Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ развития геотехнологий подземной разработки урановых месторождений России 10
1.1. Специфические особенности ведения подземных горных работ на урановых рудниках 10
1.2. Анализ источников радоновыделения на подземных горных работах и их влияния на радиационную обстановку и технологические процессы 17
1.3. Обоснование радиационно-безопасных систем разработки урановых месторождений 23
1.4. Анализ способов повышения эффективности призабойного проветривания очистных блоков при слоевой нисходящей системе разработки с твердеющей закладкой 34
1.5. Цели, задачи и методы исследований 44
Глава 2. Теоретическое обоснование способов формирования призабойных вентиляционных струй с повышенными аэродинамическими свойствами для выноса радона 48
2.1. Расчет параметров призабойной струи в тупиковом забое блока 48
2.2. Исследование влияния параметров вентиляции на вынос радона из очистных заходок 57
2.3. Экспериментальные исследования параметров воздушных потоков в призабойной зоне выработки для различных аэродинамических насадок 65
2.4. Методика расчета оптимальных параметров проветривания призабойной зоны тупиковых очистных заходок 81
2.5. Выводы 107
Глава 3. Обоснование рациональных многозабойных систем проветривания очистных блоков 108
3.1. Оценка аэродинамических методов борьбы с радоном в очистных заходках 108
3.2. Выбор рациональных схем проветривания блоков при многозабойной организации очистных работ и одновременной выемке слоев на 2 подэтажах 113
3.3. Технологический регламент по организации эффективного проветривания очистных блоков при нисходящей слоевой системе разработки 116
3.4. Определение максимально-допустимой длины тупиковых очистных заходок в блоках, проветриваемых за счет сквозной струи слоевого орта 127
3.5. Выводы
Глава 4. Обоснование эффективных методов борьбы с радоновыделением и выбор оптимальных технологий очистных работ для условий Стрельцовского рудного поля с учетом радиационной безопасности и затрат на вентиляцию 130
4.1. Исследование топологии и радиационной обстановки на урановых рудниках ОАО «11111 ХО» 130
4.2. Выбор радиационно безопасной технологии очистных работ для условий Стрельцовского рудного поля 142
4.3. Теоретическое обоснование возможности и эффективности аэродинамических методов снижения радоновыделения в очистных блоках и их перевода на высокопроизводительные системы отработки с массовой отбойкой руды и подземным блоковым выщелачиванием 162
4.4. Выводы 170
Заключение 171
Список литературы 173
Приложения 178
- Анализ источников радоновыделения на подземных горных работах и их влияния на радиационную обстановку и технологические процессы
- Исследование влияния параметров вентиляции на вынос радона из очистных заходок
- Выбор рациональных схем проветривания блоков при многозабойной организации очистных работ и одновременной выемке слоев на 2 подэтажах
- Выбор радиационно безопасной технологии очистных работ для условий Стрельцовского рудного поля
Введение к работе
Актуальность темы. Приаргунское производственное горнохимическое объединение (ОАО «11111 ХО») - является крупнейшим в мире и единственным в России горно-химическим комплексом по добыче и переработке урановых руд. Сложные горнотехнические и горно-геологические условия урановых месторождений Забайкалья имеют ряд специфических особенностей, определяющих эффективность и безопасность подземных горных работ.
Высокое радоновыделение и повышенная радиационная опасность в очистных блоках обусловила доминирующее (на 90 %) применение системы разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой, где вентиляция очистных забоев является одним из основных факторов, определяющих безопасность и эффективность подземных горных работ.
Являясь наиболее безопасной в радиационном отношении, система разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой требует разработки и внедрения эффективных многозабойных систем проветривания тупиковых очистных заходок, в которых выделяется 80 % общерудничного дебита радона.
Однако недостаточная изученность аэродинамических процессов в тупиковых очистных заходках не позволяют поддерживать оптимальные режимы призабойного проветривания при всех производственных процессах.
Одним из перспективных научных направлений на рудниках ОАО «11111 ХО» является также разработка технологичных методов снижения радо-нообильности подземных очистных работ, что позволит шире применять более производительные и экономичные системы разработки с массовой (скважин-ной) отбойкой руды без снижения уровня радиационной безопасности.
