Способ проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки пластов полезного ископаемого

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании выемочных участков (панелей и блоков) рудников. Способ включает подачу свежего воздуха в выемочный штрек, удаление отработанного воздуха из выемочного участка, предварительный расчет минимальной и максимальной тепловых депрессий h_{e min} и h_{e max}, возникающих между выемочным и вентиляционными штреками h_e2 и h_e3 и между выемочным и конвейерным штреками h_e1 соответственно. Устанавливают переносную вентиляционную перемычку в выемочном штреке за парой сквозных отработанных камер, следующих за тупиковой камерой, и при последующей отработке выемочного участка в выемочном штреке перемещают за сквозные отработанные камеры, следующие за тупиковой камерой, и устанавливают переносные вентиляционные перемычки в сквозных отработанных камерах, расположенных перед первой парой сквозных отработанных камер. Количество изолируемых сквозных отработанных камер определяют в зависимости от воздухораспределения с учетом действия тепловых депрессий, возникающих при нормальном режиме проветривания с учетом содержания газов, выделяющихся с поверхности горных выработок, и при возникновении пожара. Подают воздух вентилятором местного проветривания по основному трубопроводу в тупиковую камеру и по дополнительному трубопроводу, расположенному перед тупиковой камерой, в выемочном штреке, в сквозной отработанной камере, расположенной сразу за тупиковой камерой, либо в вентиляционном штреке. Удаляют отработанный воздух через выемочный штрек, сквозную отработанную камеру, расположенную за тупиковой камерой, в вентиляционный штрек либо через скважины, пробуренные в целике между тупиковой камерой и соседней сквозной отработанной камерой, расположенной за тупиковой камерой. Технический результат заключается в возможности применения способа для проветривания выемочных участков, расположенных как по падению, так и по восстанию пласта, и в обеспечении безопасности и эффективности проветривания, в том числе и при возникновении пожара в конвейерном штреке, за счет создания дополнительных условий для удаления загрязненного воздуха и исключения его рециркуляции, а также попадания воздуха, содержащего метан в конвейерный штрек, в котором находятся горнорабочие. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании выемочных участков (панелей и блоков) рудников.

Известен способ проветривания тупиковой выработки рудника или шахты, включающий подачу воздуха по сквозной горной выработке, забор части воздуха вентилятором местного проветривания и подача его по вентиляционному трубопроводу в тупиковую горную выработку. Часть потока воздуха, проходящего через вентилятор местного проветривания, направляют через вентиляционный тройник в расположенный в сквозной горной выработке дополнительный трубопровод, снабженный на выходе конфузором с изменяемым выходным сечением, с помощью конфузора формируют струю воздуха, выводящую за счет эффекта эжекции окружающий и загрязненный воздух, исходящий из тупиковой горной выработки по ходу движения потока воздуха в сквозной горной выработке, при этом длину дополнительного трубопровода определяют в зависимости от геометрических размеров сквозной и тупиковой горных выработок, необходимого для проветривания объема воздуха и характеристик вентилятора местного проветривания (патент RU №2648788, опубл. 28.03.2018).

Недостатки известного способа:

1. В исходящем из тупиковой выработки воздухе метан (является легче воздуха) будет скапливаться у кровли в верхней части горных выработок, поэтому воздух, исходящий из дополнительного трубопровода будет удалять далее в выемочный штрек часть воздуха не содержащего метан.

2. В способе не учтено воздухораспределение между другими горными выработками и в добычном участке в целом, в связи с чем нельзя определить дальнейшее попадание в зону нахождения людей метано-воздушной смеси и загрязненного воздуха.

Известен способ проветривания тупиковой выработки, включающий подачу свежего воздуха в призабойное пространство выработки по нагнетательному трубопроводу и удаление пыли и газа по вентиляционному ставу, соединенному с пылеотсасывающим вентилятором комбайна, через заранее пробуренные в целике скважины в соседнюю отработанную выработку. При движении комбайна гибкий трубопровод вытягивается из скважины, обеспечивая непрерывное удаление загрязненного воздуха из рабочей зоны выработки в ранее пройденную. В моменты обнажения комбайном новых скважин гибкий трубопровод перепускают в эти вскрытые скважина, при этом ранее использованные закладывают породой (Земсков А.Н., Кондрашев П.И., Травникова Л.Г. Природные газы калийных месторождений и меры борьбы с ними. Пермь, 2008. стр. 323-325).

