автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка рециркуляционного способа проветривания участков вентиляционных систем рудников

.-■О] ^

АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА

на правах рукописи

БОЛТОН ЮРИП НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО СПОСОБА ПРОВЕТРИВАНИЯ УЧАСТКОВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ РУДНИКОВ

05.26.01 - Охрана труда и пожарная безопасность (в горной промышленности)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Алма-Ата 1Э92

... Л 'i

Работа выполнена в Институте горного дела

Научные руководители: доктор технических наук кандидат технических наук

Рязандев Г.К. Слепых В.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

Гращенков Н.ф. Степанов В.В.

Ведущее предприятие - Горно-обогатительный комбинат "Каззолото"

CllX^-ejiC 1992 г.

Защита диссертации состоится

в__/¿¿JH часов на заседании специализированного совета

K008.I5.0I при Институте-горного дела АН Республики Казахстан по адресу: 480046, г. Алма-Ата, проспект Абая, 191.

о

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД АН Республики Казахстан

Автореферат разосла

зн

Jsdji Mit*___ 1992 г.

Учёный секретарь специализированного совета доктор технических наук

Петрович С.II.

- I -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях рост эффективности общественного производства может бить достигнут путём повышения производительности труда во всех отраслях народного хозяйства на основе технического перевооружения производства, широкого внедрения прогрессивной техники и технологии, обеспечивающих одновременно улучшения условий труда и охрану окружающей среды.

Интенсификация процессов горного производства ведёт к увеличению выделения вредных примесей в рудничную атмосферу. При производстве взрывных работ выделяется значительное количество пыли я ядовитых газов, загрязняющих рудничную атмосферу большого объёма горных выработок и атмосферу в зоне расположения горнодобывающих предприятий. Для обеспечения комфортных условий труда необходимо увеличение подачи свежего воздуха, требующее расширения сечення вентиляционных выработок, а также замену вентиляторных установок более мощными, что с одной стороны сопряжено со значительными капитальными затратами, а с другой - с усилением вредного воздействия на окружагацую среду. Поэтому изыскание способов и средств, обеспечивающих нормализацию рудничной атмосферы без увеличения количества подаваемого воздуха и, как следствие, снижение объёма выбросов загрязненного возцуха в атмосферу промышленной зоны горного предприятия, является актуальной задачей.

Целью_работы_ является обеспечение нормальных атмосферных условий труда на рабочих местах при снижении количества подаваемого свежего воздуха и уменьшение выбросов вредных примесей в атмосферу за счёт повторного использования воз пуха,

Идея работы заключается в применении рециркуляционного способа проветривания очистных забоев с использованием ?1фектигашх средств гшлега?оочиотки рр-ярттого пп,1..

уето5ика_последовапий;_ В работе применена методика исследований, вглвчатцал анализ литературных источников и производственного опыта, теоретические и экспериментальные исследования, обработку полученных данных методами математической статистики, тохнико -экономический анализ.

защищаемые в работе. Обосновано применение рециркуляционного способа проветривания для обеспечения нормальных условий труда при сокращении количества потребного свежего воздуха.

Разработан метод определения допустимого значения коэффициента рециркуляции по всем показателям загрязнения рудничной атмосферы и показателям комфортности условий труда.

Установлено, что применение рециркуляционного способа проветривания при отработке месторождений в условиях возможного самовозгорания руд и пород при соответствующей организации препятствует развитию эндогенных пожаров.

Няучная_новизна_ проведённых исследований состоит: в обосновании требований к вентиляционный сетям на основе тти'/оусязки шаттпой вентиляционной сети с рециркуляционной подсистемой;

в разработке способа и конструкции.аппарата рециркуляционной очистка вспуха, обеспечивающего повышение эффективности существует средств очистки и управляемость её величиной и производительность*] рч гнходе;

в разработка м=тпапооких пплочт'иР "лч определения максимально пгуст;'.7п"о ко?ЬТ:шч?чт1 рпиргуляпии при при«лен*ппи ре-ЦИГ'-'УЛЛП'/СНЧОГО споопбч лроютртчнкг с учетом факторов, плияп-

гаит ч? ro^o-т<•чn'•pчryт^'tv*^ о^ятвчогку уяйочого даотч}

я е.»чбот^п р^чп^та ечтг-м рппчртчяизрмрг)* очя^т—

ки воздуха во взаимодействии с вентиляционной сетью рудника при повторной использовании воздуха.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в работе, подтверждается достаточным объёмом экспериментов, показавшим относительную погрешность не выше 20%; применением апробированных методов исследований; использованием при технико-экономическом анализе необходимого объёма статистических данных; обработкой результатов исследований статистическими методами; положительными результатами внедрения в производственных условиях.

Практ2ческая_2енность_ работы заключается: в разработке принципов построения систем рециркуляционной очистки воздуха в вентиляционных сетях;

в обосновании и определении граничных условий применения рециркуляционного способа проветривания;

в разработке конструкции аппарата комплексной очистки воздуха; в создании эжектирувдих модульных устройств и практическом применении модульного принципа выполнения из них источников тяги, положительных и отрицательных регуляторов.

Рзшивдмлайма.» Результаты исследований использованы при составлении "Временной методики по расчету подсистем проветривания с повторным использованием воздуха при рециркуляционной его очистке", которая принята ТСЦК для практического применения; рециркуляционный способ проветривания внедрён на руднике Текели ТСЦК с ожидаемым годовым экономическим зйектом 4,2 тыс.руб. .на одну установку.

¿SPßÖBSM-EfifißJBi Основные ноло.тишя диссертации докладывались на региональном семинаре по аэрологии калийных рудников, (г. Кута7р, 1989 г.), республиканской к^-чно-теадической ксн'£о~

ренции "Электрофикация машин и роботизация процессов добычи руд подземным способом"(г.Алма-Ата, 1990 г.), заседаниях технического совета Текелийского свинцово-цинкового комбината (г.Текели, 1986-1991 г.г.), совместном заседании лаборатории рудничной вентиляции и рудничных аэрозолей, секции Учёного совета ИГД АН КазССР.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 5 авторских свидетельств, одна брошюра.

Объём_работы.. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 123 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 9 таблиц, список использованной литературы из 102 наименований, 6 приложений.

Диссертация выполнялась в рамках целевой комплексной программы Министерства цветной металлургии СССР "Комплексное изучение причин формирующих травматизм на горно-добывающих предприятиях Казахстана и разработка безопасных методов горных работ", по разделу" "Исследование возможности повторного использования воздуха при проветривании рудников Казахстана", утвержденному постановлением Президиума АН КазССР от 20.11.86 г. № 200 плана НИР (.'6 госрегистрации 01860085236), а также по госбюджетной теме

204 раздела 6 "Разработка научных основ конструирования, методов и способов проветривания вентиляционных сетей при адаптивной технологии разработки рудных месторождений Казахстана", утвержденная постановлением Президиума АН КазССР от 26.12.89 г. (Л госрегистрации 01890031858).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ результатов вэ:>душно-депрессиошшх съёмок рудников Казахстана показывает, что суммарная производительность главных

вентиляторных установок составляет около 9 тыс. м3/с свежего воздуха. Несмотря на то, .что вентиляторы главного цровстривашш подают в шахты воз тух в количестве 100-120^ от требуемого, значительная часть свежего воздуха не доходит до рабочих мест. Причинами этого являются большие утечки воздуха, сложность вентиляционных сетей горных выработок. К тому же применяемые сродства управления воздушны!,ш потоками недостаточно совершенны. Поскольку нормализация рудничной атмосферы по пыли и ядовитым газам монет быть обеспечена путём применения комплекса технических мер борьбы с вредностями в сочетании с эффективным проветриванием горных выработок, для обеспечения нормальной газопылевой обстановки на рабочих местах необходимо изыскать наиболее эффективные способы проветривания. Одним из таких способов проветривания является рециркуляционный с использованием эффективных средств газо-пылеочистки. Обзор средств и способов пылегазоочистки рудничного воздуха, применяемых при подземной добыче руды, показывает, что существующие способы и средства очистки имеют довольно высокую эффективность очистки рудничного воздуха от пили и ядовитых газов. Однако, при высоких концентрациях пыли в исходящих струях требуются средства с более высокой эффективностью очистки (до 0,99). Из всех' существущих средств такую эффективность дают тканевые и электрофильтры. Но они не приспособлены к применению непосредственно в зонах ведения очистных работ. Что касается очистки рудничного воздуха от ядовитых газов, то необходимость частой регенерации или замене катализаторов ограничивает область применения аппаратов очистки. Поэтому для эксплуатации пылегазоочист-ншс установок в конкретных.условиях требуются исследования и разработка как конструктивных параметров установок, так г. режимов ег ряЗсти. Э^йоятприость рециркуляционного способа проветривания

завися? не только от эффективности очистки воздуха, но и от схемы его организации и режимов работы. Положительные и отрицательные стороны рециркуляционных схем проветривания излагаются в работах У.Х.Бакирова, О.Д.НеЯкова, А.Г.Алексеева, Я.Д.Паршина, Б.5.Кирина, К.З.Ушакова, В.В.Дьякова, В.И.Ковалёва, Е.С.Никуйко, А.Е.Красноштейна, Г.З.Файнбурга, Н.Н.Иохирева, Я.З.Бухмана и других. В качестве основного критерия правильной организации рециркуляционного проветривания предлагается условие поддержания нормального санитарно-гигиенического состава рудничной атмосферы в пределах рабочей зоны. Большое внимание рециркуляционному способу проветривания уделяется и за рубежом. В основном в это направление входят описание средств и способов очистки воздуха от вредных примесей и контроль за состоянием рудничной атмосферы. Система контроля за рудничной атмосферой на рабочем месте может быть организована как непрерывный контроль с помощью автоматических средств и периодический контроль с помощью приборов контроля рудничной атмосферы, осуществляемый техническим надзором.