В связи с вышеизложенным, исследования по повышению эффективности проветривания и снижения радоновыделения в очистных блоках на рудниках ОАО «11111 ХО» являются весьма актуальными, так как открывают возможности многостороннего совершенствования и интенсификации добычных работ и повышения экономической устойчивости работы одного из важнейших объектов экономики Забайкалья.
Объектами исследований являются технологические процессы на очистных работах урановых рудников ОАО «11111 ХО».
Предмет исследований: способы и методы вентиляции и повышения радиационной безопасности в очистных блоках при различных системах разработки.
Цель работы - дать научное обоснование технических, технологических и проектных решений по совершенствованию призабойных систем вентиляции и снижению радонообильности очистных блоков, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности подземных горных работ в условиях повышенного радоновыделения.
Идея работы заключается в совершенствовании технологии очистных работ в урановых рудниках на основе исследования, разработки и внедрения прогрессивных систем и режимов призабойного проветривания и эффективных и технологичных методов снижения радонообильности систем разработок.
Основные задачи исследования:
1. Выявить доминирующие источники радоновыделения на урановых рудниках и установить их влияние на основные и вспомогательные производственные процессы горного производства.
2. Дать обоснование и разработать эффективные системы вентиляции очистных блоков на базе формирования и использования в призабойной зоне вентиляционных струй с оптимальными аэродинамическими параметрами.
3. Разработать рациональные многозабойные системы вентиляции очистных блоков при различных вариантах их подготовки, обеспечивающие одновременное ведение добычных работ на 2 подэтажах (слоях) и исключающие последовательное проветривание очистных забоев.
4. Для выбора экономичных и безопасных геотехнологий для урановых рудников провести технико-экономическое сравнение систем разработок по радиационной опасности и затратам на проветривание.
5. Дать научное обоснование и разработать аэродинамические методы снижения радоновыделения на очистных работах, позволяющих шире применять более производительные и экономичные системы разработки с массовой отбойкой руд (в том числе системы блокового подземного выщелачивания РУД) Методы исследования. Для решения поставленных задач был использован комплекс методов исследования, включающий теоретические, аналитические и лабораторные исследования и производственные эксперименты, опытно-конструкторские разработки, теоретическое обобщение и математическую обработку результатов исследований на ЭВМ.
Оценка эффективности результатов работ проводилась путем практического внедрения эффективных систем интенсивного проветривания урановых рудников ОАО «11111X0», осуществленных при непосредственном участии автора в 2000-2002 г.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Эффективность, экономичность и безопасность подземных очистных работ на урановых рудниках при нисходящей слоевой системе разработки с твердеющей закладкой обеспечиваются за счет повышения аэродинамического качества и дальнобойности призабойной вентиляционной струи в очистных заходках на базе разработки и внедрения аэродинамических насадок.
2. Радиационная безопасность применяемых систем разработок (в том числе и с массовой отбойкой руды) может быть значительно повышена за счет внедрения компрессионного метода проветривания, замедляющего фильтрационные процессы радоновыделения.
Радиационная обстановка на урановых рудниках Забайкалья с большим объемом пустот и старых геологоразведочных выработок нормализуется и стабилизируется путем адекватного компенсирования падения атмосфер ного давления регулированием режимов работы (напора) главных вентиляционных установок.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, статистической обработкой результатов исследований, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, широким внедрением блоковых систем вентиляции в производство, подтвержденным актами внедрения и данными радоновых съемок рудников. Научная новизна работы заключается в:
1) установлении топологии источников радоновыделения и закономерностей формирования радиационной обстановки в блоках при различных системах разработки на урановых рудника;
2) определении оптимальных геометрических и аэродинамических параметров призабойной вентиляционной струи с более высокими аэродинамическими качествами, улучшающими вынос радона и пыли из тупиковых очистных заходок и обеспечивающими интенсификацию добычных работ;
3) разработке методики расчета оптимальных режимов призабойного проветривания с использованием аэродинамических насадок;
4) установлении закономерностей выделения радона в рудничную атмосферу и научном обосновании компрессионного способа проветривания очистных блоков;
5) физическом обосновании превентивного метода снижения дебита «паразитного» радона (из выработанного пространства) на базе гибкого компенсирования падения атмосферного давления временным увеличением депрессии (напора) главных вентиляционных установок.
