Минин И. В., научный сотрудник ФБУ ВПО «Уральский государственный горный университет», ст. преподаватель ТУ УГМК; Заворницын В. В., начальник управления; Плотников А. М., замначальника управления, ст. преподаватель ТУ УГМК; Минин В. В., к. т. н., глав. спец., ОАО «УГМК», доцент ТУ УГМК (г. Екатеринбург — г. Верхняя Пышма)
Межвузовская междисциплинарная научная школа создаётся в новом университете — Техническом университете при компании ОАО «УГМК» (ТУ УГМК) и старейшем университете Урала — ФБУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Научная школа ставит перед собой глобальную и фундаментальную тему безлюдных технологий в подземных пространствах рудников и шахт. Это должно вылиться в теоретические основы новых видов технологий. Теория есть совокупность множества практик. Поэтому на первом этапе поставлена задача разработать практические технологии, позволяющие перейти к обобщению наработки опыта, обоснования теоретических зависимостей.
Критерием эффективности практической задачи, на наш взгляд, может выступить комплексный показатель стоимости владения новой технологией.
В рудниках реализуется множество технологических решений, относящихся к основному производству, однако наше внимание обращено к процессу вспомогательному — проветриванию горных выработок, потому что этот процесс по затратам электроэнергии многократно превосходит другие процессы, он требует от 50 до 75 % от потребления рудников.
Внутри процесса проветривания, естественно, есть отдельные подпроцессы, которые имеют свою долю затрат. На сегодняшнем этапе наиболее сложна технология возведения средств проветривания тупиковых выработок. Элементы указанной технологии представлены на рис. 1.
Недостатками классической технологии являются малые габаритные размеры трубопровода, что сводит затраты энергии вентиляторов местного проветривания (ВМП) на нет, если тупиковая выработка достаточной протяжённости.
ВМП не доставляет свежий воздух в забой, а следовательно, вся система вентиляции рудника становится бесполезной. Потрачена огромная энергия, а результат отсутствует, опасность в забое возрастает многократно.
Альтернатива есть, и это
1. Технология с применением многоразовых занавесей разделительных
Занавеси изготавливают в соответствии с требованиями федеральных норм и правил (ФНиП ГР) и конструкторской документацией (далее — КД), утвержденной в установленном порядке.
Занавеси изготавливают с учетом требований пожарной безопасности, назначения горной выработки, типа конструкции и материала крепления горной выработки, размеров горной выработки (длина, ширина, высота, сечение, расстояние до низа несущих (потолочных) конструкций), места установки инженерного оборудования, возможности обеспечения питания, расположения путей эвакуации персонала.
2. Показатели назначения
2.1. Занавеси должны обеспечивать пространственную изоляцию свежей и исходящей струи в зависимости от назначения пространства, ограниченного завесой занавеси в выработке. Схема приведена на рис. 2.
Занавесь отделяет проход персонала от пути движения машины с ДВС как при проходке, так и при использовании этой выработки для транспортирования горной массы, оборудования и материалов.
Занавесь позволяет организовать запасный выход в вентиляционных штреках и/или квершлагах, ограничив в них скорость воздуха до разрешенных ФНиП ГР значений, при том что по оставшейся части сечения скорость воздуха не ограничивается.
2.2. Занавеси изготавливают:
— с полиэтиленовым негорючим полотном, выполненным из материала в ви-де мембраны;
— со сплошным полотном, выполненным из непрозрачного плотного материала;
— с комбинированным полотном, нижняя часть которого выполнена из непрозрачного плотного материала, верхняя часть — из материала в виде мембраны.
2.3. Поверхности занавеси должны быть устойчивыми к ударам.
2.4. Элементы занавеси не должны иметь острых кромок и заусенцев, которые могут привести к затягиванию, зацепам, порезам и иным травмам персонала, а также прочих дефектов, ухудшающих внешний вид и назначение занавеси.
