Методы проверки и оценки вентиляционных систем

Создание 3D-модели движения воздуха в угольных шахтах

Ученые Томского политеха совместно с коллегами разработали методику создания 3D-модели движения воздуха в угольных шахтах. По словам специалистов, это позволит управлять воздушными потоками, следить за концентрацией горючих газов и таким образом снизить вероятность возникновения пожара. Результат работы опубликован в журнале Fire.

Проблема пожаров в угольных шахтах

Разработка угольных пластов в подземных шахтах сопровождается выделением метана – горючего газа, который в смеси с воздухом взрывоопасен. Ученые Томского политехнического университета подчеркнули, что большинство несчастных случаев на угольных шахтах связаны именно с пожарами. Они представляют опасность для жизни и здоровья горняков, а также наносят существенный урон инфраструктуре. Стоимость ликвидации последствий пожаров составляет до 95% стоимости ликвидации всех аварий, происходящих на горнодобывающих предприятиях, отметили специалисты.

Чтобы обеспечить пожарную безопасность, концентрация метана в шахтах постоянно контролируется. Для этих целей используется сложная система вентиляции, по которой в шахту подаются большие объемы воздуха.

Новые методы исследования

Для конструирования системы проветривания необходимо учитывать множество факторов и достоверно убедиться при расчете в том, что воздушный поток в достаточном объеме поступит в каждую точку подземной шахтной сети. На сегодняшний день проектирование вентиляционной сети осуществляется с помощью двухмерного моделирования, отметили специалисты.

Ученые Томского политеха с коллегами из разных городов России предложили способы создания 3D-моделей, которые позволят точнее рассчитать подачу воздуха в шахты и эффективнее контролировать содержание горючих газов.

Детали исследования

Основная идея нашей разработки в следующем: мы рассматриваем фронтальную проекцию объемной модели отдельных участков вентиляционной сети. Путем сочетания большого числа этих проекций мы получаем подробнейшую модель для улучшения качества управления проветриванием угольных шахт, – рассказал доцент отделения материаловедения Томского политеха Никита Мартюшев.

Ученые установили, что диагональные соединения в системе вентиляции повышают риски накопления и взрыва метана, затрудняют приток воздуха в труднодоступные участки под землей.

Перспективы

Разработчики предложили новую схему построения вентиляционной сети. В данной схеме строится трехмерная пространственная модель вентиляционной системы. Работа с такой моделью достаточно сложна, поэтому для расчетов пользуются проекциями этой модели на плоскости.

Такой подход позволяет улучшить научные представления о процессах управления потоками воздуха в шахте на участках добычи полезных ископаемых (угля). Также появляется возможность более точно выбирать режим работы вентилятора главного проветривания и более точно управлять циркуляцией воздуха в шахте.

Для обеспечения закономерностей движения воздуха в шахте:

• Выбор мест наибольшей концентрации метана.
• Установка датчиков для предупреждения об опасности.
• Принятие своевременных мер по предотвращению возгорания метана.

Томский политех – участник программы государственной поддержки университетов РФ Приоритет-2030.

Чистый воздух – залог комфорта и здоровья:

• Вентиляция – необходима для поддержания санитарных норм.
• Вентиляционные системы на промышленных объектах и с повышенными санитарными требованиями.
• Диагностика эффективности вентиляции – процедура по стандартам ГОСТ 12.4.021-75 и СНиП 3.05.01-85.

Правила оценки эффективности вентиляции

Оценка эффективности вентиляции должна производиться в случаях:

• Плановое обследование с разной периодичностью в зависимости от объекта.
• Проверка на ранних стадиях для предотвращения чрезвычайных ситуаций и болезней.

Проводить оценку эффективности вентиляции может только организация с соответствующей аккредитацией. Наши квалифицированные специалисты имеют все необходимые разрешения и лицензии для выполнения диагностических работ в соответствии с законодательными требованиями.

## Оценка эффективности вентиляции – как проводится

Аудит вентиляции включает оценку следующих параметров:

Методы проверки эффективности работы вентиляции определяются типом системы вентиляции. Таким образом диагностика вытяжной системы фокусируется на падении оттока воздуха и работе вытяжных вентиляторов, а, например, контроль приточной системы осуществляется на предмет очищения системой уличного воздуха.

В рамках санитарно-эпидемиологического обследования вентиляционной системы также определяется необходимость (или ее отсутствие) в организации очистительных и дезинфекционных мероприятий для элементов вентиляционной системы. В рамках данной проверки берутся смывы для микробиологического анализа и проводится визуальный осмотр системы.

По итогу проверочных работ заказчик получает акт проверки эффективности, содержащий информацию о техническом состоянии системы, состоянии фильтров и качества воздуха.

### Периодичность аудита

1 раз в 3 года проверяются естественная и механические системы вентиляции в офисных и жилых помещениях.

1 раз в год проверяется приточно-вытяжная вентиляция в помещениях бытового и общественного назначения.

На предприятиях, где присутствуют взрывопожароопасные, а также токсичные вещества, диагностику вентиляции необходимо проводить не реже 1 раза в месяц.

### Заключение

Диагностика вентиляционных систем – это важный процесс, который позволяет выявить возможные проблемы и неисправности в работе системы. Он помогает убедиться в том, что вентиляционный инвентарь работает правильно и эффективно, что является ключевым фактором для обеспечения здоровой и комфортной атмосферы в помещении.

Важно отметить, что правильная работа и эффективность вентиляции поможет сохранить здоровье и комфорт в помещении, а также снизить расходы на обслуживание системы.

## Об утверждении Правил обеспечения промышленной безопасности для опасных производственных объектов угольных шахт

с изменениями на: 13.06.2023

При надработке крутых пластов

Если угольный пласт до его разработки или сближенный пласт был подработан или надработан и дегазирован, то в расчетные формулы вместо подставляется остаточная метаноносность, величина которой определяется по формуле

МЕТАНОВЫДЕЛБНИБ ИЗ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД

?пор = *п?пл м®/т.

При определении значения г

маются по табл. 1, а коэффициента — по табл. 4.

Т а б л и ц а

Значения коэффициента, учитывающего

газовыделение из боковых пород

Способ управления кровлей

3.1.4. МЕТАНООБИЛЬНОСТЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Относительная метанообильность выработок шахтопласта, обусловленная метановыделением из обособленно проветриваемых подготовительных выработок, определяется по формуле

9п= 4 ^ м3/т,

где / П/ — абсолютная метанообильность каждой обособленно про

Подготовительная выработка и метановыделение

Выработка газа из подготовительных выработок

Скорость ветриваемой подготовительной выработки, м³/сут, зависит от метановыделения с обнаженных поверхностей разрабатываемого пласта и отбитого угля:

[(/поп + /о) м³/мин]

Формула расчета метановыделения

Формула для определения метановыделения с обнаженной поверхности для условий тонких и средней мощности пластов Донбасса:

[/нов = ™Bby*VY?n^Tn10-4 м³/мин]

где:

• Bby – коэффициент, зависящий от времени Гп, прошедшего от начала проведения выработки до момента определения газообильности
• VY?n – средняя скорость проведения выработки комбайном или буровзрывным способом, м/мин

Метановыделение из старых выработанных пространств

Ожидаемая относительная метанообильность выработок, обусловленная газовыделением из старых выработанных пространств ранее отработанных этажей:

[?ст = *ст(?уч + ?o) м³/Т]

Значение коэффициента принимается согласно таблице 5.

Таблица 5

Горностатистический метод прогноза применяется в случаях, когда отсутствуют данные по метаноносности угольных пластов. Он основан на изучении метанообильности горных выработок и применяется для определения метанообильности различных участков шахты.

По падению пласта прогноз дается на глубину до 100—200 м по вертикали, но не более 600 м по падению пласта от отработан­ ного нижнего этажа (яруса), для которого установлена факти­ ческая относительная метанообильность. Нижний предел при­ нимается при ступени метанообильности до 10 м/м3/т, а верхний — свыше 10 м/м3/т.