Практическое значение работы заключается в разработке и внедрении: 1) рациональных многозабойных схем проветривания очистных блоков, обеспечивающих интенсивные режимы вентиляции тупиковых очистных захо док при всех производственных процессах и одновременное ведение добычных работ на двух слоях;
2) технических средств (насадок), улучшающих аэродинамические свойства струи, способствующих повышению эффективности проветривания приза-бойной зоны выработки;
3) компрессионного метода проветривания, снижающего радонообильность очистных блоков и позволяющего увеличить в ближайшие годы удельный вес высокопроизводительных систем разработок с массовой отбойкой руды до 40...50%.
Результаты исследований использованы при разработке системы управления качеством продукции горнодобывающего предприятия: стандарта предприятия СТП 0106-155-100 - Проветривание блоков при системе разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой, 2002 г.; СТП-0106-166, 2002 г. - Проветривание горных выработок. Общие положения, 2002 г. Личный вклад автора заключается в: обосновании радиационно-безопасной технологии очистных работ и разработке технологического регламента системы разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой на рудниках ОАО «ППГХО»; теоретическом обосновании аэродинамических методов интенсификации очистных работ при системе разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой;
разработке и внедрении на урановых рудниках: а) рациональных многозабойных систем вентиляции очистных блоков при различных схемах их подготовки; б) высоконапорных секционных систем общешахтного проветривания, обеспечивающих устойчивость и безопасность подземных1 горных работ в условиях высокого радоновыделения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:
Всесоюзном совещании по проблемам рационального использования минеральных ресурсов, Хабаровск, ИГД ДВО АН, 1992 г.;
симпозиуме «Гигиена труда, радиационная безопасность и охрана окружающей среды при добыче и переработке урановых руд», Ленинград, НИИГМТ, 1991 г.;
межрегиональной научной конференции «Новый век - новые открытия», Чита, ЗабНИИ, 2001 г.;
областном семинаре руководителей и специалистов предприятий Читинской области по охране труда, Чита, 2002 г.;
расширенном семинаре кафедр подземной разработки месторождений полезных ископаемых и безопасности жизнедеятельности ЧитГТУ, Чита, 2002 г.; научно-техническом совете ОАО «ППГХО», 2002 г.
Работа выполнена а ОАО «Приаргунское производственное горнохимическое объединение» и на кафедре безопасности жизнедеятельности Читинского государственного технического университета.
Автор выражает глубокую признательность за помощь и содействие в выполнении настоящей работы научному руководителю - заведующему кафедрой безопасности жизнедеятельности, доктору технических наук, профессору Е.Т. Воронову, научному консультанту - кандидату технических наук И.В. Павлову, а также руководству уранового горнорудного управления ОАО «ППГХО».
Анализ источников радоновыделения на подземных горных работах и их влияния на радиационную обстановку и технологические процессы
В подземном урановом руднике на человека воздействуют одновременно три разных радиационных фактора. Один из них - внешнее гамма-облучение от обнаженного рудного массива и отбитой руды. Два других фактора связаны с внутренним облучением за счет вдыхания воздуха, загрязненного радиоактивными аэрозолями. При этом принято делить аэрозоли на долгоживущие, активность которых со временем практически не меняется, и короткоживущие, с периодом полураспада около половины часа. Долгоживущие аэрозоли - это рудничная пыль, возникающая при ведении горных работ и содержащая наряду с ураном другие долгоживущие радионуклиды, продукты его распада: торий, радий, полоний-210. Короткоживущие аэрозоли - свободные атомы (полоний-218, висмут-214, свинец-214, полоний-214), последовательно возникающие при распаде радиоактивного газа радона, выделившегося в воздух из руды, вмещающих пород, воды и осевшие на мельчайших пылинках за счет статического разряда.
Обычно на рядовых рудах, содержащих урана до 0,3 %, примерно 80 % дозы всего облучении (по нормам радиационной безопасности НРБ-76/87) образуется за счет короткоживущих аэрозолей, около 20 % приходится на внешнее облучение и долгоживущие аэрозоли.
Наиболее радиационно-опасным является радон. Имея период полураспада 3,82 суток, радон может распространяться на значительные расстояния от места образования и создавать в рудничной атмосфере высокие концентрации. Средняя продолжительность жизни атомов радона 5,5 суток. За это время радон может переноситься по трещинам и порам горных пород на расстояния и десятки сантиметров, а под действием фильтрационных токов воздуха в трещинах, зонах обрушения, закладке и т.д. - на расстояния в десятки и сотни метров. Схема образования радона и продуктов его распада приведена на рис.3. Короткоживущие дочерние продукты радона присутствуют в виде аэро-золей твердых веществ: радиоактивных изотопов Po(RaA), Pb(RaB), 214Bi(RaC). Распад RaC в долгоживущий изотоп RaD происходит через промежуточный изотоп RaC с периодом полураспада 1,55-10" с. Основную радиационную опасность этих радионуклидов в настоящее время принято связывать с суммарной энергией их а-излучения, которая выделяется при распаде всех атомов дочерних продуктов радона до RaD. Эту энергию в литературе называют "скрытой" энергией. Если общее число атомов дочерних продуктов соответствует равновесному количеству 3,7 Бк радона, то с учетом того, что энергия а-излучения RaA равна 6,0 Мэв, а энергия я-излучения RaC равна 7,7 Мэв, во всей серии радиоактивных превращений этого числа атомов выделится энергия, равная 1,3-105 Мэв. Таким образом, при концентрации радона в воздухе 3,7 кБк/м (1 эман) величина скрытой энергии (ВСЭ) равновесной с ним смеси дочерних продуктов равна 1,3-10 Мэв/м (20,4 мкДж/м ). Эту величину в США и некоторых других странах называют рабочим уровнем (WL), а в нашей стране - ЭРЭ (эквивалентом равновесного эмана) [22,23]. Отметим, что использование величины скрытой энергии существенно упрощает расчеты проветривания и оценки доз облучения персонала и в этом плане является весьма удобным . Исследования процесса выделения радона из горных пород проводятся уже несколько десятков лет, а библиография насчитывает сотни наименований. Вместе с тем уверенное прогнозирование дебита радона остается сложнейшей задачей, которая решается более или менее успешно только на основе метода аналогий и при условии, что по месторождению собран значительный объем экспериментальных данных. Главные трудности связаны с большим числом факторов, влияющих на процесс выделения радона и с вариабельностью геолого-геофизических и горнотехнических условий разработки месторождений. В основе механизма эманирования [ ] лежит радиоактивная отдача ядер радона в момент испускания Ra а-частицы при распаде. За счет энергии отдачи (порядка 105 эв) атомы Rn вырываются из кристаллической решетки минерала. Часть из них пересекает на своем пути поры и капилляры. Пробег атомов Rn в воздухе составляет около 100 мкм, что существенно более чем средний размер пор и капилляров. Поэтому, если поры сухие, то значительная часть атомов отдачи пересекает их, снова внедряется в кристаллическую решетку минерала и остается в ней до распада, так как коэффициенту диффузии в кристаллической решетке (порядка 10" см /с при температуре 17...27 С) соответствует эквивалентная скорость диффузии около 1,5-10"14 см/с, и средней продолжительности жизни радона 5,5 суток хватает для распространения на расстояния п-10 "8 см, существенно меньшие, чем размеры зерен минерала. Если же в порах и капиллярах содержится вода, то даже капиллярной пленки толщиной несколько микрометров достаточно для удержания атомов отдачи, так как полный пробег их в воде составляет примерно 0,1 мкм. Дальнейший процесс выделения радона из отдельностей рудного массива (кусков отбитой руды) зависит от размера отдельности, общей пористости руды, диаметра и конфигурации пор и капилляров, степени их открытости, температуры, коэффициентов адсорбции и абсорбции радона на стенках пор и капилляров. Значения всех этих факторов в значительной степени варьируют даже для руд, одинаковых по минералогическому составу, пористости и влажности. Этим и объясняется широкий диапазон значений коэффициента эманирования, характерный как для отдельных минералов, так и для руд.
