что такое тупиковая выработка
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Тупиковая выработка
Критерий (9.17) был использован в работе [27] при моделировании проветривания тупиковых выработок в качестве критерия аэродинамического подобия. [17]
Как видно, верхний предел безопасных значений коэффициента рециркуляции Пб тем меньше, чем больше интенсивность газовыделения в тупиковую выработку q и чем больше концентрация газа С2 в сквозной выработке перед ВМП; этот предел повышается при увеличении дебита ВМП Qi и максимальной допустимой концентрации газа сд. Поэтому рециркуляция особенно опасна в сильногазовых тупиковых выработках при маломощных ВМП. [21]
Как видно, верхний предел безопасных значений коэффициента рециркуляции Пб тем меньше, чем больше интенсивность газовыделения в тупиковую выработку q и чем больше концентрация газа С2 в сквозной выработке перед ВМП; этот предел повышается при увеличении дебита ВМП Qi и максимальной допустимой концентрации газа сд. Поэтому рециркуляция особенно опасна в сильногазовых тупиковых выработках при маломощных ВМП. [24]
При остановке главных или вспомогательных вентиляторных установок продолжительностью более 30 мин. Возобновление работ может быть разрешено только после проветривания и обследования состояния рудничной атмосферы в очистных и тупиковых выработках лицами технического надзора. [27]
Как отмечалось выше, kT является функцией продольной координаты свободной струи. Поэтому в приведенные формулы следует подставлять его значение, соответствующее тому поперечному сечению струи, где последняя практически полностью насыщается газом из проветриваемого объема. Для тупиковой выработки В. Н. Воронин в качестве такого сечения принимает сечение, где свободная струя начинает поворот в обратном направлении. Для сквозных камер оно располагается у выхода струи из камеры. [30]
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Тупиковая выработка
Забои действующих тупиковых выработок должны непрерывно проветриваться нагнетательным, всасывающим, комбинированными способами или другими способами, допущенными к применению Госгортехнадзором России. [3]
В тупиковой выработке газовых шахт можно располагать только-электрические аппараты, предназначенные для управления и защиты электроприемников тупиковой выработки. Питание этих аппаратов обеспечивается от отдельного группового аппарата. Групповой аппарат и другие аппараты, включенные в сеть до него, должны устанавливаться на свежей струе воздуха с таким расчетом, чтобы при разга-зировании тупиковой выработки исходящая из нее струя воздуха проходила не ближе 10 м от этих аппаратов. Распределительный пункт должен быть размещен на расстоянии не ближе 20 м от забоя. [4]
Представляет интерес комбинированное нагнетательно-всасы-вающее проветривание тупиковой выработки с рециркуляцией. [8]
К ним не относятся камеры, призабойные участки тупиковых выработок и другие выработки, где вентиляция осуществляется свободными воздушными струями. [10]
При определении концентрации газа с на выходе из тупиковой выработки будем считать, что она равна средней его концентрации в тупиковой выработке. [11]
Установка вентиляторов местного проветривания ( ВМП) в тупиковых выработках при любом угле наклона выработки должна производиться по проекту, утвержденному главным инженером шахты. [14]
Критерий гомохронности в форме (9.54) применяется при моделировании проветривания тупиковых выработок после взрывных работ. [15]
Что такое тупиковая выработка
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Термины и определения
Mine working. Terms and definitions
Дата введения 2018-06-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом «Межведомственная комиссия по взрывному делу при Академии горных наук» (ЗАО «МВК по ВД при АГН»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 269 «Горное дело»
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2018 г.
Введение
Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области горного дела в части горных выработок горнодобывающих предприятий.
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.
Нерекомендуемые к применению термины-синонимы приведены в круглых скобках после стандартизованного термина и обозначены пометой «Нрк».
Заключенная в круглые скобки часть термина может быть опущена при использовании термина в документах по стандартизации.
