Атмосфера подземных выработок ежечасно наполняется газами природного или техногенного характера. Превышение их объема негативно сказывается на здоровье работающих людей, а также увеличивает риск возникновения аварийных ситуаций. Бороться с увеличением концентрации газов и разрежением воздуха помогает принудительная вентиляция. Прекращение работы систем вентилирования влечет к полной остановке процессов добычи ископаемых, выводу людей наружу, и, соответственно, к убыткам. Поэтому к используемому вентиляционному оборудованию выдвигаются повышенные требования по надежности, производительности и другим параметрам, отвечающим задачам горнодобывающей сферы.

Особо следует отметить, повышение экономичности данной техники. Электропривод шахтных вентиляторов расходует значительную величину энергии. Из 100% электричества, потребляемого добывающим предприятием, на электропривод вентиляторов относится до 10-12% всей энергии. Поэтому для горной выработки приобретение именно высоко-производительных вентиляторных устройств играет большое экономическое значение.

Шахтные вентиляторы относятся к вентиляционному оборудованию специального назначения. Данная техника обеспечивает круглосуточный воздухообмен во всех элементах шахты, включая второстепенные помещения. Их основная черта и отличие от агрегатов для других сфер использования является высокая мощность при высоких показателях давления.

Рисунок. Вентилятор шахтной выработки, совмещенный с круглым сгибающимся воздуховодом

Разновидности

Вентиляционные агрегаты для подземных работ классифицируются по назначению:

· Устройства главного вентилирования (ВГВ). Такие модели обслуживают наиболее значимые элементы подземного горнорудного карьера и большую их часть. Отличительная особенность агрегатов – возможность обслуживания сквозных туннелей и проходок;

· Вентиляторы второстепенного значения, функционирование которых находится в связке с агрегатами основного вентилирования. Также, данные устройства могут обслуживать значительную часть системы общей вентиляции;

· Устройства местного проветривания (ВМП). Отличительная особенность данных устройств – вентилирование небольшой зоны в шахте. ВМП, как правило, имеют невысокую мощность привода, компактные габариты и среднюю или малую продуктивность. Отличительная особенность – возможность обслуживания тупиковых зон и других проблематичных пространств шахты.

Рисунок. Шахтные вентиляторы: а). ВМП; б). ВГП:

Конструктивные особенности

Вентиляторные агрегаты, производимые для эксплуатации под землей, в туннелях и в других подобных условиях, по конструктивному исполнению принадлежат к типу «лопастных нагнетательных вентиляторов». Энергия, получаемая от работы ротора, трансформируется в потенциальную и кинетическую энергию, которые передаются воздушному потоку.

Лопастные нагнетательные модели по конфигурации крутящегося агрегата и способу перемещения газовоздушных масс делятся на: центробежные (ЦВ) и осевые (ОВ).

Шахтные центробежные (радиальные) вентиляторы

Рисунок. Устройство ЦВ:

Ключевым компонентом устройства является крыльчатка с лопастями. У шахтных ВЦ профильные крылообразные лопасти имеют обратное направление или направленность вперед. Газовоздушная струя поступает через входной патрубок, прокручивается, и под действием центробежной силы выводится наружу через диффузор под углом 90 градусов относительно входящего потока. Данная схема работы относится к агрегатам, работающим на забор воздуха. Спиральный кожух используется для направления струи под заданным ракурсом, и неполной трансформации динамического давления потока в статическое.

Данное оборудование изготавливается с однонаправленным или двухсторонним всасывающим патрубком. Во втором случае рабочее колесо имеет сдвоенную конструкцию, которая фиксируется на валу с помощью втулок увеличенного сечения. Воздушные потоки направляются на крыльчатку с двух сторон. Конструкция с двухсторонним всасыванием позволяет снизить противодействие поступающей воздушной массы и освободить подшипники от давления. Эти два фактора значительно увеличивают производительность агрегата.

Шахтные осевые вентиляторы

Рисунок. Схема ОВ:

Главным элементом агрегата является рабочая крыльчатка (1), расположенная в трубчатом кожухе (3). В данной схеме стальные лопасти выполнены по конфигурации крыла (2), которые установлены на втулке колеса. Поступающий через коллектор (5) воздушный поток через крыльчатку получает энергию привода, плавно проходит через спрямляющее устройство (4) с недвижимыми лопастями, и через диффузор (6) выводится наружу.

В отличие от ЦВ, в агрегатах с осевой схемой направленность входящей струи соответствует направленности движения выходящей струи газовоздушных масс.

Различают:

• реверсивные ОВ – у которых лопасти крыльчатки имеют соразмерный контур,
• нереверсивные вентиляторные агрегаты с несимметричным профилем.

Мощность реверсивных установок остается неизменной при отклонении направленности вращения крыльчатки, тогда как у нереверсивных вентиляторов при изменении направленности вращения колеса, производительность резко уменьшается. При этом, вентиляторы с несимметричными лопатками обладают повышенным КПД и отличными аэродинамическими показателями.

Осевые агрегаты бывают:

• одноступенчатые (с 1-й крыльчаткой)
• двухступенчатые (с двумя крыльатками).