Несмотря на большое разнообразие горнотехнических условий, процесс формирования общерудничного дебита радона имеет определенные закономерности. В плане организации радиационной защиты главная из них состоит в том, что по мере отработки запасов постоянно увеличивается доля общерудничного дебита радона, выделяющаяся из выработок потерявших производственное значение, а при некоторых системах разработки - из зоны обрушения. При правильной организации проветривания большая часть этого дебита (а он достигает 85 % общерудничного) направляется непосредственно на поверхность, минуя рабочие места. Другой важной особенностью формирования общерудничного дебита является то, что радон выносится из рудного массива преимущественно фильтрационными, а из отработанных участков - конвекционными потоками воздуха. Следовательно, для снижения дебита радона в действующие выработки схема вентиляции должна быть организована таким образом, чтобы направить эти потоки непосредственно в исходящую воздушную струю рудника.
Исследование влияния параметров вентиляции на вынос радона из очистных заходок
Для определения влияния турбулентной вентиляционной струи на снижение концентрации вредных примесей в забое необходимо знать закономерности течения струи в призабойной зоне выработки. На рис.2.5 приведена принципиальная схема распространения турбулентной струи в призабойной зоне тупиковой выработки. Струя с начальной толщиной во, имеющая в начальном сечении АА скорость Uo, втекает в тупик АДД А вдоль стенки А Д .
Толщина зоны смешения струи в с окружающим воздухом увеличивается с удалением от начального сечения, а осевая скорость Um уменьшается вдоль осиХ Вдоль стенки по потоку нарастает пограничный слой Л у.
В зависимости от движения окружающего воздуха в выработке, в которую втекает струя, различают далекие струи в спутном потоке, когда направления движения совпадают, и во встречном, когда направления движения не совпадают. В схемах проветривания, используемых в очистных блоках, наблюдается случай распространения струи во встречном потоке воздуха, исходящего со скоростью Uи 0.
Принципиальная схема распространения турбулентной струи в призабойной зоне тупиковой выработки во встречном потоке В зоне смещения, которая представляет собой пограничный слой между потоками, скорость течения изменяется по величине и направлению от U0 в начальном участке и Um в основном, до Uu, т.е. в некотором сечении происходит поворот струи, и часть воздуха, поступающего в призабойную зону, изменяет свое направление на противоположное. Таким образом, при распространении струи во встречном потоке воздуха образуется циркуляционная зона течения, границами которой являются линия нулевых скоростей 00 и линия 02, которая определяется отношением в иН (в/Н = в ).
Условия движения струи в спутном потоке в горно-разведочных выработках можно создать путем расположения конца всасывающего трубопровода ближе к забою, однако этого сделать невозможно, т.к. при производстве взрывных работ его разобьет. Главным при решении задач в теории струи является построение поля скорости. Наряду с численными методами решения этих задач широкое распространение получили приближенные интегральные методы. Наиболее эффективным из интегральных методов является метод интегральных соотношений /25, 26, 28/ с использованием уравнений количества движения и расхода.
Рассматривая струю как изобарическую постоянной плотности, полуограниченную стесненную, плоскую на основном участке течения, отметим, что профиль скорости струи состоит из профиля струйного пограничного слоя и пристенного пограничного слоя.
Величина , называемая степенью турбулентности потока, является скалярной, т.е. вычисляется по средним абсолютным значениям поперечной пульса-ционной скорости (V) и продольной скорости потока (U), в связи с чем, во всех случаях de/dx 0. Среднее характерное значение скорости можно определить различными способами. Осреднение, по-видимому, следует вести по толщине струи. Это вытекает из установленного экспериментального факта /13, 15, 31, 32, 33, 34, 35, 38...40/, что законы нарастания толщины плоской и осесимметричной струй приблизительно одинаковы.