»3

Целью данной работы является.обеспечение нормальных атмосферных условий труда на рабочих местах при снижении количества подаваемого свежего воздуха и уменьшение выброса вредных примесей в атмосферу за счёт повторного использования воздуха. Исходя из поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

- разработать требования к шахтным вентиляционным сетям с рециркуляционным проветриванием;

- определить показатели пылегазотемлературного режима проветривания очистных забоев с целью получения исходных параметров для разработки средств обеспечения повторного использования воздуха в рециркуляционных схемах проветривания;

- разработать способы и средства высокоэффективной пнлегазо-

очистки для нормализации рудничного воздуха при рециркуляционном проветривании;

- создать устройства по управлению потоками с возможно широким спектром использования;

- определить роль рециркуляционного проветривания как профилактической меры борьбы с эндогенными пожарами;

- разработать метод оценки целесообразности и эффективности применения рецир^ляционного способа проветривания.

Вторая глава посвящена исследованиям взаимодействия шахтных вентиляционных сетей с рециркуляционными подсетями, разработке требований к вентиляционным сетям и рудничной атмосфере при рециркуляционном проветривании.

Любая вентиляционная система с рециркуляционным проветриванием будет включать в себя один или несколько источников тяги, регулирующие устройства, средства очистки воздуха, сеть горных выработок. Очевидно, что, как и в каждой иахтной вентиляционной сети, топология рециркуляционной подсистемы будет во многом определять её работоспособность, надёжность и экономичность. Поэтому вентиляционная сеть такого участка и её аэродинамические параметры должны удовлетворять следующим требованиям:

- степень аэродинамической обособленности выделенного участка от общешахтной вентиляционной сети должна быть такова, чтобы обеспечивалось минимальное взаимное их влияние друг на друга;

- вентиляционная рециркуляционная подсеть должна быть приближена к параллельно^ типу соединения в графе подсистемы;

- аэродинамические параметры для принятой топологии должны обеспечивать необходимое распределение воздуха в сети подсисте-121, в лучшем случае, без использования регулирующих вентиляционных сооружений или при минимально розможгом их числе;

- нагнетательный способ проветривания в подсистеме;

- экономичность работы рециркуляционной подсистемы.

Рециркуляционная система вентиляции, как и любая система

проветривания подземных горных выработок, направлена на нормализацию рудничной атмосферы. При рециркуляционном проветривании необходимо выделять вентиляционные потоки, требования к рудничной атмосфере в которых отличаются друг от друга: входящая струя,рудничная атмосфера на рабочем месте и рециркуляционный поток.

Требования к рудничной атмосфере во входящей струе и на рабочем месте при длительном воздействии вцделяег.мх вредностей ка организм человека определены едиными правилами безопасности. Для обеспечения их на рабочем месте необходимо соблюдение определённых значений параметров рудничной атмосферы в рециркуляционном потоке. Концентрация смеси рециркуляционного потока и входящей струи определяется уравнепием*:

Сс„ = Сех+€(Ср-Се1,), (I)

где Се*, Ср - концентрация вредных примесей во входящей струе и рециркуляционном потоке соответственно; € - коэффициент рециркуляции.

Из зависимости (I) с учётом, что Сс*~ ЕСЗ (где [С] - предельно допустимая концентрация примеси) определён возможный макси-ельный коэффициент рециркуляции:

с [С]- С$х

<~тах ~ -ТГ"

Ьр X

Нейков О.Д., Алексеев А.Г., Паршин Я.Д. Определение установившейся концентрации примеси при рециркуляционном способе проветривания горных выработок. - Сб.: Вентиляция и очистка воздуха. - М: Недра, 1970, еып. 4, - с. 13-15.

При использовании приведённого уравнения необходимо учитывать,что очистка рудничного воздуха и подсвежение рециркуляционного потока входящей струей, а значит и рециркуляционный процесс в целом, требуется только в случае С иск , так как при Сосх ~ ^ 'л нор—

кает из требований единых правил безопасности. При применении высокоэффективных способов очистки и достижения Ср — С&х (где Ср ~ Сисх , Сисх - максимальная концентрация вредностей в исходящей струе, 1 - коэффициент эффективности очистки) нормализация рудничного воздуха обеспечивается при полной рециркуляции, т.е. при (Г = 1,0, Суммируя вышесказанное можно выделить условия применения уравнения (2) дяя определения предельно допустимого коэффициента рециркуляция:

Подставляя значения определённых компонентов рудничной атмосферы имеем:

для окиси углерода (СО)

мализация исходящей струи не имеет смысла. Условие [С] ^ С$,

выте-

рт 0.0017- с (СО) 8* пш П. ,, =л Р СтахСса) =~гГ-;;-> "Ри 1>(со)8х

■тах(со) ~ п п

Ь(со)р ь (со) £х

= 0.0017 '■л>ах(со)~ С (со) р

(3)

для кислорода (02)

тон (Ог)

20 - Ссог)&х >

(4)

для окиси углерода

■/пах(сОг) ~

05- С !СО;)г ~ С (СО г) 8*

(5)

для пыли

тах(П)

[Щ-Пёх

при Сп1 =2,0 мг/м3 и

(6)

Пр -пе„

пех = о.з [щ, £ то х (п) = (пр -0.6) Кроме того, тепловой режим в подземных выработках должен

обеспечивать комфортные условия труда. Для создания их необходимо соблюдение:

Усм ^ 7) , %„ 6 ^.

