Введение

электропривод внетиляторный проветривание

Проводимые в настоящее время экономические реформы, диктуют необходимость улучшения работы базовых отраслей производства, повышение производительности труда. Успешная работа угольной промышленности будет зависеть от создания высокопроизводительной техники, внедрения передовых технологий, автоматизации производства рационального и экономического подхода в расходовании сырья, топливно-энергетических ресурсов.

При перехода к разработке более глубоких горизонтов, угольные предприятия следует обеспечить комплексом совершенного и высокопроизводительного стационарного оборудования, включающего вентиляторные установки главного проветривания. Эти установки должны получить дальнейшее совершенствование и в конструктивном, и в эксплуатационном отношениях. Проведенные статистические исследования параметров проветривания действующих шахт и рудников за длительный период их эксплуатации показали, что свыше 40% шахт и рудников имеют большой диапазон изменения количества воздуха подаваемого, в подземные выработки для их проветривания, а давление (депрессия) для перемещения воздуха по выработкам изменяется в два и более раза. Это приводит к тому, что более половины всех вентиляторов работают с КПД ниже 0.6. Эксплуатация непрерывно круглосуточно работающего вентилятора с низким КПД приводит к чрезмерно большому расходу электроэнергии.

Снизить неоправданный расход электроэнергии можно, используя на вентиляторах регулируемый электропривод. Опыт эксплуатации электрооборудования регулируемого электропривода на вентиляторных установках показал целесообразность их применения, как с точки зрения экономичности работы вентилятора, так и с точки зрения настройки вентилятора на заданный режим работы.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ

Шахта «Садкинская» сдана в эксплуатацию в 1989г. как разведочно-эксплуатационная для разработки одиночного пласта m18 c проектной мощностью 400 тыс. т. в год и расположена в северо-восточной части участка «Садкинский-Восточный» №1.

Участок «Садкинский-Восточный» №1 расположен в Белокалитвинском и Усть-Донецком районах Ростовской области Российской Федерации, в 36 км к югу от г. Белая Калитва и в 29 км к северу от г. Усть-Донецка, в Сулино-Садкинском угленосном районе Восточного Донбасса.

Угленосная площадь простирается вдоль оси Сулино-Садкинской синклинали на 12 км, а вкрест простирания 2,9-6,1 км, занимая площадь 54,6 км.

Основной угольный пласт этого района залегает в пределах участка - m18.

Поле шахты размещается в следующих технических границах на северо-востоке выход угольного пласта m18 под покровные отложения;

на северо-западе - условная линия, проходящая вкрест простирания пород через скважины №16079 и 16142;

на юго-западе - изогипса минус 125 м пласта m18;

на юго-востоке - ось поперечного поднятия №1 граница участка «Садкинский-Восточный» №2.

Протяженность шахтного поля по простиранию 4,5 км, по падению 1,5-2,0км. Утвержденные ГКЗ балансовые запасы составляют 15234 тыс. т.

В соответствии с проектными решениями шахтное поле вскрыто тремя наклонными стволами - главным, вспомогательным и людским. Все стволы по покровным отложениям пройдены под углом 14° и закреплены замкнутой металлобетонной крепью сечением 16,9 м2 в свету. По коренным породам стволы пройдены по пласту m18 верхней подрывкой боковых пород сечением 13,7 м2 в свету, закреплены металлической арочной крепью. Назначение стволов:

главный - для выдачи горной массы на поверхность конвейером ЗЛ100У.Обслуживание конвейера осуществляется одноконцевым подъемом;

вспомогательный - для спуска - подъема материалов, оборудования, выдачи породы и подачи свежего воздуха. Ствол оборудован одноконцевым подъемом;

- людской - для спуска - подъема людей и выдачи исходящей струи воздуха. Ствол оборудован канатной дорогой МДК-4.

В настоящее время в эксплуатации находится горизонт с абсолютной отметкой минус 23,1 м, где сооружена приемная площадка наклонных стволов, пройден откаточный и вентиляционный штреки.

Наклонные стволы углубляются до горизонта - 125 м. Главный и вспомогательный стволы пройдены на полную длину 1600 м, по людскому стволу остаточный объем проходки составляет 450 м. Работы по углубке ствола завершены в 1997 году. На горизонте - 125 м в проходке находится коренной штрек.

