При добыче полезных ископаемых в подземных рудниках необходимо проветривать горные выработки, чтобы обеспечить свежим воздухом всех потребителей. Ежесуточно главные вентиляторные установки в шахтах затрачивают большое количество электроэнергии. На сегодня существует много разных подходов к снижению энергозатрат системы вентиляции рудников. Ученые ПНИПУ совместно с учеными Горного института УрО РАН доказали, что повысить энергоэффективность системы 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 с результатами опубликована в научно-техническом журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень» №4, 2023 год. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

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%. Расчетная ежесуточная экономия затрачиваемой электроэнергии составила более 19 тыс. 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.

Поддержать редакцию