Тел./факс (495) 397-0166, моб. тел. +7 (916) 605-7037
e-mail: director@ecotech-invest.ru
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО НОРМАЛИЗАЦИИ ГАЗОВОГО РЕЖИМА ШАХТ
Мероприятия по контролю режима вентиляции шахт.
Для контроля и оценки состояния шахтной атмосферы в конце восьмидесятых годов был разработан комплекс унифицированной аппаратуры контроля рудничной атмосферы (КРАУ). Этот комплекс был разработан из расчёта возможности комплектования как самостоятельных систем, так и подсистем, входящих в состав автоматизированного управления шахты. Один полный комплект КРАУ включает в себя до 256 датчиков состава и параметров рудничной атмосферы, до 32 устройств питания, сбора и передачи информации (УПСИ), одно поверхностное устройство приёма, обработки и представления информации (УОПИ).
Подземная аппаратурная часть КРАУ состоит из различных типов датчиков и УПСИ. Предусматривался выпуск пяти типов датчиков: датчик метана низких концентраций ДМТ-6 с диапазоном измерения 0-2,5% для контроля содержания метана в горных выработках, датчик метана высоких концентраций (ДМВК) с диапазоном измерения 0 - 99,9% для контроля загазованности горных выработок при внезапных выбросах и авариях вентиляторов местного проветривания, датчик контроля метана высоких концентраций, с диапазоном измерения 0 - 99,9% для контроля метано-воздушных смесей в дегазационных трубопроводах, датчик окиси углерода (ДОУ) с диапазоном измерения 0 - 0,01% для контроля микроконцентраций окиси углерода в атмосфере при обнаружении ранних стадий самовозгорания, датчик скорости и направления движения воздуха (ДСНВ) с диапазоном измерения 0,25 - 8 м/с для контроля скорости и направления движения воздушных потоков в горных выработках.
В последующем предполагалось расширять номенклатуру датчиков и выпускать датчики температуры, давления, влажности воздуха, запылённости, расхода, дыма, индикаторных газов ранних стадий экзогенных пожаров, а также датчики других типов.
Наличие столь полной информации давало бы возможность достаточно надёжно контролировать состояние рудничной атмосферы и принимать адекватные и своевременные меры по устранению нарушений, однако разработка этого комплекса не была доведена до серийного выпуска по ряду объективных причин, связанных с распадом СССР. Сейчас в шахтах России используются системы автоматической газовой защиты (АГЗ) на базе стационарной аппаратуры комплекса «Метан». Они осуществляют, как правило, только непрерывный контроль концентрации метана в местах установки датчиков, автоматическое отключение электроэнергии при превышении допустимых концентраций метана и, в редких случаях, контроль скорости воздушного потока.
Для получения своевременной и полной информации о состоянии атмосферы шахты необходимо устанавливать в одной точке одновременно датчики контроля метана и скорости воздуха, так как наличие одной только информации о превышении концентрации метана весьма часто недостаточно для того, чтобы сделать вывод о причинах её превышения допустимых норм. В настоящее же время количество точек автоматического контроля концентрации метана в шахте составляет, в среднем, 30 – 40, в то время как стационарных автоматических датчиков контроля скорости воздуха имеется, в лучшем случае, не больше 3 – 4 на всю сеть горных выработок.
При всех неоспоримых достоинствах комплексов автоматического контроля рудничной атмосферы, они не решают в полном объёме задачу по полному и непрерывному сбору и передаче информации. Например, во время аварии или плановом реверсировании воздушной струи отключается электроэнергия в шахте, в результате чего остаётся без энергоснабжения вся система автоматического контроля. В этих условиях работа инженерно-технических работников участка вентиляции, выполняющих замеры переносными анемометрами, крайне необходима и только она обеспечивает безопасность труда.
До недавнего времени все шахты России были оснащены переносными анемометрами АСО-3 и МС-13, разработанными более 50 лет тому назад. Выпуск этих анемометров в настоящее время прекращен по причине того, что они морально и физически устарели.
Для проведения замеров с помощью анемометров АСО-3 и МС-13 необходимо было иметь при себе, как правило, оба этих прибора и секундомер. Квалифицированные работники за одну смену производили ими не более 10 - 15 замеров, в то время как количество замерных станций для контроля расхода воздуха в шахте может колебаться от 100 до 400.
С целью получения достоверной информации о распределении воздуха замеры необходимо выполнять в ограниченное время, в течение которого в шахте не должны проводиться работы по добыче, проходке и транспортировке грузов по выработкам, при которых может изменяться положение вентиляционных дверей.
Правила безопасности регламентируют периодичность проведения плановых замеров воздуха в зависимости от категории шахт (1, 2 и 3 раза в месяц), но в них ничего не говорится о количестве анемометров, которые необходимо иметь на шахте.
Вентиляционные системы шахт включают от 1 до 5-6 вентиляторов главного проветривания, обслуживающих, как правило, несколько горизонтов; сети шахт имеют протяжённость от 10 до 300 км. Замеры воздуха в шахте, как правило, выполняются в условиях, когда осуществляется добыча угля и повсеместное транспортирование грузов и, как следствие, происходят значительные колебания в распределении воздуха по выработкам из-за интенсивного использования вентиляционных сооружений (открывание-закрывание дверей). Чаще всего замеры количества воздуха как вследствие недостаточного количества приборов, и недостаточного штата работников участка ВТБ, так и необходимости больших затрат времени на производство замеров, делают в течение нескольких смен или суток, что приводит к значительным искажениям в получаемой информации.
Ещё более усложняется получение достоверной информации о состоянии рудничной атмосферы при проведении реверсирования вентиляционной струи.
Расход воздуха, проходящий по выработкам при реверсировании, должен составлять не менее 60% от расхода воздуха в нормальном режиме проветривания, а концентрация метана не должна превышать 2%. Продолжительность реверсирования обычно не превышает 50 - 60 минут. За это время необходимо сделать замеры скорости воздуха и концентрации метана во всех выработках. Указанные требования ПБ можно выполнить, лишь направив в горные выработки и каналы главных вентиляторов достаточное количество инженерно-технических работников участка ВТБ с анемометрами, задачей которых является выполнение максимально возможного количества замеров в столь ограниченный промежуток времени. При этом следует учесть, что некоторые ИТР могут выполнить замеры только на одной замерной станции, например, в канале главных вентиляторов, а это требует наличия дополнительного количества анемометров.
В среднем, из-за вышеперечисленных ограничений, во время реверсирования воздушной струи работник может контролировать от 3 до 5 замерных станций.
С 1994 года началось оснащение шахт анемометрами нового технического уровня, одним из разработчиков которого является диссертант. За разработку и серийное освоение производства анемометра переносного рудничного АПР-2 коллективу авторов в 1997 г. присуждена премия имени академика А.А. Скочинского. Анемометр АПР-2 внесен в Государственный реестр средств измерений, в т.ч. и реестр средств измерений военного назначения. В настоящее время это единственный переносной анемометр, внесенный в Госреестр средств измерений, и им оснащено большинство шахт и рудников России.
Анемометр АПР-2 предназначен для определения скорости воздушного потока в шахтах и рудниках всех категорий, он выпускается в исполнении с уровнем защиты РО Иа по ГОСТ 22782.5-78, что по Европейским нормам EN 50014/50020 соответствует уровню самозащиты Ex ia ITI. Степень защиты от воздействия внешней среды IР54.
Практика использования АПР-2 показала их высокую надёжность и возможность повышения производительности работников при производстве замеров в 3 – 5 раз, по сравнению с применением анемометров АСО-3 и МС-13.
Диапазон измерений скорости анемометром АПР-2 составляет от 0,2 до 40,0 м/с, он может также работать с датчиком контроля скорости в дегазационных трубопроводах в диапазоне от 0,4 до 60,0 м/с.
Датчик для измерения скоростей в дегазационных трубопроводах значительно снижает трудоёмкость замеров, существенно повышает безопасность и позволяет снизить сопротивление трубопроводов по сравнению с существующими способами замера, так как отпадает необходимость использования диафрагм, устанавливаемых в замерных станциях трубопроводов.
Учитывая вышесказанное, можно сформулировать основные методические принципы ручных измерений параметров рудничной атмосферы, обеспечивающие выполнение требований ПБ к контролю атмосферы, цель которых - получение наиболее полной и достоверной информации о распределении воздуха при плановых замерах и реверсивном режиме проветривания. Эти принципы сводятся к следующему:
- замеры необходимо выполнять, практически, одновременно в основных (определяющих) узлах контролируемой сети, в промежуточных узлах - за ограниченный период времени, в течение которого параметры атмосферы не претерпят существенных изменений, обусловленных суточными и климатическими колебаниями метеорологических условий на поверхности;
- проведение газовоздушных съемок должно осуществляться в период приостановки работ по добыче, проходке и транспортировке грузов, что исключает возможность изменения вентиляционных дверей или регуляторов;
- при наличии дегазации необходимо одновременно контролировать параметры газовоздушных потоков в вентиляционной и дегазационной системах.
Автором разработана также методика расчёта необходимого количества анемометров. Предложенная методика расчёта утверждена Госгортехнадзором РФ от 01.11.96 № 04-35/314 в виде нормативов расчёта для шахт и рудников.
При расчёте требуемого количества приборов следует учитывать:
- протяжённость горных выработок и время, необходимое на перемещение между замерными станциями;
- количество горизонтов;
- количество действующих вентиляторов главного проветривания, так как работники, выполняющие замеры в каналах вентиляторов, не имеют возможности при проведении реверса перейти на другие замерные станции.
При этом минимально допустимое количество анемометров в количестве 5 штук устанавливается для условий, когда протяженность поддерживаемых выработок не превышает 30 км, работы ведутся на одном горизонте, работает один вентилятор главного проветривания.
Расчет количества анемометров N следует производить по формуле:
N = [n (L : Р) + (Кгор - 1) + (Квгп - 1)] к, ()
где, n - минимально допустимое на шахте наличие действующих анемометров, необходимое для оперативного текущего контроля расхода воздуха (не менее 5 шт.);
L - протяженность поддерживаемых горных выработок до 90 км;
P - расчетная величина поддерживаемых выработок, равная 30 км;
Кгор- количество горизонтов;
Квгп- количество действующих вентиляторов главного проветривания;
к - коэффициент резерва, равный 1,2.
Количество замерных станций возрастает не прямо пропорционально протяженности выработок. Поэтому в тех случаях, когда протяжённость поддерживаемых горных выработок превышает 90 км, необходимое число действующих анемометров увеличивается в следующем порядке: при протяжённости выработок от 90 до 120 км - дополнительно 1 анемометр на каждые 10 км; от 120 до 150 км - 1 анемометр на 15 км; от 150 до 200 км - 1 анемометр на 20 км, при протяженности выработок более 200 км - 1 анемометр на каждые последующие 25 км.
Следует отметить, что настоящая методика разработана для условий обеспечения шахт приборами нового поколения - малогабаритными цифровыми анемометрами типа АПР-2. При оснащении анемометрами АСО-3 и МС-13 необходимо в расчетную формулу ввести дополнительный коэффициент = 1,5 по причине низкой надежности и малой производительности указанных приборов, а также потому, что они имеют разный диапазон измеряемых скоростей и очень часто при производстве замеров необходимо иметь при себе одновременно два прибора.
Оснащение анемометрами АПР-2 шахт, согласно разработанной автором методике, позволяют значительно повысить качество и эффективность при производстве замеров скорости воздуха.
Действующими нормативными документами предусмотрено измерение компонентов рудничной атмосферы в процентах к объёму. Вместе с тем значительный интерес представляют и данные об их весовом содержании. Это имеет особое значение при определении кислорода, так как кислород не только обеспечивает жизнедеятельность организма человека, но и является активным участником различных химических реакций (горение метана, взрыв, окисление угля и древесины и т. п.). О необходимости определения весового содержания кислорода в атмосфере рудничного воздуха свидетельствует и то обстоятельство, что экспериментальными исследованиями [ ] установлена зависимость снижения периода индукции вспышки метано-воздушной смеси при росте атмосферного давления, сопровождающегося, как известно, увеличением весового содержания кислорода.
Атмосферный воздух, поступая в горные выработки шахты, изменяет свои параметры. Эти изменения более значительны по мере роста глубины работ, температуры и влажности рудничного воздуха.