3. Конструктивные требования
3.1. По конструктивному исполнению занавеси должны включать следующие элементы:
1) полотно; нетканое полотно на основе волокон полиэтилена — это высокотехнологичный мембранный материал, который сочетает в себе прочность, защитные свойства и высокую паропроницаемость. Он состоит из миллионов тонких непрерывных волокон полиэтилена низкого давления, полученных методом сверхскоростного формования и скрепленных под воздействием повышенных температур. Структура материала не обеспечивает воздухообмен и одновременно защитные свойства по всей поверхности. Полотно из полиэтиленового барьерного полотна обладает следующими качествами:
— высокая прочность к разрыву в мокром и сухом состоянии;
— водостойкость;
— непроницаемость для мелкодис-персной (от 2 мкм) пыли и аэрозолей;
— нечувствительность к воздействию большинства кислот, оснований и солей;
— прозрачность;
— стойкость к многократным изгибам;
— температурный диапазон, при котором сохраняются защитные свойства, — от –75 до +110 °C.
Диапазон применения материала из нетканого полотна на основе волокон полиэтилена очень широк — от химической, нефтегазодобывающей промышленности и энергетики (в том числе атомной) до медицины и МЧС. Полиэтиленовая мембрана соединяет в себе лучшие свойства пленки, ткани и бумаги. Возможны стирка и повторное использование. Материал изготавливается из-за пандемии повсеместно в огромных объемах, из него шьют защитные комбинезоны, на складах накапливается масса, производство его только увеличивается, а значит, стоимость (себестоимость) будет только снижаться, в отличие от специа-лизированных вентиляционных рукавов. Погонный метр микропористой пленки стоит в среднем 100–150 руб.
Двусторонняя антистатическая обработка и способность создавать надежный барьер между человеческим телом и производственной средой позволяют использовать материал в пищевой промышленности, фармацевтике, микроэлектронике, при работе в т. н. чистых помещениях для высокотехнологичных производств. Спецодежда из полиэтиленового барьерного полотна актуальна также и в сельском хозяйстве (например, при работе с удобрениями, гербицидами, пестицидами), строительной отрасли (работа в запыленных помещениях, со строительными смесями, асбестом, покрасочные работы и т. д.), машиностроении и автомобильной промышленности (конвейерная окраска, работа с нанесением мастик и прочих составов). Защищает от свинцовой пыли, радиоактивных частиц.
На сегодняшний день на российском рынке широко представлены дешевые полотна из спанбонда и микропористой пленки. Их можно купить практически в каждом магазине спецодежды и материалов;
2) подвесы на конструкции крепления (анкеры, сетку, набрызг-бетон, элементы горного массива) под потолком (кровлей) горной выработки;
3) утяжелитель нижней части занавеси (при необходимости), например штыб, просыпь, лакша и т. п.;
4) крепления, соединения. Распространяется на полиэтиленовую ленту с липким слоем (далее — лента), представляющую собой полиэтиленовую пленку-основу с нанесенной на нее клеевой композицией.
Лента предназначается для покрытия чистых ровных поверхностей изделий технического назначения и для склеивания полиэтиленовых пленок, работающих в условиях эксплуатации от –40 до +50 °C. Ленту получают нанесением на полиэтиленовую пленку марки Т толщиной 0,080 и 0,100 мм по ГОСТ 10354 клеевой композиции на основе полиизобутилена валковым или поливным методом. По внешнему виду, линейным размерам и физико-механическим показателям лента должна соответствовать требованиям и нормам. По согласованию с потребителем допускается изготовление ленты шириной до 1 200 ±15 мм. Толщина клеевого слоя — по согласованию с потребителем. Намотка ленты в рулон должна быть плотной, без перекосов, края должны быть ровно обрезаны.
Ленту выпускают окрашенной или неокрашенной. Цвет ленты определяется цветом окрашенной пленки-основы. При использовании неокрашенной пленки-основы получают бесцветную ленту с оттенком цвета клеевой композиции. Цвет ленты — по согласованию между потребителем и изготовителем.
Условное обозначение ленты состоит из сокращенного названия материала (лента ПЭ с липким слоем), толщины пленки-основы и ширины в миллиметрах, указания о наличии или отсутствии красителя в основе (О — окрашенная, Н — неокрашенная), сорта и обозначения настоящего стандарта.
Пример условного обозначения полиэтиленовой ленты с липким слоем толщиной 0,080 мм, шириной 50 мм с неокрашенной основой, первого сорта: «Лента ПЭ с липким слоем 0,080 × 50, Н, первый сорт, ГОСТ 20477-86».
3.2. При необходимости полотно изготавливают с карманом в нижней части для размещения утяжелителя занавеси, при этом по краям занавеси должны быть предусмотрены участки для зашивки и/или заклеивания с соседними участками занавеси. Расстояние между краем утяжелителя и боковым краем полотна должно быть не менее 300 мм.
3.3. Полотно изготавливают с кольцами, через которые пропускают тросы/канаты/цепи (далее — стропы), фиксирующие занавесь. Рекомендуется кольца для строп устанавливать с шагом не менее 2 м и не более 5 м по ширине полотна с отступом по краям полотна и разбивкой от центра или от края полотна. Стропы фиксируют вверху сечения выработки, в верхней части занавеси и/или тросовой системы полотна.
3.4. В качестве утяжелителя нижней части занавеси допускается применять профильную составную трубу, участки которой соединяют резьбовыми муфтами.
3.5. Конструкцией занавеси должно быть пре-дусмотрено, чтобы в крайнем положении расстояние между утяжелителем нижней части занавеси и поч-вой выработки составило не более 1 мм.
3.6. Конструкция занавеси должна обеспечивать плавные подъем и опускание полотна со скоростью не более 1,5 м/с, исключать возможность неконтролируемых подъема и опускания полотна, остановку и удержание полотна на любой высоте при прерывании подъема/опускания. При этом инерционное движение полотна занавеси должно быть не более 50 мм.
3.7. Конструкция занавеси должна исключать возможность смещения его краев друг относительно друга вдоль продольной и поперечной осей.
3.8. Конструкцией занавеси должно быть предусмотрено наличие выключателя, срабатывание которого обеспечивает остановку ВМП при подъеме полотна и опускании в крайних нижних положениях, и аварийного выключателя ВМП, срабатывание которого обеспечивает предотвращение падения полотна при неисправности какого-нибудь элемента занавеси и отключение электропривода ВМП.
3.9. Конструкция занавеси должна обеспечивать ее надежное крепление к стенке горной выработки. Элементы и способы крепления занавеси к стенке не должны ухудшать показателей назначения. Элементы крепления занавеси изготавливают в зависимости от требуемого размера материала, к которому осуществляется крепление, и конструкции занавеси.
4. Управление проветриванием
4.1. Пульт управления ВМП должен быть оборудован устройством заземления и иметь как минимум следующие кнопки на панели:
— включения/выключения ВМП;
— защитного отключения по максимальному току двигателя электропривода ВМП;
— аварийного движения полотна вниз;
— аварийного движения полотна вверх;
— аварийного выключения ВМП;
— устройство защиты от отключения ВМП.
4.2. Пульт управления должен иметь соответствующие крепления для его монтажа на стенке выработки, иметь зажимы (разъемы) для подключения к стандартной проводке.
4.3. Проводка внутри пульта управления должна быть промаркирована согласно монтажной и принципиальной схемам, провода от кнопок на панели должны быть в гибком шлейфе.
4.4. Конструкция занавеси должна обеспечивать возможность обслуживания согласно прилагаемой эксплуатационной документации. Ремонт и обслуживание электропривода ВМП должны обеспечиваться квалифицированным техническим персоналом.
Сопротивление става трубопровода снижается существенно, так как проходное сечение за занавесью в 4–5 раз больше, чем сечение стандартного вентиляционного трубопровода, а следовательно, депрессия, требуемая на преодоление того же сопротивления, и подача необходимого расхода воздуха при одинаковой длине тупиковой выработки снижается в квадратичной зависимости, и вместо 4 000–5 000 Па на 300 м тупикового забоя требуется не более 200–400 Па. Значит, можно сэкономить на текущих затратах электроэнергии или проставить менее мощный ВМП, что также выльется в существенную экономию.
С точки зрения повышения надежности, эффективности и устойчивости проветривания тупикового забоя на трубопроводе будет намного лучше поставить два ВМП, рассредоточив работу на всю длину става, при этом отказ одного из ВМП не приведет к полной остановке забоя, а позволит продолжить горные работы с меньшими скоростями проходки. Некоторые операции сохранят возможность их выполнения по прежнему графику, например крепление, бурение и т. п. Только зачистка и взрывные работы на период замены вышедшего из строя ВМП будут выполняться по новому графику, который рассчитан на подачу воздуха только одним ВМП.
Таким образом, проветривание протяженного тупикового забоя с использованием двух ВМП не только возможно, но и целесообразно. Можно отключать один ВМП на некоторых операциях в забое и потом включать второй ВМП для усиления проветривания при работе машин с ДВС или при проветривании после взрывных работ. Поскольку требуются менее мощные ВМП, чем применяемые на сегодняшний день, так как мы в десять раз сократили сопротивление става трубопровода, применив занавеси, то они при том же расходе (производительности) ВМП, согласно закону сохранения энергии, будут вполовину менее потреблять электрическую энергию.
Значит, тупиковые протяженные выработки будут оснащены менее металлоемкими агрегатами, с меньшей окружной скоростью, — существенно дешевле, чем те, которые сейчас используются. Такие ВМП легче в эксплуатации.
5. Требования надёжности
5.1. Занавесь должна обеспечивать безотказную наработку в течение двух лет при норме не менее 30 циклов работы (монтаж полотна при достижении им крайних положений длины горной тупиковой выработки).
5.2. Электрооборудование ВМП должно обеспечивать функциональную надежность занавеси для заданного числа циклов работы.
5.3. Прогиб под действием массы занавеси не должен превышать показателей, установленных в КД.
5.4. Элементы занавеси, подверженные износу, перемещение которых происходит с помощью механизмов, должны выдерживать разрывную нагрузку с 3-кратным запасом прочности, остальные элементы — с 1-кратным запасом прочности от указанных в КД значений.
6. Требования к материалам и комплектующим изделиям
Занавеси должны быть изготовлены из негорючих материалов, разрешенных к применению в соответствии с Едиными санитарно-эпидемиологическими и гигиеническими требованиями к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю), утвержденными решением Комиссии Таможенного союза от 28 мая 2010 г. № 299.
6.1. Требования к материалу полотна
Материал полотна должен выдерживать:
— разрывную нагрузку не менее 10 даН;
— сопротивление раздиранию не менее 20 даН.
6.2. Требования к электрооборудованию и электроснабжению
6.2.1. Электрооборудование ВМП, применяемое в комплексе с занавесью, должно отвечать требованиям безопасности по ГОСТ IEC 60335-1, ГОСТ 12.2.007.0 и ГОСТ 12.2.003.
6.2.2. Электропривод ВМП, работающего в комплексе с занавесью, должен соответствовать требованиям ГОСТ 30533 и техническим условиям на электропривод конкретного типа.
Расход электрической энергии систем вентиляции для перемещения требуемого количества воздуха за год: суммарное количество электрической энергии, необходимое для перемещения требуемого количества воздуха в системах вентиляции в течение года. Примечание: единица измерения расхода электрической энергии кВт•ч/(м2•г).
Энергетическая эффективность систем вентиляции: отношение энергетических потребностей проветривания протяженного тупикового забоя для его вентиляции к энергетическим затратам системы вентиляции.
Примечание: под энергетическими потребностями забоя для его вентиляции понимают минимально необходимые затраты электроэнергии для качественной работы системы вентиляции. При этом собственно энергетические затраты системы вентиляции определяются потребляемой вентиляторами системы вентиляции мощностью.