По простиранию пласта размер проектируемого участка, при­ мыкающего к отработанной части шахтного поля действующей шахты, не должен превышать длины одного шахтного поля.

3.2.2. СПОСОБ РАСЧЕТА И ПОЛУЧЕНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Предполагаемая метанообильность горных выработок на глу­ бине определяется по формуле

q = — ~ H°

H u = -Hqi z f 11

где Н 1, Н 2 — расстояние по вертикали от поверхности земли со­ ответственно до выше- и нижележащего горизонта шахты в зоне метановых газов, м;

— фактическая средняя относительная метанообильность горных выработок соответственно на глуби­ нах и , м3/т.

При наличии нескольких отработанных горизонтов, для кото­ рых известна относительная газообильность выработок, вели­ чина определяется по двум нижним.

При известном значении моноклинальности залегания, отсутствии геологических нарушений и экстраполяции вниз не более 200 м глубина зоны метанового выветривания определяется

– 2 ) м.

Если отсутствуют данные об относительной метанообильности выработок верхних горизонтов, величина зоны метанового вы­ ветривания устанавливается по данным геологоразведочных работ.

В качестве исходных данных для определения величин и принимаются результаты плановых замеров, проводимых участками ВТБ шахт, и результаты специально проводимых газовых съемок, а также сведения о фактической добыче выемоч­ ных участков (полей).

3.2.3. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Расчет относительной среднемесячной метанообильности гор­ ных выработок выемочного участка на данной глубине произ­ водится по результатам замеров на исходящей вентиляционной

струе участка следующим образом.

Средняя концентрация метана в

в данном месяце

— число замеров в месяц.

Средний расход воздуха в данном месяце

<?ср. мес (3 .3 9 )

где Çcp. — расход воздуха при каждом замере, м3/мин. Среднесуточная абсолютная метанообильность в данном месяце

■^ср. сут = 14,4Çcp мес^м М3/сут.

Среднесуточная добыча в данном месяце

^ср = Т/СуТ-

1 с р .

Полученная таким образом средняя относительная метано­ обильность выемочного участка наносится на план горных работ в центре отработанной за месяц площади.

Относительная метанообильность выработок выемочного уча­ стка рассчитывается как средневзвешенная по добыче величина из частных значений метанообильности выработок, определенных в каждом месяце, исключая метанообильность участка (выработок выемочного поля) в начальный период его работы (до цервой посадки основной кровли). Кроме того, следует исключать полу­ ченные значения относительной метанообильности выработок при ненормальной (низкой) добыче и при отработке пласта в зонах геологических нарушений, если в этих зонах метанообильность выработок резко меняется. Таким образом,

По полученным для разных глубин разработки величинам средневзвешенной относительной метанообильности выработок вычисляется ступень их метанообильности.

Для прогноза метанообильности выработок проектируемых шахтных полей, прилегающих к разрабатываемому полю, и ана­ лиза изменения ее по простиранию и падению пласта, исходя из фактических значений относительной метанообильности и рас­ считанной ступени метанообильности, на планах горных работ строятся изометы, т. е. линии равной метанообильности выработок выемочных полей.

случае заметных колебаний в метанообильности выработок

пределах этажа ноле шахты разбивается на пояса по простира­ нию пласта. Условные границы пояса проводятся так, чтобы в его

пределах метанообильность колебалась не более чем на 30% от средней величины, и дается прогноз для каждого пояса. В ча­ стности, для условий Кузбасса разбивка на пояса рекомендуется: при сложном строении шахтного поля — по крыльям тектони­ ческих структур, в других случаях — либо по крыльям шахт­ ного поля и основным квершлагам, либо по разведочным линиям, но с учетом более или менее однородного геологического строения угленосной толщи; во всех случаях разбивка на пояса должна производиться в увязке с календарным планом горных работ.

Предполагаемая метанообильность выработок выемочного уча­

стка на глубине рассчитывается по формуле

Я^ 2 + ga м»/т.

1 — . об —

Величины и /сп обопределяются по данным

•газовых съемок по последнему отработанному этажу.

q* = — ———-•

СХЕМЫ И СПОСОБЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ

СХЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

4.1.1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Схема проветривания выемочного участка должна исключать возможность образования повышенных концентраций метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой и обеспечивать:

наиболее полное обособленное разбавление всех источников газовыделения;

полное использование свежей струи, проходящей по рабочему пространству лавы, только для разбавления метана, выделяюще­ гося из забоя пласта и отбитого угля в пределах этого простран­ ства. Весь остальной газ, выделяющийся в пределах участка (из выработанного пространства, из отбитого угля за пределами рабочего пространства лавы и подготовительных выработок), должен разбавляться обособленными струями воздуха, мину­ ющими лаву;

надежность проветривания как при нормальном, так и аварий­ ном режимах;

максимально благоприятные санитарно-гигиенические усло­ вия в очистном забое за счет направления свежей струи по выра­ боткам без местных источников нагревания и вредностей;

возможность ведения работ по эффективной дегазации раз­ рабатываемого пласта и сближенных пластов;

наличие двух свежих струй при разработке выбросоопасных пластов;

благоприятные условия для спасения людей и ликвидации аварий;

возможность маневрирования вентиляционными струями; эффективную разработку пластов, склонных к самовозгоранию; максимальную нагрузку на лаву по газовому фактору и мини­

мальную себестоимость угля по элементу «вентиляция».

В качестве основной схемы проветривания выемочного участка на неглубоких шахтах, не опасных по метану, следует принимать возвратноточную с выдачей исходящей струи по выработке, рас­ положенной в массиве угля (в дальнейшем просто — на массив угля), как обеспечивающую минимальные утечки воздуха черев

Рис. 6. Схемы проветривания выемочных участков

выработанное пространство и эффективное проветривание рабо­ чего пространства лавы (схемы 1-М-Н-в-вт-ж, 1-М-Н-г-вт-а на рис. 6 и другие — см. приложение 2).

При отработке газоносных пластов эта схема допускается при условии, если исключается образование местных концентраций метана на сопряжении лавы с вентиляционным штреком выше норм, установленных ПБ, т. е. когда

Проветривание выемочных участков должно производиться воздухом, подаваемым только за счет общешахтной депрессии.

При отработке газоносных и негазоносных пластов на глубоких горизонтах следует принимать отвечающие всем

основным требованиям схемы проветривания выемочных участков с полностью обособленным разбавлением вредностей по источ­ никам их поступления в рудничную атмосферу. Применение таких схем позволяет:

увеличить нагрузку на лаву по газовому фактору в 2—10 раз. Расчет нагрузки производится только по газоносности разраба­ тываемого пласта и остаточной газоносности на выходе из лавы. При этом обособленное разбавление метана из отбитого угля за пределами лавы в большинстве случаев близко по эффек­ тивности дегазации пласта скважинами;

достичь высокой эффективности дегазации сближенных пластов скважинами. Наличие дополнительной выработки повышает срок действия скважин, и поэтому даже при обратном порядке отра­ ботки эффективность дегазации не ниже, чем при прямом, при прочих равных условиях;

наиболее эффективно вести работы по дегазации разрабатыва­ емого пласта. Выделяющийся при бурении газ разбавляется обособленной струей, минующей лаву;

снизить запыленность рудничного воздуха, поступающего в лаву, за счет движения его по выработкам, не имеющим источ­ ников загрязнения;

уменьшить нагревание свежей струи за счет устранения на пути ее движения к забоям таких местных источников тепла, как конвейеры, отбитый уголь, энергопоезда, машины и различные механизмы, а в основных вариантах схем — также за счет подачи свежей струи в лаву по верхнему штреку, боковые породы кото­ рого охлаждены, осушены и имеют более низкую температуру;

повысить безопасность работ, особенно во время аварии, бла­ годаря наличию двух выходов из лавы непосредственно на свежую струю;

решать ряд вопросов более эффективной и безопасной разработки выбросоопасных пластов. Такие схемы проветривания позволяют применять региональные меры (бурение длинных скважин парал­ лельно забою) предупреждения внезапных выбросов угля и газа.