где 7см, Ту - температуры в смеси (на рабочем месте) и допустимая температура соответственно; Ур - относительная влажность

рудничного воздуха в смэсп

Сноуола ) \исхадная информации Вычисление ¿V,' |

Т

Вычисление 7?^'

Г

Вычисление .АУЛ |

Печать резулыа та , 7с м , фен

т

С коней, )

Рис. I. Клок-схема алгоритма

(на рабочем месте) и допустимая относительная влажность соответственно.

Для определения максимального коэффициента рециркуляции и требуемых значений температуры и влажности можно использовать следующий итерационный вычислительный процесс, блок-схема алгоритма которого представлена на рис. I. Вычисления ведутся по приведенным ниже зависимостям (7) - (10):

т ' К Л* '

Тс[,'' Тех + £т1 (ТР -Тех)'

(7)

Леи = Лл (Лр ~Ле»)

(9)

ш1и У'* .Ад * Ло - & ,тп.

' С* ~ 014

"тл

' тсл<

В результате вычислений находится диапазон допустимых значений коэффициента рециркуляции 04 в ^ «а также значения и , которыми необходимо руководствоваться при техническом обеспечении рециркуляционного проветривания.

При организации рециркуляционного способа проветривания в шахтных условиях необходимо предусматривать выделение ядовитых газов не только при вторичном дроблении, но и из отбитой руды в процессе выпуска. В этом случае, например, в условиях рудника Текели возможно присутствие аммиака. Образование аммиака происходит за .счёт реакции аммиачной селитры, входящей в состав гранулированных ВВ (АС—8), и закладочного материала, имеющего щелочную среду. Снизить выделение аммиака можно при помощи уст-' ройства для улавливания просыпи и пыли при заряжении скважин, на которое получено авторское свидетельство № 1283331.

При разработке сульфидных руд, при определённых условиях, • возможно развитие эндогенных пожаров. Самовозгорание сульфидных руд возникает в результате накопления теплоты от непрерывно прогрессирующих химических реакций окисления сернистых соединений. Одним из способов профилактики окислительных процессов при разработке пожароопасных месторождений является обеспечение нормального проветривания при минимальной депрессии. Применение рециркуляционного проветривания очистных забоев обеспечивает вышеуказанное условие. Как известно необходимый расход воздуха в выработке достигается при определённом значении депрессии маршрута от места подачи воздуха в блок до выхода его на вышележащий

сборочный вентиляционный горизонт (согласно уравнения второго закона сетей Ь. = ЯО.* ). Практически под этим перепадом находятся и пути утечек через камеру с отбитой рудой или обрушенной породой. При рециркуляционном проветриванил количество поступающего свежего воздуха в выработку сокращается за счёт повторного его использования. Учитывая, что = О (1-£), (где Ц - общий расход воздуха в выработке) и переходя к отношению необходимых депрессий при прямоточном /?„ и рециркуляционном Ир способах вентиляции имеем:

Л г

И-еУ

(И)

Таким образом при рециркуляционном проветривании величина депрессии вентиляционного маршрута может быть снижена по сравнению с прямоточным проветриванием на величину ( /- (5 )г. График снижения депрессии при рециркуляционном проветривании, по сравнению с прямоточным проветриванием, в зависимости от коэффициента рециркуляции представлен на рис. 2.

Третья глава посвящена обоснованию режимов работы рециркуляционного способа проветривания. Для разработки требований к оборудованию очистки и нормализации Р7Д-

оу 0.2 0.3 ол 0,5 0,6

Рис. 2. График снижения депрессии при применении рециркуляционного способа проветривания

ничеого воздуха при рециркуляционном проветривании проведены исследования по определению концентрации пыли, газо-температурноыу режиму рудничной атмосферы во входящих и исходящих струях очистных забоев в условиях рудника Текели. Цель исследования, проведённого по известным методикам, заключалась в определении параметров рудничной атмосферы в очистных забоях и газового режима при производстве горных рабет. Результаты исследований позволяют сделать следующие заключения. Запыленность входящего воздуха в среднем составляет 0,6 мг/м3, однако в некоторых случаях запыленность входящей струи не соответствует правилам ТБ и должны применяться меры по её снижению.. Термединамические параметры практически обеспечивают комфортную зону труда без дополнительных мероприятий. Максимальная запыленность исходящей струи в процессе скреперования составляет 8,2 мг/м3, при производстве взрывных работ максимальное значение 38,6 мг/м3. При вторичном дроблении негабаритов загазованность исходящей струи достигает 0,0140$ по условной окиси углерода. По кислородному фактору рудничный воздух соответствует необходимой норме, регламентуруемой ЕПБ. •

Исходя из полученных результатов сформированы основные требования к пылегазоочистному оборудованию. Они выражайтся в сле-дупцем.-Пылегазоочистное оборудование, применяемое в рециркуляционных подсистемах, должно быть надёжным в эксплуатации, иметь минимальное аэродинамическое сопротивление и энергоёмкость, незначительные капитальные затраты и эксплуатационные расходы, достаточную эффективность пылегазоочистки, зависящую от конкретных условий рудника. В условиях рудника Текели эффективность пылепо-давления должна быть не ниже 0,92, газоочистки - 0,69, при производительности установки не мрнее 0,5-1,0 м3/с.

