Požeminė ventiliacija: išsamus vadovas pasaulinėms kasybos ir tunelių kasimo operacijoms

Požeminė ventiliacija yra labai svarbus kasybos ir tunelių kasimo operacijų aspektas visame pasaulyje. Ji užtikrina saugią ir sveiką darbo aplinką tiekdama gryną orą, pašalindama kenksmingas dujas ir dulkes bei kontroliuodama temperatūrą ir drėgmę. Efektyvios vėdinimo sistemos yra būtinos darbuotojų saugai, produktyvumui ir atitikčiai teisės aktams. Šiame vadove pateikiama išsami požeminės ventiliacijos principų, praktikos ir technologijų apžvalga, taikoma įvairiose pasaulinėse kasybos ir tunelių aplinkose.

Kodėl požeminė ventiliacija yra svarbi?

Požeminė aplinka kelia unikalių iššūkių palaikant oro kokybę. Natūralaus oro srauto nebuvimas, kartu su pavojingų medžiagų išsiskyrimu iš kasybos ar tunelių kasimo veiklos, reikalauja įdiegti patikimas vėdinimo sistemas. Pagrindiniai požeminės ventiliacijos tikslai yra:

• Darbuotojų sauga: Užtikrinti kvėpuojamą orą ir užkirsti kelią kenksmingų dujų (pvz., metano, anglies monoksido, vandenilio sulfido) ir dulkių kaupimuisi.
• Dulkių kontrolė: Pašalinti ore esančias dulkių daleles, kurios gali sukelti kvėpavimo takų ligas, tokias kaip silikozė ir angliakasių pneumokoniozė.
• Dujų kontrolė: Atlaiduoti ir pašalinti degias ir toksiškas dujas, kad būtų išvengta sprogimų ir apsinuodijimų.
• Temperatūros ir drėgmės kontrolė: Palaikyti patogią darbo aplinką, kad būtų išvengta karščio streso ir padidintas darbuotojų produktyvumas.
• Įrangos aušinimas: Pašalinti šilumą, kurią generuoja įranga ir elektros įrenginiai.
• Matomumas: Palaikyti tinkamą matomumą pašalinant dulkes ir dūmus.

Požeminės ventiliacijos principai

Požeminių vėdinimo sistemų projektavimas ir eksploatavimas yra pagrįstas pagrindiniais skysčių mechanikos ir termodinamikos principais. Pagrindiniai principai apima:

• Oro srautas: Oras turi būti priverstas arba ištrauktas per požeminius įrenginius, kad užterštas oras būtų pakeistas šviežiu oru.
• Slėgio skirtumai: Oro srautą skatina slėgio skirtumai, kuriuos sukuria ventiliatoriai arba natūralios ventiliacijos jėgos.
• Atsparumas: Oro srautui priešinasi kasyklos ar tunelio sienų šiurkštumas, taip pat kliūtys, tokios kaip įranga, atraminės konstrukcijos ir oro kanalų geometrijos pokyčiai.
• Atlaidinimas: Teršalai atlaidinami sumaišant juos su didesniu šviežio oro kiekiu.
• Pašalinimas: Užterštas oras išleidžiamas iš požeminių įrenginių.

Požeminių vėdinimo sistemų tipai

Požeminėje kasyboje ir tunelių kasime dažniausiai naudojami kelių tipų vėdinimo sistemos, kurių kiekviena turi savo privalumų ir trūkumų:

1. Natūrali ventiliacija

Natūrali ventiliacija priklauso nuo natūralių slėgio skirtumų, tokių kaip temperatūros skirtumai tarp paviršiaus ir požeminių įrenginių arba vėjo slėgis. Ji paprastai nepakankama gilioms ar didelėms požeminėms operacijoms ir dažnai naudojama kartu su mechanine ventiliacija.

Pavyzdys: Maža, sekli kasykla vidutinio klimato zonoje tam tikrais metų laikais gali gauti naudos iš natūralios ventiliacijos, tačiau jai greičiausiai reikės papildomos mechaninės ventiliacijos ekstremalaus karščio ar šalčio laikotarpiais.

2. Mechaninė ventiliacija

Mechaninė ventiliacija naudoja ventiliatorius orui priversti arba ištraukti per požeminius įrenginius. Tai yra labiausiai paplitęs vėdinimo sistemos tipas, naudojamas šiuolaikinėse kasybos ir tunelių kasimo operacijose.