В корпусе двухступенчатого агрегата имеется 2 ступени с двумя крыльчатками, между которыми расположено промежуточное направляющее устройство с профильными лопатками. Задача данного устройства заключается в передаче воздушной струи следующему за первым рабочему колесу, и преобразование кинетической энергии воздуха в статическое. Двухступенчатые ОВ вырабатывают более высокое давление, чем ЦВ.

Осевые устройства могут быть задействованы для вентилирования в качестве главного вентилирующего устройства на шахте или для вентилирования определенной зоны (части) подземного карьера. Для местного проветривания чаще применяются пневматические агрегаты, у которых в конструкции отсутствует приводной двигатель. Вращение рабочего колеса обеспечивается за счет активной турбинки.

Отличительные особенности оборудования для подземных работ

Центробежные вентиляторные агрегаты имеют следующие преимущества:

• Безопасность в эксплуатации
• Способность выдерживать длительные нагрузки
• Высокая депрессия
• Невысокий уровень шума
• Устойчивость к вибрациям
• Длительный срок эксплуатации за счет работы рабочего колеса на более низких скоростях
• Надежность всех компонентов агрегата
• Работа на всасывание и нагнетение
• Возможность перекачивания загрязненных газовоздушных потоков.

Преимущества осевых ШВ:

• Значительная отдача в работе
• Мобильность
• Несложное встраивание даже в уже существующую систему проветривания
• Компактные габариты
• Простая конструкция
• Использование для нагнетания, всасывание или по совмещенной схеме.

Схема работы ШВ: а) на забор; б) на нагнетание; в). совмещенная схема:

ГОСТы

Габариты и параметры агрегатов, изготовление, испытательные работы, условия применения регулируются такими нормативами:

• ГОСТ 5976-90
• ГОСТ 9.014-78
• ГОСТ 12.1.012-90
• ГОСТ 25346-89
• ГОСТ 31961-2012
• ГОСТ 34002-2016

Безопасность

Обрушение пород, присутствие руднично-сланцевой пыли, высокая концентрация угольно-метановых смесей, изменение температурного режима - эти и другие явления периодически возникают при добыче природных ископаемых под землей. Специфика горнодобывающей отрасли заключается в обеспечении безопасности людей и оборудования. И как основной мерой этого является интенсивное проветривание зон скопления шахтных газов. Для этих целей используют специальные вентиляторы для подземных работ с повышенной производительностью.

На каждой шахте задействуют большое количество вентиляторов местного проветривания, которые отвечают следующим требованиям:

• Имеют специальный сварной корпус увеличенной толщины для защиты от обрушения горных пород и попадания посторонних предметов внутрь конструкции;
• Компактные габариты для размещения в зонах ограниченных размеров
• Возможность подсоединения к центральной сети вентилирования
• Конструкция агрегата устойчива к вибрациям, взрывам метановых газов
• Наличие регулируемых режимов при хорошей производительности.

Наиболее популярные модели ВМП для подземной эксплуатации:

Данные агрегаты эксплуатируют в подземных условиях при следующих параметрах окружающей среды:

• Режим влагосодержания – не более 94%
• Темп. Режим - -20С…+35С
• Наличие пыли – не более 50 мг/м.куб
• Плотность воздуха – до 1,3 кг/м.куб.

Технические характеристики оборудования для горнорудной отрасли

Все главные технические параметры, независимо от устройства и цели использования вентиляторного агрегата, имеют взаимосвязь между собой. Например, изменение производительности устройства, неизменно повлечет за собой изменение КПД, потребляемой мощности, депрессии.

Основные параметры ШВ:

• Производительность (объем перекачиваемых воздушных масс)
• Мощность эл.мотора
• Ø крыльчатки
• Полное давление – в отношении ШВ чаще используют термин «депрессия». Обозначает он разность статического давления воздуха на входе и на выводе из агрегата
• Коэффициент ПД
• Частота вращения
• Уровень шума
• Напряжение питания двигателя
• Угол поворота лопастей.

Таблица главных характеристик ШВ с допустимыми показателями:

В данном списке эксплуатационные значения «давление» и «производительность» особенно важны, поэтому их выделяют в отдельную концепцию – «режим работы». Под понятие «регулировочные параметры» попадают угол поворота лопастей, скорость оборотов крыльчатки, Ø крыльчатки. Отклонение одного из регулировочных габаритов влечет к отклонению первоначальных эксплуатационных параметров. Диаметр крыльчатки – величина, которая на протяжении периода эксплуатации агрегата не изменяется.

Принятые условные обозначения

Типоразмерный ряд ОВ состоит из агрегатов с сечением крыльчатки 300…5000 мм. Каждый ОВ должна быть промаркирована с помощью символов:

В – вентилятор

О – осевой

О или Д – одноступенчатый или двухступенчатый, соответственно

К – закрученные лопасти крыльчатки

Р – ресиверный

М - модификация

Цифровым символом отмечают параметры: например ВОД-11 – сечение крыльчатки в метрах.

ЦВ имеют следующее маркирование:

В – вентилятор,

Ц – центробежный,

Д или О – двустороннего или одностороннего поглощения, соответственно,

Р – для рудников, приисков,

Ш – для неглубоких вертикальных выработок (шурфов),

П – проходческий,

З – профили на крыльчатке (закрылки),

М – модифицированный.

Цифровым символом отображаются габариты сечения крыльчатки в дм.

Таблица популярных моделей оборудования для горной отрасли: