» » Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

19.08.2016

Схемы первой группы характеризуются тем, что образующиеся при подземной разработке зоны обрушения пород становятся причиной возникновения участков с активной аэродинамической связью (AAC) открытых и подземных выработок, приводящих к ухудшению (часто — к разрушению) принятого вентиляционного режима рудника, непредсказуемому проникновению вредных газов в карьер и рудник и к остановке горных работ.
Опыт комбинированной разработки Норильского, Зыряновского, Лениногорского, Высокогорского, Криворожского и других месторождений показывает, что при всасывающей схеме проветривания подсосы воздуха через зону обрушения составляют 30—60% дебита главных вентиляторов.
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

Поступление воздуха через зону обрушения настолько интенсивно и устойчиво, что в отдельных случаях этот путь используют в схеме вентиляции рудника. Так, на канадском руднике «Крейтон» свежий воздух для проветривания горизонтов выпуска получали через зону обрушения блоков, выходящую в борт карьера (рис. 11.1). По утверждению специалистов рудника, проветривание указанных выработок в этом случае более эффективно при наличии достаточно мощного вентилятора и принятия мер по очистке воздуха.
Однако в большинстве случаев наличие зоны обрушения, выходящей в карьерное пространство, создает условия, опасные для людей, работающих и в карьере, и в подземных горных выработках.
В этих условиях общепринятые методы расчета проветривания горных выработок не дают достоверных результатов, ибо такие базовые показатели, как депрессия главных вентиляторов, общешахтное сопротивление и другие не раскрывают действительного состояния аэродинамических процессов.
Главную сложность при расчете вентиляционных сетей и управлении воздушными потоками представляет учет влияния зон обрушения.
Задача здесь заключается не только в том, чтобы обеспечить необходимый воздухообмен в горных выработках путем создания соответствующих скоростей движения воздушных потоков, но и в предотвращении проникновения ядовитых и других вредных газов в подземные выработки из карьера и наоборот.
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

Управление проветриванием подземных выработок в этом случае, как показали исследования и практика, целесообразно производить комбинированным способом, т.е. посредством сочетания общего всасывающего и локального нагнетательного, где последний ввиду его меньшей экономической эффективности используется в минимальных объемах в качестве вспомогательного звена для создания в основном подпора в районе с AAC (рис. 11.2).
Опыт проветривания рудников Кривбасса показал, что подсосы воздуха через зоны обрушения составляли при всасывающем способе 63 %, при нагнетательном 51 %, при комбинированном 9 %.
Однако вследствие уменьшения при выпуске руды толщины отбитого слоя в зоне обрушения и изменения атмосферного давления в зимний период напор струи, нагнетаемой вспомогательным вентилятором, может оказаться недостаточным. В этом случае возникает эжекторный эффект, который только усиливает поступление воздуха из карьера через зону обрушения.
Такие явления отмечались на Лениногорском, Высокогорском, Зыряновском, Юкспорском и других рудниках.
Анализ накопленного материала по изучению практического опыта и научных исследований проблемы позволил выявить основные закономерности движения воздуха через массивы обрушенных пород.
Движение воздуха здесь рассматривается как фильтрация через пористую среду. Фильтрационные свойства этой среды зависят от гранулометрического состава обрушенных пород, размеров зерен, формы и шероховатости каналов.
Наблюдения и исследования последних лет показывают, однако, что решающее влияние на фильтрацию воздушного потока оказывают куски пород размерами менее 20—25 мм, а учет совокупности кусков с большими размерами повышает точность расчетов лишь на 1,5—2 %.
Установлено, что фактические значения сопротивления массива обрушенных пород фильтрации воздуха существенно отличаются от определяемых линейным уравнением Дарси.
Режим движения воздушного потока в зонах обрушений более адекватно описывается комбинированным уравнением на основе двучленного закона сопротивления, который в общем виде записывается следующей формулой:
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

где h —депрессия в массиве, Н/м2; R' и R" — соответственно линейная и квадратическая составляющие аэродинамического сопротивления участков обрушенного массива пород, Н*см-5 и H*с2*м-8; Q — расход воздуха через зону обрушения, м3/с.
Значения R' и R'' определяются экспериментально и зависят от параметров систем разработки, характеристик пород в зоне обрушения, аэродинамических показателей потока воздуха.
Так, в работах величины R' и R" предлагается определять по зависимостям
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

