الهدف الرئيسي من تهوية المناجم هو توفير كميات كافية من الهواء لجميع أماكن العمل وطرق السفر في منجم تحت الأرض لتخفيف تلك الملوثات التي لا يمكن السيطرة عليها بأي وسيلة أخرى إلى مستوى مقبول. عندما يكون العمق ودرجات حرارة الصخور لدرجة أن درجات حرارة الهواء مرتفعة ، يمكن استخدام أنظمة التبريد الميكانيكية لتكملة التأثيرات المفيدة للتهوية.

جو المنجم

يختلف تكوين الغلاف الغازي المحيط بالأرض بنسبة تقل عن 0.01٪ من مكان إلى آخر ، وعادة ما يتم أخذ تكوين الهواء "الجاف" على هيئة 78.09٪ نيتروجين و 20.95٪ أكسجين و 0.93٪ أرجون و 0.03٪ ثاني أكسيد كربون. يوجد بخار الماء أيضًا بكميات متفاوتة اعتمادًا على درجة حرارة الهواء وضغطه وتوافر أسطح مائية خالية. عندما يتدفق هواء التهوية عبر منجم ، قد يتغير تركيز بخار الماء بشكل كبير وهذا الاختلاف هو موضوع دراسة منفصلة للقياس النفسي. لتحديد حالة بخار الماء ومزيج الهواء الجاف عند نقطة معينة ، يتطلب الأمر وجود ثلاث خصائص مستقلة قابلة للقياس للضغط الجوي ، ودرجات حرارة المصباح الجاف ، ودرجات حرارة المصباح الرطب.

متطلبات التهوية

الملوثات التي يجب السيطرة عليها عن طريق التهوية المخففة هي الغازات والغبار في المقام الأول ، على الرغم من أن الإشعاعات المؤينة المرتبطة بالرادون الطبيعي قد تسبب مشاكل ، خاصة في مناجم اليورانيوم وحيث تكون تركيزات اليورانيوم الخلفية للمضيف أو الصخور المجاورة مرتفعة. ستعتمد كمية الهواء المطلوبة للتحكم في التخفيف على قوة مصدر الملوثات وفعالية تدابير التحكم الأخرى مثل الماء لإخماد الغبار أو أنظمة تصريف الميثان في مناجم الفحم. يتم تحديد الحد الأدنى لمعدل تدفق الهواء المخفف من خلال الملوث الذي يتطلب أكبر كمية تخفيف مع الإدراك الواجب للتأثيرات المضافة المحتملة للمخاليط والتآزر حيث يمكن أن يزيد أحد الملوثات من تأثير آخر. يمكن أن يكون تجاوز هذه القيمة حدًا أدنى لسرعة الهواء والذي يكون عادةً 0.25 م / ث ويزداد مع زيادة درجات حرارة الهواء أيضًا.

تهوية المعدات التي تعمل بالديزل

في المناجم الآلية التي تستخدم معدات متحركة تعمل بالديزل وفي حالة عدم وجود مراقبة مستمرة للغاز ، يتم استخدام تخفيف غاز العادم لتحديد الحد الأدنى من متطلبات هواء التهوية حيث تعمل. تتراوح كمية الهواء المطلوبة عادة بين 0.03 و 0.06 م³/ ثانية لكل كيلوواط من الطاقة المقدرة عند نقطة التشغيل اعتمادًا على نوع المحرك وما إذا كان يتم استخدام أي تكييف لغاز العادم. توفر التطورات المستمرة في كل من الوقود وتكنولوجيا المحرك انبعاثات أقل للمحرك بينما قد تقلل المحولات الحفازة وأجهزة التنظيف الرطبة والمرشحات الخزفية من تركيزات أول أكسيد الكربون / الألدهيدات وأكاسيد النيتروجين وجسيمات الديزل على التوالي. هذا يساعد في تلبية حدود الملوثات الصارمة على نحو متزايد دون زيادة كبيرة في معدلات تخفيف العادم. الحد الأدنى للتخفيف المحتمل 0.02 م³/ s لكل كيلوواط يتم تحديده من خلال انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تتناسب مع قوة المحرك ولا تتأثر بتكييف غاز العادم.

تتميز محركات الديزل بكفاءة الثلث تقريبًا في تحويل الطاقة المتوفرة في الوقود إلى طاقة مفيدة ، ويستخدم معظمها للتغلب على الاحتكاك مما ينتج عنه ناتج حراري يبلغ حوالي ثلاثة أضعاف ناتج الطاقة. حتى عند سحب انخفاض في شاحنة ، فإن العمل المفيد المنجز هو فقط حوالي 10 ٪ من الطاقة المتوفرة في الوقود. تُستخدم قوى محرك الديزل الأعلى في المعدات المتنقلة الأكبر حجمًا والتي تتطلب عمليات حفر أكبر للعمل بأمان. السماح بخلوص عادي للمركبة ومعدل تخفيف نموذجي لغاز عادم الديزل يبلغ
0.04 م³/ s لكل kW ، الحد الأدنى لسرعات الهواء حيث تعمل محركات الديزل في المتوسط ​​حوالي 0.5 م / ث.

تهوية طرق التعدين المختلفة

على الرغم من أن تحديد متطلبات كمية الهواء العامة غير مناسب عندما تكون المعلومات التفصيلية المتعلقة بالتخطيط والتهوية متاحة أو ممكنة ، إلا أنها تدعم المعايير المستخدمة في التصميم. يمكن تفسير الانحرافات عن القيم العادية بشكل عام وتبريرها ، على سبيل المثال ، في المناجم التي تعاني من مشاكل الحرارة أو غاز الرادون. العلاقة العامة هي:

كمية الألغام = ألفت + β

حيث t هو معدل الإنتاج السنوي بالمليون طن سنويًا (Mtpa) ، α هو عامل كمية الهواء المتغير الذي يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمعدل الإنتاج و هو كمية الهواء الثابتة المطلوبة لتهوية البنية التحتية للمنجم مثل نظام مناولة الخام. يتم إعطاء القيم النموذجية لـ α في الجدول 1.

الجدول 1. تصميم عوامل كمية الهواء

تعتمد كمية الهواء الثابتة β بشكل أساسي على نظام مناولة الخامات ، وإلى حد ما ، على المعدل الإجمالي لإنتاج المنجم. بالنسبة للمناجم حيث يتم نقل الصخور من خلال انخفاض باستخدام شاحنة تعمل بالديزل أو لا يوجد تكسير للصخور الملغومة ، تكون القيمة المناسبة β هي 50 مترًا³/س. هذا يزيد عادة إلى 100 متر³/ ق عند استخدام الكسارات تحت الأرض وتخطي الرفع مع مناطق الصيانة تحت الأرض. نظرًا لأن نظام مناولة الخام أصبح أكثر شمولاً (أي باستخدام الناقلات أو أنظمة نقل الخام الأخرى) ، يمكن أن تزيد بنسبة تصل إلى 50٪. في المناجم الكبيرة جدًا حيث يتم استخدام أنظمة أعمدة متعددة ، تكون كمية الهواء الثابتة β أيضًا مضاعفًا لعدد أنظمة العمود المطلوبة.

متطلبات التبريد

تصميم الظروف الحرارية

قد يتطلب توفير الظروف الحرارية المناسبة لتقليل المخاطر والآثار الضارة للإجهاد الحراري تبريدًا ميكانيكيًا بالإضافة إلى التهوية اللازمة للتحكم في الملوثات. على الرغم من أن الإجهاد الحراري المطبق هو دالة معقدة للمتغيرات المناخية والاستجابات الفسيولوجية لها ، إلا أنه من الناحية العملية للتعدين فإن سرعة الهواء ودرجة حرارة المصباح الرطب هما اللذان لهما التأثير الأكبر. يتضح ذلك من خلال قوى تبريد الهواء المصححة بالملابس (W / m²) الواردة في الجدول 2. تحت الأرض تؤخذ درجة حرارة الإشعاع لتكون مساوية لدرجة حرارة البصيلة الجافة و 10 درجات مئوية أعلى من درجة حرارة البصيلة الرطبة. يعتبر الضغط الجوي ونظام الملابس نموذجيين للعمل تحت الأرض (على سبيل المثال ، 110 كيلو باسكال و 0.52 وحدة ملابس).

الجدول 2. قوى تبريد الهواء المصححة بالملابس (W / m²)

تعكس سرعة الهواء البالغة 0.1 م / ث تأثير الحمل الحراري الطبيعي (أي عدم وجود تدفق هواء محسوس على الإطلاق). سرعة الهواء 0.25 م / ث هي الحد الأدنى المسموح به عادة في التعدين و 0.5 م / ث ستكون مطلوبة عندما تتجاوز درجة حرارة المصباح الرطب 25 درجة مئوية. فيما يتعلق بتحقيق التوازن الحراري ، فإن الحرارة الأيضية الناتجة عن معدلات العمل النموذجية هي: الراحة ، 50 واط / م²؛ عمل خفيف ، 115 إلى 125 واط / م²، عمل متوسط ​​، 150 إلى 175 واط / م²؛ والعمل الجاد ، من 200 إلى 300 واط / م². سيتم تحديد شروط التصميم لتطبيق معين منجم من دراسة التحسين التفصيلية. بشكل عام ، تتراوح درجات الحرارة المثلى للمصابيح الرطبة بين 27.5 درجة مئوية و 28.5 درجة مئوية مع درجات حرارة منخفضة قابلة للتطبيق على عمليات أقل آلية. ينخفض ​​أداء العمل ويزداد خطر الإصابة بالأمراض المرتبطة بالحرارة بشكل كبير عندما تتجاوز درجة حرارة المصباح الرطب 30.0 درجة مئوية ، ويجب ألا يستمر العمل بشكل طبيعي عندما تكون درجة حرارة المصباح الرطب أكبر من 32.5 درجة مئوية.

الأحمال الحرارية للمناجم

حمل تبريد المنجم هو الحمل الحراري للمنجم أقل من قدرة التبريد لهواء التهوية. يتضمن الحمل الحراري للمنجم تأثيرات الضغط التلقائي للهواء في مجاري الهواء الداخل (تحويل الطاقة الكامنة إلى محتوى حراري أثناء تدفق الهواء إلى المنجم) ، وتدفق الحرارة إلى المنجم من الصخور المحيطة ، والحرارة المنبعثة من كسر الصخور أو أي شقوق مائية قبل إزالتها من المداخل أو أقسام العمل بالمنجم ، والحرارة الناتجة عن تشغيل أي معدات تستخدم في عمليات تكسير الخام ونقله. تعتمد قدرة تبريد هواء التهوية على كل من الظروف البيئية الحرارية التصميمية في أماكن العمل والظروف المناخية الفعلية على السطح.

على الرغم من أن المساهمات النسبية لكل مصدر حرارة في الإجمالي هي خاصة بالموقع ، إلا أن الضغط التلقائي عادة ما يكون المساهم الرئيسي في ما بين 35 و 50٪ من الإجمالي. مع زيادة عمق التعدين ، يمكن أن يتسبب الضغط التلقائي في أن تصبح قدرة تبريد الهواء سالبة ، كما أن تأثير توفير المزيد من الهواء هو زيادة حمل تبريد المنجم. في هذه الحالة ، يجب أن تكون كمية التهوية المقدمة هي الحد الأدنى المتوافق مع التحكم في الملوثات ، ويلزم توفير كميات متزايدة من التبريد لتوفير ظروف عمل منتجة وآمنة. سيعتمد عمق التعدين الذي يصبح فيه التبريد ضروريًا بشكل أساسي على الظروف المناخية السطحية ، والمسافة التي يقطعها الهواء عبر الممرات الهوائية قبل استخدامه ومدى استخدام المعدات الكبيرة (الديزل أو الطاقة الكهربائية).

أنظمة التهوية الأولية

شبكات

تهتم أنظمة أو شبكات التهوية الأولية بضمان تدفق الهواء من خلال فتحات المناجم المترابطة. تحتوي شبكة التهوية العامة على تقاطعات حيث تلتقي ثلاثة أو أكثر من الممرات الهوائية ، وهي فروع عبارة عن ممرات هوائية بين التقاطعات والشبكات وهي مسارات مغلقة يتم اجتيازها عبر الشبكة. على الرغم من أن معظم شبكات تهوية المناجم متشعبة بمئات أو حتى آلاف الفروع ، فإن عدد المدخول الرئيسي (الفرع بين السطح وأعمال المناجم) والعودة أو العادم (الفرع بين العمل والسطح) يقتصر عادةً على أقل من عشرة.

مع وجود عدد كبير من الفروع في الشبكة ، فإن تحديد نمط التدفق وتحديد فقدان الضغط الكلي ليس بالأمر السهل. على الرغم من أن العديد منها في سلسلة بسيطة أو ترتيب متوازي يمكن حلها جبريًا ودقيقًا ، ستكون هناك بعض الأقسام المركبة التي تتطلب طرقًا تكرارية مع التقارب مع تفاوت مقبول. تم استخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية بنجاح لتحليل الشبكة ؛ ومع ذلك ، فقد حلت محلها طرق رقمية أقل استهلاكا للوقت تعتمد على تقنية هاردي كروس التقريبية التي تم تطويرها لحل شبكات تدفق المياه.

مقاومة مجرى الهواء وخسائر الصدمات

مقاومة تدفق الهواء في نفق أو فتحة منجم هي دالة على حجمه وخشونة سطحه ويعتمد فقدان الضغط الناتج على هذه المقاومة وعلى مربع سرعة الهواء. بإضافة الطاقة إلى النظام ، يمكن توليد ضغط يتغلب بعد ذلك على فقدان الضغط. قد يحدث هذا بشكل طبيعي حيث يتم توفير الطاقة عن طريق الحرارة من الصخور والمصادر الأخرى (التهوية الطبيعية). على الرغم من أن هذه كانت الطريقة الرئيسية لتوفير التهوية ، إلا أنه يتم تحويل 2 إلى 3 ٪ فقط من الطاقة ، وخلال الصيف الحار ، قد تقوم الصخور بالفعل بتبريد هواء السحب مما يؤدي إلى انعكاسات التدفق. في المناجم الحديثة ، تُستخدم المروحة عادةً لتوفير الطاقة لتيار الهواء الذي يتغلب بعد ذلك على فقدان الضغط على الرغم من أن تأثيرات التهوية الطبيعية يمكن أن تساعدها أو تؤخرها اعتمادًا على الوقت من السنة.

عندما يتدفق الهواء فوق سطح ما ، فإن جزيئات الهواء المجاورة مباشرة للسطح تكون في حالة توقف تام وتلك الجزيئات المجاورة لها فوق تلك الموجودة في السكون بمقاومة تعتمد على لزوجة الهواء. يتشكل تدرج السرعة حيث تزداد السرعة مع زيادة المسافة من السطح. الطبقة الحدودية التي تم إنشاؤها نتيجة لهذه الظاهرة والطبقة الفرعية الصفحية التي تشكلت أيضًا مع تطور الطبقة الحدودية لها تأثير عميق على الطاقة المطلوبة لتعزيز التدفق. بشكل عام ، تكون خشونة سطح المجاري الهوائية كبيرة بما يكفي لتمتد "النتوءات" عبر الطبقة الفرعية الحدودية. يصبح مجرى الهواء بعد ذلك خشنًا هيدروليكيًا وتكون المقاومة دالة على الخشونة النسبية ، أي نسبة ارتفاع الخشونة إلى قطر مجرى الهواء.

معظم الممرات الهوائية الملغومة بواسطة تقنيات الحفر والتفجير التقليدية لها ارتفاعات خشونة تتراوح بين 100 و 200 ملم وحتى في الأرض "الممتلئة" للغاية ، لن يتجاوز متوسط ​​ارتفاع الخشونة 300 ملم. عندما يتم تشغيل المجاري الهوائية باستخدام آلات الحفر ، يكون ارتفاع الخشونة بين 5 و 10 مم ولا يزال يعتبر خشن هيدروليكيًا. يمكن تقليل خشونة الممرات الهوائية عن طريق تبطينها ، على الرغم من أن التبرير هو عادةً الدعم الأرضي بدلاً من تقليل الطاقة المطلوبة لتدوير هواء التهوية. على سبيل المثال ، سيكون عمودًا كبيرًا مبطنًا بالخرسانة بخشونة 1 مم تقريبيًا وسيؤثر أيضًا رقم رينولدز ، وهو نسبة القصور الذاتي إلى القوى اللزجة ، على مقاومة تدفق الهواء.

من الناحية العملية ، فإن الصعوبات في التبطين الخرساني الأملس مثل العمود الكبير من أعلى إلى أسفل حيث يتم غرقه ينتج عنه زيادة في الخشونة والمقاومة بنسبة 50٪ أعلى من القيم الملساء.

مع وجود عدد محدود من المسالك الهوائية المدخول والعودة بين العمل والسطح ، تحدث نسبة كبيرة (70 إلى 90٪) من إجمالي فقدان ضغط المنجم فيها. تعتمد خسائر ضغط مجرى الهواء أيضًا على ما إذا كانت هناك أي انقطاعات تسبب خسائر صدمة مثل الانحناءات أو الانقباضات أو التمددات أو أي عوائق في مجرى الهواء. يمكن أن تكون الخسائر الناتجة عن هذه الانقطاعات مثل الانحناءات داخل وخارج الممرات الهوائية ، عند التعبير عنها من حيث الخسائر التي ستنتج في طول مكافئ من مجرى الهواء المستقيم ، نسبة كبيرة من الإجمالي ويجب تقييمها بعناية ، على وجه الخصوص عند النظر في المآخذ والعوادم الرئيسية. تعتمد الخسائر في حالات الانقطاع على مقدار فصل الطبقة الحدودية ؛ يتم تقليل ذلك عن طريق تجنب التغييرات المفاجئة في المنطقة.

مقاومة المسالك الهوائية مع العوائق

يعتمد تأثير العائق على فقد الضغط على معامل السحب الخاص به ومعامل الملء ، وهو نسبة منطقة الانسداد للكائن ومنطقة المقطع العرضي للمجرى الهوائي. يمكن تقليل الخسائر الناتجة عن العوائق عن طريق تقليل فصل الطبقة الحدودية ومدى أي تأثير مضطرب عن طريق تبسيط الكائن. تتأثر معاملات السحب بشكلها وترتيبها في العمود ؛ ستكون القيم المقارنة: I beam، 2.7؛ مربع ، 2.0 ؛ اسطوانة ، 1.2 ؛ مسدس ممدود ، 0.6 ؛ ومبسط بالكامل ، 0.4.

حتى مع معاملات التعبئة الصغيرة ومعاملات السحب المنخفضة ، إذا تكرر العائق بانتظام ، كما هو الحال مع الحزم التي تفصل مقصورات الرفع في العمود ، فإن التأثير التراكمي على فقد الضغط يكون كبيرًا. على سبيل المثال ، مقاومة العمود المجهز بعوارض سداسية ممدودة نصف انسيابية ومعامل تعبئة يبلغ 0.08 سيكون حوالي أربعة أضعاف مقاومة العمود المبطن بالخرسانة وحده. على الرغم من أن تكاليف المواد الخاصة بالمقاطع الفولاذية الهيكلية المجوفة المستطيلة المتاحة بسهولة أكبر من عوارض I ، إلا أن معاملات السحب تبلغ حوالي الثلث ويمكن تبرير تطبيقها بسهولة.

مراوح رئيسية وداعمة

يتم استخدام كل من المراوح المحورية والطرد المركزي لتوفير دوران الهواء في أنظمة تهوية المناجم ، مع إمكانية تحقيق كفاءة مروحة تزيد عن 80٪. يعتمد الاختيار بين التدفق المحوري أو الطرد المركزي لمراوح المنجم الرئيسية على التكلفة والحجم والضغط والمتانة والكفاءة وأي اختلاف في الأداء. في المناجم حيث قد يؤدي تعطل المروحة إلى تراكمات غاز الميثان الخطيرة ، يتم تركيب سعة مروحة إضافية لضمان استمرارية التهوية. عندما لا يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية ومع تركيب مروحة مزدوجة ، سيستمر تدفق الهواء حوالي ثلثي المنجم إذا توقفت مروحة واحدة. مراوح التدفق المحوري العمودية المثبتة فوق الممرات الهوائية لها تكاليف منخفضة ولكنها محدودة بحوالي 300 متر³/س. بالنسبة لكميات الهواء الأكبر ، يلزم وجود مراوح متعددة ويتم توصيلها بالعادم بواسطة مجاري الهواء والانحناء.

للحصول على أعلى الكفاءات بتكلفة معقولة ، يتم استخدام مراوح التدفق المحوري لتطبيقات الضغط المنخفض (أقل من 1.0 كيلو باسكال) ومراوح الطرد المركزي لأنظمة الضغط العالي (أكبر من 3.0 كيلو باسكال). كلا الاختيارين مناسب للضغوط المتوسطة. عندما تكون هناك حاجة إلى المتانة ، كما هو الحال مع عوادم ذات سرعات هواء أعلى من النطاق الحرج ، ويتم نقل قطرات الماء إلى أعلى وإلى خارج النظام ، فإن مروحة الطرد المركزي ستوفر اختيارًا أكثر موثوقية. يتراوح نطاق سرعة الهواء الحرج بين 7.5 م / ث و 12.5 م / ث حيث قد تبقى قطرات الماء في حالة تعليق اعتمادًا على حجمها. ضمن هذا النطاق ، يمكن أن تتراكم كمية المياه المعلقة وتزيد من ضغط النظام حتى تتوقف المروحة. هذه هي المنطقة التي يتم فيها إعادة تدوير بعض الهواء حول الشفرات ويصبح تشغيل المروحة غير مستقر. على الرغم من أنه غير مرغوب فيه لأي نوع من المراوح ، إلا أن احتمال تعطل شفرة مروحة الطرد المركزي أقل بكثير من فشل الشفرة المحورية في هذه المنطقة من تذبذب التدفق.

من النادر أن تكون المروحة الرئيسية مطلوبة للعمل في نفس نقطة العمل طوال عمر المنجم ، ومن المستحسن استخدام طرق فعالة لتغيير أداء المروحة. على الرغم من أن السرعة المتغيرة تؤدي إلى التشغيل الأكثر كفاءة لكل من المراوح المحورية والطرد المركزي ، إلا أن التكاليف ، خاصة بالنسبة للمراوح الكبيرة ، مرتفعة. يمكن أن يتنوع أداء مروحة التدفق المحوري عن طريق ضبط زاوية الشفرة ويمكن تنفيذ ذلك إما عند إيقاف المروحة أو بتكلفة أعلى بكثير عند تدويرها. من خلال نقل دوامة إلى الهواء الداخل إلى المروحة باستخدام دوامة مدخل متغير ، يمكن أن يتنوع أداء مروحة الطرد المركزي أثناء تشغيلها.

تنخفض كفاءة مروحة الطرد المركزي بعيدًا عن نقطة تصميمها بشكل أسرع من مروحة التدفق المحوري ، وإذا كان الأداء العالي مطلوبًا على نطاق واسع من نقاط التشغيل وكانت الضغوط مناسبة ، يتم اختيار مروحة التدفق المحوري.

أنظمة التهوية

عادةً ما يكون موضع المروحة الرئيسية في النظام العام على السطح عند مجرى هواء العادم. الأسباب الرئيسية لذلك هي البساطة حيث يكون المدخول غالبًا عبارة عن عمود رفع والعادم عبارة عن مجرى هواء منفصل لغرض واحد وتقليل الحمل الحراري عن طريق استبعاد المراوح من مجاري الهواء الداخل. يمكن تركيب المراوح في أعمدة الرفع إما في وضع الإجبار أو العادم من خلال توفير إطار رأس محكم الغلق. ومع ذلك ، عندما يدخل العمال أو المواد أو الصخور أيضًا العمود أو يغادرونه ، فهناك احتمال لتسرب الهواء.

يتم استخدام أنظمة الدفع والسحب حيث يتم تثبيت كل من مراوح السحب والعادم إما لتقليل الضغط الأقصى في النظام من خلال المشاركة أو لتوفير فرق ضغط صغير جدًا بين العمل والسطح. هذا وثيق الصلة بالمناجم التي تستخدم طرق الكهوف حيث قد يكون التسرب عبر المنطقة المجوفة غير مرغوب فيه. مع وجود اختلافات كبيرة في الضغط ، على الرغم من أن تسرب الهواء عبر منطقة مجوفة يكون صغيرًا عادةً ، إلا أنه قد يؤدي إلى حدوث مشكلات في الحرارة أو الإشعاع أو الأكسدة في أماكن العمل.

مراوح التعزيز تحت الأرض ، بسبب محدودية المساحة ، تكون دائمًا تدفقًا محوريًا وتستخدم لتعزيز التدفق في الأجزاء العميقة أو البعيدة من المنجم. عيبهم الرئيسي هو إمكانية إعادة الدوران بين عادم مروحة التعزيز وممرات الهواء المدخول. من خلال توفير التعزيز فقط لتدفقات الهواء الأصغر حيث تكون مطلوبة ، يمكن أن ينتج عنها ضغط مروحة رئيسي أقل لتدفق هواء المنجم بالكامل وبالتالي تقليل إجمالي طاقة المروحة المطلوبة.

التهوية الثانوية

الأنظمة المساعدة

أنظمة التهوية الثانوية مطلوبة عندما لا يكون من خلال التهوية ، كما هو الحال في عناوين التطوير. أربعة ترتيبات ممكنة ، لكل منها مزاياها وعيوبها.

• نظام الإجبار ينتج عنه وصول الهواء الأكثر برودة وانتعاشًا إلى الوجه ويسمح باستخدام مجرى هواء مرن أرخص. السرعة العالية للهواء المنبعث من نهاية مجرى الإمداد تخلق نفاثًا يحبس هواءًا إضافيًا ويساعد على اكتساح وجه الملوثات ويوفر سرعة وجه مقبولة. عيبه الرئيسي هو أن باقي الجزء يتم تهويته بالهواء الملوث بالغازات والغبار الناتج عن عمليات التعدين في الوجه. هذه مشكلة خاصة بعد التفجير ، حيث يتم زيادة أوقات العودة الآمنة.

An نظام مرهق يسمح بإزالة جميع ملوثات الوجه ويحافظ على بقية العنوان في هواء السحب. تتمثل العيوب في أن تدفق الحرارة من الصخور المحيطة وتبخر الرطوبة سيؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة الهواء عند توصيل الوجه ؛ العمليات في الاتجاه الخلفي من الوجه ، مثل إزالة الصخور باستخدام معدات تعمل بالديزل ، سوف تلوث هواء السحب ؛ لا توجد طائرة نفاثة يتم إنتاجها لمسح الوجه ؛ وهناك حاجة إلى قناة أكثر تكلفة قادرة على تحمل ضغط سلبي.

في نظام تداخل العادم يتم التغلب على مشكلة تنظيف الوجه باستخدام طائرة نفاثة عن طريق تركيب مروحة وأنبوب أصغر (التداخل). بالإضافة إلى التكلفة الإضافية ، فإن العيب هو أن التداخل يحتاج إلى تحسين مع الوجه.

في باقة نظام عكس، يتم استخدام وضع التهوية القسرية ، ما عدا أثناء التفجير وفترة إعادة الدخول بعد التفجير ، عندما يتم عكس تدفق الهواء. يتم تطبيقه الرئيسي في غرق العمود ، حيث يمكن أن تكون أوقات إعادة الدخول للأعمدة العميقة باهظة إذا تم استخدام نظام التأثير فقط. يمكن الحصول على انعكاس الهواء إما باستخدام مخمدات عند مدخل ومخرج المروحة أو ، من خلال الاستفادة من ميزة مراوح التدفق المحوري ، حيث يؤدي تغيير اتجاه دوران الشفرة إلى انعكاس التدفق بنسبة 60٪ من التدفق الطبيعي. تم التوصيل.

مراوح وقنوات

المراوح المستخدمة للتهوية الثانوية هي عبارة عن تدفق محوري بشكل حصري تقريبًا. لتحقيق الضغوط العالية اللازمة للتسبب في تدفق الهواء عبر أطوال طويلة من مجرى الهواء ، يمكن استخدام مراوح متعددة إما ذات دوران معاكس أو ترتيبات دافعة ذات دوران مشترك. يعد تسرب الهواء أكبر مشكلة في أنظمة المراوح والمجاري الإضافية ، خاصةً على مسافات طويلة. الأنابيب الصلبة المصنوعة من الفولاذ المجلفن أو الألياف الزجاجية ، عند تركيبها بحشيات ، يكون لها تسرب منخفض بشكل مناسب ويمكن استخدامها لتطوير رؤوس يصل طولها إلى عدة كيلومترات.

القنوات المرنة أرخص بكثير في الشراء وأسهل في التركيب ؛ ومع ذلك ، فإن التسرب في أدوات التوصيل وسهولة تمزيقها عن طريق ملامسة المعدات المتنقلة يؤدي إلى خسائر هواء أعلى بكثير. نادرًا ما تتجاوز حدود التطوير العملي باستخدام مجرى الهواء المرن كيلومترًا واحدًا ، على الرغم من أنه يمكن تمديدها باستخدام أطوال مجاري أطول وضمان وجود خلوص وافر بين القناة والأجهزة المتنقلة.

ضوابط التهوية

يتم استخدام كل من أنظمة التهوية والمروحة الإضافية وأنظمة مجاري الهواء لتوفير هواء التهوية للمواقع التي قد يعمل فيها الأفراد. تستخدم أدوات التحكم في التهوية لتوجيه الهواء إلى مكان العمل وتقليل قصر الدائرة أو فقدان الهواء بين مجاري الهواء الداخل والخارج.

يستخدم الحاجز لوقف تدفق الهواء عبر نفق متصل. ستعتمد مواد البناء على فرق الضغط وما إذا كانت ستتعرض لموجات الصدمة من التفجير. الستائر المرنة الملحقة بالأسطح الصخرية المحيطة مناسبة لتطبيقات الضغط المنخفض مثل فصل مجرى الهواء المدخول والعودة في لوحة الغرفة والأعمدة الملغومة بواسطة عامل منجم مستمر. تعتبر الحواجز الخشبية والخرسانية مناسبة لتطبيقات الضغط العالي وقد تشتمل على رفرف مطاطي ثقيل يمكن أن ينفتح لتقليل أي ضرر ناتج عن الانفجار.

هناك حاجة إلى باب تهوية حيث يلزم مرور المشاة أو المركبات. تتأثر مواد البناء وآلية الفتح ودرجة الأتمتة باختلاف الضغط وتكرار الفتح والإغلاق. بالنسبة لتطبيقات الضغط العالي ، يمكن تركيب بابين أو حتى ثلاثة أبواب لإنشاء أقفال للهواء وتقليل التسرب وفقدان هواء السحب. للمساعدة في فتح أبواب قفل الهواء ، عادة ما تحتوي على قسم منزلق صغير يتم فتحه أولاً للسماح بمعادلة الضغط على جانبي الباب المراد فتحه.

يتم استخدام المنظم حيث يتم تقليل كمية الهواء المتدفق عبر النفق بدلاً من إيقافه تمامًا وأيضًا حيث لا يلزم الوصول. المنظم عبارة عن فتحة متغيرة وبتغيير المنطقة ، يمكن أيضًا تغيير كمية الهواء المتدفقة من خلالها. لوح الإسقاط هو أحد أبسط الأنواع حيث يدعم الإطار الخرساني القنوات التي يمكن وضع الألواح الخشبية (إسقاطها) وتنوع المنطقة المفتوحة. يمكن أتمتة الأنواع الأخرى ، مثل فتحات التهوية على شكل فراشة ، والتحكم فيها عن بُعد. في المستويات العليا في بعض أنظمة التوقف المفتوحة ، قد يكون الوصول غير المتكرر من خلال المنظمين مطلوبًا ويمكن ببساطة رفع الألواح المرنة أو خفضها لتوفير الوصول مع تقليل أضرار الانفجار. حتى أكوام الصخور المكسورة قد استخدمت لزيادة المقاومة في أقسام من المستوى حيث لا يوجد نشاط تعدين مؤقتًا.

أنظمة التبريد والتبريد

تم تركيب أول نظام تبريد منجم في Morro Velho ، البرازيل ، في عام 1919. ومنذ ذلك التاريخ ، كان النمو في السعة العالمية خطيًا بنحو 3 ميغاوات من التبريد (MWR) سنويًا حتى عام 1965 ، عندما بلغت السعة الإجمالية حوالي 100 ميجاوات. . منذ عام 1965 ، كان النمو في السعة هائلاً ، حيث تضاعف كل ست أو سبع سنوات. لقد تأثر تطوير التبريد في المناجم بكل من صناعة تكييف الهواء وصعوبات التعامل مع نظام التعدين الديناميكي حيث قد يكون لقاذورات أسطح المبادل الحراري تأثيرات عميقة على كمية التبريد المقدمة.

في البداية ، تم تركيب محطات التبريد على السطح وتم تبريد الهواء الداخل للمنجم. مع زيادة المسافة تحت الأرض من المحطة السطحية ، انخفض تأثير التبريد وتم نقل محطات التبريد تحت الأرض بالقرب من أماكن العمل.

أدت القيود المفروضة على قدرة طرد الحرارة تحت الأرض وبساطة النباتات السطحية إلى العودة إلى موقع السطح. ومع ذلك ، بالإضافة إلى الهواء الداخل الذي يتم تبريده ، يتم الآن توفير المياه المبردة تحت الأرض. يمكن استخدام هذا في أجهزة تبريد الهواء المجاورة لمناطق العمل أو كمياه خدمة مستخدمة في التدريبات ولقمع الغبار.

معدات مصانع التبريد

تُستخدم أنظمة التبريد بضغط البخار حصريًا للمناجم ، والعنصر المركزي لمحطة السطح هو الضاغط. قد تختلف قدرات المصنع الفردية بين 5 ميجاوات وأكثر من 100 ميجاوات وتتطلب عمومًا أنظمة ضاغط متعددة والتي تكون إما من تصميم برغي الإزاحة الطرد المركزي أو الإيجابي. الأمونيا هي مادة التبريد التي يتم اختيارها لمحطة سطحية ويتم استخدام هالوكربون مناسب تحت الأرض.

يتم رفض الحرارة المطلوبة لتكثيف مادة التبريد بعد الضغط في الغلاف الجوي ، ولتقليل الطاقة المطلوبة لتوفير تبريد المنجم ، يتم الاحتفاظ بهذه الحرارة منخفضة قدر الإمكان عمليًا. تكون درجة حرارة المصباح الرطب دائمًا أقل من درجة حرارة البصيلة الجافة أو مساوية لها ، وبالتالي يتم اختيار أنظمة طرد الحرارة الرطبة دائمًا. يمكن تكثيف مادة التبريد في غلاف وأنبوب أو مبادل حراري للوحة والإطار باستخدام الماء والحرارة المستخرجة ثم يتم رفضها في الغلاف الجوي في برج التبريد. بدلاً من ذلك ، يمكن الجمع بين العمليتين باستخدام مكثف تبخيري حيث يدور المبرد في أنابيب يتم سحب الهواء عليها ورش الماء عليها. إذا تم تركيب محطة التبريد تحت الأرض ، فسيتم استخدام هواء العادم الخاص بالمنجم لطرد الحرارة ما لم يتم ضخ مياه المكثف إلى السطح. إن تشغيل المحطة تحت الأرض مقيد بكمية الهواء المتاح وارتفاع درجات حرارة البصيلة الرطبة تحت الأرض مقارنة بتلك الموجودة على السطح.

بعد تمرير المبرد المكثف عبر صمام التمدد ، يتم استكمال تبخير خليط الغاز والسائل ذو درجة الحرارة المنخفضة في مبادل حراري آخر يبرد ويوفر الماء المبرد. في المقابل ، يتم استخدام هذا لتبريد الهواء الداخل وكمياه خدمة باردة يتم إمدادها بالمنجم. يقلل التلامس بين الماء وهواء التهوية والمنجم من جودة المياه ويزيد من تلوث المبادل الحراري. هذا يزيد من مقاومة تدفق الحرارة. حيثما أمكن ، يتم تقليل هذا التأثير عن طريق اختيار المعدات التي تحتوي على مساحات كبيرة من سطح الماء يسهل تنظيفها. على السطح وتحت الأرض ، يتم استخدام غرف الرش وأبراج التبريد لتوفير تبادل حراري مباشر أكثر فعالية بين الهواء الذي يتم تبريده والماء المبرد. تصبح ملفات التبريد التي تفصل بين مجاري الهواء والماء مسدودة بالغبار وجزيئات الديزل وتنخفض فعاليتها بسرعة.

يمكن استخدام أنظمة استعادة الطاقة لتعويض تكاليف ضخ المياه مرة أخرى من المنجم ، كما أن عجلات بيلتون مناسبة تمامًا لهذا التطبيق. ساعد استخدام الماء البارد كمياه خدمة في ضمان توفر التبريد أينما كان هناك نشاط تعدين ؛ أدى استخدامه إلى تحسين فعالية أنظمة التبريد في المناجم بشكل كبير.

أنظمة الثلج ومبردات البقعة

تبلغ سعة التبريد 1.0 لتر / ثانية من الماء المبرد المزود تحت الأرض من 100 إلى 120 كيلو واط. في المناجم التي تتطلب كميات كبيرة من التبريد تحت الأرض على أعماق تزيد عن 2,500 متر ، يمكن أن تبرر تكاليف تدوير الماء المبرد استبداله بالثلج. عندما تؤخذ الحرارة الكامنة لانصهار الجليد في الاعتبار ، تزداد سعة التبريد لكل 1.0 لتر / ثانية أربع مرات تقريبًا ، مما يقلل من كتلة الماء التي يجب ضخها من المنجم إلى السطح. يؤدي انخفاض طاقة المضخة الناتج عن استخدام الثلج لنقل التبريد إلى تعويض زيادة طاقة محطة التبريد المطلوبة لإنتاج الجليد وعدم جدوى استعادة الطاقة.

عادة ما يكون التطوير هو نشاط التعدين مع أعلى أحمال حرارية بالنسبة لكمية الهواء المتاح للتهوية. ينتج عن هذا غالبًا درجات حرارة أعلى بكثير من تلك الموجودة في أنشطة التعدين الأخرى في نفس المنجم. عندما يكون استخدام التبريد مشكلة حدودية بالنسبة للمنجم ، يمكن للمبردات الموضعية التي تستهدف بشكل خاص تهوية التطوير تأجيل تطبيقها العام. المبرد الموضعي هو في الأساس مصنع تبريد صغير تحت الأرض حيث يتم رفض الحرارة في الهواء العائد من التطوير ويوفر عادةً 250 إلى 500 كيلو واط من التبريد.

المراقبة وحالات الطوارئ

يتم إجراء مسوحات التهوية التي تشمل قياسات تدفق الهواء والملوثات ودرجة الحرارة على أساس روتيني لتلبية كل من المتطلبات القانونية ولتوفير قياس مستمر لفعالية طرق التحكم في التهوية المستخدمة. حيثما كان ذلك عمليًا ، تتم مراقبة المعلمات المهمة مثل تشغيل المروحة الرئيسية بشكل مستمر. يمكن الحصول على درجة معينة من التحكم الآلي حيث تتم مراقبة الملوثات الحرجة بشكل مستمر ، وإذا تم تجاوز الحد المعين مسبقًا ، يمكن المطالبة باتخاذ إجراء تصحيحي.

يتم إجراء مسوحات أكثر تفصيلاً للضغط الجوي ودرجات الحرارة بشكل أقل تكرارًا وتستخدم لتأكيد مقاومة مجرى الهواء وللمساعدة في التخطيط لتمديدات العمليات الحالية. يمكن استخدام هذه المعلومات لضبط مقاومات محاكاة الشبكة وتعكس توزيع تدفق الهواء الفعلي. يمكن أيضًا نمذجة أنظمة التبريد وتحليل قياسات التدفق ودرجة الحرارة لتحديد الأداء الفعلي للمعدات ومراقبة أي تغييرات.

حالات الطوارئ التي قد تؤثر أو تتأثر بنظام التهوية هي حرائق المناجم ، والانفجارات المفاجئة للغاز وانقطاع التيار الكهربائي. يتم التعامل مع الحرائق والانفجارات في مكان آخر في هذا الفصل ، ولا يمثل انقطاع التيار الكهربائي سوى مشكلة في المناجم العميقة حيث قد ترتفع درجات حرارة الهواء إلى مستويات خطيرة. من الشائع توفير مروحة احتياطية تعمل بالديزل لضمان تدفق هواء صغير عبر المنجم في ظل هذه الظروف. بشكل عام ، عندما تحدث حالة طارئة مثل حريق تحت الأرض ، فمن الأفضل عدم التدخل في التهوية بينما لا يزال الأفراد الذين هم على دراية بأنماط التدفق الطبيعي تحت الأرض.

الرجوع