Способ формирования вентиляционной сети для регулирования теплового режима россыпных шахт криолитозоны

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для формирования вентиляционной сети и регулирования теплового режима (РТР) круглогодичных россыпных шахт криолитозоны. Способ формирования вентиляционной сети для РТР россыпных шахт криолитозоны, включающий проведение теплоаккумулирующих выработок (ТАВ) по погребенным льдам и высокольдистым породам, использование вскрывающих выработок и вентиляционных скважин, пробуренных с поверхности. При этом горизонтальную подводящую ТАВ проводят от вентиляционного наклонного ствола 1 по погребенным льдам и высокольдистым илам выше уровня кровли продуктивного пласта песков до границы шахтного поля 3, после чего по контуру шахтного поля 3 над вентиляционным штреком 4 проводят граничную ТАВ 5, равную длине вентиляционного штрека 4, в которых за счет теплообменных процессов с поверхностью выработок происходит охлаждение вентиляционной струи в теплое время года, а в зимние периоды - нормализация холодного воздуха до температуры породного массива. Затем проводят вентиляционные скважины 7, соединяющие ТАВ 5 с вентиляционным штреком 4, через которые производят проветривание очистного забоя и, по мере отработки шахтного поля, проветривание очистных выработок 8 путем чередования схем по секционному способу, а именно нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ 2 по вентиляционным скважинам 7 в очистные забои и нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ 2 в ограниченные перемычками 11 отработанные камеры 9 с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам 10 в очистные забои. Отработанный воздух выводят по направлению движения общешахтной струи по транспортному наклонному стволу 12 на поверхность. Техничесий результат - обеспечение направленного регулирования теплового режима россыпных шахт криолитозоны с использованием теплообменных выработок в течение всего срока службы шахты. 1 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для формирования вентиляционной сети и регулирования теплового режима круглогодичных россыпных шахт криолитозоны.

Известен способ регулирования теплового режима (РТР) шахт с помощью энергетических установок для подогрева или охлаждения вентиляционного воздуха (см. SU№1663197, кл. Е21F 1/00, опубл. 15.07.1991), при котором поступающий в шахту воздух с положительными температурами в летнее время охлаждают с помощью охладительных установок, а в зимнее время - подогревают с помощью калорифера.

Недостатками известного способа являются значительные затраты на доставку оборудования, высокое потребление электроэнергии, а также низкая эффективность энергетических установок.

Известен способ вентиляции и РТР шахт в летний период с помощью вентиляционных скважин, при котором через пробуренные с земной поверхности скважину подают в горные выработки атмосферный воздух (см. Шерстов В. А., Киселев В. В., Хохолов Ю. А. Выбор рациональных режимов эксплуатации вентиляционных скважин в летний период // Тепловой режим россыпных шахт криолитозоны. Издательство ЯНЦ СО РАН – Якутск, 2007 г. – С. 232-233).

Однако прогрессирующее оттаивание устьевой части вентиляционных скважин в летний период и намерзание на стенках сконденсированной из воздуха влаги, а также вытаивание мерзлых пород с образованием утолщений «манжет», а иногда и ледяных пробок, приводят к резкому уменьшению их диаметра и пропускной способности.

Известен способ РТР шахты, включающий обеспечение требуемых параметров с помощью теплоаккумулирующих выработок (ТАВ), пройденных по породам, приуроченным по плотику (см. Шерстов В. А., Киселев В. В., Хохолов Ю. А. Использование особенностей строения россыпей Заполярья в целях охлаждения рудничного воздуха // Тепловой режим россыпных шахт криолитозоны. Издательство ЯНЦ СО РАН – Якутск, 2007 г. – С. 206-210).

Недостатками известного решения являются значительная протяженность ТАВ и необходимость их усиленного крепления.

По способу РТР шахты в условиях многолетней мерзлоты (см. RU№2198294, кл.Е21F 1/00, опубл. 10.02.2003), включающего проведение ТАВ и подачу по ним в шахту атмосферного воздуха для подогрева его зимой и охлаждения летом, между ТАВ проводят соединительную выработку, в которой устанавливают регулируемое по сечению вентиляционное окно. Через это окно подают в шахту атмосферный воздух в весенне-осенний периоды, когда значение температур воздуха приближаются к значениям температур массива горных пород, окружающих горные выработки шахты и РТР не требуется.

При этом известное решение малоэффективно при проветривании в весенне-осенний период из-за короткого срока времени, когда температура атмосферного воздуха соответствует температуре породного массива.

Способ формирования вентиляционной сети для РТР шахты в условиях многолетней мерзлоты (см. RU№ 2279548, кл. Е21F 1/00, опубл. 10.07.2006) включает возможность использования в качестве ТАВ ранее отработанных выведенных из эксплуатации горных выработок.