Увеличить коэффициент эффективности очистки рудничного воздуха от загрязнений при использовании недостаточно эффективных фильтров можно с помощью разработанного аппарата комплексной очистки воздуха (АКОВ), использующего систему рециркуляции внутри аппарата посредством обводных трубопроводов или вентиляционных выработок. Обеспечение внутренней системы рециркуляции в АКОВ может быть реализовано по простой параллельной схеме компановки рециркуляционных струй и по сложной рециркуляционной схеме. Указанные схемы приведены на рис. 3. На основе анализа компоновки рециркуляционных струй в АКОВ при условии равенства эффективности работы всех фильтров (Ф), установлешшх в аппарате очистки, получены уравнения концентрации вредностей на выходе из аппарата ( £р ) и общей эффективности аппарата очистки.

Ло

—(Ь

А

-й

врг Срг

Сосм. Ор

Рис. 3. Компановка рециркуляционных струй в системе' аппарата очистки: а - простая параллельная схема; б - сложная параллельная схема

Для простой параллельной схемы:

г г п

(12) (13)

где Сисх ~ концентрация вредностей в исходящей струе; Z€¿ - сум-

¿

марное значение коэффициентов рециркуляции во всех контурах аппарата очистки; 1 - коэффициент эффективности очистки применяемого в АКОВ фильтра.

Дяя сложной параллельной схемы:

Ср = Сиа У 1 ' ш)

/-7 1-£г('-7)г

h = /__ÍIJLL_,

■/ и~аи-т* (15)

\2

1-П

где: £/, ¿г - коэффициенты рециркуляции в первом и втором контуре аппарата очистки соответственно.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана конструкция аппарата комплексной очистки воздуха (АКОВ) от загрязнений. АКОВ разработан в соответствии со способом рециркуляционной очистки воздуха (заявка И 4778324/03 с положительным решением от 13.03.91 г.). Учитывая условия работы АКОВ в рециркуляционной подсистеме, которые требуют гибкого регулирования производительности установки в зависимости от технологических процессов в очистной выработке, разработан новый линейный тип эжекторов, основанный на модульном принципе - эжекти-рутацее модульное устройство (ЕМУ), на которое получено авторское свидетельство № 1546660. Анализ проведенных лабораторных и натурных замеров показывает, что производительность ЭМУ в зависимости от давления сжатого воздуха растёт по экспоненте и в свободной атмосфере подчиняется общей закономерности:

у. = 0,4 - 0,660 ехр /"-6,374 Рс»с ] , (16)

где: - давление сжатого воздуха, МПа.

Аппарат комплексной очистки воздуха состоит из центральной части, включающей в себя побудитель тяги, собранный из четырех эжектирующих модульных устройств (ЭМУ), и пневматической форсунки (Пф). На выходе из центральной части устройства находится компенсационная камера с решетками ударно-компенсационного фильтра (УКФ).

Компенсационная камера тлеет выход для выдачи очищенного^ ВОЗ' духа и два обводных канала для подачи части воздуха для повторной его очисткио Устройство (рис. 4) работает следующим образом.

Рис. 4. Аппарат комплексной очистки воздуха.

Загрязненный воздух поступает на вход устройства и проходит по центральной его части под действием побудителя тяги. За побудителем тяги установлена пневматическая форсунка, работающая на сжатом воздухе и воде. В воду, поступающую на форсунку, добавлялись растворы сильных окислителей (перманганат калия и перекись водорода) для нейтрализации вредных газов. Химические

реагенты растворялись в ёмкости и за счет эжекции подавались в пневмофорсунку. При расходе реагентов (0,1 л/мин) и концентрации их в ёмкости ( КМпОч - Ъ% и Нг0г- 1%), а также производительности пневмофорсунки(2 л/мин ), концентрации химических реагентов на выходе из форсунки были соответственно 0,25$ и 0,05$. Увлажненный воздух далее попадает на решетки ударно-компенсационного фильтра (УКФ), на которых происходит осаздение пыли. Часть воздуха по обводным каналам возвращается на вход устройства. Регулирование количества воздуха, выдаваемого устройством и циркули-рупцего по обводным каналам, производится побудителем тяги и с помощью шиберов (Ш), установленных на выходе из устройства и на обводных каналах. Расход сжатого воздуха на каждом из эжектирую- , щих модульных устройств в зависимости от давления сжатого воздуха в пневмосети колебался от 0,02 до 0,03 м3/с, коэффициент эжекции их в АКОВ составлял 10-15. Аэродинамическое сопротивление установки составляет 2,6 киломюрга. Результаты исследования АКОВ по поглащению газов и очистки рудничного воздуха от пыли представлены в таблице.