Недостатки известного способа:

1. Обязательное наличие и функционирование системы пылеочистки. При низкоэффективной очистке от пыли или износе системы пылеочистки трубопровод, отводящий воздух из рабочей зоны может быть засорен пылью в результате чего прекратится выдача воздуха из рабочей зоны и остановка процесса добычи.

2. В способе рассматривается тупиковая выработка отдельно, вне всей системы проветривания добычного участка. В таком случае невозможно определить в какую сторону начнет поступать исходящий по трубопроводу воздух и исключить вариант реверсии загрязненной струи обратно в камеру, например, за счет действия естественной тяги (тепловой депрессии), действующей между вентиляционным и транспортным (выемочным) штреками.

3. Необходимость размещения на всем протяжении тупиковой выработки двух трубопроводов, что осложняет движение самоходного транспорта.

4. Увеличение количества используемых трубопроводных вентиляционных ставов.

5. Обязательное наличие и применение самоходных бурильных установок.

Известен способ проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки пластов полезного ископаемого, расположенного по падению пласта, в котором подают свежий воздух в выемочный штрек, устанавливают вентиляционную перемычку на выемочном штреке за рабочими камерами, отработанный воздух из которых удаляют по вентиляционным сбойкам в конвейерно-вентиляционный штрек, предварительно осуществляют расчет минимальной и максимальной тепловых депрессий h_{e min} и h_{e max}, соответственно, возникающих между выемочным штреком и вентиляционными сбойками а также между выемочным и заглубленным конвейерно-вентиляционным штреками, как функций от минимальной и максимальной величин разностей высотных отметок между местом отработки рабочих камер и местом выхода воздуха из выемочного штрека в уклон ΔH_min и ΔH_max, соответственно, при этом в процессе увеличения количества отработанных камер и при достижении величины тепловой депрессии, равной h_{e min} , перемычку демонтируют, а при достижении величины тепловой депрессии, равной h_{e max} , перемычку устанавливают вновь (патент RU №2529459, опубл. 27.09.2014).

Недостатки известного способа:

1. Способ применим только для проветривания выемочных участков, расположенных по падению пласта.

2. Удаление загрязненного воздуха осуществляется через конвейерный (конвейерно-вентиляционный) штрек. В связи с нахождением в этом штреке людей возникает проблема, связанная с подачей загрязненного (в том числе содержащем метан) воздуха.

3. При расчетах минимальной (h_{e min}) и максимальной (h_{e max}) тепловых депрессий учитывается только угол наклона выемочного участка относительно горизонта и не учитывается угол наклона отработанных и отрабатываемых камер относительно оси выемочного штрека.

4. Расчет тепловых депрессий, возникающих между выемочным штреком и вентиляционными сбойками, между выемочным штреком и заглубленным конвейерным штреком производится только с учетом изменения температуры воздуха, без учета изменения его плотности в ходе «разбавления» метана, выделяющегося с поверхности горных выработок.

5. Шахтную вентиляционную перемычку устанавливают только для предотвращения прохождения воздуха в конвейерный штрек, что не требуется при подаче в него свежего воздуха, т.е. когда он не используется по назначению – в качестве вентиляционного.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки пластов полезного ископаемого, расположенного по падению пласта, включающий подачу свежего воздуха в выемочный штрек, удаление отработанного воздуха по вентиляционным сбойкам в конвейерно-вентиляционный штрек, предварительный расчет минимальной и максимальной тепловых депрессий h_emin и h_emax, возникающих между выемочным штреком и вентиляционными сбойками h_e2 и h_e3 и между выемочным и заглубленным конвейерно-вентиляционным штреками h_e1 соответственно. Расчеты каждой из величин h_e2 и h_e3 проводят с учетом угла γ наклона камер относительно оси выемочного штрека, по результатам расчетов выбирают участки отработки выемочного штрека, для которых требуется проветривание, и осуществляют проходку конвейерно-вентиляционного штрека параллельно либо под углом к оси выемочного штрека, при этом нагнетание свежего воздуха в рабочие камеры осуществляют с помощью вентиляторов местного проветривания, выполненных с возможностью изменения производительности по мере отработки камер в зависимости от максимального h_emax и минимального h_emin значений величин h_e2 и h_e3 соответственно, а также при тупиковой проходке камеры и при сквозном ее проветривании в зависимости от угла γ (патент RU №2569647, опубл. 27.11.2015). Данный способ принят за прототип.

Недостатки известного способа, принятого за прототип:

1. Способ применим только для проветривания выемочных участков, расположенных по падению пласта.

2. Использование конвейерного штрека в качестве вентиляционного вызывает опасность для людей, находящихся в нем, вследствие поступления туда загрязненного, в том числе содержащего метан, воздуха.

3. Необходимо использовать вентилятор местного проветривания, изготовленного с возможностью изменения производительности (в основном частотного привода), что значительно сказывается на цене в виду необходимости применения привода во взрывозащищенном исполнении.

4. Расчет тепловых депрессий, возникающих между выемочным штреком и вентиляционными сбойками, между выемочным штреком и заглубленным конвейерным штреком производится только с учетом изменения температуры воздуха, без учета изменения его плотности в ходе «разбавления» метана, выделяющегося с поверхности горных выработок.

Задача изобретения - разработка безопасного и эффективного способа проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки пластов полезного ископаемого, расположенного и по падению и по восстанию пласта.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе

проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки пластов полезного ископаемого, включающем подачу свежего воздуха в выемочный штрек, удаление отработанного воздуха из выемочного участка, предварительный расчет минимальной и максимальной тепловых депрессий h_{e min} и h_{e max}, возникающих между выемочным и вентиляционными штреками h_e2 и h_e3 и между выемочным и конвейерным штреками h_e1 соответственно, по результатам расчетов выбирают режимы проветривания, нагнетание свежего воздуха в рабочую камеру осуществляют с помощью вентилятора местного проветривания, согласно изобретению устанавливают переносную вентиляционную перемычку в выемочном штреке за парой сквозных отработанных камер, следующих за тупиковой камерой, и при последующей отработке выемочного участка в выемочном штреке перемещают за сквозные отработанные камеры, следующие за тупиковой камерой, и устанавливают переносные вентиляционные перемычки в сквозных отработанных камерах, расположенных перед первой парой сквозных отработанных камер, при этом количество изолируемых сквозных отработанных камер определяют в зависимости от воздухораспределения с учетом действия тепловых депрессий, возникающих при нормальном режиме проветривания с учетом содержания газов, выделяющихся с поверхности горных выработок, и при возникновении пожара, подают воздух вентилятором местного проветривания по основному трубопроводу в тупиковую камеру и по дополнительному трубопроводу, расположенному перед тупиковой камерой, в выемочном штреке, в сквозной отработанной камере, расположенной сразу за тупиковой камерой, либо в вентиляционном штреке, удаляют отработанный воздух через выемочный штрек, сквозную отработанную камеру, расположенную сразу за тупиковой камерой, в вентиляционный штрек, либо через скважины, пробуренные в целике между тупиковой камерой и соседней сквозной отработанной камерой, расположенной за тупиковой камерой.

При этом количество, диаметр скважин и расстояние между ними, а также диаметр основного и дополнительного трубопроводов определяют по результатам расчетов воздухораспределения между горными выработками с учетом действия тепловых депрессий, возникающих при нормальном режиме проветривания с учетом концентрации газов, выделяющихся с поверхности горных выработок, и при возникновении пожара.

Заявляемый способ применим для проветривания выемочных участков, расположенных как по падению, так и по восстанию пласта и позволяет в обоих случаях обеспечить эффективность и безопасность при возникновении пожара в конвейерном штреке за счет создания дополнительных условий для удаления загрязненного воздуха и исключения его рециркуляции.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 показана схема проветривания выемочного участка заявляемым способом на начальном этапе отработки выемочного участка.

На фиг. 2 показана схема проветривания выемочного участка заявляемым способом при количестве отработанных камер более 2-х пар (в одну и другую сторону).

На фиг. 3 показан способ подачи воздуха в тупиковую выработку и выдача воздуха из дополнительного трубопровода в зону перед тупиковой камерой.

На фиг. 4 показан способ подачи воздуха в тупиковую выработку и выдача воздуха из дополнительного трубопровода в сквозную отработанную камеру.

На фиг. 5 показан способ подачи воздуха в тупиковую выработку и выдача воздуха из дополнительного трубопровода в вентиляционный штрек.

На фиг. обозначены:

1 – свежий воздух;

2 – выемочный штрек;

3 – вентилятор местного проветривания;

4 – основной трубопровод;

5 – забой;

6 – тупиковая камера;

7 – загрязненный воздух;

8 – уклон;

9 – конвейерный штрек;

10 – вентиляционный штрек;

11 – сквозная отработанная камера, расположенная сразу за тупиковой камерой 6;

12 – переносная вентиляционная перемычка;

13 – сквозная отработанная камера;

14 – дополнительный трубопровод;

15 – целик;

16 – скважина.

Способ применим для проветривания выемочных участков, расположенных и по падению и по восстанию пласта и осуществляется следующим образом.

При проветривании выемочного участка свежий воздух 1 поступает в выемочный штрек 2 (фиг. 1). Часть воздуха при помощи вентилятора местного проветривания 3 по основному трубопроводу 4 подается в забой 5 тупиковой камеры 6. После проветривания забоя 5 загрязненный воздух 7 снова поступает в выемочный штрек 2.

Также свежий воздух 1 поступает по уклону 8 в конвейерный штрек 9 и далее в выемочный штрек 2.

Для направления загрязненного воздуха 7 в вентиляционный штрек 10 на пути его движения в выемочном штреке 2 за сквозными отработанными камерами 11, расположенными сразу за тупиковой камерой 6 устанавливают переносную вентиляционную перемычку 12. При последующей отработке выемочного участка в выемочном штреке 2 перемещают перемычку 12 за сквозные отработанные камеры 11, следующие за тупиковой камерой 6 (фиг. 2). При количестве отработанных камер более 2-х пар (в одну и другую сторону) переносные вентиляционные перемычки 12 устанавливают в сквозных отработанных камерах 13, расположенных перед первой парой сквозных отработанных камер.

За счет этого создаются дополнительные условия удаления воздуха из конвейерного штрека 9 в вентиляционный штрек 10.

Для создания дополнительных условий для удаления загрязненного воздуха 7 и исключения рециркуляции его из вентилятора местного проветривания 3 помимо основного трубопровода 4 выходит дополнительный трубопровод 14, который «выбрасывает» воздух либо в выемочный штрек 2 в зону перед тупиковой камерой 6 (фиг. 3), либо в сквозную отработанную камеру 11, расположенную сразу за тупиковой камерой 6 (фиг. 4), либо через нее в вентиляционный штрек 10 (фиг. 5), либо через скважины 16, пробуренные в целике 15 между тупиковой камерой 6 и сквозной отработанной камерой 11, расположенной сразу за тупиковой камерой 6. При наличии скважин 16 для загрязненного воздуха 7 появляется кратчайший путь движения через сквозную отработанную камеру 11 в вентиляционный штрек 10. Из-за отсутствия механических препятствий по ходу движения загрязненного воздуха 7 исключается возможность засорения пылью скважин 16. При этом не требуется размещения в тупиковой выработке двух трубопроводов.

Для повышения эффективности и безопасности способа проветривания предварительно осуществляют расчет прогнозируемого значения тепловых депрессий h_{e min} и h_{e max}, возникающих между выемочным и вентиляционными штреками h_e2 и h_e3 и между выемочным и конвейерным штреками h_e1, соответственно, в нормальном и аварийном (при возникновении пожара в конвейерном штреке 9) режимах проветривания.

При расположении выемочного участка по восстанию пласта возникающие между выемочным 2 и вентиляционным 10 штреками, а также между выемочным 2 и конвейерным 9 штреками тепловые депрессии h_e1, h_e2 и h_e3 способствуют проветриванию (направлены согласно требуемому направлению движения воздуха), однако при возникновении пожара в конвейерном штреке 9 тепловая депрессия h_e1 изменит свое направление на противоположное и увеличится в несколько раз, в результате чего дымовые газы начнут поступать в тупиковую камеру 6. В связи с этим переносную вентиляционную перемычку 12 устанавливают в выемочным штреке 2 за сквозными отработанными камерами 11, расположенными сразу за тупиковой камерой 6.

Проветривание выемочного участка осуществляется по такому же способу, за исключением установки переносных вентиляционных перемычек 12 в сквозных отработанных камерах 13 (фиг. 2). Перемычки 12 устанавливают в сквозных отработанных камерах 13, если в результате расчетов установлено, что при их отсутствии дымовые газы будут поступать в тупиковую камеру 6.

Значения тепловых депрессий h_e1, h_e2 и h_e3 рассчитывают в зависимости от температуры, давления воздуха и разности высотных отметок между началом и концом горных выработок. При возможности определить количество и состав выделяемых из пласта газов, в расчетах учитывается их плотность, от которой зависят значения h_e1, h_e2 и h_e3.

Производительность вентилятора местного проветривания 3 выбирают из расчета возможности подавать воздух в тупиковую выработку 6 в требуемом объеме и обеспечивать выдачу воздуха из дополнительного трубопровода 14, способную исключить рециркуляцию загрязненного воздуха 7 в вентилятор местного проветривания 3 путем размещения дополнительного трубопровода 14 перед тупиковой камерой 6 в выемочном штреке 2 (фиг. 3), направления струи воздуха из него в сквозную отработанную камеру, расположенную сразу за тупиковой камерой 6 (фиг. 4), либо в вентиляционный штрек 10 (фиг. 5).

Месторасположение переносных вентиляционных перемычек 12 определяют на основании расчета по воздухораспределению между горными выработками.

Количество, диаметр скважин 16 и расстояние между ними, а также возможность их применения определяют по расчетам.

Расчет производится в зависимости от величины расчетного значения тепловых депрессий h_e1, h_e2 и h_e3.

При невозможности провести расчеты, определяющие значение h_e1, h_e2 и h_e3 переносные вентиляционные перемычки 12 устанавливают в указанных местах на протяжении всего процесса отработки выемочного участка.

Моделирование воздухораспределения в реальных условиях рудников показало, что при использовании заявляемого способа проветривания загрязненный воздух удаляется в вентиляционный штрек при меньшей производительности вентилятора местного проветривания и отсутствует рециркуляция загрязненного воздуха на свежую струю. При моделировании аварийной ситуации установлено, что при использовании заявленного способа, дымовые газы будут удаляться в вентиляционный штрек, не попадая в тупиковую камеру (где находятся горнорабочие).

1. Способ проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки пластов полезного ископаемого, включающий подачу свежего воздуха в выемочный штрек, удаление отработанного воздуха из выемочного участка, предварительный расчет минимальной и максимальной тепловых депрессий h_{e min} и h_{e max}, возникающих между выемочным и вентиляционными штреками h_e2 и h_e3 и между выемочным и конвейерным штреками h_e1 соответственно, по результатам расчетов выбирают режимы проветривания, нагнетание свежего воздуха в рабочую камеру осуществляют с помощью вентилятора местного проветривания, отличающийся тем, что устанавливают переносную вентиляционную перемычку в выемочном штреке за парой сквозных отработанных камер, следующих за тупиковой камерой, и при последующей отработке выемочного участка в выемочном штреке перемещают за сквозные отработанные камеры, следующие за тупиковой камерой, и устанавливают переносные вентиляционные перемычки в сквозных отработанных камерах, расположенных перед первой парой сквозных отработанных камер, при этом количество изолируемых сквозных отработанных камер определяют в зависимости от воздухораспределения с учетом действия тепловых депрессий, возникающих при нормальном режиме проветривания с учетом содержания газов, выделяющихся с поверхности горных выработок, и при возникновении пожара, подают воздух вентилятором местного проветривания по основному трубопроводу в тупиковую камеру и по дополнительному трубопроводу, расположенному перед тупиковой камерой, в выемочном штреке, в сквозной отработанной камере, расположенной сразу за тупиковой камерой, либо в вентиляционном штреке, удаляют отработанный воздух через выемочный штрек, сквозную отработанную камеру, расположенную сразу за тупиковой камерой, в вентиляционный штрек, либо через скважины, пробуренные в целике между тупиковой камерой и соседней сквозной отработанной камерой, расположенной за тупиковой камерой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество, диаметр скважин и расстояние между ними, а также диаметр основного и дополнительного трубопроводов определяют по результатам расчетов воздухораспределения между горными выработками с учетом действия тепловых депрессий, возникающих при нормальном режиме проветривания с учетом концентрации газов, выделяющихся с поверхности горных выработок, и при возникновении пожара.