где μ — динамический коэффициент вязкости воздуха, Па*с; k — коэффициент проницаемости выработанного пространства, м2; L — длина пути фильтрации воздуха, м; S — площадь фильтрационного потока, м2; ρ — плотность воздуха, кг/м3; l — коэффициент макрошероховатости, м.
Решая уравнение (11.1) относительно утечек воздуха через зону обрушения, получают
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

Значения р: и р являются табличными данными, значения параметров L и S определяют по планам и разрезам горных работ, коэффициентов k и l — экспериментально.
Авторы работы, проанализировав большой объем опубликованных результатов экспериментальных исследований на мощных крутых пластах угольных месторождений, получили следующие зависимости изменения удельных аэродинамических сопротивлений r' и r'' по мере углубления горных работ:
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

где i — номер отрабатываемого подэтажа.
Один из путей снижения подсосов и утечек воздуха через зоны обрушения состоит в изоляции их от остальной рудничной среды посредством установки плотных перемычек, создания породных подушек в рудоспусках, восстающих, отработанных блоках и др.; другим путем является засыпка зон обрушения вскрышными породами карьера.
Однако в большинстве случаев эти меры не дают ожидаемого эффекта, особенно при всасывающем способе проветривания.
При нагнетательном способе проветривания, как правило, предотвращается проникновение вредных газов из карьера в подземные выработки как через зоны обрушения, так и через отдельные очистные и проходческие выработки, скважины трещины в массивах пород и др. Во всяком случае в районе с AAC подпорный вентилятор здесь работает по ходу струи (рис. 11.3).
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

Ho перевод подземного рудника полностью на нагнетательный способ проветривания требует больших капитальных затрат и может повлиять на рентабельность работы предприятия в целом.
Выходом из положения является сохранение общей всасывающей схемы и установка специальных вспомогательных нагнетательных вентиляторов в подземных выработках в ближайшем к зоне обрушения участке.
Впервые эта комбинированная схема вентиляции, названная «двухстадийной», была применена в блоке № 29 Центральной залежи при комбинированной разработке Лениногорского полиметаллического месторождения.
Позже эта схема получила широкое распространение. Например, при комбинированной разработке железных руд в бортах карьера № 1 Центрального ГОКа принята всасывающе-нагнетательная схема, показанная на рис. 11.2 и ставшая прототипом для рудников Кривбасса.
Возникают также особенности и в проветривании подземных очистных блоков вблизи откосов в борту карьера.
В этом случае вентиляционные выработки проводят до выхода в пространство карьера. На участке в период подготовки блока и отработки компенсационных камер сохраняется всасывающий способ проветривания.
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

На период ведения очистных работ с обрушением налегающих пород вблизи блока устанавливают нагнетательный вентилятор (рис. 11.4, 11.5).
В связи с близостью карьерного пространства возможны нарушения режима проветривания очистного блока вследствие образования над отдельными выпускными дучками зон с наименьшим аэродинамическим сопротивлением, куда устремляется весь поток нагнетаемого воздуха.
Восстановить ситуацию можно соответствующим регулированием выпуска руды из дучек. При торцевом выпуске отбитой руды из блока схема проветривания является более управляемой.
Анализируя ситуации проветривания рудников, имеющих зоны с активными аэродинамическими связями (ACC) с пространством карьеров, М.Ф Шнайдер и В.К. Вороненко классифицировали их по признакам сочетания способов проветривания с расположением вентиляционных выработок.
Получены три группы схем (рис. 11.6), которые авторы комментируют следующим образом,
«Группа А. С классическими исходящими путями (рис. 11.6).
A1 — всасывающий способ проветривания (главные всасывающие вентиляторы);
А2 — нагнетательный способ проветривания (секционный блоковый или главный нагнетательный вентилятор):
А3 — нагнетательно всасывающий способ проветривания Недостатком этих вариантов являются подсосы (газов) с карьера, обязательные при Al или возможные при А2 и А3. Для предупреждения проникновения газов с поверхности необходимо заведомо значительно увеличивать расход подаваемого на рабочие места воздуха q для разжижения газов Δq, проникающих с поверхности.
Вариант Al для данных условий неприемлем, так как в случае Qвс ≤ Δq свежий воздух в блок вообще не будет подаваться.
Проветривание рудника и карьера при наличии зон с активной аэродинамической связью с поверхностью