В качестве типовых, пригодных для абсолютного большинства шахтопластов, вынимаемых сразу на полную мощность, следует принимать варианты схем проветривания: З-В-Н-н-пт-и, З-В-Н-н-пт-к, З-В-Н-н-пт-л, З-В-Н-г-пт-а, З-В-Н-г-пт-е (рис. G, 7) как наиболее универсальные и рациональные из схем с полностью обособленным разбавлением и удалением вредностей по источни­ кам поступления в рудничную атмосферу.

Дополнительные затраты на осуществление таких схем в боль­ шинстве случаев окупаются повышением безопасности работ или увеличением нагрузки на лаву на 1—10%.

Чтобы обеспечить рассредоточенный вынос метана из вырабо­ танного пространства в выемочный штрек в варианте З-В-Н-н-пт-к, штрек поддерживается кострами или кусто-кострами на протяже­ нии не менее 40—70 м. При бурении дегазационных скважин

Рис. 7. Типовые схемы проветривания вентиляционных участков:

— при проветривании выемочного участка по схеме З-В-Н-г-пт-с; б — то же, при схеме З-В-Н-г-пт-а; — при схеме З-В-Н-н-пт-и; — при схеме З-В-Н-н-пт-к

из вентиляционного штрека при данном варианте достигается максимальная эффективность дегазации сближенных пластов.

Варианты схем З-В-Н-н-пт-к и З-В-Н-н-пт-л целесообразно применять в тех случаях, когда необходимая нагрузка на панель обеспечивается при отработке не более одного яруса в крыле панели, т. е. при одновременной работе не более двух лав в панели.

В схемах с повторным использованием выработок (З-В-Н-ва- рианты а, е, и, л) решаются дополнительно еще две задачи: сни­ жения потерь угля в целиках и сокращения удельного объема проведения подготовительных выработок, а следовательно, умень­ шения затрат и снижения числа аварий. Область применения типо­ вых схем: газовые шахты, независимо от величины газовыделения и газового баланса участка, и негазовые глубокие шахты.

При отработке пласта спаренными лавами на газовых шахтах целесообразно использовать схемы с выдачей исходящей струи по средней выработке, поддерживаемой в выработанном про­ странстве (см., например, на рис. 6 схему З-В-З-г-пт-а), если в данных условиях они обеспечивают более высокие технико­ экономические показатели, чем типовые схемы. Схемы с выдачей исходящей струи по бортовым ходкам из-за трудности управления газовоздушными потоками следует принимать только в исключи­ тельных случаях: при незначительном газовыделении п <1 <5 4 м3/мин) и нагрузках на лаву до 500 т/сут, при соответству­ ющем технико-экономическом обосновании.

При разработке угольных пластов в сложных горно-геологи­ ческих условиях, например при неустойчивых боковых породах, когда требуется полевая подготовка или возможна отработка только сплошной системой, рекомендуются показанные на рис. 8 типовые варианты схем проветривания с полностью обосо­ бленным разбавлением вредностей по источникам поступления

рудничную атмосферу. Для получения максимальной нагрузки

З-В-Н-н-вт-н (см. рис. 6) среднюю выработку для выдачи

от gyq следует

— посредине, в

случаях — между этими положениями.

Схемы 2-го типа, по сравнению с 1-м и 3-м, занимают промежу­ точное положение по всем показателям (приросту нагрузки на лаву и производительности труда, экономической эффективности и степени повышения безопасности работ и др.). Причем отдельные варианты схем 2-го типа близки к схемам 1-го типа, другие — к 3-му. Принимать схемы 2-го типа следует только в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно или затруднительно использовать типовые варианты.

Схемы проветривания с выдачей исходящей струи на массив угля допускается применять только в тех случаях, когда невоз­ можно использовать варианты схем 3-го типа, т. е. с выдачей исходящей струи на выработанное пространство. При этом в про­ ектах отработки лав должны предусматриваться, по согласованию