Pazemes ventilācija: Visaptverošs ceļvedis globālām kalnrūpniecības un tuneļu būves operācijām

Pazemes ventilācija ir kritiski svarīgs aspekts kalnrūpniecības un tuneļu būves operācijās visā pasaulē. Tā nodrošina drošu un veselīgu darba vidi, piegādājot svaigu gaisu, aizvācot kaitīgas gāzes un putekļus, kā arī kontrolējot temperatūru un mitrumu. Efektīvas ventilācijas sistēmas ir būtiskas darbinieku drošībai, produktivitātei un normatīvo aktu ievērošanai. Šis ceļvedis sniedz visaptverošu pārskatu par pazemes ventilācijas principiem, praksi un tehnoloģijām, kas piemērojamas dažādām globālām kalnrūpniecības un tuneļu būves vidēm.

Kāpēc pazemes ventilācija ir svarīga?

Pazemes vide rada unikālus izaicinājumus gaisa kvalitātes uzturēšanā. Dabiskas gaisa plūsmas trūkums apvienojumā ar bīstamu vielu izdalīšanos kalnrūpniecības vai tuneļu būves darbību rezultātā prasa ieviest jaudīgas ventilācijas sistēmas. Galvenie pazemes ventilācijas mērķi ir:

• Darbinieku drošība: Elpošanai piemērota gaisa nodrošināšana un kaitīgu gāzu (piemēram, metāna, oglekļa monoksīda, sērūdeņraža) un putekļu uzkrāšanās novēršana.
• Putekļu kontrole: Gaisā esošo putekļu daļiņu aizvākšana, kas var izraisīt elpceļu slimības, piemēram, silikozi un ogļraču pneimokoniozi.
• Gāzes kontrole: Uzliesmojošu un toksisku gāzu atšķaidīšana un aizvākšana, lai novērstu sprādzienus un saindēšanos.
• Temperatūras un mitruma kontrole: Komfortablas darba vides uzturēšana, lai novērstu karstuma stresu un uzlabotu darbinieku produktivitāti.
• Iekārtu dzesēšana: Siltuma, ko rada mašīnas un elektrotehniskās iekārtas, aizvākšana.
• Redzamība: Atbilstošas redzamības uzturēšana, aizvācot putekļus un izgarojumus.

Pazemes ventilācijas principi

Pazemes ventilācijas sistēmu projektēšana un darbība balstās uz šķidrumu mehānikas un termodinamikas pamatprincipiem. Galvenie principi ir:

• Gaisa plūsma: Gaiss ir jāpiespiež vai jāievelk pazemes izstrādnēs, lai aizstātu piesārņoto gaisu ar svaigu gaisu.
• Spiediena starpības: Gaisa plūsmu virza spiediena starpības, ko rada ventilatori vai dabiskās ventilācijas spēki.
• Pretestība: Gaisa plūsmai pretojas raktuves vai tuneļa sienu nelīdzenums, kā arī šķēršļi, piemēram, iekārtas, atbalsta konstrukcijas un gaisa ceļu ģeometrijas izmaiņas.
• Atšķaidīšana: Piesārņotāji tiek atšķaidīti, sajaucot tos ar lielāku svaiga gaisa apjomu.
• Aizvākšana: Piesārņotais gaiss tiek izvadīts no pazemes izstrādnēm.

Pazemes ventilācijas sistēmu veidi

Pazemes kalnrūpniecībā un tuneļu būvē parasti izmanto vairāku veidu ventilācijas sistēmas, katrai no tām ir savas priekšrocības un trūkumi:

1. Dabiskā ventilācija

Dabiskā ventilācija balstās uz dabiskām spiediena starpībām, piemēram, tām, ko izraisa temperatūras atšķirības starp virszemi un pazemes izstrādnēm vai vēja spiediens. Parasti tā nav pietiekama dziļām vai plašām pazemes operācijām un bieži tiek izmantota kopā ar mehānisko ventilāciju.

Piemērs: Maza, sekla raktuve mērenā klimatā noteiktos gadalaikos var gūt labumu no dabiskās ventilācijas, bet, visticamāk, tai būs nepieciešama papildu mehāniskā ventilācija lielu karstuma vai aukstuma periodos.

2. Mehāniskā ventilācija

Mehāniskā ventilācija izmanto ventilatorus, lai piespiestu vai ievilktu gaisu pazemes izstrādnēs. Tas ir visizplatītākais ventilācijas sistēmas veids, ko izmanto mūsdienu kalnrūpniecības un tuneļu būves operācijās.