Наличие квадратных скобок в терминологической статье означает, что в нее включены термины, имеющие общие терминоэлементы.
Помета, указывающая на область применения многозначного термина, приведена в круглых скобках светлым шрифтом после термина. Помета не является частью термина.
Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в данном стандарте.
В алфавитном указателе данные термины приведены отдельно с указанием номера статьи.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения понятий в области горного дела в части горных выработок горнодобывающих предприятий.
Термины, установленные стандартом, рекомендуются для применения во всех видах документации и литературы в области горных выработок, входящих в сферу работ по стандартизации и/или использующих результаты этих работ.
2 Термины и определения
Общие понятия
1 горная выработка: Искусственное сооружение в недрах Земли или на ее поверхности, созданное в результате ведения горных работ с целью выполнения ее функционального назначения и сохранения в течение определенного срока времени.
2 подземная выработка: Горная выработка, проводимая в недрах Земли, независимо от того имеет она выход на поверхность или нет, ограниченная по контуру ее поперечного сечения горными породами или частично другими выработками.
1 Горные выработки классифицируют по назначению (разведочные и эксплуатационные), положению относительно земной поверхности (открытые и подземные), положению в пространстве (вертикальные, наклонные, горизонтальные), сроку службы, форме, размеру, принципу работы, по способу финансирования ее строительства.
3 По вспомогательным выработкам доставляют породу, людей, материалы, оборудование, осуществляют вентиляцию, подводят электроэнергию, воду, а также выполняют другие процессы, не связанные с транспортировкой полезного ископаемого.
3 открытая выработка: Горная выработка, образуемая в пределах карьерного поля и имеющая незамкнутый контур поперечного сечения, вследствие ее примыкания к земной поверхности.
4 разведочная выработка: Горная выработка, предназначенная для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.
5 эксплуатационная выработка: Подземная выработка, предназначенная для эксплуатации месторождений полезных ископаемых.
6 вскрывающая выработка: Подземная горная выработка, открывающая доступ к рудному телу, пласту или его части и обеспечивающая возможность проведения подготовительных выработок.
7 подготовительная выработка: Подземная горная выработка, проводимая после вскрытия шахтного поля для оконтуривания и подготовки к очистной выемке отдельных его частей.
8 нарезная выработка: Подземная горная выработка, проводимая в процессе подготовительных работ и непосредственно прилегающая к массиву полезного ископаемого, предусматриваемого к выемке.
9 окаймляющая выработка: Нарезная горная выработка, предназначенная для ослабления связи отрабатываемого блока с основным массивом, применяется при разработке непластовых месторождений полезных ископаемых.
10 капитальная выработка: Подземная горная выработка, обслуживающая шахту в течение всего срока работы горного предприятия или значительной части этого срока, предназначенная для вскрытия или подготовки месторождения или его части, проводимая за счет капитальных вложений и числящаяся на балансе основных фондов предприятия.
11 откаточная выработка: Подземная горная выработка, предназначенная для транспортирования полезных ископаемых и пород к стволу или на поверхность.
12 групповая выработка: Подземная горная выработка, обслуживающая разработку группы пластов, жил и других видов залежей, а также этажей.
13 пластовая выработка: Подземная горная выработка, проводимая по пласту полезного ископаемого.
14 полевая выработка: Подземная горная выработка, проводимая по пустым породам на некотором расстоянии от залежи полезного ископаемого и, как правило, параллельно поверхности залежи или пласта.
15 погашенная [старая] выработка: Горная выработка, использование и поддержание которой после выполнения цикла подземных работ прекращено.
Подземные горные выработки. Очистные выработки
16 очистная выработка: Подземная горная выработка, проводимая по пласту или залежи полезного ископаемого, в которых осуществляется выемка полезного ископаемого.
18 забой: Поверхность, ограничивающая место непосредственной выемки полезного ископаемого или породы и перемещающаяся в результате ведения горных работ.
19 узкий забой: Забой, ширина которого ограничивается шириной основной проводимой выработки без раскоски.
20 широкий забой: Забой выработки, ширина которого слагается из ширины забоя основной проводимой выработки и ширины забоя раскоски.
21 очистная камера: Очистная горная выработка с забоем небольшой протяженности (до 12-16 м), ограниченная по бокам массивом или целиками полезного ископаемого, и не имеющие непосредственного выхода на земную поверхность.
22 заходка: Короткая горная выработка, проводимая из очистной камеры или выемочной печи и служащая для выемки угля из междукамерных целиков, при этом оборудование, используемое при очистной выемке, может находиться как в заходке, так и за ее пределами.
Подземные горные выработки. Вертикальные выработки
23 вертикальная выработка: Подземная выработка, пройденная по вертикали в толще полезного ископаемого или по породе.
24 шахтный ствол: Вертикальная, реже наклонная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля, его крыла или блока.
29 слепой шахтный ствол: Вертикальная или наклонная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проводимая между горизонтами, предназначенная для обслуживания подземных эксплуатационных работ, в первую очередь, для подъема полезных ископаемых с нижних горизонтов на верхние.
30 гезенк: Вертикальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, предназначенная для спуска полезного ископаемого или породы из вышележащих выработок в нижележащие под действием силы собственной массы или в специальных сосудах механическим способом в угольных шахтах.
1 Гезенк также может быть использован для спуска-подъема людей, материалов, оборудования, породы.
2 В случае, если гезенк оснащен подземными машинами для спуска полезного ископаемого или породы с верхних горизонтов на нижние, и спуска и подъема людей, материалов и оборудования, существенных различий между гезенком и слепым шахтным стволом нет.
31 скважина: Вертикальная, реже наклонная горная выработка цилиндрического сечения, диаметр которой намного меньше ее глубины, проведенная в горной породе или полезном ископаемом с земной поверхности или из подземных выработок под любым углом наклона к горизонту механическими или не механическими способами бурения в разведочных и эксплуатационных целях.
32 шурф: Вертикальная, реже наклонная неглубокая выработка, обычно небольшой площади поперечного сечения, проведенная с земной поверхности и предназначенная для геологоразведочных или эксплуатационных работ.
33 дучка [выпускная дучка]: Короткая вертикальная или наклонная горная выработка, квадратного реже круглого сечения, служащая для выпуска отбитой или обрушенной руды из очистного пространства на выработки приемного горизонта.
Подземные горные выработки. Горизонтальные выработки
34 горизонтальная выработка: Подземная выработка, проведенная горизонтально или с незначительным углом наклона в толще полезного ископаемого или по породе.
35 штольня: Вскрывающая горная выработка, пройденная с поверхности к месторождению и предназначенная для транспортирования полезного ископаемого или вспомогательных целей.
Вентиляция тупиковых выработок
Схемы проветривания за счет общешахтной депрессии
Для проветривания тупиковых выработок за счёт работы главного вентилятора, общешахтной депрессии, могут применяться продольные, а также параллельные перегородки и вентиляционные трубы.
Продольные перегородки используют при длинах выработок, не превосходящих 60 м, и необходимости подачи к забою больших количеств воздуха. Основное требование к перегородкам – достаточная степень воздухонепроницаемости.
Проветривание тупиковых забоев с помощью жестких вентиляционных труб осуществляется в сочетании с перемычкой, устанавливаемой в воздухоподающей выработке (рис. 1.). Так как аэродинамическое сопротивление вентиляционных труб сравнительно велико, то данный способ используется для проветривания коротких выработок.
Рис. 1. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (проветривание вентиляционных трубопроводов)
Проветривание на основе параллельных перегородок применяется для выработок большей протяженности, как правило, по полезному ископаемому при подаче значительных расходов воздуха (рис. 2). Для реализации этого способа рядом с основной выработкой прокладывают дополнительную. Обе выработки соединяются сбойками через определённое расстояние (10–20 м). Для соединения параллельных выработок можно также использовать скважины большего диаметра.
Рис. 2. Проветривание выработок за счет общешахтной депрессии (параллельных выработок и перегородок)
При длине выработок, не превышающей 60 м, основным преимуществом перечисленных способов является непрерывность действия вентиляции в течение суток и отсутствие в выработках дополнительных побудителей тяги, что повышает надежность и безопасность работ.
Проветривание тупиковых выработок вентиляторами
В зависимости от горно-геологических условий и способов проходки, применяются нагнетательный, всасывающий и комбинированные способы проветривания тупиковых выработок.
Нагнетательный способ применяется в выработках, для которых характерно выделение из стенок, кровли или почвы горючих (метан, водород) или ядовитых (сероводород, сернистый газ, окись углерода) газов, а также обескислороженного воздуха.
При использовании нагнетательного способа проветривания возможно возникновение рециркуляции воздуха, характеризующегося засасыванием части исходящей струи вентилятором, установленным на сквозной выработке, и направлением загрязнённого воздуха по трубопроводу вновь в забой тупиковой выработки. Отрицательными последствиями нерегулируемой рециркуляции является увеличение времени проветривания и создание опасности загазованности выработки.
Основными путями предотвращения рециркуляции являются:
где Q – количество воздуха, проходящего по выработке за счет общешахтной депрессии, м 3 /с, Qв – производительность нагнетательного вентилятора, м 3 /с
Недостатком нагнетательного способа проветривания при взрывной технологии проходки выработок является необходимость в снижении содержания ядовитых продуктов взрыва до величины условной окиси углерода, составляющей 0,008 %. Объём проветривания при этом определяется по расстоянию, соответствующему критической длине, и времени, не превышающему 30 минут. Как правило, объём проветривания оказывается достаточно большим, что определяет и значительный расход воздуха, подаваемого в выработку.
Развитие горных работ в ряде случаев требует увеличения числа проходческих забоев и, соответственно, увеличение расхода воздуха. При ограниченной величине общешахтного расхода воздуха увеличение количества воздуха, подаваемого в проходческий забой, может быть осуществлено за счет рециркуляционного способа проветривания, основанного на разделении исходящей из выработки вентиляционной струи на два потока. Один поток уходит по выработке сквозного проветривания в общую исходящую струю, а другой – движется к всасу вентилятора, где смешивается со свежей струёй и поступает в нагнетательный трубопровод. Способ позволяет обеспечить необходимую скорость воздуха в тупиковой выработке, что препятствует образованию слоевых скоплений газа, например, метана. В выработках большего сечения рециркуляционная струя улучшает микроклимат на рабочих местах. Этот способ достаточно широко применяется в зарубежной практике, например, в ЮАР и Великобритании.
Рис. 4. Нагнетательный способ проветривания с частичной рециркуляцией (1-5 – пункты автоматического контроля содержания метана)
Основным условием перехода на рециркуляционное проветривание для газообильных выработок является сохранение подачи свежего воздуха, поступающего по магистральной выработке к вентилятору местного проветривания. Эта величина должна соответствовать расчетному количеству воздуха, требуемого при обычном проветривании. При правильном расчете параметров проветривания и их надежным контролем, рециркуляционный способ может быть использован для интенсификации проветривания тупиковых выработок.
Всасывающий способ проветривания может применяться в том случае, когда на сквозном участке проветривания тупиковой выработки не происходит выделение ядовитых и взрывчатых газов из горных пород, а также загрязняющих веществ при работе машин и оборудования.
Достоинства этого способа заключается в том, чтобы загрязненный воздух не попадает на основной участок тупиковой выработки, а удаляется из призабойного пространства по трубопроводу. К забою при этом постоянно поступает свежий воздух. После осуществления взрывных работ объем выработки, из которой необходимо удалять загрязнённый воздух, равен произведению площади поперечного сечения выработки на протяженности зоны отброса газов. Этот объём при прочих равных условиях остается постоянным и не зависит от длины выработки.
Рис. 5. Всасывающий способ проветривания
Количество воздуха, которое следует подавать в выработку, будет меньше, чем в случае нагнетательного проветривания, что имеет особенное значение при одновременном взрывании больших количеств взрывчатых веществ и сравнительно большой длине выработки. Эффективность всасывающего способа проветривания зависит от расстояния между концом трубопровода и грудью забоя выработки lвс. По мере увеличения lвс в призабойной зоне образуется застойная зона, в результате чего резко возрастает время проветривания.
Комбинированный способ проветривания тупиковых выработок сочетает в себе положительные элементы нагнетательного и всасывающего способов: активное перемешивание газов в призабойной зоне и небольшой объём проветривания. Это делает способ более гибким и универсальным, что позволяет применять его в широком диапазоне горно-геологических и горнотехнических условий.
Комбинированное проветривание может осуществляться следующими способами:
Основной вентилятор, работающий на всасывание, устанавливается вблизи устья выработки (не ближе 10 м). Второй вентилятор (вспомогательный) располагают вблизи выработки забоя и снабжают коротким нагнетательным трубопроводом, конец которого отстоит от груди забоя на расстояние, не превышающее рассчитанное по формуле.
Производительность нагнетательного вентилятора должна быть на 20% меньше, чем количество воздуха, поступающего во всасывающий трубопровод. Для предотвращения распространения газового облака в сторону устья выработки в ней на расстоянии 30-40 м от забоя иногда сооружают перемычку. Производительность нагнетательного вентилятора может быть уменьшена до 10% по сравнению со случаем, когда перемычка отсутствует.
Применяемая в настоящее время нагнетательно-всасывающая схема проветривания предусматривает использование пылеулавливающих установок, заменяющих всасывающие вентиляторы.
Рис. 7. Нагнетательно всасывающая схема проветривания с обеспыливанием I, II – пункты выпуска воздуха
С помощью пылеулавливающих установок запыленный воздух отсасывается из забоя, очищается от пыли и поступает в выработку, участвуя затем в её проветривании. При такой схеме можно отказаться от громоздкой перемычки, заменив его воздушной завесой, которая создается за счет свежего воздуха, поступающего в выработку через боковое отверстие в нагнетательном трубопроводе. Для этого производительность пылеулавливающей установки должна быть выше расхода воздуха, поступающего по нагнетательному трубопроводу к забою выработки. В этом случае часть воздуха, отсасываемого пылеулавливающей установкой, будет перемещаться по выработке забоя, препятствуя распространению пыли к рабочим местам проходчиков. Таким образом, комбинированный способ вентиляции переходит в обеспыливающее проветривание, в один из способов борьбы с пылью вентиляционным методом.
Проветривание выработок большой длины
Сложности вентиляции тупиковых выработок с длиной, превышающей 2000–2500 метров, обусловлены значительным аэродинамическим сопротивлением трубопроводов и большими утечками воздуха из трубопровода. Отмеченные особенности приводят к увеличению расчётных производительностей вентиляторов и их депрессии до величин, при которых осуществление эффективного проветривания на основе ранее рассмотренных схем оказывается нерациональным или невозможным. Для проветривания протяжённых тупиковых выработок могут применяться следующие способы.
Рис. 9. Нагнетательная схема проветривания протяжных выработок при рассредоточенной установке вентиляторов по длине воздуховода
Каскадная схема установки вентиляторов в связи с гарантированным отсутствием рециркуляции может использоваться для проветривания выработок, проходимых по газоносным породам. Для этой схемы проветривания рекомендуется использовать вентиляторы с одинаковыми аэродинамическими характеристиками, число которых не превышает три. В противном случае возникают трудности в обслуживании вентиляторов и управлении их работой. Во избежание потерь напора, вызванного закручиванием потоков в вентиляторах, между каждым из них должен находиться отрезок трубы, длиной не менее 10 диаметров воздуховода. При каскадной установке вентиляторов участок трубопровода, прилегающий к вентиляторам, находится под давлением, равным сумме давлений всех вентиляторов, что при применении гибких трубопроводов требует изготовления последних с большим сопротивлением на разрыв. Достоинством этой схемы следует считать возможность установки всех вентиляторов на свежей струе, а также удобство их обслуживания.
Использование рассредоточенной схемы установки вентиляторов по сравнению с каскадной схемой позволяет снизить депрессию вентиляторов, установленных на каждом участке трубопровода. Это обеспечивает сокращение утечек воздуха. При проветривании выработок с длиной, превосходящей 2500 м и необходимости подачи в забой значительных количеств воздуха, данная схема является предпочтительнее, чем каскадная. Вместе с тем, она может быть использована лишь в случае отсутствия газовыделений в выработке. Безопасность и надежность схемы проветривания при рассредоточенной установке вентиляторов объясняется тем, что по всей длине воздуховода обеспечивается более высокое давление, чем в выработке. Это достигается за счет правильного выбора расстояний между вентиляторами.
Рис. 10. Эпюры статических напоров при рассредоточенной установке вентиляторов
Если при нагнетательном проветривании расстояние между вентиляторами превышает допустимое, то со стороны всасывающего патрубка вентилятора, установленного в трубопроводе, возникает разрежение, что приводит к рециркуляции загрязнённого воздуха и определяет необходимость увеличения производительности вентиляторов. Поэтому расстояние между вентиляторами должно выбираться таким образом, чтобы давление со стороны всасывающего патрубка каждого последующего вентилятора изменялось в интервале 0 – 20% от давления, развиваемого каждым вентилятором на нагнетательном патрубке.
Рассредоточенная установка вентиляторов может быть использована для организации всасывающего проветривания. Для этого первый вентилятор устанавливается вблизи забоя с возможностью подачи воздуха или выработки в воздуховод, а остальные вентиляторы распределяются необходимым образом по длине воздухопровода. Такие схемы вентилятора и вентиляции применяются для проветривания длинных тупиковых горно-разведочных выработок в условиях вечной мерзлоты.
При проветривании выработок с использованием шлюзовых камер воздух из трубопровода предыдущего вентилятора поступает в пройденную для этой цели камеру, в которой устанавливается последующий вентилятор. Этот вентилятор подает воздух в сторону забора. При прочих равных условиях депрессия и утечки воздуха для данной схемы проветривания меньше, чем у каскадной и рассредоточенной схем установки вентиляторов. Однако для предотвращения рециркуляции воздуха должен быть выбран такой режим подачи воздуха, при котором его количество, поступающее в каждую шлюзовую камеру, будет выше количества, забираемого из камеры установленным в ней вентилятором.
Данная схема проветривания может быть применена при использовании самоходного горно-транспортного оборудования, оснащенного дизельными двигателями, что требует подачи в выработки значительных количеств воздуха. При длине выработок, превышающей 3000 м, использование рассмотренных способов оказывается нерациональным. В этом случае проветривание тоннелей и штолен не может быть осуществлено с помощью вентилятора главного проветривания, установленного у портала штольни. Для предотвращения возможных утечек воздуха на портале сооружается тамбур-шлюз. Воздух подаётся вентилятором по штольне до ближайших к забоям штольни и тоннеля сбоек. Вблизи этих сбоек воздух по воздуховодам вентилятора местного проветривания подаётся к забоям тоннеля и штольни. Исходящая воздушная струя и штольни через ближайшие к забою сбойки выводятся в тоннель, из него через портал на поверхность. Из забоя тоннеля исходящая воздушная струя также вводится через портал на поверхность.