Схема всасывания. Вентилятор отсасывает по трубам воздух, который содержит вредные примеси, а свежий воздух поступает по выработке. Схема применима в любых условиях при любом материале труб, кроне брезентовых.
Комбинированная схема. Проветривание здесь производится двумя вентиляторами. Основной вентилятор отсасывает воздух с взрывными газами, а вспомогательный нагнетает свежий воздух в призабойное пространство. Назначение нагнетающего вентилятора - интенсивное перемешивание свежего воздуха с газами взрыва. Нагнетающий вентилятор обычно устанавливают перед парусной или дощатой перемычкой. По мере продвигания забоя перемычку и вспомогательный вентилятор перемещают также. Расстояние ох перемычки до забоя принимается от 30 до 60 м. Конец всасывающих труб должен находиться от забоя на большем расстоянии, чем конец нагнетательных труб.
При комбинированной схеме проветривания можно обходиться и без перемычки. Вспомогательный вентилятор, в таком случае, устанавливает у устья выработки по аналогии с основным.
При проходке горноразведочных выработок, как правило, чаще всего применяют схему нагнетания. В значительной мере это объясняется материалом и качеством применяемых труб (брезентовые и металлические из кровельного железа), а также характером их соединений. Потеря воздуха в трубах и в местах соединений их здесь будут значительно меньшими, чем при схеме всасывания, где, кстати, матерчатые трубы вообще нельзя применять.
5.2. Оборудование и расчет вентиляции
Вентиляторы.
По роду используемой анергии вентиляторы могут быть с ручным приводом (ручные вентиляторы) и с механическим. Первые имеют довольно ограниченное применение - при проходке шурфов. Вентиляторы с механическим приводом более производительны и могут применяться для вентиляции любых горных выработок.
По принципу работы вентиляторы бывают центробежными и осевыми. Центробежные вентиляторы, как правило, более легкие, монтаж их и установка будут более простыми. Поэтому для вентиляции геологоразведочных выработок применяются преимущественно они.
Характеристика вентиляторов, применяемых для целей проветривания горноразведочных выработок, приводится в справочниках. Выбор вентилятора для конкретных условий проветривания рассматривается ниже.
Вентиляционные трубы
При вентиляции горных выработок применяют трубы матерчатые (брезентовые просмоленные или прорезиненные), текстовинитовые, пластикатные, железные и, в редких случаях, деревянные, диаметром 200, 300, 400, 500 и 600 мм.
Расчет вентиляции и выбор оборудования.
Потребность в свежем воздухе для целей вентиляции горных выработок может определяться по расходу взрывчатых веществ и объему ядовитых газов, которые выделяются при их взрыве
При взрывных работах в условиях подземных выработок применяются только те ВВ, при взрыве 1 кг которых образуется не более 40 л условной окиси углерода.
В соответствии с Правилами безопасности при всех способах и схемах вентиляции после взрывных работ в выработке необходимо подавать такое количество свежего воздуха, которое обеспечит разжижение ядовитых газов (условной окиси углерода) до концентрации 0,008% за время не более 30 минут. Время вентиляции можно увеличить только в том случае, если проветривание будет производиться в интервале между рабочим» сменами.
Количество воздуха, необходимое дня вентиляции выработки определяем по формуле:
Q=A*q*m*k/t
где:
А - количество ВВ, взрываемое за одну отпалку, кГ
q - объем условной окиси углерода, образующейся при взрыве каждого килограмма ВВ - 0,04 м8
m - коэффициент разжижения окиси углерода - 18500. Это отношение стопроцентной концентрации окиси углерода в начале вентиляции к допустимой в 0,008% в конце проветривания
k - коэффициент, предусматривающий потери воздуха в трубопроводе. Вне зависимости от длины трубопровода, потери воздуха не должны превышать 15%
t - время вентиляции - 30 минут.
Если вентиляция выработки входит в состав рабочей смены, то ее продолжительность не должна превышать 30 мин. При соответствующей организации работ вентиляция выработки может быть вынесена за пределы смены. В этом случае ее продолжительность ограничивается размерами интервала времени между двумя сменами или иными соображениями.
Рассчитанное количество воздуха следует проверять на скорость движения воздуха по выработке из формулы:
V=Q/S
где:
v – скорость, м/с
S- сечение выработки, м2.
Эта скорость должна быть не менее 0,15 и не более 4,0 м/сек, Если скорость движения воздуха по выработке находится вне названных пределов, то расчетное количество воздуха следует изменить в нужном направлении за счет времени вентиляции.
Однако, одной потребности в свежем воздухе еще недостаточно для того, чтобы правильно выбрать вентилятор. Кроме этого, нужно знать еще и то сопротивление, которое будет оказывать трубопровод движущемуся по нему воздуху. Сопротивлением самой выработки можно пренебречь, так как оно будет незначительно. В условиях действующих шахт и рудников, которые имеют широкую сеть различных выработок большой протяженности, с сопротивлением самих выработок приходится считаться.
Сопротивление, которое оказывает трубопровод воздуху, равна разностии давлений в местах входа воздуха и выхода его из трубопровода. Эта разница в давлениях измеряется в миллиметрах водного столба, она будет тем большей, чем меньшим будет диаметр трубопровода и чем большей шероховатостью будет обладать его внутренняя поверхность, чем большей будет протяженность трубопровода и чем 'большее количество воздуха будет по нему проходить в единицу времени:
h=4 а LV2/d
где h- падение давления в трубопроводе, мм водного столба
а - коэффициент аэродинамического сопротивления трубопровода, зависящий, как от характера его внутренней поверхности, так и от размеров его поперечного сечения
d - диаметр трубопровода, м
L - общая длина трубопровода, м
V - скорость движения воздуха по трубопроводу, м/с
Пользуясь техническими характеристиками вентиляторов, которые приведены в справочниках, можно выбрать вентилятор для конкретных условий вентиляции.
6. Крепление горных выработок
6.1. Горное давление
Горные выработки испытывают воздействие сил, возникающих при нарушении изостатического равновесия в горном массиве в результате создания в нем искусственной выемки. Они проявляются как горное давление.
Характер проявления горного давления зависит от геологических факторов, размеров горных выработок, а также способов проведения последних.
При проведении горных выработок вокруг выработки происходит перераспределение существующих напряжений, которое вызывает те или иные деформации. Если возникшие деформации не выходят за пределы упругих то выработка может простоять без крепи долгое время.
Однако, такие идеальные условия встречаются далеко не всегда. В тех случаях, когда возникающие деформации становятся пластическими, контуры выработки могут изменяться. При дальнейшем развитии деформации происходит разрыв сплошности массива, сопровождающийся выпадением отдельных кусков породы, а иногда обрушением кровли к обвалами стенок.
Чтобы воспрепятствовать развитию чрезмерных напряжений в массиве горных пород и предотвратить разрушение горных выработок применяют различные конструкции, которые называются крепью, а процесс их возведения и установки - креплением.
Установлено, что горное давление изменяется во времени, В начале оно нарастает довольно быстро, давление этого периода называется первичным. Затем его рост постепенно уменьшается и по истечении некоторого времени прекращается; горное давление этого периода называется вторичным или установившимся. На протяжении второго периода в кровле горизонтальных выработок завершается образование трещин и формирование свода обрушения, а величина нагрузки, испытываемая крепью, в дальнейшем оказывается постоянной. Лучше всего результаты горного давления проявляются в горизонтальных выработках.
При проходке горизонтальных выработок горное давление проявляется, главным образом, в кровле выработки и в меньшей мере со стороны боковых стенок. В некоторых случаях горное давление может проявляться и со стороны подошвы выработки.
Если горизонтальная выработка не закреплена, а породы недостаточно прочны и устойчивы, то по мере обрушения в кровле образуется свод, а бока скашиваются и выработка приобретает подковообразную форму. Наиболее правильная форма свода образуется при однородных породах. С образованием такого свода выработка может простоять довольно долгое время без нового обрушения. Поэтому такой свод называют сводом естественного равновесия. По этой же причине выработка сводовой или трапециевидной формы сечения будут более устойчивы против обрушения, чем выработки, например, прямоугольного сечения. Образование сводов естественного равновесия может быть многократным и по причине буровзрывных работ в близких забоях, и по причине выветривания горных пород, что всегда имеет место в самих выработках. В таком случае, новые своды равновесия будут иметь все большие размеры.