Эксплуатационные работы ведутся по горизонтальной схеме подготовки. Система разработки - столбы по падению длиной 0,9-1,0 км с отработкой их по восстанию. Выемка горной массы производится комплексом 3КД -90Р с комбайном 2ГШ - 68Б.

Шахта негазовая по метану. Разрабатываемый пласт m18 не опасен по взрывчатости угольной пыли, не склонен к самовозгоранию, не опасен по горным ударам и внезапным выбросам.

Проветривание шахты. Шахта «Садкинская» объединенными приказами ОАО «Ростов-уголь» и Управления Ростовского округа Госгортехнадзора относится к негазовым и неопасным по взрывам угольной пыли.

Схема вентиляции - центральная, способ проветривания всасывающий. Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному стволу, исходящая струя воздуха выдается по людскому стволу. Подземные выработки шахты Садкинская проветриваются по центральной схеме и пылевсасывающем способе. Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному наклонному стволу, а выдается по людскому, оборудованному вентилятором главного проветривания ВОД-21. Главный (конвейерный) наклонный ствол проветривается обособленно при помощи вентиляторов ВЦ-15 (2шт. в параллельной работе).

Общая потребность шахты в воздухе составляет 128 м3/с, депрессия 203 мм. вод. ст. на людском стволе и 230 мм на главном.

Схема проветривания прошла экспертизу у оперативных работников ОВГСО. Расчеты и выводы ВГСЧ приложены к настоящей записке.

Вентиляторная, установка, оборудкованная двумя осевыми двухступенчатыми вентиляторами типа ВОД -21м, пристроена к людскому стволу. Для предотвращения обмерзания главного и вспомогательного стволов предусмотрена вентиляторная калориферная установка производительностью 75 м/с. От калориферной установки нагретый воздух в количестве 5 м3/с подается в главный ствол и в количестве 70 м3/с - во вспомогательный ствол. В калориферной установлено 2 вентилятора ЦН-70 №16 и калориферы КсКЗ-12.

Подземные горные выработки проветриваются по центральной схеме всасывающим способом. Свежий воздух в шахту подается по вспомогательному стволу, а выдается по людскому. Главный наклонный ствол, оборудованный конвейером, проветривается исходящей струей, лимитированной по скорости.

Проветривание выемочного участка лавы №07 осуществляется по восходящей схеме с горизонта -125 м, куда с вспомогательного ствола воздух подается по ходку №01. Непосредственно к забою струя подходит по вспомогательному ходку №07 и через просеки попадает в рабочее пространство механизированного комплекса. Омыв его, отработанная струя попадает на конвейерный ходок №05, по которому поднимается к выработкам гор. 24,2 и далее к людскому стволу.

Внедрение технологии «Continuous Miners» внесет в схему проветривания некоторые коррективы.

Лава с камерно-столбовой системой отработки размещается западнее наклонных стволов и отрабатывает запасы между горными работами и упомянутыми стволами. Проветривание непосредственно рабочего места комбайна «Джой» производится вентилятором местного проветривания. Подача воздуха к всасу вентилятора осуществляется по одной бортовой выработке, а выдача по другой.

Потребность шахты в воздухе составляет 46,0 м2/с, депрессия выработок - 35 мм вод ст.

Существующая схема проветривания не отвечает в полной мере требованиям «Правил безопасности...» в части проветривания шахты на бремсберговой схеме. Она представляет собой переходную от уклонной, т.к. выемочные участки проветриваются по восходящей схеме, а подача -выдача воздуха производится по параллельным выработкам, имеющим между собой сбойки.

Подготовка горизонта - 215 м преследует цель увеличения мощности шахты и Обеспечение проветривания ее по бремсберговой схеме. Для этого на нижнюю отметку дренажного горизонта проходится вертикальный ствол, служащий для подачи воздуха. В дальнейшем общее направление струи планируется только восходящее до устьев наклонных стволов.

Пройдя по воздухоподающему стволу и проветрив выработки околоствольного двора, свежая струя воздуха поступает на дренажный штрек, где большая его часть движется в сторону транспортного и вспомогательного ходков (78 м /с), а меньшая задалживается для проветривания транспортного штрека гор. -215 м (7 м /с). С дренажного штрека воздух забирается на проветривание проходки и очистных работ лавы №01. От проходческого забоя исходящая попадает на транспортный штрек и следует к транспортному ходку.

В лаву воздух подается по бортовым ходкам №2 и №02. Проветрив забой, струя по противоположной подготовительной выработке (в частности бортовому ходку №01) устремляется к подкоренному штреку гор. -125 м. По этой выработке она выдается к наклонным стволам и далее по всем трем стволам на поверхность.