Компонента | ЦЦК ¡Средневзвешенная концентрация! Эффектив-

рудничного |компо— }---™юи---очистки,

воздуха нента 1на рабочем! до ! после |

| ■ ! месте ! очистки ! очистки| %

I ! 2 ! 3 < 4 ! 5 ! ! 6

Пыль, мг/мэ 2,0 2,0 12,4 0,6 95,2

1,2 8,2 0,6 92,7

С02, % 0,5 0,1 0,1 0,1

од 0,1 0,5

0,1 0,1 0,5

°2< * 20,0 20,3 20,1 20,6

20,3 20,7 20,0

20.3 20,6 20,3

2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6

0, ,0017 нет 0,0010 0,0005 50,0

нет 0,0020 0,0015 25,0

нет 0,0010 0,0010 0,0

0, ,00026 нет 0,00150 0,00041 72,7

нет 0,00052 0,00012 76,9

нет 0,00035 0,00022 37,1

0, ,0017 нет 0,01075 0,00316 70,6

нет 0,00538 0,00223 57,6 '

0,00223 0,00243 25,9

СО, %

1Л/0*

СОусл.• *

Лдл определения газодинамики работы АКОЗ били проведены замеры концентрации газов от момента их достижения установки до полного проветривания (с интервалом 3 мин) с помощью лабораторных анализов и газохимнческпми анализаторами типа ГХ. Результаты СО уел с/а замеров приведены

з виде графика на рис. 5.

Кривая (I) соответствует изменению концентрации газов по условной окиси углерода до установки, кривая (2) - после установки. Прямая (3) отобратлет предельно допустимую величину концентрации газов по условной окиси углерода. Применение АКОВ в рециркуляционной подсистеме позволяет получить эффективность очистки рудничного воздуха от пнли до 0,952 и по условной окиси углерода до О.^Сб с пронзводителт-ноотьп установки до 2,0 мэ/с.

15 Ь 9 12 15 ТьНии

ас. 5. Изменение концентрации вредных газов.

Четвёртая глава работы посвящена опытно-промышленной проверке рециркуляционного способа проветривания и его технико-экономической оценке. На руднике Текелл принята, в основном, ортовая, но есть и штрековая схема подготовки камер к добычным работам. Рециркуляционное проветривание возможно в обоих случаях. При использовании существующих выработок рециркуляционный способ проветривания реализуется, в основном, лишь при расположении рабочей выработки в рециркуляционном потоке. Схема вентиляционных выработок с использованием существующих выработок представлена

на рис. 6. В этом случае рабочая выработка проветривается возвратной струей. При этом не используется благоприятный момент по скоростному режиму и предъявляются дополнительные требования по производительности АКОВ.

Однако, учитывая исключение затрат на проходку дополнительных выработок, указанная схема организации рециркуляционного проветривания представляется весьма перспективной. Определённая часть отработанного воздуха из орта скреперования (п), где производятся очистные работы, по южному вентиляционному штреку (ю) с помощью побудителя тяги через смежный орт скреперования (к) и северному вентиляционному штреку (с) возвращается на рабочую выработку (п). Проходя по обводным выработкам (ю, к, с), которые представлены обычно нерабочими выработками, воздух очищается, подсвежается

Рис. 6. Схема вентиляционных выработок с использованием существующих выработок.

чистой входящей струёй и поступает в рабочую выработку для повторного его использования. Часть отработанного воздуха удаляется по вентиляционному восстающему (ВВ) на вентиляционный горизонт. Регулирование на откаточных выработках возможно с помощью применения вентиляционной двери (а.с. .'6 1155771), а в ортах скреперова-ния можно производить с помощью эжекторного устройства из эжек-тирувщих модулей (а.с. № 1613639). Работа эжектирующих модулей проверялась как побудителей тяги и отрицательных регуляторов в выработках с разными условиями проветривания при различных давлениях сжатого воздуха на модуле. Результаты исследований приведены на рис. 7.

5 4 3

г 1 о

ч

•г Рис.

I о, "VС

При практическом применении рециркуляционного проветривания очистных забоев важное значение имеет организация контроля за параметрами рудничного воздуха в ч

рециркуляционном потоке после выхода из системы очистки и непосредственно в рабочей зоне. При использовании рециркуляционного способа проветривания в небольших подсистемах (две, три рабочие выработки), можно притенять периодический контроль параметров рудштой атмосферы, еженедельный контроль с отбором проб для лабораторного анализа газо-пылевой обстановки и ежесменный контроль со стороны ::нт.енерно-техничвского надзора с помощью крыль-чатого .ачемом»тга типа АС0-3 я гапотимшйского анализатора типа

Р, МП а

Изменение расхода воздуха в выработке при работе в ней этастирующего модуля.

ГХ. В крупных вентиляционных системах реализация рециркуляционного проветривания предопределяет использование автоматических средств контроля с выводом данных на диспетчерский пункт шахты. Для этой цели могут быть использованы термоэлектрические анемометры, автоматический пылемер, разработанный ВНИИцветметом (с пределами замеров от 0,2 до 50 мг/м3) аппаратура типа "Сигма-СО" в комплексе с сигнализатором кислорода СКП-1.