Mechaninės ventiliacijos tipai:

• Priverstinė ventiliacija: Ventiliatoriai pučia orą į požeminius įrenginius. Ši sistema veiksmingai tiekia šviežią orą į konkrečias vietas, tačiau gali sukelti užteršto oro recirkuliaciją.
• Ištraukiamoji ventiliacija: Ventiliatoriai ištraukia orą iš požeminių įrenginių. Ši sistema veiksmingai pašalina užterštą orą, tačiau gali sukelti neigiamą slėgį, kuris gali pritraukti orą iš nepageidaujamų šaltinių.
• Kombinuota ventiliacija: Naudojami tiek priverstinio, tiek ištraukiamojo oro ventiliatoriai, kad būtų sukurta subalansuota oro srauto sistema. Tai dažnai yra efektyviausias būdas kontroliuoti oro kokybę sudėtingose požeminėse aplinkose.

3. Pagalbinė ventiliacija

Pagalbinės vėdinimo sistemos naudojamos vietinei ventiliacijai užtikrinti konkrečiose kasyklos ar tunelio vietose, tokiose kaip galai ar aklavietės. Šios sistemos paprastai naudoja mažesnius, nešiojamus ventiliatorius ir lanksčius ortakius, kad tiekia šviežią orą į darbo zoną.

Pavyzdys: Atliekant tunelio gręžimo darbus, pagalbinės vėdinimo sistemos yra būtinos norint pašalinti dulkes ir dūmus, susidarančius gręžimo mašinai, ir tiekti šviežią orą darbuotojams darbo zonoje.

Vėdinimo sistemos komponentai

Įprastą požeminę vėdinimo sistemą sudaro keli pagrindiniai komponentai:

• Ventiliatoriai: Ašiniai ventiliatoriai dažnai naudojami požeminėse vėdinimo sistemose dėl jų didelio efektyvumo ir gebėjimo perkelti didelius oro kiekius. Centrifūginiai ventiliatoriai gali būti naudojami situacijose, kai reikalingas didesnis slėgis.
• Oro kanalai: Tai yra pagrindiniai oro srauto keliai kasykloje ar tunelyje, įskaitant šachtas, dreifus ir tunelius.
• Oro reguliatoriai: Jie naudojami oro srauto paskirstymui vėdinimo sistemoje kontroliuoti. Jie gali būti valdomi rankiniu būdu arba automatiškai. Pavyzdžiai apima vėdinimo duris, užtvaras ir reguliatorius.
• Oro užraktai: Naudojami slėgio skirtumams palaikyti tarp skirtingų kasyklos ar tunelio zonų.
• Dulkių surinkėjai: Naudojami dulkėms pašalinti iš oro srauto.
• Dujų detektoriai: Naudojami pavojingų dujų koncentracijai ore stebėti.
• Stebėjimo ir valdymo sistemos: Pateikia realaus laiko vėdinimo parametrų, tokių kaip oro srautas, slėgis, temperatūra ir dujų koncentracijos, stebėjimą.

Vėdinimo projektavimo aspektai

Efektyvios požeminės vėdinimo sistemos projektavimas reikalauja atidžiai apsvarstyti keletą veiksnių:

• Kasyklos arba tunelio geometrija: Požeminių įrenginių dydis, forma ir išdėstymas labai veikia oro srauto modelius ir vėdinimo reikalavimus.
• Gamybos greitis: Kasybos ar tunelių kasimo veiklos greitis veikia susidarančių dulkių ir dujų kiekį.
• Geologija: Uolienų ar dirvožemio tipas veikia dujų emisijos ir dulkių susidarymo greitį.
• Įranga: Po žeme naudojamos įrangos tipas ir skaičius daro įtaką šilumos ir emisijų kiekiui.
• Darbuotojų tankis: Po žeme esančių darbuotojų skaičius veikia suvartojamo deguonies ir pagaminamo anglies dioksido kiekį.
• Reglamentiniai reikalavimai: Vėdinimo sistemos turi atitikti vietinius ir nacionalinius saugos reglamentus.
• Klimatas: Paviršiaus temperatūra ir drėgmė gali turėti įtakos požeminiam klimatui ir vėdinimo reikalavimams.

Vėdinimo planavimas ir modeliavimas

Skaičiuojamosios skysčių dinamikos (CFD) modeliavimas vis dažniau naudojamas vėdinimo sistemos projektui optimizuoti ir oro srauto modeliams sudėtingose požeminėse aplinkose numatyti. CFD modeliai gali imituoti skirtingų vėdinimo strategijų, įrangos konfigūracijų ir geologinių sąlygų poveikį. Tai leidžia inžinieriams nustatyti galimas problemas ir optimizuoti vėdinimo sistemą prieš statybą ar eksploatavimą.

Pavyzdys: Kasybos įmonė Australijoje naudojo CFD modeliavimą, kad optimizuotų vėdinimo sistemą naujoje požeminėje aukso kasykloje. Modeliavimas nustatė vietas, kuriose oro srautas buvo apribotas, ir leido inžinieriams pakoreguoti vėdinimo sistemos projektą, kad būtų užtikrinta tinkama oro kokybė visoje kasykloje.

Dulkių kontrolės strategijos

Dulkių kontrolė yra esminis požeminės ventiliacijos komponentas. Veiksmingos dulkių kontrolės strategijos apima:

• Vandens purškimas: Purškiant vandeniu paviršius, kad būtų slopinamas dulkių susidarymas.
• Vandens infuzija: Įpurškiant vandenį į anglies klodus, kad būtų sumažintas dulkių išsiskyrimas kasybos metu.
• Dulkių surinkėjai: Naudojant filtrus dulkėms pašalinti iš oro srauto.
• Ventiliacija: Atlaidinant ir pašalinant ore esančias dulkių daleles.
• Asmeninės apsaugos priemonės (AAP): Aprūpinant darbuotojus respiratoriais, kad apsaugotų juos nuo dulkių įkvėpimo.

Dujų kontrolės strategijos

Dujų kontrolė yra dar vienas svarbus požeminės ventiliacijos aspektas. Veiksmingos dujų kontrolės strategijos apima:

• Ventiliacija: Atlaidinant ir pašalinant pavojingas dujas.
• Dujų drenažas: Išgaunant dujas iš anglies klodų ar aplinkinių uolienų prieš kasybą.
• Dujų aptikimas: Stebint dujų koncentraciją ir įdiegiant aliarmus, įspėjančius darbuotojus apie pavojingas sąlygas.
• Sprogimų prevencija: Įgyvendinant priemones sprogimams išvengti, pvz., naudojant sprogimui atsparią įrangą ir inertizuojant atmosferą.

Pavyzdys: Anglių kasyklose Lenkijoje metano drenažo sistemos dažnai naudojamos metano dujoms išgauti iš anglies klodų prieš kasybą. Tai sumažina sprogimų riziką ir pagerina darbuotojų saugą.

Stebėjimo ir valdymo sistemos

Šiuolaikinės požeminės vėdinimo sistemos yra aprūpintos sudėtingomis stebėjimo ir valdymo sistemomis, kurios teikia realaus laiko duomenis apie vėdinimo parametrus. Šios sistemos leidžia operatoriams:

• Stebėti oro srautą: Stebėti oro srauto greitį ir slėgio skirtumus visoje vėdinimo sistemoje.
• Stebėti dujų koncentraciją: Aptikti ir išmatuoti pavojingų dujų koncentraciją.
• Stebėti dulkių lygį: Išmatuoti ore esančių dulkių dalelių koncentraciją.
• Valdyti ventiliatorius: Reguliuoti ventiliatorių greitį, kad optimizuotumėte oro srautą ir palaikytumėte oro kokybę.
• Valdyti oro reguliatorius: Reguliuoti oro reguliatorių nustatymus, kad tinkamai paskirstytumėte oro srautą.
• Generuoti aliarmus: Įspėti operatorius apie pavojingas sąlygas ar sistemos gedimus.
• Analizuoti duomenis: Analizuoti vėdinimo duomenis, kad nustatytumėte tendencijas ir optimizuotumėte sistemos veikimą.