Очертание основного участка струи, распространяющейся во встречном потоке, ввиду того, что скорость встречного потока не влияет на угол утолщения зоны смешения, остаются такими же, как и в затопленной струе и определяются из зависимости (2.18). Более сложной задачей является определение очертаний основного уча стка струи в спутном потоке. В связи с тем, что величина Um на оси струи из меняется, т.е. Um = \(х), граница струи в спутном потоке должна быть криволи нейна de/dx = Var. (2.20) Для ее определения необходимо знать вид зависимости Um = (х), который можно получить из условия сохранения количества движения. Соотношение между толщиной пограничного слоя Лу и толщиной струи в необходимое при интегрировании уравнение количества движения, устанавливаем исходя из экспериментальных данных /58, 60/ при отсутствии спутного потока на любом расстоянии от сопла и в широком диапазоне изменения чисел -0071
С учетом (2.18 ), толщина пограничного слоя на стенке в этом случае будет нарастать линейно от точки своего зарождения в начальном сечении АА (рис. 2.2). При наличии спутного потока соотношение между толщиной пограничного слоя на стенке и толщиной струи устанавливается из соотношения /46/ в U -U.. \-т У"22 Так как величина т изменяется по длине призабойной зоны выработки, то и граница сопряжения пограничного слоя на стенке и струйного пограничного слоя будет криволинейна, у у
Делая выводы из вышеизложенного, следует отметить, что на развитие струйных течений (длину начального участка и интенсивность роста слоев смешения) оказывают влияние следующие параметры: интенсивность турбулентности на выходе из трубопровода, отношение скоростей спутного потока и струи, отношение плотностей струи и спутного потока и интенсивность турбулентности спутного потока.
Так с увеличением турбулентности на выходе, турбулентности спутного потока, и уменьшением отношения скорости спутного потока и струи, отношения плотностей спутного потока и струи, длина начального потока струи уменьшается, а интенсивность роста слоев смешения увеличивается, - дальнобойность струи уменьшается.
Выбор рациональных схем проветривания блоков при многозабойной организации очистных работ и одновременной выемке слоев на 2 подэтажах
С повсеместным внедрением в технологию горных работ мокрого бурения практически полностью снят вопрос об обеспечении нормативов по пыли и по поступлению в организм долгоживущих нуклидов. Таким образом, основным производственно-вредным фактором на руднике являются аэрозоли короткоживущих дочерних продуктов радона, характеризуемые величиной скрытой энергии (ВСЭ).
Радиационная обстановка в блоках в значительной степени ухудшается из-за различных нарушений режима местного проветривания (работа при выключенных или неисправных ВМП, работа в заходках, куда не заведен вентиляционный трубопровод и т.д.). Особое внимание необходимо уделить схемам проветривания отрабатываемых слоев.
Основными факторами, определяющими загрязненность атмосферы в очистном блоке, является интенсивность газовыделения и интенсивность проветривания блока, зависящая от подаваемого в блок количества воздуха Q6n и от объема проветриваемых пустот. Интенсивность газовыделения зависит от содержания металла, пористости и трещиноватости массива, пород и руд, ли-тологического и минерального состава рудных тел, системы отработки. В очистном блоке интенсивность газовыделения изменяется во времени. К концу отработки она, как правило, возрастает из-за уменьшения высоты межслоевых целиков и увеличения трещиноватости их вследствие ведения буровзрывных работ. Дебит газа из блока с начала отработки непрерывно возрастает из-за увеличения площадей эманирования и фильтрации, недостаточной герметизации отработанных слоев и из-за недозаливов. Дебит работающих слоев, как правило, составляет меньше половины от общего дебита блока (остальной газ выделяется из отработанных слоев), но необходимость в большинстве случаев выдерживать норматив по ВСЭ в исходящей из блока струе вынуждает рассчитывать воздухопотребность по общему дебиту.
В идеале весь воздух, выдаваемый под блок, должен участвовать в проветривании рабочих слоев. Для этого на каждом слое должен быть, как минимум, один воздухоподающий восстающий и восстающий или дучка для выдачи исходящего воздуха. Для исключения потерь воздуха они должны быть надежно перекрыты: подающий - выше отрабатываемого слоя, выдающий - ниже.
