ПОДЗЕМНАЯ ВЕНТИЛЯТОРНАЯ УСТАНОВКА ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21F1/08 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания шахт и рудников, а также других объектов народного хозяйства, расположенных под землей.

Известна вентиляторная установка, включающая рабочий и резервный осевые вентиляторы, камеру вентиляторов, колена, подводящие каналы, тройники, переключающую ляду, монтажные сбойки, расположенные перпендикулярно продольной оси камеры вентиляторов [1].

Недостатком этой установки является малая производительность из-за низкой устойчивости выработок и соответственно увеличение затрат на их поддержание, а также низкая герметичность установки, что снижает КПД и приводит к повышению эксплуатационных затрат.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является подземная вентиляторная установка, включающая рабочий и резервный вентиляторы, размещенные в камере, подводящие и выходные каналы, выполненные в виде выработок, тройники и переключающие ляды, установленные в местах соединения подводящих и выходных каналов, монтажную сбойку, соединенную с торцевой стенкой камеры [2].

Недостатком этой конструкции является низкая устойчивость камеры в условиях слабоустойчивых пород, что снижает безопасность эксплуатации установки.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств установки за счет повышения устойчивости камеры вентиляторной установки и выработок, входящих в ее состав.

Указанный технический результат достигается тем, что в подземной вентиляторной установке, включающей рабочий и резервный вентиляторы, размещенные в камере, подводящие и выходящие каналы, выполненные в виде выработок, соединительные колена, тройники и переключающие ляды, монтажную сбойку, соединенную с торцевой стенкой камеры, при этом осуществляют герметизацию сопряжения соединительного колена и подводящего канала, а рабочий и резервный вентиляторы располагают в камерах, пройденных на расстоянии друг от друга, исключающем их взаимное влияние.

L > L_д
где L - ширина целика между камерами;
L_д - расстояние, на котором выработки еще влияют друг на друга.

Причем переключающие ляды установлены в тройниках подводящих и выходных каналов.

На фиг. 1 показана принципиальная схема подземной вентиляторной установки главного проветривания, вид в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант конструктивного выполнения; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Подземная вентиляторная установка главного проветривания включает рабочий 1 и резервный 2 вентиляторы, размещенные в камерах 3. С помощью соединительных колен 4 вентиляторы сопрягаются с подводящими каналами 5, которые сходятся в тройнике 6 подводящих каналов. Со стороны диффузоров вентиляторов расположены выходные каналы 8, сходящиеся в тройнике 9 выходных каналов. Тройники 6 и 9 посредством вентиляционных каналов 7 соединены с общешахтной вентиляционной сетью. В подводящих каналах 5 и выходных каналах 8 установлены переключающие ляды 10. Монтажная сбойка 11 соединяется с торцами камер 3. Камеры 3, каналы 5, 7 и 8, монтажная сбойка 11 представляют собой горные выработки, пройденные в массиве, при этом камеры 3 расположены на таком расстоянии друг от друга, которое исключает взаимное влияние и обеспечивает их устойчивое состояние.

Подземная вентиляторная установка главного проветривания работает следующим образом.

1. Как в рабочем режиме, так и в режиме реверсирования воздушного потока может работать либо рабочий вентилятор 1, либо резервный вентилятор 2 (по усмотрению обслуживающего персонала). В любом случае неработающий вентилятор 1 или 2 отсекают от работающего вентилятора лядами 10. В рабочем режиме воздух за счет вращения ротора вентилятора поступает из общей шахтной вентиляционной сети в вентиляционный канал 7 и через тройник 6 попадает в подводящий канал 5, в колено 4, проходит через вентилятор, выходной канал 8, тройник 9 и через вентиляционный канал 7 подается в общешахтную вентиляционную сеть (направление воздуха на фиг. 1 - 4 показано сплошными стрелками).

2. Реверсивная работа установки осуществляется в обратном порядке по п. 1 (на фиг. 1 - 4 показано пунктирными стрелками).

В некоторых горно-геологических условиях (породы низкой прочности, слабоустойчивая кровля выработок, большие глубины) конструкция прототипа не обеспечивает безопасную эксплуатацию установки в течение необходимого срока службы.

Компоновка вентиляторной установки по схеме прототипа, когда вентиляторы размещены в одной камере, не обеспечивает устойчивость выработки на требуемый срок в неблагоприятных горно-геологических условиях, так как ширина выработки превышает предельную, (при которой напряжения на контуре выработки выше предела прочности пород). Это является следствием значительных габаритов современных вентиляторов, применяющихся для проветривания рудников большой производственной мощности.

В предложенном техническом решении проблема снижения ширины камеры и соответственно обеспечения ее устойчивости разрешается путем размещения вентиляторов в отдельных выработках (камерах), причем расстояние между выработками выбирают таким образом, чтобы они не попадали в зону влияния соседних. Зона влияния - эта зона повышенного давления вокруг выработки по сравнению с существовавшим до ее проведения. При расположении выработок вне зоны их взаимовлияния повышенную нагрузку воспринимает нетронутый массив пород, оставляемый возле выработок, что повышает устойчивость последних.

Поэтому расстояние между камерами выбирается таким образом, чтобы исключить их взаимное влияние (избежать наложения зон влияния). Оно определяется из соотношения L > L_д. Величина допустимого расстояния L_д между выработками зависит от горно-геологических условий, глубины и прочности пород, поперечных размеров камер.

Для реальных условий рудника Второго Березниковского калийного рудоуправления применены вентиляторные установки главного проветривания с осевыми вентиляторами ВОД-30 МС, выпускаемыми серийно Донецким машиностроительным заводом и позволяющими удовлетворить потребность в воздухе данного рудника большой производственной мощности (6 млн. т руды в год) [2]. Диаметр рабочего колеса вентилятора ВОД-30 МС равен 3,0 м, его подача составляет 130 м³/с, напор 405 даПа, масса вентилятора 27,6 т.