Рециркуляционный способ проветривания на руднике Теколи применялся при отработке камер 159-Ш, 1-2 п/э; 142-П-1У, I п/э; 116-П-1У 2 п/э. В результате применения рециркуляционного способа проветривания очистных забоев.в вышеперечисленных блоках получены следующие результаты. Очистка загрязненного воздуха осуществлялась в различных модификациях аппарата комплексной очистки. Влажность и температура потока воздуха, входящего в блок составили 80-83$ и 18-20°С, исходящего - 83-85$ и 20-22°С соответственно. Влажность и температура воздуха после АКОВ составила 85-88$ и 20-22°С соответственно. Количество воздуха, очищаемого в АКОВ,колебалось в пределах 0,7-2,1 м3/с. При этом коэффициент рециркуляции в схеме проветривания блока составлял 0,3-0,5, а коэффициент рециркуляции в АКОВ 0,2-0,6. Замеры запыленности воздуха проводились в процессе скреперования и дробления негабаритов на входящей струе, на рабочем месте скрепериста, до и после АКОВ еженедельно. Запыленность воздуха на входящей струе 'в блок находилась в пределах 0,3-0,6 мг/м3, на входе в АКОВ не превышала 8,2 мг/м3 при скреперовании и 38,6 мг/м3 при взрывных работах. Запыленность воздуха после его очистки не превышала 1,3 мг/м3, на рабочем месте скрепериста - 2,0 мг/м3. Эффективность очистки воздуха от пыли в АКОВ составляла 90-95$, а в рециркуляционной системе до 97$. Загазованность рудничного возду-

x.i B3î.:cpmcb до л поело MOD no время дробления негабаритов. Количество взрываемого ВЗ составляло 1,0-2,0 кг. На входящей струе п блок вредных газов по обнаружено. Максимальная загазованность гоздудл по условной окиси углерода при взрывных работах не препошп С,ОМ,», поело оплетки она снижалась до 0,С032. Эффективность очистки воздуха от вредных газов по условной окиси углерода составляла 2B-7I,t,

Целесообразность рециркуляционного проветривания по экономическому фактору определена л сравнении с прямоточной вентиляцией. Стоимость проротртпчш en счёт обпешахтной депрессии слагаете'! пз капитальных л с-г.еплуатанлонннх затрат. Затраты на повторное использование рудничного воздуха, кроме того, включают в себя затраты на очистку воздуха и дополнительные расходы на принудительную рециркуляции. В результате анализа структуры затрат прямоточного и гсипр!!улятшошюго способов проветривания получено уравнение экономической эффективности:

• Пгеш-2}(к, + кг + ко, (I?)

где: П< - затраты на вентиляцию по электроэнергии, тыс.руб.;

Пг - затраты на тепловую энергию для подогрева воздуха в зимнее время, тыс.руб.; 6Ш - общерудничннй коэффициент рециркуляции; Zj - суг>ет затрат npiî эксплуатации подсистем; J - количество репиркуляпионгпх подсистем; Hf - затраты на изготовление АКОВ, тыс.руб.; Кг - затраты на материалы при эксплуатации АКОВ, тыс.руб.; К и - энергетические затраты работы АКОВ, тис. ГУб.

Анализируя затраты по вышеуказанным статьям, на примера рудника Текели, можно констатировать, что применение рэциркуляцяон-ного способа проготрнгзлння г.. очястннх забоях позволяет получить голого;: эконсмкчгсч:'.^ п 4,0-Т5,0 тис.губ,

- 23 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённых исследований и разработок решена актуальная научно-техническая задача обеспечения нормальных атмосферных условий труда на рабочих местах при снижении количества подаваемого свежего воздуха и уменьшении выброса вредных примесей в атмосферу за счёт повторного использования воздуха.

Основные научные выводы я практические результаты сводятся к следующему,

1. Разработаны и обоснованы требования к вентиляционным сетям на основе взаимоувязки шахтной вентиляционной сети с рециркуляционной подсистемой.

2. На основе исследования пылегазотемпературного режима проветривания очистных забоев получены зависимости по расчёту максимально допустимой величины коэффициента рециркуляции по основным газовым компонентам, вредным примесям и термодинамическим параметрам. Последующий расчёт должен вестись на основе минимального из полученных значений коэффициента рециркуляции.

3. Установлено, что применение рециркуляционного способа проветривания при отработке месторождений в условиях возможного самовозгорания руд. и пород является профилактической мерой от возникновения и развития эндогенных пожаров.

4. Доказана возможность рециркуляционной очистки воздуха на простых очистных устройствах с достижением необходимой степени очистки.

5. Разработан способ очистки рудничного воздуха, заключающийся в возврате части очищенного воздуха через дополнительный обводной канал на вход в то же самое очистное устройство, обеспечивающий высокую эффективность очистки воздуха при использовании простых средств очистки, имеющих недостаточную эффективность.

Способ обеспечивает возможность оперативного управления количеством очищенного воздуха и степенью его очистки. Это позволяет организовать работу системы очистки в зависимости от выполняемых технологических операций в проветриваемых выработках.

