообразных продуктов взрыва.
Количество воздуха, подаваемого в различные рудники, колеб лется от 25 до 100 м3/сек, а депрессия — от 150 до 400 мм вод. ст. Повышенная депрессия рудничной сети является следствием боль шой протяженности главных штолен и вызывает значительные утечки воздуха через перемычки в многочисленных вентиляционных сбойках между парными выработками.
Главный вентилятор осевого или центробежного типа устанав ливается у устья вентиляционной штольни. Эквивалентное отвер стие, на которое работает вентилятор, составляет около 1 м2.
Тупиковые подготовительные р нарезные выработки проветри ваются принудительным путем вентиляторами местного проветри вания в сочетании с вентиляционными трубами.
Глава XI*
САДОНСКИЙ РУДНИК
§ 1. Общие сведения
Садонское месторождение в целом представляет собой сложную жильную систему, состоящую из десятков рудных тел, включаю щих серию жил и иногда образующих рудные зоны мощностью от 0,3 до 20 м. Мощность отдельных жил составляет от 1—2 см до 5—6 м. В нижней, наиболее глубокой северной части участка Садонского рудника имеется компактная рудная зона, мощность кото рой колеблется от 10 до 20 м. Угол падения рудных тел от 70 до 90°.
Рудное тело Садонского месторождения представляет собой сложную жилу почти вертикального падения, заполняющую наряду с другим обломочным материалом зону разлома. Средняя мощ ность жилы по центральному участку месторождения составляет 0,79 м.
Жильная масса представлена сфалеритом, галенитом, пиритом, кварцем, кальцитом, хлоритом и др. Нередко в жиле встречаются прослойки пустых пород, которые в процессе очистной выемки отбивают вместе с рудой и затем отсортировывают. Наибольшее распространение на Садонском месторождении имеют граниты и их аналоги.
Коэффициент крепости вмещающих пород в зоне разлома изме няется в пределах от 4 до 6. Граниты лежачего бока центрального участка месторождения имеют коэффициент крепости 10—12.
* Глава написана с использованием материалов исследований, выполненных в Салоне под научным руководством И. А. Остроушко, Н. С. Демина, Г В. Пот- роза и Б. ф. Маликова.
§ 2. Вскрытие и подготовка месторождения
Гористый рельеф местности с ущельями, пересекающими место рождение, предопределил способ вскрытия рудного тела штоль нями в верхней части и системой слепых стволов для отработки нижних горизонтов (рис. 116).
В настоящее время основными горнокапитальными выработками рудника являются:
1) ствол шахты им. Артема 4> пройденный с поверхности на глуби ну 280 .и, и ствол шахты «Ход» 6'; 2) Мизурская штольня Уи «Крас
ная» <3, соединенные стволом шахты «Южная» 5.
Рис. 116. Схема вскрытия и вентиляции Садонского рудника
Для вскрытия нижележащих запасов новой рудной зоны с 7 до
11-го горизонта пройден ствол 2 разведочно-эксплуатационной шахты (РЭШ).
Подготовку месторождения осуществляют полевыми штреками, которые проводят через горизонт и соединяют их с рудными штре
ками ортами через каждые 200—300 м. Высота этажа принята равной 35—40 м.
Полевые штреки, как правило, проходят без крепления сече нием 4,8 м2, а сечение рудных штреков в связи с необходимостью крепления принимают равным 6,7 м2.
По простиранию жилы нарезаются на блоки длиной 32—36 м.
Междублоковые восстающие проходятся в три отделения и имеют деревянную зенцовую крепь,
264
§ 3. Системы разработки
Наиболее распространенной на руднике является система раз работки горизонтальными слоями с закладкой выработанного про странства. Эта система применяется в виде трех вариантов:
1) сплошная |
выемка горизонтальными слоями с креплением |
и закладкой (рис. |
117). Этой системой добывается около 50% всей |
руды; |
|
2) отработка камерами, располагаемыми вкрест простирания рудного тела (20—25% добываемой руды);
Рис. 117. Система разработки горизонтальными слоями (обычный вариант)
3) разработка горизонтальными слоями сверху вниз с крепле нием и закладкой выработанного пространства (применяется в не большом объеме).