6.2.3. Требования к тросовой системе полотна
6.2.3.1. Стальные канаты, применяемые в тросовой системе полотна, должны соответствовать ГОСТ 3241, цепи — ГОСТ EN 818-1 — ГОСТ EN 818-5.
6.2.3.2. Тросы из синтетического материала должны соответствовать требованиям ГОСТ Р ИСО 1141, ГОСТ ISO 1969 и ГОСТ Р ИСО 1346.
7. Комплектность
7.1. В комплект поставки занавеси должны входить:
— спецификация элементов занавеси;
— эксплуатационная документация.
7.2. В состав эксплуатационной документации с занавесью должны входить паспорт, руководство по монтажу и эксплуатации, выполненные в соответствии с ГОСТ 2.601 и ГОСТ 2.610, документация на быстроизнашиваемые элементы.
8. Маркировка
8.1. Занавесь должна иметь маркировку, нанесенную на табличку. Маркировка занавеси должна содержать следующую информацию:
— наименование изготовителя и (или) его товарный знак;
— наименование и (или) обозначение изделия (тип, марка, модель);
— заводской номер;
— месяц и год изготовления;
— массу занавеси.
8.2. Общие требования к табличкам для маркировки — по ГОСТ 12969, ГОСТ 12971.
8.3. Табличка должна иметь соответствующие крепления для ее установки на стене выработки рядом с пультом управления ВМП.
8.4. Требования к транспортной маркировке — по ГОСТ 14192.
9. Рекомендации по установке и эксплуатации
9.1. Установку занавеси осуществляют на имеющиеся и вспомогательные конструкции тупиковой горной выработки.
9.2. В горной выработке должны быть предусмотрены смотровые отверстия, обеспечивающие легкий доступ для диагностики функционирования элементов занавеси. Размеры должны быть не менее 0,8 × 0,8 м.
9.3. Место установки занавеси должно быть оснащено стационарными или передвижными агрегатами и электрическим освещением для обеспечения свободного и безопасного доступа к зонам расположения креплений занавеси при проверке, обслуживании и ремонте.
9.4. Подключение электрооборудования ВМП, работающих сов-местно с занавесью, должно быть выполнено в соответствии с проектной конструкторской документацией.
9.5. Пульт управления размещают на стенке горной выработки таким образом, чтобы занавесь была видна с места управления ВМП. Пульт управления должен быть защищен от несанкционированного доступа.
9.6. Перед вводом занавеси в эксплуатацию осуществляют ее проверку, включая:
— проверку соответствия установленной занавеси требованиям КД;
— наличие паспорта, руководства по монтажу и эксплуатации, документации на быстроизнашиваемые элементы;
— выполнение пробных пусков занавеси.
9.7. Проверку занавеси на соответствие требованиям КД рекомендуется проводить не реже одного раза в месяц специалистами технического контроля.
10. Экономическая эффективность
Экономию можно рассчитать и получить, сравнив цены у продавцов вентиляционного рукава и полиэтиленовой занавеси на один погонный метр.
Труба вентиляционная шахтная 1000 1В ТВГШС имеет цену 1 269,72 руб/пог. м.
Погонный метр микропористой пленки стоит в среднем 100–150 руб.
11. Определение утечек или подсосов воздуха
Через каналы системы вентиляции происходят потери, которые определяются с использованием следующих основных зависимостей.
Для вентиляционных ставов рудничного исполнения систем приточной и/или вытяжной вентиляции согласно нормированной [1, 2] плотности конструкций этих ставов по классу герметичности:
где ΔGda — утечки или подсосы воздуха через неплотности соединительных конструкций вентиляционного става или участка этого става, кг/с; ρar — плотность воздуха при температуре Ta или Tr при определении утечек или подсосов воздуха соответственно, кг/м3; P1 — давление во входном сечении вентиляционного става или участка этого става, Па; P2 – давление в выходном сечении вентиляционного става или участка этого става, Па; Fd — площадь проходного сечения вентиляционного става или участка этого става, м2; de — эквивалентный гидравлический диаметр проходного сечения вентиляционного става или участка этого става, м; ld — длина вентиляционного става или участка этого става, м.