6. Разработана конструкция аппарата комплексной очистки воздуха, использующего систему рециркуляции внутри аппарата посредством обводных трубопроводов, выполненных по простой параллельной схеме компоновки рециркуляционных потоков. Предлагаемая конструкция позволяет значительно увеличить эффективность очистки рудничного воздуха при использовании ударно-компенсационного фильтра. Получена эффективность очистки воздуха, в аппарате комплексной очистки воздуха по пыли 95$, по условной окиси углерода -71!?, при производительности до 2,0 м3/с.

7. Разработаны методические положения для выбора и подготовки участков вентиляционных сетей к рециркуляционному проветриванию.

8. Разработана методика расчёта и оценки целесообразности и эффективности подсистем с повторным использованием воздуха и систем очистки.

9. Полученные результаты использованы при составлении "Временной методики по расчёту подсистем проветривания .с повторным использованием воздуха при рециркуляционной его очистке", при внедрения рециркуляционного провятррвания очистных'забоев рудника Текели ТСЦК с годовым эконокйческим эффектом 4,2 тыс.руб. на одну установку.

Основные положения диссертация опубликованы в следущих работах.

I. A.C. :Ь 115",771. Вентиляппочнач дв?ръ, Щ'Д АН КазССР, автор, изобр.. гС.Н.Емгс.ч, Е,Е,Вт?.чнког!!"П и лр.,опубл. в TV 1985, 18,

- 25 -

. 2. A.C. № I28333I, Устройство для улавливания просипи и шли при заряжении скважин. ЕНИИцветмет, авт.изобр. Ф.Г.Шешенл, Б.Г.Мальцев, Ю.Н.Болгов и др., опубл. в БИ, 1987, № 8.

3. A.C. № 1546660. Зжектирунцее модульное устройство. 11ГД АН КазССР, авт.изобр. В.Ф.Слепых, Г.И.Селиванов, Е.В.Вязников-цев, Ю.Н.Болгов, опубл. в БИ, 1990, В 8.

4. A.C. I6I3639. Эжекторное устройство. ИГД АН КазССР, авт.изобр. В.Ф.Слепых, Г.И,Селиванов, Е.В.Вязниковцев, Ю.Н.Болгов, опубл. в БИ, 1990, J» 46.

5. Способ рециркуляционной очистки коз чуха. ИГД АН КазССР, авт.изобр. В.Ф.Слепых, Ю.Н.Болгов, Е.В.Вязниковцев, заявка

№ 4778324/03 от 08.01,90, положительное решение от 13.03.91.

6. Г.К.Рязанцев, Ю.Н.Болгов, А.И.Кокетаев. Термодинамика рудничной атмосферы при рециркуляционном способе проветривания очистных забоев. //Комдлеконое использование минерального сырья, Алма-Ата, 1989, № 5, о. 34-37.

7. Ю.Н.Болгов, В.Ф.Слепых, Е.В.Вязниковцев. Применение ударно-компенсационного фильтра для очистки воздуха в горных выработках. //Сб.: "Аэрология калийных рудников". Материалы регионального семинара (АН СССР, УрО ПНИ, Горный институт). Свердловск, 1990, с. 98-101.

8. В.Ф.Слепых, Г.И.Селиванов, Е.В.Влзниковцев, Ю.Н.Болгов. Эжектврувдее модульное устройство. //Сб.: "Аэрология калийных рудников", Свердловск, 1990, о, 106-109.

9. Ю.Н.Болгов, А.И.Кокетаев, Учёт термодинамики при повторном использовании воздуха, //Об.: "Азролпгич калийных рудников",

Сврццловск, 1990, о. Ш-Ш.

10. л,ф,Слепых, Ю,Н,Волгой, E.P.B^inroKtPS. Способ ретгар-

еулипиотноч очвотки впт)д?хп. //ГРЦ'-vj рйспу&1пкяпск0й

научно-технической конференции " электрофикация машин и роботн-запил процессор, добычи руд подземным способом", Алма-Ата, 1990, с. :;5-£б.

II. В.'Р.Слепых, Ю.Н. Болгов, Е.В.Вязниковцев, В,Н.Кустов, Б.М.Мун. с'яектируюн'ие модульные устройства ЗМУ-1, ЭМУ-2. //Каз-НИЖТЛ, 1991, 100-91, 4 с. °

17:. Е„ ¿.Слепых, Ю.Н.Болгов, В.Н.Кустов, Е.В.Вязниковцев, Б.М.Мун. Установка для очистки воздуха от вредных примесей. //КлзН'.ЗЗГО!, 1991, » 99-91, 4 с.

13. В.¿.Слепит, Ю.Н.Болгов, В.Н.Кустов, Е.В.Вязниковцев, В.'ь.Мук, Способ рециркуляционной очистки воздуха при повторном его лепплъзогашш дал проветривания горних выработок, //КазНИИНТИ, !1ГЛ АЧ Кя~ССР, Алма-Ата, 1991, 20 с.

'МчАЗ 7<; ТИРАЖ юо

;л г ПГП ЛИ Р*сл:,Ъпуки Ка.-чхстяи