Установки расположены под землей на глубинах 340 - 390 м в подстилающей каменной соли, по одной на южном и северном крыльях шахтного поля. Для каждого вентилятора (рабочий, резервный) сооружается отдельная камера, что позволяет уменьшить размеры камеры и повысить ее устойчивость. Размеры камеры: ширина 10,8 м, высота 9 м. В каждой камере установлен мостовой кран грузоподъемностью 12,5 т. Камеры соединяются с главным транспортным штреком с помощью монтажных сбоек. Подводящие и выходные каналы соединены с главными вентиляционными штреками.

Проветривание рудника в рабочем режиме осуществляется путем всасывания воздуха из общей шахтной вентиляционной сети и выброса в атмосферу через главные вентиляционные штреки и вентиляционный ствол.

Допустимое расстояние между камерами L_д для конкретных условий калийного рудника определено по формуле
L_д = K (b₁ + b₂),
где b₁, b₂ - ширина камер, м;
K = 0,866 • exp (2,59 γH/σ_сж) ) - коэффициент, зависимость которого от уровня действующих нугрузок определена по результатам натурных исследований [4];
γ - объемный вес пород, МПа/м³;
H - глубина, м;
σ_сж - прочность пород на сжатие, МПа;
K = 0,866 • exp (2,59 • 0,021 • 390/35) = 1,59
Подставляя значения величин, получим:
L_д = 1,59 (10,8 + 10,8) = 34,3 м.

Принятое в проекте расстояние между камерами L = 58 м больше допустимого.

Одновременно предлагается обеспечить герметичность сопряжений подводящих каналов с коленами, выходных каналов с диффузорами вентиляторов в условиях деформации стенок горных выработок, которая выражается в уменьшении поперечного сечения каналов с течением времени.

С этой целью сопряжение жесткого соединительного колена (диффузора) с подводящим каналом, пройденным в массиве пород, осуществляется с помощью эластичного материала (ленты), крепящегося с одной стороны к соединительному колену (диффузору), а с другой - к стенке подводящего канала. Для обеспечения надежного закрепления эластичной ленты по периметру подводящего канала выполняют вруб, в котором и закрепляют эластичную ленту.

Другой возможностью обеспечения герметичности сопряжения соединительного колена и подводящего канала является заполнение пластической массой, например пенополиуретаном, кольцевой щели, образованной в месте сопряжения поверхности соединительного колена и внутренней поверхности подводящего канала.

Это позволит обеспечить герметичность сопряжений при смещениях горного массива (стенок каналов).

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет повысить эксплуатационных характеристики установки за счет обеспечения устойчивости камер и подводящих горных выработок.

Источники информации.

1. Технорабочий проект реконструкции Главной подземной вентиляторной установки 1-го калийного рудника Соликамского комбината. Заказ N 33 ВНИИГ. Проектно-изыскательское бюро. -Л.: 1949.

2. Романовский А.А., Черепанов Ю.Б., Чадов А.Н., Мохирев Н.Н., Подземная вентиляторная установка главного проветривания на руднике СКПРУ-1 ПО "Сильвинит", Известия Вузов. Горный журнал, N 11, (прототип).

3. Рабочий проект на реконструкцию вентиляции рудника Второго Березниковского калийного рудоуправления производственного объединения "Уралкалий" (1 очередь). Шифр 02.040-040. Уральский филиал ВНИИГ, Пермь, 1992.

4. Константинова С.А., Соколов В.Ю., Мисников В.А., Методика определения устойчивости выработок в соляных породах, Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых N 3, 1990.

Подземная вентиляторная установка главного проветривания содержит рабочий и резервный вентиляторы, которые располагают в камерах, пройденных на расстоянии друг от друга, исключающем их взаимное влияние и определяемым из соотношения: L>L_g где L - ширина целика между камерами, м; L_g - расстояние, на котором выработки еще влияют друг на друга, м, при этом осуществляют герметизацию сопряжения соединительного колена и подводящего канала, при этом переключающие ляды установлены в тройниках подводящих и выходных каналов, а герметизацию подводящего канала с соединительным коленом осуществляют эластичной лентой, которая закреплена во врубе, кроме того, кольцевую щель, образованную в месте сопряжения наружной поверхности соединительного колена и внутренней поверхности подводящего канала, заполняют пластичной массой. Изобретение позволяет повысить устойчивость камер вентиляторной установки и подводящих горных выработок. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Подземная вентиляторная установка главного проветривания, включающая рабочий и резервный вентиляторы, размещенные в камере, подводящие и выходные каналы, выполненные в виде выработок, соединительные колена, тройники и переключающие ляды, установленные в подводящих и выходных каналах, монтажную сбойку, соединенную с торцевой стенкой камеры, отличающаяся тем, что рабочий и резервный вентиляторы располагают в камерах, пройденных на расстоянии друг от друга, исключающем их взаимное влияние и определяемом из соотношения
L > L_д
где L - ширина целика между камерами, м;
L_д - расстояние, на котором выработки еще влияют друг на друга, м,
при этом осуществляют герметизацию сопряжения соединительного колена и подводящего канала. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что переключающие ляды установлены в тройниках подводящих и выходных каналов. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что герметизацию подводящего канала с соединительным коленом осуществляют эластичной лентой, которая закреплена во врубе, выполненном по периметру подводящего канала. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевую щель, образованную в месте сопряжения наружной поверхности соединительного колена и внутренней поверхности подводящего канала, заполняют пластичной массой.