Наиболее предпочтителен вариант А3 с комбинированным способом проветривания. Установка на исходящей вентиляционной выработке вентиляционного окна позволяет регулировать поступление подсосов Aq и предотвращает «обратную» вентиляцию.
Группа Б. С «чердачными» исходящими путями (см. рис. 11.6), в этом случае вентиляционные выработки имеют сбойку с районом обрушения.
Б1 — всасывающий способ проветривания. Осуществляется через зону обрушения очистного пространства. Схема противоречит требованиям правил безопасности, запрещающим проветривание через обрушенное пространство.
Б2 — нагнетательный способ проветривания. Недостаток тот же, что и в предыдущем варианте, кроме того, возможно образование застойных зон. Так как сопротивление обрушенного массива может меняться в широких пределах, напор и производительность нагнетательного вентилятора должны постоянно изменяться, что осуществить невозможно.
Б3 — нагнетательно-всасывающий способ проветривания сочетает в себе недостатки вариантов Б1 и Б2.
Предложенные схемы не дают положительных результатов при самостоятельном применении, поэтому рекомендуют опробованные и внедренные в производство комбинированные схемы группы В.
Группа В. Комбинированные схемы, совмещающие классические и «чердачные» исходящие пути (см. рис. 11.6).
B1 — всасывающий способ проветривания осуществляется по двум параллельным каналам. При этом сопротивление исходящих путей уменьшается при дополнительной выработке, но депрессия из-за близко расположенной обрушенной поверхности может привести к значительным подсосам в исходящие пути.
В2 — нагнетательный способ проветривания. Его недостатками являются увеличение затрат на проведение дополнительной выработки и возможность подсоса в выработки днища блока.
В3 — нагнетательно-всасывающий способ проветривания является наиболее предпочтительным для участков с ААС. Он обеспечивает:
• надежность (всасывающий и нагнетательный способы могут дублировать друг друга на всех участках);
• безопасность (подсосы Aq в любом случае не попадают, на рабочие места);
• универсальность (наличие путей и способа всасывающего проветривания позволяет производить подготовительнонарезные работы при отсутствии нагнетательного вентилятора, что обеспечивает применение ранее описанного способа двухстадийной вентиляции, а установка вентиляционного окна на исходящих путях позволяет регулировать количество и напор воздуха, поступающего через днище блока в зону обрушенной руды и на дополнительные исходящие пути).
Этот способ можно назвать нагнетательно-всасывающим способом проветривания с дополнительной исходящей вентиляционной выработкой, проведенной выше уровня днища блока и имеющей сбойку с районом обрушения.
Комбинированный способ проветривания можно применить как на изолированных от откаточных выработок блоках, так и на блоках, днища которых располагаются на уровне кровли откаточных выработок».
Особенности технологий очистных работ в карьере и подземном руднике при их совмещении в пространстве и времени в пределах одного месторождения требуют повышенного внимания к проветриванию горных выработок после производства массовых взрывов.
Образующиеся при взрывах больших объемов руды как в карьере, так и в подземном руднике ядовитые газы лишь в незначительном количестве выбрасываются в атмосферу.
До 50—70% их адсорбируется в отбитой рудной массе или они заполняют пустоты в массиве руд и пород. При этом адсорбция (насыщение) газов отбитой массой происходит за несколько секунд, а десорбция — на протяжении десятков и сотен часов.
В том случае, когда массовые взрывы производят в очистных блоках, имеющих через зону обрушения аэродинамическую связь с поверхностью, на период проведения взрывов всех людей из подземных выработок выводят, отключают нагнетательные вспомогательные вентиляторы и проветривают рудник по цепи: поверхность — зона обрушения (отбитая руда) — горизонт доставки — откаточные выработки — вентиляционные выдачные стволы.
Таким образом, в данной ситуации отрицательное влияние подсосов через зону обрушения используется для полезной работы по проветриванию выработок подземного рудника после массового взрыва в нем.
Напротив, если массовые взрывы проводятся в карьере, включается схема всасывающе-нагнетательного проветривания на всю имеющуюся мощность с тем, чтобы предотвратить поступление газов через зону обрушения в подземные горные выработки.