Для воздухозаборных каналов (ставов) рудничного исполнения систем приточной (нагнетательной) и/или всасывающей вентиляции (в диапазоне давлений 200–1 400 Па):
где ΔGda — подсосы воздуха через неплотности соединительных конструкций вентиляционного става или участка этого става, кг/с; P — давление в выходном сечении вентиляционного става или участка этого става, Па; ρr — плотность воздуха при температуре Tr, кг/м3; a = 10,752331;
b = 0,0069397038; c = 0,66419906.
12. Параметры работы ВМП и системы проветривания забоя
На участке става вытяжного и/или нагнетательного става (в горной выработке) определяется требуемая величина давления ВМП посредством зависимости вида:
Здесь учтено статическое давление в ставе в конце начального участка Psm0, Па; P0 — добавочное статическое давление, Па; ξ0i — коэффициент i-го местного сопротивления на начальном участке става; λ0i — коэффициент сопротивления трения i-го элемента на начальном участке става; l0i длина i-го элемента става на начальном участке, м; de0i — эквивалентный гидравлический диаметр i-го элемента става на начальном участке, м; ρsm0 — плотность шахтного воздуха при расчетной температуре Tsm0 слоя в призабойном пространстве, кг/м3; νsm0i — скорость воздуха, перемещаемого в i-м элементе става на начальном участке, м/с.
Величина добавочного статического давления в ставе определяется по суммарным потерям давления в устройствах компенсирующей подачи воздуха с естественным побуждением тяги (за счет общешахтной и/или локальной естественной тяги):
где Ra — эквивалентное сопротивление вентиляционного става, кг–1∙м–1; Ga — расход приточного воздуха в забой, кг/с.
Локальная скорость перемещаемого в ставе потока воздуха определяется соотношением
где F0i — площадь проходного сечения i-го элемента става на начальном участке, м2.
Для определения эквивалентного гидравлического диаметра сечения i-го элемента става на начальном участке используется соотношение
где a, b — размеры сторон сечения, м.
Коэффициенты местного сопротивления определяются по справочным данным [3], а коэффициенты сопротивления трения — по известной зависимости А. Д. Альтшуля:
где k — эквивалентная шероховатость внутренней поверхности става (для воздуховодов из поли-этилена k = 0,1 мм).
При этом критерий Re0i определяется по теплофизическим параметрам шахтного воздуха:
где μsm0 — динамическая вязкость газа при температуре Тsm0, кг × м/с.
Величина массового расхода в конце става (у забоя) определяется зависимостью
где G’sm0 — массовый расход в конечном сечении промежуточного участка става, кг/с; ΔGda — подсосы воздуха через конструкции промежуточного участка става, кг/с.
где kl — коэффициент теплопередачи, Вт/(м × град); α1, α2 — коэффициенты теплоотдачи от газа к внутренней поверхности и от внешней поверхности канала к окружающему воздуху, Вт/(м2 × град); λ1, λ2 — коэффициенты теплопроводности материалов собственно конструкции става (воздуховода) и покрытия, Вт/(м × град); de1, de2, de3 — эквивалентный гидравлический диаметр, соответствующий внутренней поверхности, внешней поверхности става (внутренней поверхности слоя) и внешней поверхности этого става, м.
Коэффициенты теплопроводности λ1 и λ2 находятся по справочным данным для конкретных материалов. Значение α1 определяется из критериальной зависимости вида
где Nu, Re, Pr — критерии Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля соответственно; ε1, εR — поправочные коэффициенты;
Количественные значения коэффициента ε1 устанавливаются по табличным справочным данным, а значения коэффициента εR определяются соотношением
где R — радиус изгиба канала става, м.
