Эффективное управление вентиляцией в горных выработках

Эффективное управление вентиляцией в горных выработках.

, ,

Институт горного дела им.

Анализ отечественной и зарубежной практики показывает, что вентиляционные сети рудников формируются при проектном решении вопросов технологии. Поскольку вентиляционная сеть является производной технологических разработок, а исполнительская дисциплина в части вентиляции на рудниках в большинстве случаев на низком уровне, достаточно часто складывается ситуация, когда проветривание рабочих мест становится неудовлетворительным или даже невозможным.

Следование за требованиями рыночной коньюктуры может приводить к многочисленным нарушениям плановой отработки месторождения, разбросанности районов работ, образованию обрушений горных выработок с выходом на дневную поверхность, несвоевременной аэродинамической изоляции отработанных районов, многогоризонтности и т. п. Все это отрицательно скажется на организации эффективного проветривания сети выработок и приведет к хаотичному распределению воздуха в реальных вентиляционных сетях вплоть до полной потери управляемости вентиляцией. Как следствие - неоправданные затраты на неэффективную вентиляцию, формальное выполнение требований правил безопасности, ухудшение условий труда горнорабочих, снижение производительности труда, возможность вынужденной остановки производства.

Практика показывает, что в странах СНГ на многих рудниках проветривание подземных выработок осложняется многочисленными обрушениями дневной поверхности и образованием аэродинамических связей ее с сетью подземных выработок. Через эти обрушения в шахту может поступать (или выдаваться) до 60-70% воздуха от производительности главных вентиляторных установок (ГВУ) /1/. Это свидетельствует о том, что проектные схемы вентиляции, в прошлом разработанные с учетом требований Единых правил безопасности (ЕПБ), в некоторых случаях полностью разрушены и своего назначения не выполняют. Известно также, что по изложенным выше причинам на многих рудниках количество воздуха, доведенное до потребителей, не превышает 50-60% от его общего количества подаваемого в шахту, т. е. примерно половина электроэнергии ГВУ расходуется бесполезно /2/. Низкий коэффициент полезного использования воздуха, подаваемого в шахту, обусловлен недостаточным вниманием к вентиляции и чрезвычайно сложной топологией вентиляционных сетей. Например, на крупных рудниках РК количество ветвей вентиляционной сети достигает 1500 и более. Из-за указанных выше сложностей интуитивный подход к управлению вентиляционными потоками в подземных горных выработках становится неэффективным и бесполезным.

ИГД им. разработал компьютерную «Программу расчета распределения воздуха в вентиляционных сетях шахт и рудников», применение которой позволяет проводить объективный анализ состояния вентиляции при любых изменениях технологии (в т. ч. на стадии проектирования) и может привести к кардинальным выводам вплоть до возможного отключения отдельных ГВУ или существенного снижения их производительности без ущерба для обеспечения воздухом рабочих районов. Для написания программы использованы базовые законы поведения вентиляционных сетей с учетом некоторых положений теории графов.

Основной экранной формой программы является форма «Расчет распределения воздуха», в верхней части которой размещена строка Главного меню с командами: Файл, Рассчитать, Правка, Отчет, Справка (Рис.1). Назначение команд вытекает из их названия. При вызове любой из них появляется подменю с детализацией возможностей основной команды.

Рис.1 Форма для заполнения базы данных.

Работа с программой может осуществляться в 2-х вариантах: первый – когда необходимо предварительно создать новую базу данных, и второй – когда необходимо открыть файл с существующей базой данных для того, чтобы при прежних базовых условиях просчитать другой вариант распределения воздуха с какими либо изменениями и дополнениями. При любом варианте расчета программа предоставляет пользователю удобную и простую экранную форму для введения численных величин ветвей, узлов, сопротивлений, наименований выработок (Рис.1)

Программа осуществляет автоматический контроль за правильностью заполнения формы и в случае допущенных ошибок напоминает оператору о необходимости внести исправления. Она снабжена также рядом опций, позволяющих корректировать исходные данные, как при создании базы данных, так и при расчетах распределения воздуха, в том числе для ввода параметров работы ГВУ в данных конкретных условиях. При заполнении базы данных появление номера каждой последующей строки возможно только в том случае, если полностью заполнена предыдущая строка. В противном случае на экране появится предупреждающая надпись, обращающая внимание оператора на допущенную ошибку. Таким образом, исключается возможность путаницы в кодировании номеров ветвей.

После формирования базы данных выполняется расчет распределения воздуха в выработках и на экран, кроме базовых данных, выводятся расходы воздуха и депрессии всех ветвей вентиляционной сети (Рис.2) при заданных параметрах.

В специальное поле вносится комментарий, содержащий информацию об условиях расчета, дату их выполнения и т. п.

Рис.2. Форма с результатами расчета.

После завершении расчета распределения воздуха и введения комментария выбирают пункт меню Отчет и в выпадающем меню - команду Показать отчет с целью предварительного просмотра результатов (Рис.3).

При подаче команды Печать будут распечатаны все страницы отчета с указанием их номеров, или только диапазон нужных страниц, или только отдельные нужные страницы.

Встроенные в программу опции позволяют оператору: вносить любые изменения в топологию сети и в аэродинамические характеристики выработок - ликвидировать старые или добавлять новые выработки (ветви), места их пересечения (узлы); имитировать установку вентиляционных перемычек, дверей; установку подземных вентиляторов с разной производительностью; изменять производительность ГВУ, ликвидировать их или переносить на новое место; имитировать каналы подсоса или выдачи воздуха через зоны обрушения; проектировать реконструкцию схемы вентиляции при добавлении новых шахтных полей или ликвидации старых; вычислять оперативное или перспективное распределение воздуха по рабочим районам и находить сдерживающие факторы; устанавливать потребность модернизации или замен ГВУ и т. п.

Рис.3. Форма результатов в виде расчета.

В программе также имеется ряд опций, облегчающих анализ полученных результатов (нахождение в большом массиве данных выработок с заданным наименованием, сопротивлением, депрессией или расходом воздуха, подземных и поверхностных вентиляторов, ветвей утечек или притечек воздуха, заданных номеров ветвей, мест установки вентиляционных сооружений и их сопротивлений и т. п.). Программа допускает возможность долгосрочного (на годы вперед) прогнозирования состояния вентиляционной сети с учетом предстоящих технологических изменений.

Использование предлагаемой программы в пределах возможностей любого современного горнодобывающего предприятия как по техническому оснащению (PC с оперативной памятью не ниже 128 Мбайт, Windows 98 и выше), так и по квалификации ИТР.

Программа может быть использована на рудниках в службах ПВС, в проектных организациях, в спецподразделениях ВГСО. Считаем, что ее широкое использование приведет к оптимизации затрат на вентиляцию, будет способствовать повышению КПД использования воздуха, улучшению условий труда и повышению его производительности.

Быстродействие программы при использовании компьютера типа ATHLON 1700 и при расчете невязок по депрессии до Dh=10-3 и расходу воздуха до Dq=10-6 для вентиляционной сети с количеством ветвей 300 составляет - 2 секунды, до секунд; до 1секунды.

Объективное и обоснованное распределение воздуха в сети шахтных выработок не только способствует улучшению санитарно-гигиенических условий труда, но приводит к существенной экономии электроэнергии за счет снижения его потерь. Если принять среднюю производительность одной ГВУ 150 м3/с, мощность ее электродвигателя равной 530 квт, то при одновременном снижении количества подаваемого воздуха и сопротивления системы на 10% потребная мощность снижается до 350 квт или на 180 квт. Экономия расхода электроэнергии составит примерно 1,5 млн. квт-ч/год.

Возможности программы предопределяют оперативное реагирование на фактические изменения в топологии или аэродинамике сложной сети выработок, «проигрывание» возможных аварийных и проектных ситуаций и недопущение появления негативных изменений в обеспечении воздухом рабочих районов. В итоге - повышение эффективности управления вентиляцией, повышение технической безопасности и культуры производства за счет использования компьютерной технологии, а также существенный экономический выигрыш. Внедрение в практику проектирования «Программы расчета…» позволит объективно оценивать состояние проветривания объекта на разных стадиях его развития и, при необходимости, изменять некоторые проектные технологические решения.

В практической деятельности шахт и рудников будут обеспечены:

-  объективная оценка состояния вентиляции и оперативное перераспределение воздуха как по всей сети рудника, так и по ее локальным участкам;

-  повышение производительности труда за счет создания комфортных условий в рабочих забоях;

-  повышение технической культуры производства за счет использования компьютерной технологии.

ЛИТЕРАТУРА

1.  , , О вентиляции подземных рудников при наличии зон обрушения. Промышленность Казахстана, №3, 2001 г., Алматы.

2.  Об экологически чистых и энергосберегающих способах воздухообеспечения горных работ. КИМС, №1, 1996 г., Алматы.