Однако, подобные выработки, в большинстве случаев, не имеют необходимую длину или теплообменную поверхность.

Известен способ РТР шахты, включающий проведение наклонных ТАВ по погребенным льдам и по породному массиву для охлаждения вентиляционной струи, поступающей в россыпные шахты (см. Журкович В.В. Использование погребенных льдов высокольдистых илов для охлаждения вентиляционной струи в россыпных шахтах // Разработка месторождений полезных ископаемых Крайнего Севера: Сб. науч. Тр. / АН СССР. Сиб. отд. Якут.фил. Ин-т физико-техн. проблем Севера. – Якутск, 1980. – С. 22-25. Библиогр.: с.25).

Недостатками известного технического решения являются:

- низкая эффективность, т.к. основная масса охлаждаемого воздуха проходит по породному массиву с невысокой теплоемкостью и низким содержанием льда (10-25 %);

- отсутствие возможности локального (секционного) проветривания конкретного очистного забоя;

- при проветривании через вентиляционный ствол потребуется дополнительное крепление устья наклонного ствола и наличие мощного вентилятора.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы системы РТР россыпной шахты.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в разработке рациональной схемы, а также технологии ее реализации для формирования вентиляционной сети, обеспечивающей направленное РТР, с использованием ТАВ в течение всего срока службы шахты.

Для решения поставленной задачи способ формирования вентиляционной сети для РТР россыпных шахт криолитозоны, включающий проведение специальных ТАВ по погребенным льдам и высокольдистым породам, использование вскрывающих выработок и вентиляционных скважин, пробуренных с поверхности, отличается тем, что горизонтальную подводящую ТАВ проводят от вентиляционного наклонного ствола по погребенным льдам и высокольдистым илам выше уровня кровли продуктивного пласта песков до границы шахтного поля, после чего, по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком проводят граничную ТАВ, равную длине вентиляционного штрека, в которых за счет теплообменных процессов с поверхностью выработок происходит охлаждение вентиляционной струи в теплое время года, а в зимние периоды - нормализация холодного воздуха до температуры породного массива, затем проводят вентиляционные скважины, соединяющие ТАВ с вентиляционным штреком, через которые производят проветривание очистного забоя и, по мере отработки шахтного поля, проветривание очистных выработок путем чередования схем по секционному способу, а именно, нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ по вентиляционным скважинам в очистные забои и нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ в ограниченные перемычками отработанные камеры с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам в очистные забои, после чего, отработанный воздух выводят по направлению движения общешахтной струи по транспортному наклонному стволу на поверхность.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Заявленное изобретение имеет следующие отличительные признаки:

- горизонтальную подводящую ТАВ от вентиляционного наклонного ствола по торфам, включающий погребенные льды и высокольдистые илы, проводят до границы шахтного поля, затем по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком проводят граничную ТАВ, равную длине вентиляционного штрека, в которых за счет теплообменных процессов с поверхностью выработок происходит охлаждение или нормализация температуры вентиляционной струи;

- при формировании вентиляционной сети и РТР в летний период проводят вентиляционные скважины, соединяющие ТАВ с вентиляционным штреком, в которых исключается образование ледяных «манжет» и пробок в скважинах, а также обрушение стенок, так как нагнетаемый воздух забирается из ТАВ с постоянными отрицательными температурами шахтной атмосферы и пород. Таким образом, существенно повышается эффективность проветривания россыпных шахт и получают экономию на специальных мероприятиях по обустройству скважин в летний период в случаях их проходки с поверхности (обсадка скважин металлическими трубами, устройства защитных экранов от дождя, снега и солнца и др.);

- чередование схем секционного проветривания очистных выработок: 1) нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ по вентиляционным скважинам (ВС) в очистные забои (ОЗ) (ТАВ–ВС–ОЗ); 2) нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ в ограниченные перемычками отработанные камеры с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам в очистные забои (ТАВ - Отраб. камера – Вент.трубопровод – ОЗ) и последующим выводом отработанного воздуха по направлению движения общешахтной струи по транспортному стволу на поверхность. Чередование схем проветривания дает возможность экономного использования электрический энергии и восстановления температурного режима ТАВ.

Заявленное техническое решение поясняется чертежом, где на фигуре схематически показана в аксонометрии россыпная шахта, отрабатывающая мерзлую глубокопогребенную россыпь камерно-лавной системой с РТР с использованием ТАВ.

Условные обозначения, принятые на чертеже:

1 – вентиляционный наклонный ствол; 2 – подводящая теплоаккумулирующая выработка; 3 – граница шахтного поля; 4 – вентиляционный штрек; 5 – граничная теплоаккумулирующая выработка; 6 – вентиляторы местного проветривания; 7 –вентиляционные скважины; 8 –очистные выработки; 9 –отработанные камеры; 10 – вентиляционные трубопроводы; 11 – перемычки; 12 – транспортный наклонный ствол.

Реализацию заявленного изобретения на практике осуществляют следующим образом.

На начальном этапе формируют вентиляционную сеть россыпной шахты, для чего, от вентиляционного наклонного ствола 1, по погребенным льдам и высокольдистым илам проводят горизонтальную подводящую ТАВ 2 до границы шахтного поля 3, затем по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком 4 проводят граничную ТАВ 5 равную длине вентиляционного штрека.

Проветривание очистных выработок производят следующим образом: атмосферный воздух, всасываемый из вентиляционного наклонного ствола, охлаждаясь или нормализуясь до температуры породного массива (в зависимости от времени года) в подводящей и граничной ТАВ, с помощью вентиляторов местного проветривания 6 нагнетается по ВС 7, пробуренным от вентиляционных штреков до ТАВ, непосредственно в очистные выработки 8 и в создающиеся по мере разработки шахтного поля в отработанные камеры 9. Воздух, нагнетающийся из ТАВ в отработанные выработки, через вентиляционные трубопроводы 10 в перемычках 11 подается в очистные выработки. При этом, проветривание производится с чередования схем секционного проветривания очистных выработок: 1) нагнетанием вентиляционной струи с ТАВ по вентиляционным скважинам в очистные забои (ТАВ–ВС–ОЗ); 2) нагнетанием вентиляционной струи с теплоаккумулирующих выработок в ограниченные перемычками отработанные камеры, с дальнейшей подачей по вентиляционным трубопроводам в очистные забои (ТАВ - Отраб. камера – Вент. трубопровод – ОЗ). Общешахтная вентиляционная струя воздуха, нагнетаемая в россыпную шахту по вентиляционному наклонному стволу, смешиваясь в вентиляционном штреке с охлажденным или нормализованным воздухом из ТАВ или отработанных камер, омывает действующие очистные выработки и выдается на поверхность по транспортному наклонному стволу 12.

Преимуществами способа формирования вентиляционной сети для РТР шахты являются:

- проведение ТАВ по породам с большим содержанием погребенных льдов и высокольдистых илов, которые обладают высокими теплообменными свойствами;

- исключение образование ледяных «манжет» и пробок в скважинах, а также обрушение стенок, так как нагнетаемый воздух забирается из ТАВ с постоянными отрицательными температурами шахтной атмосферы и пород. Таким образом, удается существенно повысить эффективность проветривания россыпной шахты и сэкономить на специальных мероприятиях по обустройству скважин в летний период в случаях их проходки с поверхности (обсадка скважин металлическими трубами, устройства защитных экранов от дождя, снега и солнца и др.);

- чередование схем секционного проветривания дает возможность экономного использования электрический энергии и восстановления температурного режима ТАВ в летний период;

- отработанная струя воздуха с отрицательной температурой способствует повышению устойчивости породного массива транспортного наклонного ствола шахты в летний период;

- ТАВ, пройденную по льду и скважины, после использования по прямому назначению можно задействовать для установки реперов для проведения наблюдений за сдвижением породного массива, а в высокомеханизированных россыпных шахт, при условии применения столбовой системы с обрушением на механизированные крепи и наличии трудноразрушаемых кровель, осуществлять принудительное обрушение кровли с помощью взрывных скважин пробуренных с ТАВ. Таким образом, значительно расширяется область использования ТАВ.

Способ формирования вентиляционной сети для регулирования теплового режима россыпной шахты, включающий проведение теплоаккумулирующих выработок по погребенным льдам и высокольдистым породам, использование вскрывающих выработок и вентиляционных скважин, пробуренных с поверхности, отличающийся тем, что горизонтальную подводящую теплоаккумулирующую выработку проводят от вентиляционного наклонного ствола выше уровня кровли продуктивного пласта до границы шахтного поля, затем по контуру шахтного поля над вентиляционным штреком проводят граничную теплоаккумулирующую выработку, равную длине вентиляционного штрека, соединяемые впоследствии проводкой вентиляционных скважин, через которые проветривают очистной забой и, по мере отработки шахтного поля, очистные выработки путем чередования по секционному способу нагнетания вентиляционной струи с теплоаккумулирующих выработок по вентиляционным скважинам в очистные забои и в ограниченные перемычками отработанные камеры с последующей подачей воздуха по вентиляционным трубопроводам в очистные забои, после чего отработанный воздух выводят по направлению движения общешахтной струи по транспортному наклонному стволу на поверхность.