II Grubenbelüftung
In der U-Bahn, aufgrund derBergbauDurch den Betrieb, die Mineraloxidation und andere Faktoren verändert sich die Luftzusammensetzung, vor allem durch Sauerstoffmangel, einen Anstieg toxischer und schädlicher Gase, die Vermischung mit Mineralstaub sowie durch Veränderungen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck. Diese Veränderungen schädigen die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter. Um die Gesundheit der Arbeiter zu gewährleisten, angemessene Arbeitsbedingungen zu schaffen und eine sichere und kontinuierliche Produktion sicherzustellen, ist es notwendig, Frischluft von der Oberfläche in den Untertagebau zu leiten und verbrauchte Luft von dort nach oben abzuführen. Dies ist der Zweck der Grubenbelüftung.
1 Grubenbelüftungssystem
Um ausreichend Frischluft in eine bestimmte Richtung und auf eine bestimmte Route zur Abbaufront unter Tage zu leiten und gleichzeitig die verbrauchte Luft aus dem Bergwerk in eine bestimmte Richtung und auf eine bestimmte Route abzuführen, ist es erforderlich, dass das Bergwerk über ein angemessenes Belüftungssystem verfügt.
1) Gemäß der einheitlichen oder regionalen Klassifizierung des gesamten Bergwerks
Ein Bergwerk stellt ein integriertes Belüftungssystem dar, das als Gleichstrombelüftung bezeichnet wird. Es ist in mehrere relativ unabhängige Belüftungssysteme unterteilt, von denen jedes über einen eigenen Lufteinlass, einen eigenen Abluftschacht und eine eigene Belüftungsanlage verfügt. Obwohl zwischen Schacht und Streckenvortrieb eine Verbindung besteht, beeinflussen sich die Luftströmungen nicht gegenseitig und verlaufen unabhängig voneinander; dies wird als Trennwandbelüftung bezeichnet.
Die zentrale Belüftung bietet die Vorteile einer konzentrierten Abluftführung, eines geringeren Bedarfs an Belüftungsanlagen und einer komfortablen zentralen Steuerung. Für Bergwerke mit geringem Abbaugebiet und wenigen Oberflächenausgängen, insbesondere für Tiefbergwerke, ist die zentrale Belüftung des gesamten Bergwerks sinnvoll.
Die Zonenlüftung bietet Vorteile wie kurze Luftwege, geringen Luftwiderstand, geringe Luftleckagen, niedrigen Energieverbrauch, einfache Vernetzung und leichte Steuerung des Luftstroms. Sie trägt zur Reduzierung von Schadstoffströmen und einer optimierten Luftverteilung bei und ermöglicht eine bessere Belüftung. Daher findet die Zonenlüftung breite Anwendung in Bergwerken mit flachen und verstreuten Erzkörpern oder in Bergwerken mit flachen Erzkörpern und vielen oberirdischen Förderbrunnen.
Die Zonenbelüftung kann nach Erzkörper unterteilt werden.BergbauBereichs- und Bühnenebene.
2) Klassifizierung nach der Anordnung des Einlassluftkanals und des Auslassluftkanals
Jedes Belüftungssystem sollte mindestens über einen zuverlässigen Lufteinlass- und einen zuverlässigen Abluftschacht verfügen. Üblicherweise wird der Förderkorbschacht als Luftschacht genutzt, in manchen Bergwerken kommen auch spezielle Luftschächte zum Einsatz. Da die Abluft große Mengen an giftigen Gasen und Staub enthält, sind die Abluftschächte in der Regel speziell ausgeführt.
Je nach relativer Position des Lufteinlasskanals und des Abluftkanals lassen sich drei verschiedene Anordnungen unterscheiden: zentrale, diagonale und eine gemischte Form aus zentraler und diagonaler Anordnung.
① Zentralstil
Der Lufteinlassschacht und der Abluftschacht befinden sich in der Mitte des Erzkörpers, und die Strömungsrichtung des Windstroms unter Tage ist umgekehrt, wie in Abbildung 3-7 dargestellt.
zentrales Lüftungssystem
Die zentrale Bauweise bietet Vorteile wie geringere Infrastrukturkosten, schnelle Produktion, zentralisiertes Tagebauwerk, einfaches Management, bequeme Schachttiefenarbeiten und einfache Windbeständigkeit. Sie wird hauptsächlich für den Abbau von geschichteten Erzkörpern eingesetzt.
② Die Diagonale
Bei der diagonalen Belüftung mündet der Luftschacht in den einen Flügel des Erzkörpers und der Abluftschacht in den anderen Flügel. Dies wird als einflügelige Diagonalbelüftung bezeichnet (siehe Abbildung 3-8). Bei der diagonalen Belüftung mündet der Luftschacht in der Mitte des Erzkörpers und der Abluftschacht in den beiden Flügeln. Dies wird als zweiflügelige Diagonalbelüftung bezeichnet (siehe Abbildung 3-9). Bei sehr langen Erzkörpern verlaufen die Luftschächte und Abluftschächte entlang der Intervalle oder der Erzkörperdicke. Bei der diagonalen Belüftung verläuft der Luftstrom im Bergwerk geradlinig.
Einflügeliger diagonaler Lüftungsschacht
Die diagonale Anordnung bietet die Vorteile kurzer Luftleitungen, geringerer Druckverluste, geringerer Luftleckagen, eines stabilen Luftdrucks während der Minenproduktion, einer gleichmäßigen Luftvolumenverteilung und einer großen Entfernung des Industriestandorts von der Oberfläche. Diese Bauweise wird üblicherweise in Metallminen eingesetzt.
③ Zentraler diagonaler Mischungstyp
Bei langgestreckten Erzkörpern und weitläufigen Abbaugebieten kann die zentrale Erschließung in der Mitte des Erzkörpers angeordnet werden. Dadurch wird die Belüftung des zentralen Erzkörpers beim Abbau im Abzugsschacht der beiden Grubenflügel sowie die Belüftung des entfernten Erzkörpers beim Abbau gewährleistet. Der gesamte Erzkörper weist sowohl zentrale als auch diagonale Erschließungsabschnitte auf, wodurch eine Mischung aus zentralen und diagonalen Erschließungsabschnitten entsteht.
Obwohl sich die Anordnungsformen von Lufteinlass- und Auslassschächten in die oben genannten Typen zusammenfassen lassen, sollte die Anordnung aufgrund der komplexen Entstehungsbedingungen des Erzkörpers und der unterschiedlichen Abbau- und Gewinnungsmethoden in der Planungs- und Produktionspraxis den spezifischen Gegebenheiten der jeweiligen Mine angepasst werden, ohne sich auf die oben genannten Typen zu beschränken.
3) Klassifizierung nach der Betriebsart des Ventilators
Zu den Betriebsarten des Ventilators gehören Druckventilator, Absaugventilator und Mischventilator.
① Druck
Die Druckbelüftung erzeugt im gesamten Lüftungssystem durch den Hauptventilator einen Überdruck über dem lokalen Atmosphärendruck. Durch die Konzentration des Luftstroms wird im Lufteinlassbereich ein hoher Druckgradient erzeugt, der die Frischluft schnell und gezielt über den vorgesehenen Lüftungsweg in den Untertagebau leitet. So wird eine Kontamination durch andere Betriebsabläufe vermieden und eine gute Luftqualität gewährleistet.
Der Nachteil der Druckeinlassbelüftung besteht darin, dass die Luftstromregelungseinrichtungen, wie z. B. Luftklappen, im Lufteinlassbereich angeordnet werden müssen. Aufgrund des häufigen Verkehrsaufkommens und der Fußgänger ist dies schwierig zu handhaben und zu kontrollieren, und es kommt zu erheblichen Luftleckagen am Schachtboden. Im Abluftbereich des Hauptventilators entsteht ein Unterdruckgradient, wodurch die verschmutzte Luft nicht schnell genug über den vorgesehenen Weg aus dem Lüftungsschacht abgeführt werden kann und die unterirdische Luftströmung gestört wird. Hinzu kommen Störungen durch natürlichen Wind, sogar durch Windumkehr, was zu neuen, umweltbelastenden Windphänomenen führt.
②Ausgangstyp
Die Absauglüftung erzeugt durch den Hauptventilator im gesamten Lüftungssystem einen Unterdruck unterhalb des lokalen Atmosphärendrucks. Aufgrund der hohen Konzentration und des großen Abluftvolumens entsteht auf der Abluftseite ein starker Druckgradient. Dadurch wird die verschmutzte Luft von jeder Arbeitsfläche schnell im Abluftkanal konzentriert, der Rauch breitet sich nicht so leicht auf andere Bereiche aus und wird schnell abgeführt. Dies ist ein großer Vorteil der Absauglüftung. Zudem sind die Klimaanlage und die Steuerungseinrichtungen im Abluftkanal untergebracht, was den Fußgängerverkehr nicht behindert und eine einfache und zuverlässige Steuerung ermöglicht.