При одновременной работе двух слоев возникают дополнительные требования. Воздухоподающий восстающий должен быть чисто вентиляционным, т.е. иметь вентиляционное отделение сечением не менее 4 м в свету для подачи необходимого для 2-х слоев количества воздуха, в противном случае на каждый слой необходимо иметь отдельный восстающий. Выработки нижележащего слоя не должны сбиваться с рудоспусками, предназначенными для вышележащего, в противном случае на верхнем слое не удается обеспечить нормальную атмосферу из-за попадания исходящего воздуха с нижнего слоя. Уровни радиации (ЗРОА ) в некоторых очистных блоках за 2001-2002 гг. приведены в таблице 3.2.
Практика показывает, что в блоках, где было организовано сквозное проветривание рабочих слоев, нормативы не превышались даже в непроветриваемых тупиковых заходках длиной до 20 м (за счет турбулентной диффузии).
Однако в настоящее время сквозного проветривания в некоторых блоках практически нет. При отработке двумя подэтажами на верхнем слое, как правило, обстановка неудовлетворительна из-за аэродинамических связей с нижним слоем (обычно через совместные рудоспуски). Коэффициент использования подаваемого под блок воздуха невысок: на рабочие слои попадает не более 50 % от общего количества воздуха, остальной воздух по восстающим и рудоспускам выдается на вентиляционный горизонт. Непосредственно в очи-стные забои подается от 1,0 до 2,5 м /с из-за некачественной прокладки вентиляционных трубопроводов (негерметичность стыков, перегибы, механические повреждения), а также из-за использования одного ВМП для проветривания 2-х и 3-х заходок. Неудовлетворительно организован выбор мест установки вентиляторов местного проветривания, из-за чего наблюдается рециркуляция загрязненного воздуха между забоем и вентилятором.
При разработке технического проекта на отработку очистного блока одновременно должен составляться проект проветривания блока, который должен включать в себя: расчет количества воздуха, необходимого для проветривания блока в период максимального развития очистных работ; схему проветривания блока с указанием мест установки ВМП. Кроме того, в проекте должны быть указаны: главная вентиляторная установка, от которой подается воздух для проветривания блока; секция проветривания, в которую включается блок (при наличии на руднике многосекционной схемы); вентиляционный ствол, на который должен сбрасываться исходящий из блока воздух. Отдельные блоки должны иметь независимое друг от друга проветривание за счет общешахтной депрессии. Последовательное проветривание блоков не допускается. При подготовке и нарезке блока в первую очередь должны проходиться выработки, обеспечивающие сквозное проветривание блоков. Сбойки слоевых выработок с геологоразведочными выработками или с соседними блоками должны быть изолированы герметичными перемычками.
Выбор радиационно безопасной технологии очистных работ для условий Стрельцовского рудного поля
Важнейшим фактором, который необходимо учитывать при выборе системы разработки, является радиационная опасность, связанная с выделением радона в рудничную атмосферу и последующим накоплением его короткожи-вущих дочерних продуктов (ДПР) в вентиляционной струе. Обобщенной характеристикой радиационной опасности служат средние годовые значения величины скрытой энергии (ВСЭ) альфа распада ДПР в единице объема воздуха на рабочих местах.
При обработке рядовых руд с низкой и средней трещиноватостью вполне достаточным (хотя и дорогостоящим) средством для поддержания уровней ВСЭ в допустимых пределах является интенсивное и хорошо организованное проветривание. Если же отрабатываются богатые и сильнотрещиноватые руды, обеспечение норматива по ВСЭ возможно только при условии использования радиационной безопасной технологии горных работ.
Если технология очистных работ выбрана с учетом радиационного фактора, то затраты на обеспечение радиационной безопасности персонала практически никогда не превышают 15...20 % себестоимости руды. И наоборот, пренебрежение этим фактором (например, использование систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород в центре рудного поля при отработке богатых руд) нередко создавало ситуации, когда нормализовать радиационную обстановку в блоке было практически невозможно, и требовалась дорогостоящая корректировка технологии горных работ и схемы проветривания в условиях уже действующего рудника.
