При добыче полезных ископаемых в рудниках необходимо проветривать горные выработки, чтобы обеспечить свежим воздухом всех работников шахты. На это затрачивается большое количество электроэнергии. Существует много разных подходов к снижению энергозатрат. Ученые ПНИПУ совместно с учеными Горного института УрО РАН предложили свой. Они показали, что повысить энергоэффективность систем вентиляции можно с помощью метода последовательного проветривания камер служебного назначения. Предложенная система экономит энергопотребление главных вентиляторных установок подземных рудников и сокращает выбросы углекислого газа в атмосферу.
Статья опубликована в научно-техническом журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень». Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.
Горные выработки нужно проветривать, чтобы обезопасить рабочих от воздействия ядовитых веществ и скопления горючих газов, которые образуются при добыче полезных ископаемых. Главные вентиляторные установки подают требуемое количество свежего воздуха, который разбавляет вредные и взрывоопасные примеси до допустимых концентраций. Однако длина подземных рудников с каждым годом все увеличивается и может достигать несколько сотен километров выработанного пространства. При таком высоком темпе добычи становится сложнее поддерживать высокий уровень энергоэффективности вентиляции.
В горных выработках передвигается и заправляется топливом самоходный дизельный транспорт, также производятся сварочные, огневые и режущие работы. Для всех этих процессов необходимы специально оборудованные места – камеры служебного назначения. Так как в этих помещениях есть источники газовыделения, то согласно правилам безопасности при ведении горных работ они должны проветриваться обособленной струей свежего воздуха, отдельно от остального рудника, чтобы ядовитый газ не попал в рабочие зоны.
Чаще всего источники образования вредных примесей не так сильно загрязняют воздух, который используется для проветривания некоторых камер служебного назначения. Поэтому ученые ПНИПУ совместно с учеными Горного института провели исследования, результаты которых позволяют безопасно проветривать камеры служебного назначения последовательно. При проветривании камер таким способом воздух не сбрасывается в исходящий поток, а используется для последующих рабочих зон.
Концентрации горючих и ядовитых примесей в воздухе, который перенаправляется на повторное проветривание, не должны превышать предельно-допустимых значений. Чтобы отследить качественный состав рудничной атмосферы исследователи провели ряд экспериментов и определили текущие концентрации опасных примесей во время проведения работ в камерах служебного назначения. Изменение состава воздуха было обнаружено в таких камерах как автогараж и склад горюче-смазочных материалов из-за работы двигателей внутреннего сгорания.
По результатам эксперимента ученые построили математическую модель газораспределения, которая учитывает особенности движения воздушных потоков, а также количество, местоположение и интенсивность газовыделений.
«Мы начали работу с проведения натурных замеров на калийном руднике. Затем смоделировали несколько возможных сценариев последовательного проветривания. Во всех случаях энергоэффективность системы вентиляции повысилась более чем на 10 процентов. Расчетная ежесуточная экономия затрачиваемой электроэнергии составила более 19 тысяч кВт/ч. Для полного последовательного проветривания всех камер служебного назначения важно внедрить организационные и технические решения, которые обезопасят ведение горных работ. Для этого мы разработали специальный алгоритм, который обеспечивает единую работу вентиляционных объектов. Все предложенные нами решения прошли экспертизу промышленной безопасности и уже постепенно реализуются на горных предприятиях», – поделился ассистент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ Андрей Суханов.
Ученые Пермского Политеха доказали, что применение системы последовательного проветривания в шахтах с соблюдением разработанных технических и организационных требований – это безопасный для горнорабочих и экономически выгодный для промышленности способ снижения энергозатрат. Кроме того такая технология снижает углеродный след, сокращая выбросы парниковых газов в атмосферу.