Минимально необходимая площадь проходного сечения става определяется зависимостью вида
где Fsm — суммарная площадь проходного сечения става, м2; ξd — коэффициент аэродинамического сопротивления однотипных элементов става; ρsm — плотность шахтного воздуха в слое у призабойного пространства при температуре Тsm, кг/м3; hf — высота от расчётного уровня расположения нижней границы става до геометрического центра однорядного расположения элементов става, м; Gsm — суммарный массовый расход воздуха на конце става, кг/с.
13. Технико-экономическая оценка систем проветривания протяжённого тупикового забоя по энергетическим затратам
13.1. Технико-экономическая оценка системы проветривания заключается в определении срока окупаемости дополнительных едино-временных вложений, требующихся для изменения системы вентиляции протяженного тупикового забоя при переходе от традиционной нагнетательной схемы к комбинированной.
13.2. Технико-экономическую оценку осуществляют в отношении одного метра погонного в такой последовательности:
а) определяют нормируемые расчетные значения для подачи необходимого расхода воздуха в забой;
б) определяют и фиксируют нормы содержания вредных веществ в атмосфере горной выработки;
в) определяют расчетное значение расхода и давления ВМП;
г) расчетное значение расхода воздуха, подаваемого в забой, сравнивают с нормируемым значением, при этом имеют место два случая:
1) подача воздуха в забой более нормируемого. В этом случае возможно уменьшение размеров сечений ставов трубопровода, и дальнейший технико-экономический расчет проводят для сравнения вариантов систем вентиляции с различными размерами сечений трубопроводов;
2) подача воздуха в забой более 0,8 нормируемого. В этом случае возможно увеличение размеров сечений става, и дальнейший технико-экономический расчет проводят для сравнения вариантов систем с различными размерами сечений става и прое-мов при увеличении размеров трубопровода.
13.3. Сравнение затрат для вариантов изменений системы вентиляции забоя производят в такой последовательности:
а) рассчитывают разницу единовременных затрат ΔK на первую и вторую системы по формуле:
где S1 и S2 — площади сечения ставов, м2; ξст — цена трубопровода стандартного, руб/м2; ξок — цена возведения ограждающей конструкции (занавеси), руб/м2;
б) рассчитывают разницу потерь (утечек) воздуха через ставы в первой и второй системах вентиляции тупиковых забоев за период, кВт•ч/год, по формуле:
где Rокпр — приведенное сопротивление передачи (утечки) воздуха и тепла потока исходящего воздуха, м2∙°C/Вт; Rстпр — приведенное сопротивление передачи ограждающей конструкции (занавеси), в которой расположен поток исходящей струи, м2∙°C/Вт;
в) рассчитывают разницу среднегодовых затрат на потери за период ΔЗТ, обусловленную изменением системы вентиляции забоя, по формуле:
СТ — перспективная цена энергии, руб/(кВт•ч);
г) рассчитывают разницу среднегодовых затрат на потребление электрической энергии ΔЗэ, обусловленную изменением системы, по формуле:
где w1, w2 — удельная установленная мощность системы, Вт/м2, для первой и второй систем проветривания протяженной тупиковой выработки; Σz1, Σz2 — продолжительность использования вентиляции,
ч/год, для первой и второй систем проветривания;
д) рассчитывают разницу среднегодовых эксплуатационных затрат по формуле:
13.4. Проверяют условие окупаемости затрат на изменение системы проветривания с первой на вторую:
где р — процентная ставка по капвложениям на год, %.
13.5. Выполняют расчет срока окупаемости измененной системы вентиляции помещения по формуле:
Проводят сопоставление расчетного срока окупаемости измененной системы с принятым предельно допустимым значением Tо.доп. Если То < Tо.доп, то экономически оправдан выбор второй системы проветривания.
Расчет и технико-экономическую оценку систем нагнетательной и комбинированной вентиляции тупиковой протяженной горной выработки выполняют в следующей последовательности:
— рассчитывают разницу единовременных затрат ΔК на первую и вторую системы:
— рассчитывают разницу среднегодовых затрат на потери за период ΔЗт, обусловленную изменением системы вентиляции:
— рассчитывают разницу среднегодовых затрат на потребление электрической энергии ΔЗэ, обусловленную изменением системы. Установленную мощность системы рассчитывают из условия, что удельная установленная мощность составляет ω1 = 20 Вт/м2, во втором случае ω2 = 16 Вт/м2. При этом потребление электроэнергии в первом случае составит ω1∙Sп = 20∙36 = 720 Вт, а во втором случае — ω2∙Sп = 16∙36 = 576 Вт.
В обоих случаях продолжительность использования систем составляет рабочий день, т. е. 16 ч/сут. При этом Σz = 16 ∙ 260 = 4 160 ч/год.
рассчитывают экономию от снижения затрат на один метр погонный вентиляционного става:
проверяют условие окупаемости затрат на изменение системы:
где p = 25 %-ная ставка по кредиту банка.
Таким образом, всесторонне проанализирована новая технология проветривания тупиковых протяженных забоев. Доказана эффективность и разработаны элементы новой технологии. Экономическая результативность составляет до 870 руб. в год на один погонный метр тупиковой горной выработки.
Список литературы
1. СП 7.13130.2013. Отопление, вентиляция и кондиционирование.
2. СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование (актуализированная редакция СНиП 41-01-2003).
3. NFPA 92B. Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Spaces, 2009 Edition.
4. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 559 с.
5. Михеев М. А. Основы теплопередачи. М.: Госэнергоиздат, 1956. 392 с.
6. Красноштейн А. Е., Алыменко Н. И., Минин В. В. Энерго-сберегающее проветривание рудников с малым аэродинамическим сопротивлением //Горный вестник — 1995. № 4. — С. 55–59.
7. Мохирев Н. Н. Проветривание подземных горнодобывающих предприятий. — Пермь. 2001. — С. 280.
8. Казаков Б. П., Шалимов А. В., Паршаков О. С. О возможности проветривания тупиковых выработок беструбным способом. // УрО РАН проект № 13-5-026-АЭРО. 2014. — С. 195–199.
9. Алыменко Н. И., Минин В. В. Вентиляторные установки и их применение. Екатеринбург, 1999. — 275 с.
10. Починок В. Е., Шварц З. Л. Проветривание выработок с помощью ВМП центробежного исполнения // Исследование, разработка и эксплуатация нового горного оборудования. — Л.: 1982. — С. 139–142.
11. Divers E. E., LaScola J. C., Kissel F. N. Sideboard device for improved face ventilation in coal mine // Bureau of Mines Coal, Mine Health and Safety / Health Program tech. Progress Report 108, august, 1979.
12. Dunn M., Kendorski F., Rahim M. Auxiliary jet fans // Engineering and Mining Jour-nal.-1983. — 184, dec. — C. 31–34.
13. Erickson A., Heller K. Assessment of effectiveness of Janelid ventilation // Mining Congress Journal. — 1982. — № 10. — C. 39–44.
14. Pollak R., Cristensen H., Lindloff U. Op-timierung der Bevetter-ung im Kali-bergbau der flachen Lagerung // Kali und Steinsalz. — 1987. — № 12. — С. 400–407.
15. Андреев В. Г., Дьяконов Л. Д., Коломиец Р. А. Эжектор большой производительности для подземных рудников // Совершенствование торной техники и технологии для открытых и подземных работ. — Л.: 1983. — С. 137–140.
16. Гленсдорф П., Пригожин Н. И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. — М.: Мир, 1973.
17. Виттенбург И. Динамика системы твердых тел. — М.: Мир, 1980.
18. Притонин И. В. Введение в термодинамику необратимых процессов. — М.: ИЛ, 1960.
19. Проветривание горных выработок рудников ООО «УГМК-Холдинг», учебник / Заворницын В. В., Плотников А. М., Минин В. В. [и др.] — Саратов: Ай Пи Ар Медиа, 2019. — 142 с.
Подписи к рисункам:
