Методы нормализации температурного режима рудничного воздуха

Мероприятия по нормализации температурного режима руд­ничного воздуха можно разделить на два типа:

1) теплотехнические, основанные на применении различных технических средств для по­нижения или повышения температуры воздуха, подаваемого в под­земные выработки;

2) горнотехнические, основанные на нормализа­ции температурного режима рудничного воздуха путем применения соответствующих схем вскрытия месторождений, вентиляции, сис­темы разработки, параметров воздушной струи и мероприятий по управлению интенсивностью тепловыделения различными источни­ками тепла.

Теплотехнические средства для понижения или повышения температуры воздуха, подаваемого в подземные выработки, отлича­ются друг от друга как по конструктивному исполнению, так и по схеме их расположения на поверхности и в подземных выработках.

Все воздухоохладительные установки можно разделить на четы­ре типа:

1) установки для охлаждения и подачи в шахту воздуха, смон­тированные на поверхности;

2) установки с размещением холодильного оборудования на по­верхности, а воздухоохладителей на глубоких горизонтах;

3) установки с размещением холодильного оборудования и воз­духоохладителей на глубоких горизонтах с отводом тепла конденса­ции на поверхность;

4) комбинированные установки.

Охлаждение воздуха осуществляют в теплообменниках (воздухоохладителях), представляющих собой систему трубопроводов, по которым циркулирует хладоагент, а между ними продувается с помощью вентилятора атмосферный или рудничный воздух. В каче­стве хладоноситсля применяют рассолы. При нагревании рудничного воздуха применяют калориферные установки.

Так как теплотехнические мероприятия являются весьма доро­гостоящими, то применять их следует только в том случае, когда исчерпаны возможности горнотехнических мероприятий.

К горнотехническим мероприятиям относятся:

• изменение скорости и расхода рудничного воздуха;

• выбор рациональной схемы проветривания;

• изоляция свежей вентиляционной струи от некоторых мес­тных источников тепла;

• уменьшение интенсивности или полное устранение источ­ников тепла и влаги;

• выбор рациональной системы разработки и технологии ве­дения очистных работ.

Целесообразность применения того или иного из пяти приведен­ных выше горнотехнических мероприятий определяется эффектив­ностью и экономическими показателями их применения. В большин­стве же случаев наибольшая эффективность достигается совокупным применением нескольких мероприятий с учетом конкретных усло­вий.

Наиболее распространенным методом понижения температуры рудничного воздуха является увеличение его расхода, что, естествен­но, связано с увеличением скорости его движения по выработкам. В этом случае количество тепла, выделяемого в подземных выработ­ках, приходится на большее количество воздуха, что способствует снижению его теплосодержания и температуры. Однако при этом увеличиваются коэффициент теплообмена и тепловыделение с по­верхности стенок горных выработок, поэтому эффективность этого метода зависит от начальной скорости движения воздуха. При скоро­сти воздуха более 7-8 м/с снижение его температуры из-за увеличения расхода компенсируется увеличением его температуры за счет повы­шения коэффициента теплообмена и тепловыделения с поверхности стенок горных выработок. Снижение температуры рудничного воз­духа путем увеличения его расхода целесообразно применять, если при этом скорость воздушной струи не превышает 7-8 м/с. При оптимизации скорости воздуха по экономическим затратам оказывается, что оптимальная скорость для выработок составляет 4-5 м/с, а для очистных забоев 3-4 м/с.

В ряде случаев, когда технически сложно или же экономически нецелесообразно обеспечить снижение температуры рудничного воз­духа, можно применять простое воздушное душирование рабочих мест, что интенсифицирует отбор тепла с поверхности тела горнора­бочих и в ряду случаев позволяет обеспечить баланс между тепловы­делением человека и его теплопотерями.

Применительно к разработке месторождений в условиях много­летней мерзлоты необходимо, наоборот, стремиться уменьшить ско­рость движения рудничного воздуха для предотвращения возможно­сти обмораживания и переохлаждения горнорабочих, уменьшения ореола оттайки горных выработок и повышения их устойчивости. С этой целью максимальное количество воздуха к рабочим местам под­ают лишь для проветривания после взрывных работ, а в остальное время расход и скорость рудничного воздуха снижают до минимально необходимых значений.

Снизить температуру рудничного воздуха можно путем приме­нения схемы проветривания рабочих мест, обеспечивающей сокра­щение длины пути движения воздуха к очистным забоям или переход к нисходящему проветриванию. Сокращение длины пути движения свежего воздуха может быть обеспечено при его подаче по специаль­ным скважинам большого диаметра, пробуренным с поверхности, к очистным забоям. Этот метод хорошо себя зарекомендовал при раз­работке глубоких горизонтов на шахтах Рура. При нисходящем про­ветривании свежий воздух поступает к рабочим местам по выработ­кам верхних горизонтов, где температура и влажность окружающего выработки массива значительно ниже, чем на более глубоких гори­зонтах. Отработанный воздух из очистных забоев подается к венти­ляционному стволу по откаточным выработкам. Этот метод сравни­тельно широко применяется как в России, так и за рубежом. Он позволяет, по сравнению с восходящим проветриванием, снизить температуру в очистных забоях на 1,5-2 К.

Нисходящая схема проветривания имеет положительные сторо­ны и применительно к разработке месторождений в условиях много­летней мерзлоты. При этом создаются более благоприятные температурные условия для рабочих откаточного горизонта, сохраняется мерзлое состояние и устойчивость пород, окружающих выработки, снижается возможность смерзания полезного ископаемого и интен­сивность его газовыделения при транспортировании по выработкам.

Изоляция свежей вентиляционной струи от местных источни­ков тепла может быть достигнута различными способами. Одним из них является нисходящее проветривание при обычной схеме транс­портирования горной массы или же наоборот — восходящее провет­ривание при транспортировании горной массы по вентиляционному горизонту (возможность реализации последнего весьма ограничена).

Весьма существенным резервом в снижении температуры руд­ничного воздуха является изоляция свежей струи от контакта с ма­гистральными трубопроводами сжатого воздуха, с теплыми подзем­ными водами и с транспортируемой горной массой. Для этого трубоп­роводы располагают в вентиляционных стволах и выработках венти­ляционного горизонта, водоотливные канавки оборудуют перекры­тиями, а время выдачи полезного ископаемого из очистных забоев на поверхность сокращают до минимума.

Для изоляции свежей струи от инженерных стационарных ис­точников тепловыделения (подъемные и водоотливные установки, трансформаторы, комбайны и другие машины и механизмы) осуще­ствляют обособленное проветривание машинных камер и подстанций с отводом отработанного воздуха на вентиляционный горизонт.

Уменьшение интенсивности шахтных источников тепла и влаги достигают заменой электрического и дизельного привода горных ма­шин на пневматический, осушением и охлаждением воздуха, пода­ваемого в подземные выработки с поверхности, заменой конвейерно­го транспорта рельсовым с применением большегрузных вагонеток, устранением капежа в выработках и изоляцией водоотливных кана­вок от прямого контакта с рудничным воздухом, снижением интен­сивности окислительных процессов при разработке сульфидных руд и угля путем уменьшения запыленности воздуха и скоплений пыли, а также заменой деревянной крепи и затяжки железобетонной или металлической.

Снижение температуры рудничного воздуха за счет выбора ра­циональной системы разработки и технологии ведения очистных вы­работок или выемочных блоков, перехода к обратной схеме их отработки, применения безлюдной выемки, закладки выработанного про­странства с отвердителями, имеющими минимальную теплоту гид­ратации, и рядом других способов.

В том случае, когда совокупность горнотехнических мероприя­тий не позволяет обеспечить нормативный температурный режим рудничного воздуха, применяют теплотехнические мероприятия, которые, как правило, значительно удорожают производство горных работ.