Очистной забой, работающий на 125-м горизонте, проветривается по сложившейся в настоящее время схеме. Подача свежего воздуха к этому очистному забою производится по вспомогательному ходку и коренному штреку гор. -125 м.

Потребность шахты в воздухе яри сдаче гор. -215 м в эксплуатацию 102,9м3/с, а депрессия выработок 132,5 мм вод.ст.

Водоотлив - водоотливная установка коренного штрека гор - 125 м оборудована 4 насосными агрегатами ЦНС180-128 и 2-мя трубопроводами Ду 150 мм перекачивает воду в водосборники главного водоотлива (ГВУ), расположенного на горизонте откаточного штрека №1. В камере ГВУ размещено 3 насосных агрегата типа ЦНС300-120. На поверхность вода откачивается 2-мя трубопроводами Ду 200 мм, проложенными по вспомогательному стволу.

Подземный транспорт - транспортировка горной массы выполняется двумя конвейерами типа ЗЛ100У. Обслуживание первого конвейера с поверхности осуществляется одноконцевой подъемной установкой с машиной Ц2,0х1,5. Для обслуживания второго конвейера предусматривается лебедка типа ЛВ - 25. Указанная транспортная система имеет техническую производительность 5,0 тыс. т. в сутки по горной массе.

Доставка горной массы от лав до перегрузочного пункта на главный ствол осуществляется ленточными конвейерами типа 1Л100К.

Подземное электроснабжение - подача электроэнергии в подземные горные выработки осуществляется от поверхностной подстанции ПС 110/6,3/6,6 кВ, расположенной на основной площадке шахты. Распределение электроэнергии по горным выработкам выполняется от 2-х стационарных подстанций РПП-6 №1 и №2, расположенных соответственно на откаточном штреке №1 и коренном штреке гор. - 125 м.

Электроснабжение на поверхности - осуществляется от ПС 110/6,3/6,6 кВ с 2-мя трансформаторами мощностью по 10 МВа каждый. Питание подстанции выполнено. по одной одноцепной ВЛ 110 кВ, а вторая ВЛ 110 кВ построена, но не подключена. Подстанция в настоящее время имеет достаточный резерв (загрузка составляет порядка 30%) для подключения новых электрических нагрузок.

Технологический комплекс на поверхности

Режим работы технологического комплекса поверхности соответствует режиму работы шахты и составляет:

количество рабочих дней в году - 300;

количество смен - 3.

Технологический комплекс на поверхности для приема и отправки горной массы, выдаваемой наклонным стволом шахты, располагается на 2-х площадках: площадка шахты «Садкинская»,

- площадки приема и отгрузки, расположенные на шахте №17.

На площадке шахты «Садкинская» расположены:

надшахтное здание главного и вспомогательного стволов;

погрузочные бункера, состоящие из 2-х ячеек общей емк. 400 т; площадка для аварийного складирования угля;

открытый склад крепежных материалов;

склад противопожарных материалов.

В связи с тем, что добываемый шахтой антрацит не может использоваться для энергетических целей без обогащения, то его обогащение производится на ЦОФ «Аютинская» и ЦОФ «Несветай». В связи с этим горная масса из погрузочных бункеров подается в автосамосвалы КрАЗ-256 и отвозится на погрузочный пункт шахты №17. Штабель угля на открытом складе формируется бульдозерами. Загрузка ж/дорожных вагонов производится конвейерным транспортом.

2 РЕЖИМЫ РАБОТЫ вентиляторных установок главного проветривания

В настоящее время изготовляются вентиляторы главного и вспомогательного проветривания центробежного и осевого типа. Выпускается семь типоразмеров центробежных вентиляторов - ВЦ-15; ВЦ-16; ВЦ-25М; ВЦ-31.5М; ВЦД-31.5М; ВЦД-47.5У; ВЦД-47,5А, также шесть типоразмеров осевых вентиляторов: ВОД-16П; ВОД-18; ВОД-21М; ВОД-ЗОМ; ВОД-40М; ВОД-50.

Центробежные вентиляторы выполняются правого или левого вращения и изготавливаются в двух исполнениях - односторонние и двусторонние. Осевые вентиляторы главного проветривания выполняются двухступенчатыми с четырьмя лопаточными венцами. По принципу передачи энергии потоку воздуха центробежные и осевые вентиляторы относятся к турбомашинам. Основу рабочего процесса турбомашин составляет силовое взаимодействие лопаток рабочих колес с обтекающим потоком.

