Республики узбекистан алмалыкский филиал ташкентского государственного технического университета имени ислама каримова кафедра «горное дело»

Технологические основы открытых горных работ по вентиляции.
При проектировании технологии открытых горных работ учи­тывают особенности того или иного месторождения полезного ископаемого, его залегание, свойства и прочие природные факто­ры. Вместе с тем необходимо учитывать и влияние технологиче­ских факторов на атмосферные условия.
Если условия разработки позволяют применить несколько ва­риантов технологии, то предпочтение отдается тем вариантам, при которых возможно наименьшее отрицательное воздействие на атмосферные условия в карьере. Основными технологическими факторами, определяющими атмосферные условия в карьере, яв­ляются типы месторождений, форма и размеры карьерных полей, фронт горных работ, системы открытых горных разработок и спо­собы вскрытия.
Тип месторождений, определяющийся условиями зале­гания полезных ископаемых, оказывает влияние в основном на проветривание карьера. В соответствии с принятой классифика­цией различают следующие их типы: поверхностный, глубинный, нагорный, нагорно-глубинный и подводный.
Благоприятным для естественного проветривания является на­горный тип месторождений, при котором залежи полезных иско­паемых располагаются выше уровня окружающей поверхности. В то же время не исключены случаи, когда по условиям венти­ляции проветривание нагорных карьеров связано с определенны­ми трудностями, что возможно при близком расположении сосед­них гор.
Проветривание месторождений поверхностного типа, кото­рые характеризуются горизонтальным или пологим залеганием полезного ископаемого и относительно небольшой глубиной, не вызывает трудностей. При расчете эффективности естественно­го проветривания в отдельных случаях возможен один вариант, в связи с тем, что глубина карьера изменяется незначительно.
Ухудшение эффективности естественного проветривания свя­зано с разработкой месторождений глубинного типа. Поскольку в данном случае происходит непрерывное увеличение глубины, воз­можно снижение скорости воздушных потоков и при определен­ных условиях накопление в атмосфере карьеров вредностей, ко­личество которых может превышать ПДК. В связи с этим для подобных карьеров необходимо при составлении проектов более подробно производить расчет естественной вентиляции для каждо­го этапа их развития. Для глубинных месторождений при опре­деленных условиях возможно применение и искусственной вентиляции, особенно при инверсионном состоянии атмосферы и ин­тенсивных источниках пыле- и газовыделения.
Проветривание месторождений нагорно-глубинного типа в об­щем различно при разработке нагорной и глубинной частей.
Форма и размеры карьерных полей также влияют на их проветривание. При этом форма карьера может быть вытя­нутой, при которой отношение длины к ширине равно четырем и более, и округленной, когда ширина приближается к длине. Воз­можны и более сложные их формы. Форма карьера позволяет из­менять направление воздушных потоков в выработанном прост­ранстве.
Существенное влияние на проветривание карьеров оказывают его геометрические параметры. При этом для глубинного, а в не­которых случаях и поверхностного типа месторождений решаю­щим является отношение длины и ширины карьера к его глубине. В зависимости от этого отношения по степени проветриваемости ветром выделяются следующие группы: хорошо проветриваемые (отношение более 10); слабопроветриваемые (6—10) и трудно проветриваемые (менее 6).
При этом основное значение имеют угол откоса борта со сто­роны направления ветра и размеры карьера по дну. Как известно из теории пограничного слоя плоскопараллельной струи, угол раскрытия струи около 15°. В связи с этим в карьерах возмож­ны две основные схемы проветривания с применением ветра: прямоточная, когда угол наклона борта равен или меньше 15°, и рециркуляционная — угол наклона борта более 15°. С увеличе­нием угла наклона возрастает объем карьера, который проветри­вается обратными потоками. В то же время известно, что углы откоса бортов принимаются исходя из технологии ведения горных работ и их устойчивости. Поэтому целесообразно отработку ме­сторождения и развитие карьера производить таким образом, чтобы рабочий борт, который имеет, как правило, меньший угол наклона, располагался со стороны господствующих ветров. Для рециркуляционной схемы проветривания уменьшение размеров дна карьеров приводит к повышению относительных объемов с обратными потоками.
Важным показателем для месторождений глубинного типа яв­ляется глубина карьера. С ее увеличением вертикальная темпе­ратурная стратификация воздуха может быть как интенсивным фактором развития воздушных потоков (при сверхдиабатическом градиенте), так и фактором, затрудняющим воздухообмен в карьере (при изотермическом и особенно инверсионном градиен­тах). Для глубоких карьеров наиболее важно последнее поло­жение, что может привести к значительным загрязнениям атмо­сферы.
Принятая классификация размеров карьеров разделяет их на весьма малые, средние, крупные и весьма крупные. Весьма малые карьеры площадью в плане до 0,4 км² и глубиной до 40 м при наличии средств местного подавления вредностей обычно не представляют опасности в отношении загрязнения атмосферы. Осталь­ные карьеры глубинного типа требуют определения возможностей естественного проветривания, особенно при недостаточно эффек­тивных способах пыле- и газоподавления.
Некоторое влияние на загазованность и запыленность воздуха на рабочих местах оказывают параметры, характеризующие фронт горных работ. Направление фронта (вдоль длинной или короткой оси карьера, концентрическое или по эллипсу) по­зволяет изменять взаимное расположение и концентрацию обо­рудования по отношению к направлению воздушных потоков. При этом возможно наложение вредностей от различных источников, что может привести к значительному увеличению загрязнения ат­мосферы на рабочих местах. Кроме того, при направлении фрон­та вдоль длинной оси, в случае ее совпадения (а также отклоне­ния до 30°) с господствующим направлением ветра, повышается эффективность естественного проветривания.
Подвигание фронта горных работ (параллельно, по вееру, ра­диально от центра к контуру или от периферии к центру), так же как и направление, оказывает влияние на воздушные потоки в карьерах. Параллельное перемещение фронта от промежуточ­ного положения между границами и контурам карьерного поля позволяет иметь меньшие углы откосов в период наибольшей на­сыщенности карьера горным оборудованием и тем самым снизить объем зон с обратными потоками. При веерном перемещении фронта горных работ могут быть такие положения, при которых интенсивность проветривания забоев снижается. Проветривание почти не зависит от господствующего направления ветра при ра­диальном и спиральном перемещениях.
Последовательность выемки горной массы на уступе определяет формирование воздушных потоков в забоях горных работ. При выемке тонкими слоями вдоль верхней пло­щадки уступа или блока забой хорошо проветривается при лю­бом направлении ветра, а при выемке тонкими слоями вдоль от­коса по фронту уступа он проветривается несколько хуже, осо­бенно если направление ветра перпендикулярно к фронту со стороны верхней бровки откоса. Выемка заходками или панелями вдоль фронта уступа, с расположением заходок в каждой панели поперек фронта и торцевыми забоями, может привести к созда­нию в них застойных зон с повышенной запыленностью и загазо­ванностью. Наиболее сложные атмосферные условия создаются в тупиковых забоях при проведении траншей.
Порядок погрузки горной массы предопределяет в некоторой степени интенсивность пылеобразования при экскавации. Наименьшее будет при погрузке горной массы на горизонте установки выемочно-погрузочного оборудования. Более интенсив­ное пылеобразование возможно при верхней погрузке горной мас­сы, когда ее разгрузка происходит в откаточный сосуд, находя­щийся в зоне с повышенными скоростями воздушных потоков. Наибольшая интенсивность наблюдается при экскаваторной перевалке, когда горная масса в 2 раза и более перемещается экска­ватором.
Высота уступа также влияет на интенсивность пылеобразования при работе в забое экскаватора. В связи с этим не допу­скается работа на уступах высотой, превышающей высоту чер­пания ковша экскаватора, особенно при разработке сухих пород, которые содержат легковзметываемые фракции пыли. В против­ном случае обрушение верхней части уступа приводит к резкому повышению запыленности в забое (в 1,4—8 раз) и вдоль распро­странения пылевого факела. Завышенные высота разгрузки и угол поворота экскаватора для отгрузки также приводят к уве­личению запыленности воздуха.
Порядок перемещения горной массы вдоль уступа влияет на состояние атмосферы при работе автомобильного транспорта. При этом применение сквозного фронта работ с по­точным движением автотранспорта позволяет при одном и том же числе автомашин снизить их скопление, особенно в траншеях, и тем самым резко уменьшить в них загазованность по сравнению с тупиковым забоем.
Приведенный анализ позволяет установить влияние систем от­крытых разработок на проветривание карьера в целом.
Наиболее опасны по пылевому и газовому факторам систе­мы с переменной рабочей зоной (группа /С), которые применяются при разработке наклонных и крутых месторождений, что может привести к снижению эффективности проветривания карьеров за счет естественных факторов. Среди этой группы наибольшую опасность представляют системы с поперечным однобортовым (КП₀) и двухбортовым (КП_q) направлением выемки в плане.
Системы разработки с постоянной рабочей зоной (группа Г) в целом более безопасные. Если отвалы располагаются на доста­точном расстоянии от верхней бровки карьера, то проветривание их в основном осуществляется по прямоточной схеме. Причем даже при наличии зон с обратными потоками их объемы непре­рывно уменьшаются с развитием карьера. При небольшом рас­стоянии отвалов до верхней бровки карьера как в системах груп­пы Г, так и в системах группы К увеличение высоты отвалов приводит к ухудшению проветривания внутрикарьерного прост­ранства. Минимальное расстояние от верхней бровки карьера до отвала по условиям проветривания не должно быть менее 10 вы­сот отвала. Для породных отвалов, склонных к самовозгоранию, это расстояние должно учитывать возможное распространение газов.
На проветривание карьеров оказывает влияние располо­жение уступов. При рабочих площадках различной ширины и неравномерном подвигании забоев на уступах могут образо­вываться зоны с обратными потоками даже в случае, когда об щий угол наклона рабочего борта позволяет проветривать вы­работанное пространство по прямоточной схеме.
Состояние атмосферы карьера зависит и от способа вскры­тия месторождений. Наличие внешних траншей, проведен­ных с учетом господствующего направления ветра, позволяет уменьшить зоны с обратными потоками даже при крутых углах наклона бортов карьера, особенно при вскрытии месторождения парными траншеями. При применении парных траншей также рассредоточиваются источники пыли и газа.
При вскрытии месторождений подземными выработками созда­ется возможность подачи воздуха в застойные зоны искусствен­ным путем. Однако такой способ проветривания имеет местное значение, поскольку выработки позволяют пропустить весьма ог­раниченные объемы воздуха.
Большое влияние на запыленность и загазованность атмосфе­ры карьера оказывает значительный объем по добыче, вскрыше и подготовительным работам. При применении одного и того же горного и транспортного оборудования в индентичных условиях повышение запыленности и загазованности в среднем пропорционально росту производственной мощности карьера. Ин­тенсификация и концентрация горных работ способствуют повы­шению загрязненности атмосферы зон карьера.