Der Nachteil der Saugbelüftung besteht darin, dass bei einem undichten Abluftsystem leicht Kurzschlussluftansaugung entstehen kann. Besonders beim Abbau mittels des Einsturzverfahrens, wo die Oberflächensenkungszone und der Abbauhohlraum miteinander verbunden sind, tritt dieses Phänomen verstärkt auf. Zudem ist der Winddruck an der Abbaufläche und im gesamten Lufteinlasssystem gering, und der Lufteinlasskanal wird vom natürlichen Winddruck beeinflusst, was zu Rückströmungen und damit zu Luftströmungsstörungen unter Tage führen kann. Bei Absaugbelüftungssystemen befindet sich der Hauptförderschacht im Bereich des Lufteinlasses; insbesondere in nördlichen Bergwerken sollte dies im Winter berücksichtigt werden.
Die meisten Metall- und anderen Nichtkohlebergwerke in China verwenden eine Langzeitbelüftung.
3) Druck und Pumpengemisch
Die druckpumpenbetriebene Mischlüftung wird durch den Hauptventilator sowohl auf der Einlass- als auch auf der Auslassseite gesteuert. Dadurch wird der Luftstrom im Einlass- und Auslassbereich durch den höheren Winddruck und das stärkere Druckgefälle in eine vorgegebene Richtung gelenkt, was zu einer schnellen Rauchabführung, reduzierten Luftverlusten und einer geringeren Anfälligkeit für natürliche Windstörungen und Windumkehr führt. Die Kombination der Vorteile von Druck- und Sauglüftung stellt eine wichtige Methode zur Verbesserung der Grubenlüftung dar.
Der Nachteil der Druck- und Pumpenmischlüftung besteht darin, dass mehr Lüftungsanlagen benötigt werden und der Luftstrom im Windbereich nicht reguliert werden kann. Luftleckagen am Boden des Brunneneinlasses und im Kollapsbereich der Auslassseite sind zwar weiterhin vorhanden, aber deutlich geringer.
Bei der Wahl des Belüftungsmodus ist das Vorhandensein von Einsturzgefahren oder anderen schwer zu isolierenden Kanälen an der Oberfläche ein entscheidender Faktor. In Bergwerken mit radioaktiven Elementen oder selbstentzündlichen Mineralien sollten Druckpumpen- oder Mischsysteme mit Druckpumpenfunktion sowie mehrstufige, maschinenstationsgesteuerte Systeme zum Einsatz kommen. In Bergwerken ohne Oberflächensenkungsgebiete oder mit dicht abschließbarem Abluftkanal durch Verfüllung und Abdichtung empfiehlt sich ein Absaugsystem oder ein überwiegend auf Absaugung basierendes Absaugsystem. Bergwerke mit zahlreichen Oberflächensenkungsgebieten, schwer zu isolierende Bereiche zwischen Abluftkanal und Abbauhohlraum oder Übertagebau mit Untertagebau sollten primäre Druckpumpen- oder mehrstufige, maschinenstationsgesteuerte Systeme verwenden.
Der Hauptventilator wird üblicherweise oberirdisch installiert, kann aber auch unter Tage erfolgen. Die oberirdische Installation bietet den Vorteil, dass Installation, Wartung und Instandhaltung einfacher sind und er weniger anfällig für Schäden durch Untertagekatastrophen ist. Zu den Nachteilen zählen die hohen Baukosten für Bohrlochkopfverschluss, Rückschlagventil und Windkanal sowie das Risiko von Kurzschlussluftleckagen. Bei tiefen Bergwerken und großer Entfernung zwischen Abbaufront und Hauptventilator sind die Installations- und Baukosten hoch. Die unter Tage installierte Hauptlüftungsanlage bietet den Vorteil geringerer Leckagen. Da der Ventilator nahe am Luftstrom positioniert ist, ist die Luftleckage geringer, wodurch mehr Luft gleichzeitig genutzt oder abgeführt werden kann. Dies reduziert den Belüftungswiderstand und die Dichtungsanforderungen. Die oberirdische Installation, Inspektion und Instandhaltung sind jedoch aufwendiger und die Anlage ist anfälliger für Schäden durch Untertagekatastrophen.
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Veröffentlichungsdatum: 31. März 2023