Преимущества центробежных вентиляторов: монотонная кривая давления, что обеспечивает устойчивую работу вентиляторов; меньший, чем у осевых вентиляторов, уровень шума при тех же угловых скоростях; возможность получения больших, чем у осевых вентиляторов, давлений; доступность ротора для осмотра. Это повышает надежность, и увеличивает по сравнению с осевым их максимальный статический КПД. Недостатки: сложность реверсирования воздушной струи (с помощью обводных каналов); меньшая по сравнению с осевыми глубина регулирования по давлению - 0,52--0,55 (кроме машин с изменяемой частотой вращения ротора); больший момент инерции ротора (например, для ВОД-50 он составляет 103000 кг-м2, а для ВЦД-47,5А -- 206000 кг-м2), что осложняет пуск машины; при больших подачах и низких давлениях необходимы малые частоты вращения, что в ряде случаев требует установки понижающего редуктора между вентилятором и двигателем; большие в поперечном сечении габариты.

Преимущество осевых вентиляторов - простота реверсирования воздушной струи; большая глубина регулирования по давлению (0,68-0,79) за счет поворота лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов; малые в поперечном сечении габариты; большие в сравнении с центробежными средневзвешенные статические КПД (0,76 - 0,77 против 0,74 - 0,76 у большинства центробежных вентиляторов); удобство включения на последовательную работу. Недостатки - седлообразная или с разрывами кривая давления, что характеризует неустойчивую работу вентиляторов, особенно при параллельном включении; сильный шум при работе со скоростями 90 - 95 м/с и более того уровень звукового давления 55-60 дБ, на расстоянии 150 м от установки, достигается уже при окружных скоростях 80-85 м/с; подшипники ротора недоступны для осмотра, что снижает надежность установки; большие габариты по длине; высокая чувствительность к точности балансировки ротора. Центробежные вентиляторы указанный выше уровень шума создают при окружных скоростях около 125 м/с.

Рекомендуется при давлениях более 3000 Па и малых подачах применять центробежные вентиляторы, при давлениях до 1500 Па и больших подачах - осевые. В диапазоне давлений 1500--3000 Па необходимо проводить технико-экономический анализ вариантов и отдавать предпочтение лучшему.

Аэродинамические качества вентиляторов характеризуются подачей Q, статическим давлением pSV, статическим КПД зS и потребляемой мощностью N. Зависимости pSV=f(Q), N=f(Q) и зS = f(Q) при определенных углах установки рабочих колес, направляющих аппаратов или закрылков лопаток рабочих колес при постоянной частоте вращения называются аэродинамической характеристикой вентилятора. Аэродинамические характеристики вентиляторов строятся по данным аэродинамических испытаний и приводятся в виде сводного графика зависимостей, соответствующих различным углам установки лопаток рабочих колес, направляющих аппаратов, частотам вращения, с нанесением постоянных значений статических КПД. Аэродинамические характеристики осевых вентиляторов включают сводные графики характеристик для прямой и реверсивной работы.

Семейство характеристик образует поле рабочих режимов вентилятора. Область промышленного использования (рабочая область), выделяемая на сводном графике, ограничивается предельными (минимальной и максимальной) характеристиками вентилятора, линией статического КПД, равного 0,6, и графиками по устойчивости работы и по реверсированию с подачей 60 % воздуха. Определение рабочих режимов вентиляторной установки производится совместным рассмотрением области промышленного использования вентиляторов и характеристики вентиляционной сети, представляющей собой зависимость между различными расходами воздуха и необходимыми для их осуществления давлениями. Точка пересечения характеристик сети и вентиляторной установки определяет режим работы, значения подачи и статического давления, а также мощность на валу вентилятора и его статический КПД.

Вентиляторные установки главного проветривания могут работать по всасывающей, нагнетательной и комбинированной схемам вентиляции. Подавляющее большинство установок работает на всасывание.

В связи с большой энергоемкостью вентиляторных установок к ним предъявляют высокие требования, с одной стороны, отношении их правильной эксплуатации и работы в энергосберегающем режиме, с другой - экономичности самих машин. Повышение КПД вентиляторной установки даже на 1% дает значительную экономию.

2.2 Способы регулирования установок главного проветривания