Помимо выемки горизонтальными слоями на руднике получает распространение системы разработки с магазинированием руды (по рядка 25% добычи).
Применяемая на руднике основная система разработки гори зонтальными слоями с закладкой характеризуется следующими данными:
1) условия, наиболее характерные для системы: средняя мощ ность рудного тела 2 м, падение крутое (80—85°), простирание выдержанное, коэффициент крепости руды 10—12, руда неустой чивая;
2) основные параметры: длина блока 45 м, высота 35 м, высо та слоя 2,2 м, объем одной ленты 198 м31
3) подготовка блока заключается в проведении откаточных и вентиляционных штреков и двух фланговых восстающих в лежа
чем боку; |
|
|
|
производитель |
||
4) |
технико-экономические показатели системы: |
|||||
ность |
труда |
бурильщика 9,9 |
м?!смену |
и одного |
забойного |
|
1,41 |
м!смену; |
интенсивность |
отработки |
блока |
по |
падению |
4,3 м/месяц. Расход материалов составляет: ВВ 1,51 кг/м3 горной массы; крепежного леса 0,2 мъ/м3.
§ 4. Проветривание рудника и улучшение его температурного режима
Для проветривания рудника в устье Мизурской штольни уста новлен осевой двухступенчатый вентилятор серии В, имеющий диа метр рабочего колеса 1,8 м, с мотором мощностью 81 кет
(980 об/мин).
Проветривание рудника осуществляется нагнетательным спосо бом по схеме, приведенной на рис. 116. Свежий воздух поступает к эксплуатационным участкам по Мизурской штольне 7, а на ниж ние горизонты — по стволу 2 шахты РЭШ; отработанная струя выдается через штольню «Красная» 3 и ствол шахты им. Артема 4.
Так как запасы руды на верхних горизонтах в значительной мере выработаны и горные работы достигают значительной глуби ны, возникает необходимость регулирования теплового режима прежде всего средствами вентиляции. На руднике осуществляется реконструкция вентиляционного хозяйства, в соответствии с кото рой (разработана институтом Казгипроцветмет) воздух для про ветривания блоков новой рудной зоны будет поступать в рудник через находящийся в проходке ствол 5 шахты «Южная».
Однако тепловые расчеты показывают, что при переходе горных работ на нижние горизонты новой рудной зоны (11, 12-й горизон ты и ниже) возможности вентиляции с точки зрения улучшения температурных условий в очистных и подготовительных забоях бу дут ограничены. Все это приводит к необходимости искусственного охлаждения воздуха.
Днепропетровским горным институтом был проведен комплекс работ по изучению теплового режима и кондиционированию возду ха в Садонском руднике.
Изучение природных и климатических условий Садона, анализ горнотехнических особенностей рудника и материалов исследова ний шахтного микроклимата позволили разработать и осуществить на практике новый экономичный способ кондиционирования руд ничного воздуха на базе использования естественного источника холода — талых вод ледников (в частности, р. Цахды-Ком-Дон) и естественного источника энергии для перемещения природного хладагента к форсункам воздухоохладителя (гидростатический напор воды за счет разности отметок водозаборного устройства реки и горизонта в шахте, где воздух охлаждается). От водозабор-
266
ного устройства проложен трубопровод до рудничного поселка и в горные выработки, так как вода данной реки широко используется в технических установках на поверхности, для бытовых нужд и в шахте для промывки шпуров и орошения.
В соответствии с предложенной схемой охлаждения был разра
ботан проект опытно-промышленной установки |
применительно |
к условиям охлаждения воздуха, поступающего |
в количестве |
3 мъ/сек для проветривания блока 7-го горизонта в районе «Новой рудной зоны» (участок РЭШ) [22].
Основными частями установки являются: форсуночный воздухо охладитель, став изолированного трубопровода длиной 3000 м, подводящего к воздухоохладителю холодную воду, вентилятор ти па СВМ-5М с прорезиненной трубой для подачи воздуха к блоку, контрольно-измерительная и пусковая аппаратура, устройство для использования нагретой воды от установки.