Особенности формирования радиационной обстановки в зоне очистных работ. Основными источниками радона в очистном блоке являются за-магазинированная руда и обнаженная рудная поверхность горных выработок. При неправильной организации проветривания значительная концентрация радона может иметь место в подаваемом в блок воздухе.
Топология источников радоновыделения в блоке во многом зависит от организации проветривания. Так, например, при создании в камере с замагази-нированной рудой пониженного давления воздуха выделяющийся в ней радон поступает непосредственно в исходящую струю. Поскольку фильтрационные потоки в рудном массиве направлены к воздуховыдающим выработкам, в нарезные и очистные выработки часто выделяется менее половины общего дебита радона блока, а остальная часть поступает сразу на вентиляционный горизонт или в вентиляционно-закладочный коллектор.
Накопление дочерних продуктов радона и соответствующий рост ВСЭ в рудничной атмосфере зависят от времени воздухообмена в блоке и эффективности распределения воздуха по его горным выработкам. При недостаточно интенсивном или плохо организованном проветривании уровни ВСЭ на разных участках могут различаться в десятки раз, поэтому экспозиции работающих в блоке лиц в значительной степени определяются их профмаршрутами, т.е. относительным временем пребывания в отдельных пунктах.
Из-за динамичного характера горных работ и нестабильности режима проветривания дебит радона и уровни ВСЭ сильно варьируют во времени и пространстве. Непостоянны и профмаршруты персонала. Поэтому расчет ВСЭ и определение воздухопотребности блока обычно ведут с использованием статистически усредненных показателей, причем в качестве основной расчетной величины выбирают ВСЭ в исходящей воздушной струе блока (или средневзвешенную ВСЭ по расходу воздуха, если исходящих струй несколько).
Как правило, сеть горных выработок блока достаточно сложна, а интенсивность радоновыделения в нем неравномерна. Чтобы учесть аэродинамические особенности проветривания блока (в частности, наличие слабопроветри-ваемых участков) и топологию источников радоновыделения, расчет ВСЭ проводят с использованием характерных для установившегося режима проветривания зависимостей, в которых значения всех показателей принимаются для блока в целом либо для отдельных участков блока (подэтажей).
Тупиковые подготовительные и очистные выработки в большинстве случаев проветриваются ВМП по нагнетательной схеме с подачей воздуха в забой с помощью гибких трубопроводов. При таком способе проветривания неизбежны утечки воздуха, особенно в местах соединения секций трубопровода, а также в местах его повреждений. Коэффициент доставки воздуха в забой даже при небольшой длине тупиковой выработки, как правило, намного меньше единицы, и это обстоятельство существенно влияет на процесс накопления ДПР в выработке и на ВСЭ в ее исходящей струе.
Сквозные слоевые и подэтажные выработки проветриваются за счет общешахтной депрессии, и создание в них необходимой скорости воздуха (1...2 м/с) обычно не представляет трудностей. Важно лишь, чтобы вентиляционные восстающие имели достаточную пропускную способность. Для этого в них должно быть оборудовано специальное вентиляционно-материальное отделение с поперечным сечением не менее 3...4 м . Рационально организованная схема проветривания слоя показана на рис. 1.2 (см. главу 1).
Если рассматривать очистной блок в целом, то можно выделить следующие характерные закономерности формирования радиационной обстановки: основной прирост ВСЭ происходит в камерах, а также в тупиковых непроветриваемых или слабо проветриваемых выработках; экстремально высокие уровни ВСЭ отмечаются в местах поступления воздуха из камер, непроветриваемых выработок, рудоспусков и отработанных участков блока; значения ВСЭ в пределах блока распределены весьма неравномерно. В пределах основных рабочих мест при активном использования местного проветривания по нагнетательной схеме уровни ВСЭ в блоке мало отличаются от уровней ВСЭ во входящей струе. В исходящей воздушной струе блока ВСЭ имеет, как правило, максимальное значение, зависящее от воздухообес-печенности блока и от эффективности использования подаваемого воздуха.