Mehāniskās ventilācijas veidi:

• Piespiedu ventilācija: Ventilatori iespiež gaisu pazemes izstrādnēs. Šī sistēma ir efektīva svaiga gaisa piegādei noteiktām zonām, bet var izraisīt piesārņota gaisa recirkulāciju.
• Izplūdes ventilācija: Ventilatori izvelk gaisu no pazemes izstrādnēm. Šī sistēma ir efektīva piesārņota gaisa aizvākšanai, bet var radīt negatīvu spiedienu, potenciāli ievelkot gaisu no nevēlamām vietām.
• Kombinētā ventilācija: Izmanto gan piespiedu, gan izplūdes ventilatorus, lai izveidotu līdzsvarotu gaisa plūsmas sistēmu. Tas bieži vien ir visefektīvākais risinājums gaisa kvalitātes kontrolei sarežģītās pazemes vidēs.

3. Papildu ventilācija

Papildu ventilācijas sistēmas tiek izmantotas, lai nodrošinātu lokālu ventilāciju noteiktās raktuves vai tuneļa zonās, piemēram, izstrādnes ejās vai strupceļos. Šajās sistēmās parasti izmanto mazākus, pārnēsājamus ventilatorus un elastīgus gaisa vadus, lai piegādātu svaigu gaisu darba vietai.

Piemērs: Tuneļa urbšanas laikā papildu ventilācijas sistēmas ir būtiskas, lai aizvāktu putekļus un izgarojumus, ko rada urbšanas mašīna, un lai piegādātu svaigu gaisu darbiniekiem darba vietā.

Ventilācijas sistēmas sastāvdaļas

Tipiska pazemes ventilācijas sistēma sastāv no vairākām galvenajām sastāvdaļām:

• Ventilatori: Aksiālie ventilatori parasti tiek izmantoti pazemes ventilācijas sistēmās to augstās efektivitātes un spējas pārvietot lielu gaisa apjomu dēļ. Centrbēdzes ventilatorus var izmantot situācijās, kad nepieciešams lielāks spiediens.
• Gaisa ceļi: Tie ir galvenie gaisa plūsmas ceļi raktuvē vai tunelī, ieskaitot šahtas, štrekus un tuneļus.
• Gaisa regulatori: Tos izmanto, lai kontrolētu gaisa plūsmas sadalījumu ventilācijas sistēmā. Tos var kontrolēt manuāli vai automātiski. Piemēri ir ventilācijas durvis, aizsprosti un regulatori.
• Gaisa slūžas: Tiek izmantotas, lai uzturētu spiediena starpības starp dažādām raktuves vai tuneļa zonām.
• Putekļu savācēji: Tiek izmantoti, lai no gaisa plūsmas aizvāktu putekļus.
• Gāzes detektori: Tiek izmantoti, lai uzraudzītu bīstamo gāzu koncentrāciju gaisā.
• Uzraudzības un kontroles sistēmas: Nodrošina reāllaika uzraudzību tādiem ventilācijas parametriem kā gaisa plūsma, spiediens, temperatūra un gāzu koncentrācija.

Ventilācijas projektēšanas apsvērumi

Lai izstrādātu efektīvu pazemes ventilācijas sistēmu, rūpīgi jāapsver vairāki faktori:

• Raktuves vai tuneļa ģeometrija: Pazemes izstrādņu izmērs, forma un izkārtojums būtiski ietekmē gaisa plūsmas modeļus un ventilācijas prasības.
• Ražošanas apjoms: Kalnrūpniecības vai tuneļu būves darbību ātrums ietekmē radīto putekļu un gāzes daudzumu.
• Ģeoloģija: Iežu vai augsnes veids ietekmē gāzes emisijas un putekļu rašanās ātrumu.
• Iekārtas: Pazemē izmantoto iekārtu veids un skaits ietekmē radītā siltuma un emisiju daudzumu.
• Darbinieku blīvums: Pazemē strādājošo darbinieku skaits ietekmē patērētā skābekļa un saražotā oglekļa dioksīda daudzumu.
• Normatīvās prasības: Ventilācijas sistēmām jāatbilst vietējiem un valsts drošības noteikumiem.
• Klimats: Virszemes temperatūra un mitrums var ietekmēt pazemes klimatu un ventilācijas prasības.

Ventilācijas plānošana un modelēšana

Skaitļošanas šķidrumu dinamikas (CFD) modelēšana arvien biežāk tiek izmantota, lai optimizētu ventilācijas sistēmas dizainu un prognozētu gaisa plūsmas modeļus sarežģītās pazemes vidēs. CFD modeļi var simulēt dažādu ventilācijas stratēģiju, iekārtu konfigurāciju un ģeoloģisko apstākļu ietekmi. Tas ļauj inženieriem identificēt potenciālās problēmas un optimizēt ventilācijas sistēmu pirms būvniecības vai ekspluatācijas.

Piemērs: Kalnrūpniecības uzņēmums Austrālijā izmantoja CFD modelēšanu, lai optimizētu ventilācijas sistēmu jaunā pazemes zelta raktuvē. Modelēšana identificēja vietas, kur gaisa plūsma bija ierobežota, un ļāva inženieriem pielāgot ventilācijas sistēmas dizainu, lai nodrošinātu atbilstošu gaisa kvalitāti visā raktuvē.

Putekļu kontroles stratēģijas

Putekļu kontrole ir būtiska pazemes ventilācijas sastāvdaļa. Efektīvas putekļu kontroles stratēģijas ietver:

• Ūdens smidzinātāji: Ūdens izsmidzināšana uz virsmām, lai nomāktu putekļu veidošanos.
• Ūdens infūzija: Ūdens injicēšana ogļu slāņos, lai samazinātu putekļu emisijas ieguves laikā.
• Putekļu savācēji: Filtru izmantošana, lai no gaisa plūsmas aizvāktu putekļus.
• Ventilācija: Gaisā esošo putekļu daļiņu atšķaidīšana un aizvākšana.
• Individuālie aizsardzības līdzekļi (IAL): Respiratoru nodrošināšana darbiniekiem, lai pasargātu viņus no putekļu ieelpošanas.

Gāzes kontroles stratēģijas

Gāzes kontrole ir vēl viens kritisks pazemes ventilācijas aspekts. Efektīvas gāzes kontroles stratēģijas ietver:

• Ventilācija: Bīstamo gāzu atšķaidīšana un aizvākšana.
• Gāzes drenāža: Gāzes izsūknēšana no ogļu slāņiem vai apkārtējiem iežiem pirms ieguves.
• Gāzes noteikšana: Gāzu koncentrācijas uzraudzība un trauksmes signālu ieviešana, lai brīdinātu darbiniekus par bīstamiem apstākļiem.
• Sprādzienu novēršana: Pasākumu ieviešana, lai novērstu sprādzienus, piemēram, izmantojot sprādziendrošas iekārtas un inertizējot atmosfēru.

Piemērs: Ogļu raktuvēs Polijā parasti izmanto metāna drenāžas sistēmas, lai pirms ieguves izsūknētu metāna gāzi no ogļu slāņiem. Tas samazina sprādzienu risku un uzlabo darbinieku drošību.

Uzraudzības un kontroles sistēmas

Mūsdienu pazemes ventilācijas sistēmas ir aprīkotas ar sarežģītām uzraudzības un kontroles sistēmām, kas nodrošina reāllaika datus par ventilācijas parametriem. Šīs sistēmas ļauj operatoriem:

• Uzraudzīt gaisa plūsmu: Sekot līdzi gaisa plūsmas ātrumiem un spiediena starpībām visā ventilācijas sistēmā.
• Uzraudzīt gāzu koncentrācijas: Atklāt un mērīt bīstamo gāzu koncentrāciju.
• Uzraudzīt putekļu līmeni: Mērīt gaisā esošo putekļu daļiņu koncentrāciju.
• Kontrolēt ventilatorus: Pielāgot ventilatoru ātrumu, lai optimizētu gaisa plūsmu un uzturētu gaisa kvalitāti.
• Kontrolēt gaisa regulatorus: Pielāgot gaisa regulatoru iestatījumus, lai atbilstoši sadalītu gaisa plūsmu.
• Ģenerēt trauksmes signālus: Brīdināt operatorus par bīstamiem apstākļiem vai sistēmas darbības traucējumiem.
• Analizēt datus: Analizēt ventilācijas datus, lai identificētu tendences un optimizētu sistēmas veiktspēju.