Воздухоохладитель устанавливается на 7-м горизонте во второй сбойке полевого и рудного штрека северного участка, где темпера тура поступающего воздуха равняется 27° С.
В дальнейшем воздухоохладитель может быть установлен на более глубоком горизонте, где температура воздуха будет выше. В соответствии с этим расчеты воздухоохладителя были произве дены для начальных температур воздуха +27 и +30° С. Темпера тура воздуха в забое после охлаждения соответственно 22 и 24° С. Хладоносителем является холодная вода, дебит и температура кото рой колеблется по сезонам в значительных пределах. В проекте приняты: в зимнее время 5 л!сек и 2° С; в осенне-весеннее время 20 л!сек и 7° С и в летнее время 40 л/сек и 12° С. Расчетный анализ произведен для каждого сезона в отдельности с учетом многократ ного использования холодной проточной воды в зимнее время по методу рециркуляции.
В установке применен мокрый форсуночный воздухоохладитель, отличающийся весьма интенсивным теплообменом между воздухом и охлаждающей водой; он прост в изготовлении и требует для обе спечения процесса охлаждения минимального температурного пе репада между воздухом и водой.
Орошение воды в камере воздухоохладителя принято горизон тальное при противоточном направлении движения воздуха как наиболее практически проверенное и оправдавшее себя в много летней практике; форсунки применены угловые с тангенциальным направлением воды, дающие конусный факел. В оросительной ка мере всего их установлено 54 шт. в три ряда.
Прохождение воздуха через воздухоохладитель обеспечивается1 вентилятором местного проветривания, просасывающим теплый воздух через камеру воздухоохладителя и нагнетающим охлажден ный воздух к забою с помощью прорезиненной воздушной трубы диаметром 500 мм.
В воздухоохладителе охлаждается 70% поступающего в выра ботку воздуха, который затем смешивается с неохлажденной ча-
стыо струи, так что температура смеси должна соответствовать заданной температуре воздуха перед забоем.
Расчетный анализ произведен для семи возможных случаев: а) для начальной температуры воздуха 30 и 27° С и при темпера турах смеси воздуха перед забоем соответственно 24 и 22° С; б) при подаче воздуха в выработку без трубы и воздушной трубой длиной 10, 50 и 100 м.
Результаты расчетов графически обобщены (рис. 118). Рас сматривая график, нетрудно убедиться, что параметры воздуха в значительной степени зависят от длины трубы, подающей охлаж денный воздух к забою. Чем длиннее труба, тем ниже должна быть температура воздуха на вы
|
ходе из |
воздухоохладителя |
||||
|
и тем больше холодопро- |
|||||
|
изводительность |
и |
расход |
|||
|
охлаждающей воды. |
|
||||
|
|
В зимнее время для эко |
||||
|
номии холодной воды, дебит |
|||||
|
которой |
невелик, |
предусмо |
|||
|
трено охлаждать воздух ре |
|||||
|
циркуляционной водой, вса |
|||||
|
сывая |
отработанную |
воду |
|||
|
из |
поддона |
воздухоохлади |
|||
|
теля и снова подавая ее спе |
|||||
|
циальным |
рециркуляцион |
||||
Рис. 118. График расчетного анализа тем |
ным насосом с добавлением |
|||||
пературы рудничного воздуха при искус |
холодной воды, поступающей |
|||||
ственном его охлаждении в форсуночном |
по |
изолированному |
трубо |
|||
воздухоохладителе |
проводу к форсункам. Избы |
|||||
рециркуляцией, будет стекать из |
ток |
воды, |
обусловленный |
|||
поддона |
через |
сливную |
||||
В 1961 г. проводилось всестороннее исследование рабочих режи мов установки. Кроме того, на первом этапе испытаний определял ся эффект пылеподавления при работе форсуночного воздухоохла дителя. В этих целях производилось искусственное запыление воз духа перед воздухоохладителем с отбором проб весовым методом на струе, выходящей из воздушной трубы, по которой подавался охлажденный воздух к забою в очистной блок. При таком ис кусственном запылении воздуха, в 20 раз превышающем обычные нормы содержания пыли, работа воздухоохладителя обеспечивала почти 100% пылеулавливания. Шахтные испытания показали, что установка обеспечивает расчетные параметры, т. е. снижение тем пературы воздуха в пределах 4—5° С и холодопроизводительность порядка 40—60 тыс. ккал/ч. Таким образом, практически подтвер дилась эффективность разработанного способа борьбы с высокими температурами рудничного воздуха за счет использования естест венного источника холода талых вод ледников,
Однако переход гбрных работ на глубокие горизонты вызовет необходимость применения холодильных машин для борьбы с высо кими температурами воздуха в блоках, так как потенциальные запасы холода в талых водах, подаваемых в рудник с поверх ности, ограничены. Поэтому ДГИ разработан проект установки для охлаждения рудничного воздуха на глубоких горизонтах Садопского рудника с использованием отечественных передвижных кон диционеров типа КПШ-1. В 1963 г. опытно-промышленная установ ка с таким кондиционером должна быть сдана в эксплуатацию на 9-м горизонте участка РЭШ.
§ 5. Борьба с рудничной пылью
Исследования минералогического и петрографического состава образцов горных пород, проведенные в СКГМИ, показали, что все они содержат от 30 до 80% кварца, т. е. являются силикозо опасными.
Важным показателем в определении силикозоопасности являет ся также дисперсный состав рудничной пыли; наибольшую опас ность при этом представляет пыль с размерами частиц менее 5 мк.
Для определения дисперсного состава пыли кроме исследова ний под микроскопом были проведены анализы фракционного соста
ва пыли с помощью поточного ультрамикрофотометра системы ВДК [19], седиментационный анализ буровой муки, а также химический и минералогический анализы отдельных фракций бурового шлама.
Микроскопический счетный анализ проб показал, что основная часть пылинок имеет размеры менее 1 мк независимо от характера производственных процессов. Причем наибольшее число частичек (около 80%) имеет размер менее 0,5 мк, а доля частиц, имеющих диаметр от 0,6 до 1 мк, не превышает 10%. Максимальный размер пылинок пород Садонского рудника колеблется в пределах от 1,5 до 3 мк. Характерно, что меньшая величина частиц обнаружена при погрузочно-разгрузочных работах, а большая при бурении, осо бенно в начальный период.
Общеизвестно, что большое место в борьбе с рудничной пылью отводится вентиляции. До 1959 г. все тупиковые проходческие забои рудника проветривались по всасывающей схеме проветривания, которая не обеспечивала эффективной борьбы с пылью и рассчи тывалась только на удаление газообразных продуктов взрывных работ в забое.
Как показали исследования, даже при выполнении полного ком плекса инженерно-технических мероприятий (работа туманообразователей после взрывных работ в течение 1,5 ч, орошение отбитой горной массы перед уборкой, орошение боков и кровли выработки на расстояние 10—15 м, бесперебойная работа вентиляторов и т. д.) запыленность в выработке при отставании конца вентиляционных труб от забоя на 12 м значительно превышает санитарную норму (от 3,6 до 6,2 мг/м3) и только после того, когда конец всасываю
щего Трубопровода отставал от забоя на 4 м, а с№росТЬ в е н т и ляционной струи достигала 0,35 м/сек, запылеНноСть Атмосферы
находилась в пределах санитарной нормы (1.4—^5,4 №!№)■ Таким образом, всасывающая схема проветрИваНия Тупиковых
выработок малоэффективна с точки зрения обеспь<ливания воз духа. При проведении исследования во время работы вентилятора на всасывание наблюдались туман, плохая виДИмость и весьма высокая влажность воздуха на рабочем месте бурИдьИ*икЭ-
При всасывающем способе проветривания искЛюцена также воз можность очистки от пыли воздуха, поступающего для проветри вания глухого забоя. Кроме того, для постоянного наращивания става вентиляционных труб на руднике необходимо иметь значи тельный запас фанерных труб. Приближение коПИн всасывающего става труб к забою (на 2—3 м) вызывает неуАобства в работе проходчиков при обуривании забоя и производстве погрузочных работ.
Для установления эффективности нагнетательной схемы провет ривания в условиях Садонского рудника в южном щтреке на 5-м горизонте переключили вентилятор местного проветривания «Про- ходка-500-2М» на нагнетание. Протяженность выработки состав ляла 115 м. Конец металлического вентиляционного трубопровода отставал от забоя на 14 м. Во время буровых работ в забое про ходчики наращивали прорезиненную вентиляционную трубу на тросе с таким расчетом, чтобы конец ее отставал от забоя на 3 м. Погрузка горной массы производилась при отставании нагнетающе го конца вентиляционного става труб от забоя на 14 м. Запылен ность в этом забое после выполнения полного комплекса инженер но-технических мероприятий составляла при работе (бурении и уборке породы) 1,4—2,5 мг/м3.
Проведенные опыты подтвердили эффективность нагнетатель ной схемы проветривания. Кроме того, при нагнетательной схеме проветривания тупиковой выработки обеспечивается хорошая види мость в забое на всем протяжении выработки, совершенно устра няется туманообразование и заметно снижается относительная влажность воздуха, что способствует оздоровлению условий тру да. Существенно также и то, что при этом способе проветривания создается реальная возможность очистки от пыли воздуха, посту пающего для проветривания глухого забоя, за счет установки оро сителей внутри вентиляционных труб.
На основании данных производственных исследований с начала 1959 г. все проходческие забои на руднике были переведены на на гнетательную схему проветривания. В дальнейшем будут прове дены работы по внедрению наиболее эффективного комбинирован
ного нагнетательно-отсасывающего способа проветривания тупико вых выработок.
Проветривание очистных забоев осуществляется общешахтной струей свежего воздуха, которая поступает из откаточного штрека в блоковые восстающие. До момента сбойки очистной ленты с бло-
270
КоёыМИ восстающими очистная выработка является тупИко&ЫМ забоем. В этом случае чистый воздух поступает из блокового вос стающего и, омыв очистное пространство, выходит по этому же восстающему на верхний вентиляционный штрек.
При сбойке очистной ленты с блоковыми восстающими очист ное пространство проветривается сквозной струей. Из одного вос стающего свежая струя поступает на очистную ленту и по другому восстающему отработанный воздух уходит на вышележащий вен тиляционный штрек.
Исследования запыленности атмосферы в очистных забоях выя вили малоэффективную скорость воздушного потока, поступаю щего для проветривания очистного пространства при сквозной системе проветривания (0,1—0,15 м/сек) .
Рис. 119. Схема проветривания очистных забоев блока:
/ — блоковый восстающий; |
2 — вентилятор; |
3 — ороситель; |
4 — брезентовый |
трубопровод; 5 — ляда |
|
В тупиковых забоях очистного пространства получена такая же |
||
запыленность, как и в глухих |
проходческих |
забоях (при отсутст |
вии в них мероприятий противопылевого комплекса). При сквозной системе проветривания в очистных забоях, где скорость потока до стигает 0,32 м/сек, обеспечивалось снижение запыленности до сани тарной нормы только при ручной уборке рудной массы, креплении и закладке выработанного пространства.
На основании шахтных наблюдений для проветривания очист ных лент было принято сквозное проветривание, которое в совокуп ности с работой вентилятора местного проветривания обеспечивает достаточную скорость воздушного потока в забое (рис. 119).
В производственных условиях был установлен хороший обеспы ливающий эффект совместного действия водной завесы, орошения и соответствующей скорости вентиляционного потока при нагнета тельной схеме проветривания очистного забоя глубоких горизонтов Садонского месторождения.
Замерами на руднике установлено, что орошение водой боков и кровли призабойного пространства на длину 15 ж до и после взрывных работ способствует снижению запыленности атмосферы в забое на 27,2%. Действие туманообразователя, установленного на расстоянии 10 ж от забоя, в 5—10 раз снижает запыленность воздуха в призабойном пространстве после взрыва на длину до