Одна из главных проблем горно-рудной отрасли – обеспечение безопасности людей, работающих в шахтах. Обрушение пород и взрыв угольно-метановой смеси – самые распространенные причины высокого травматизма и смертности в шахтных выработках. Причем, как отмечают эксперты, обрушение пород дает 50% травматизма во всем мире и является геофизическим фактором, который сложно прогнозировать.[1] В то же время взрыв метана - это проблема, которая во многом зависит от обеспечения технологической и организационной безопасности на производстве.

Рисунок 1. Взрыв метана.

В атмосфере шахты в результате разработки породы скапливается содержание взрыво- и пожароопасных газовых и пылевых смесей. Главным образом, это метан, а также рудничная и сланцевая пыль. При этом скорость выделения метана из угля в атмосферу шахты зависит от скорости добычи (или проходки). Взрывоопасная концентрация метана в воздухе составляет 3-5%. Шахтная атмосфера становится опасной, когда проточного воздуха недостаточно для разбавления угольно-метановой смеси до безопасной концентрации в 1-2 %. При обнаружении концентрации метана в рудничном воздухе свыше 2%, работы в шахте немедленно прекращаются, люди выводятся из забоев, электроэнергия отключается.[2]

Основной способ профилактики и предотвращения взрыва газовой смеси - интенсивное проветривание зон скопления метана и рудничной пыли притоком воздуха или искусственным уменьшением выделения газа в шахтную атмосферу. Поэтому современное горное предприятие немыслимо без принудительной вентиляции.

Рисунок 2. Вентилятор, соединенный с гибким шахтным воздуховодом.

Современные шахтные вентиляторы – это самостоятельная группа вентиляционного оборудования, у которой есть свои специфические технико-конструкторские особенности. Основное отличие шахтных вентиляторов от вентиляторов, применяющихся в других отраслях промышленности – большая производительность при довольно высоких параметрах по давлению. Производительность этих вентиляторов может доходить до 500-600 м³/с, величина разности давления, создаваемая шахтными вентиляторами, ограничивается значением 0,5-10,0 кПа.

По своему назначению шахтные вентиляторы условно подразделяются на три группы:

1. главные вентиляторы, обслуживающие вентиляционную сеть всей шахты или большей ее части;
2. вспомогательные вентиляторы, обслуживающие значительную часть вентиляционной сети шахты или работающие совместно с главным;
3. вентиляторы местного проветривания (ВМ), обеспечивающие воздухом отдельный забой, выработку или рабочее место.[3]

Мы остановимся на шахтных вентиляторах местного проветривания.

Главные вентиляторы, как правило, обеспечивают все потребности шахты в свежем воздухе, но они гарантируют перемещение воздушного потока только по сквозным выработкам, входящим в вентиляционную сеть шахты. В то же время в любой шахте имеется большое количество тупиковых пространств, в которых скапливается газово-пылевая смесь. Воздух в эти проблемные области может подводиться с помощью специальных вентиляторов, называемых вентиляторами местного проветривания (ВМП). У этого оборудования имеются специфические требования, обусловленные особенностями функций и условий эксплуатации.[4]

Во-первых, вентиляторы местного проветривания должны быть компактными, поскольку они размещаются в выработках, площадь сечения которых может быть весьма ограниченной. Специальные камеры для их размещения делаются только для крупных вентиляторов, имеющих производительность 10 м³/с и более.

Во-вторых, вентиляторы местного проветривания должны иметь возможность соединения с трубопроводом, по которому они подают (или отсасывают) воздух.

В-третьих, в шахтах, в которых установлено оборудование, происходит выделение метана. Это предопределяет еще одну особенность вентиляторов местного проветривания: они должны иметь взрывобезопасное исполнение.

В четвертых, с увеличением длины выработки увеличивается и длина трубопровода, что ведет к увеличению утечек в нем. Все это приводит к необходимости увеличения производительности вентилятора. Это значит, что вентилятор местного проветривания должен быть также регулируемым.

Самые распространенные современные модели шахтных вентиляторов местного проветривания – вентиляторы серии ВМЭ (ВМЭ-5, ВМЭ-6, ВМЭ-8, ВМЭ-12).

Рис. 3. Шахтные вентиляторы ВМЭ-6, ВМЭ-8.

Это осевые одноступенчатые вентиляторы местного проветривания с взрывобезопасным съёмным двигателем. В серии этих вентиляторов сечение входного коллектора на пути от входа до рабочего колеса плавно уменьшается за счет увеличения сечения обтекателя, что позволяет в два раза повысить осевую скорость потока на выходе и, следовательно, преобразовать основную часть энергии в скоростной напор. Это сокращает потери потока в кольцевом канале вентилятора и увеличивает его коэффициент полезного действия.

Рис. 4. Схема устройства шахтных вентиляторов серии ВМЭ.

1 – Корпус, 2 – Колесо рабочее, 3 – Салазки, 4 – Патрубок входной, 5 – Патрубок выходной, 6 – Коллектор, 7 – Глушитель шума.

Вентиляторы этой серии предназначены для проветривания тупиковых горных выработок в угольных и рудных шахтах при плотности воздуха до 1,3 кг/м³, температуре от -20 до +35 °С , запыленности до 50 мг/м³ и относительной влажности до 95% (при температуре 25°С).

Представим технические характеристики этих моделей:

Перечисленные модели шахтных вентиляторов имеют ряд преимуществ:

• возможность отключения вентилятора при превышении нормальной температуры;
• возможность применения при проветривании небольших выработок;
• конструкция вентиляторов позволяет соединять последовательно два вентилятора для повышения давления в трубопроводе;
• вентиляторы могут быть укомплектованы глушителем шума;
• в конструкции вентилятора применено противосрывное устройство, расширяющее область работы вентилятора и предотвращающее его вхождение в помпаж.

Сегодня ни одна угольная шахта или горнорудная выработка не обходится без вентиляции местного проветривания. Использование данного вида устройств существенно снижает риск взрыва газово-пылевых смесей в тупиковых частях горных выработок. Поэтому грамотный выбор и правильная установка вентиляторов в вентиляционной сети шахты – это не только важная производственно-экономическая составляющая горнорудного промысла, но и, прежде всего, - гарантия безопасности, здоровья и жизни работающих на шахте людей.