Ventilācijas izaicinājumi dziļās un sarežģītās raktuvēs

Dziļas un sarežģītas raktuves rada unikālus ventilācijas izaicinājumus, tostarp:

• Augstas temperatūras: Ģeotermālais siltums palielinās līdz ar dziļumu, prasot ievērojamu dzesēšanas jaudu.
• Augsts mitrums: Augsts mitrums var pastiprināt karstuma stresu un samazināt darbinieku produktivitāti.
• Gari gaisa ceļu attālumi: Gari gaisa ceļu attālumi palielina pretestību gaisa plūsmai un prasa lielāku ventilatoru spiedienu.
• Sarežģīti gaisa plūsmas modeļi: Sarežģīti raktuvju izkārtojumi var radīt neparedzamus gaisa plūsmas modeļus un piesārņota gaisa recirkulāciju.
• Augstas gāzes emisijas: Dziļās raktuvēs var būt lielākas gāzes emisijas palielināta iežu spiediena dēļ.

Piemērs: Zelta raktuves Dienvidāfrikā, kas var sasniegt vairāk nekā 4 kilometru dziļumu, saskaras ar ekstrēmiem ventilācijas izaicinājumiem augstu temperatūru un mitruma dēļ. Šajās raktuvēs ir nepieciešamas sarežģītas dzesēšanas sistēmas un ventilācijas stratēģijas, lai uzturētu drošu un produktīvu darba vidi.

Nākotnes tendences pazemes ventilācijā

Vairākas jaunas tehnoloģijas un tendences veido pazemes ventilācijas nākotni:

• Automatizācija un robotika: Automatizētas sistēmas var attālināti uzraudzīt un kontrolēt ventilācijas sistēmas, samazinot nepieciešamību pēc manuālas iejaukšanās un uzlabojot drošību.
• Viedā ventilācija: Viedās ventilācijas sistēmas izmanto sensorus un datu analīzi, lai reāllaikā optimizētu ventilācijas veiktspēju.
• Energoefektīva ventilācija: Energoefektīvi ventilatori un ventilācijas stratēģijas var samazināt enerģijas patēriņu un ekspluatācijas izmaksas.
• Uzlabota CFD modelēšana: Sarežģītāki CFD modeļi var simulēt sarežģītus gaisa plūsmas modeļus un optimizēt ventilācijas sistēmas dizainu.
• Uzlabotas putekļu un gāzes kontroles tehnoloģijas: Tiek izstrādātas jaunas tehnoloģijas, lai uzlabotu putekļu un gāzes kontroli, piemēram, uzlaboti ūdens smidzinātāji un gāzes drenāžas sistēmas.
• Personalizētā ventilācija: Sistēmas, kas piegādā svaigu gaisu tieši darbiniekiem, izmantojot personālās ventilācijas ierīces.

Normatīvo aktu ievērošana

Pazemes ventilācijai lielākajā daļā valstu ir noteiktas stingras normatīvās prasības. Šie noteikumi ir izstrādāti, lai aizsargātu darbinieku drošību un nodrošinātu atbilstību vides standartiem. Galvenie normatīvie apsvērumi ietver:

• Gaisa kvalitātes standarti: Nosaka ierobežojumus bīstamo gāzu un putekļu koncentrācijai.
• Ventilācijas sistēmu projektēšanas standarti: Norāda minimālos gaisa plūsmas ātrumus un ventilācijas sistēmas prasības.
• Uzraudzības un ziņošanas prasības: Pieprasa regulāru ventilācijas parametru uzraudzību un ziņošanu par jebkādiem pārsniegumiem.
• Ārkārtas reaģēšanas plāni: Pieprasa izstrādāt un ieviest ārkārtas reaģēšanas plānus, lai risinātu ar ventilāciju saistītus incidentus.

Noslēgums

Pazemes ventilācija ir kritiski svarīgs aspekts kalnrūpniecības un tuneļu būves operācijās visā pasaulē. Efektīvas ventilācijas sistēmas ir būtiskas darbinieku drošībai, produktivitātei un normatīvo aktu ievērošanai. Izprotot pazemes ventilācijas principus, ieviešot atbilstošas ventilācijas stratēģijas un izmantojot jaunākās tehnoloģijas, kalnrūpniecības un tuneļu būves uzņēmumi var radīt drošāku un produktīvāku darba vidi.

Šis visaptverošais ceļvedis ir sniedzis pamatu pazemes ventilācijas izpratnei. Nepārtraukta mācīšanās un pielāgošanās konkrētiem objekta apstākļiem ir būtiska, lai nodrošinātu optimālu ventilācijas veiktspēju un aizsargātu pazemes darbinieku veselību un drošību.