Vėdinimo iššūkiai giliose ir sudėtingose kasyklose

Gilios ir sudėtingos kasyklos kelia unikalių vėdinimo iššūkių, įskaitant:

• Aukšta temperatūra: Geoterminė šiluma didėja su gyliu, todėl reikia didelio aušinimo pajėgumo.
• Didelė drėgmė: Didelė drėgmė gali paaštrinti karščio stresą ir sumažinti darbuotojų produktyvumą.
• Dideli oro kanalų atstumai: Dideli oro kanalų atstumai padidina atsparumą oro srautui ir reikalauja didesnio ventiliatoriaus slėgio.
• Sudėtingi oro srauto modeliai: Sudėtingas kasyklų išdėstymas gali lemti nenuspėjamus oro srauto modelius ir užteršto oro recirkuliaciją.
• Didelė dujų emisija: Giliose kasyklose gali būti didesnė dujų emisija dėl padidėjusio uolienų slėgio.

Pavyzdys: Aukso kasyklos Pietų Afrikoje, kurios gali siekti daugiau nei 4 kilometrų gylį, susiduria su didžiuliais vėdinimo iššūkiais dėl aukštos temperatūros ir drėgmės. Šioms kasykloms reikalingos sudėtingos aušinimo sistemos ir vėdinimo strategijos, kad būtų palaikoma saugi ir produktyvi darbo aplinka.

Ateities tendencijos požeminėje ventiliacijoje

Kelios naujos technologijos ir tendencijos formuoja požeminės ventiliacijos ateitį:

• Automatizavimas ir robotika: Automatizuotos sistemos gali stebėti ir valdyti vėdinimo sistemas nuotoliniu būdu, sumažinant rankinio įsikišimo poreikį ir gerinant saugą.
• Išmani ventiliacija: Išmaniosios vėdinimo sistemos naudoja jutiklius ir duomenų analizę, kad optimizuotų vėdinimo veikimą realiu laiku.
• Energiją taupanti ventiliacija: Energiją taupantys ventiliatoriai ir vėdinimo strategijos gali sumažinti energijos suvartojimą ir veiklos sąnaudas.
• Pažangus CFD modeliavimas: Sudėtingesni CFD modeliai gali imituoti sudėtingus oro srauto modelius ir optimizuoti vėdinimo sistemos projektą.
• Patobulintos dulkių ir dujų kontrolės technologijos: Kuriamos naujos technologijos, skirtos patobulinti dulkių ir dujų kontrolę, pvz., patobulintas vandens purškimas ir dujų drenažo sistemos.
• Personalizuota ventiliacija: Sistemos, kurios tiekia šviežią orą tiesiai darbuotojams per asmeninius vėdinimo įrenginius.

Atitiktis teisės aktams

Požeminė ventiliacija daugelyje šalių yra griežtai reglamentuojama. Šie reglamentai skirti apsaugoti darbuotojų saugą ir užtikrinti atitiktį aplinkosaugos standartams. Pagrindiniai reguliavimo aspektai apima:

• Oro kokybės standartai: Nustatant pavojingų dujų ir dulkių koncentracijos ribas.
• Vėdinimo sistemos projektavimo standartai: Nurodant minimalų oro srauto greitį ir vėdinimo sistemos reikalavimus.
• Stebėjimo ir ataskaitų teikimo reikalavimai: Reikalaujant reguliariai stebėti vėdinimo parametrus ir pranešti apie bet kokius viršijimus.
• Avarinio reagavimo planai: Reikalaujant parengti ir įgyvendinti avarinius reagavimo planus, skirtus vėdinimo įvykiams spręsti.

Išvada

Požeminė ventiliacija yra labai svarbus kasybos ir tunelių kasimo operacijų aspektas visame pasaulyje. Efektyvios vėdinimo sistemos yra būtinos darbuotojų saugai, produktyvumui ir atitikčiai teisės aktams. Suprasdamos požeminės ventiliacijos principus, įgyvendindamos atitinkamas vėdinimo strategijas ir pasinaudodamos naujomis technologijomis, kasybos ir tunelių kasimo įmonės gali sukurti saugesnę ir produktyvesnę darbo aplinką.

Šiame išsamiame vadove pateiktas pagrindas suprasti požeminę ventiliaciją. Nuolatinis mokymasis ir prisitaikymas prie konkrečių vietos sąlygų yra labai svarbūs užtikrinant optimalų vėdinimo veikimą ir saugant požeminių darbuotojų sveikatą ir saugą.