Лекция №8. Кондиционирование воздуха и калориферные установки

1. Кондиционирование воздуха

Нормальная жизнедеятельность и работоспособность людей в вы­работках определяются не только составом воздуха, но и темпе­ратурой, влажностью и скоростью его движения. Эти параметры воздуха определяют интенсивность теплообмена между организ­мом человека и окружающей средой.

ПБ регламентирует температуру и скорость движения воздуш­ной струи: в рабочих местах горных выработок температура не должна превышать + 26 °С, а минимальное значение скорости воз­духа в зависимости от его температуры 0,25 ... 2 м/с.

В шахтах на глубине 600 ... 700 м необходимые атмосферные условия достигаются благодаря вентиляции. При возрастании глубин разработок возникает необходимость в интенсификации вентиляции, снижении влажности воздуха, применении таких систем разработок месторождений и вентиляции выработок, кото­рые способствуют снижению температуры воздуха в местах ра­боты людей. Однако при определенных глубинах эти меры ока­зываются уже недостаточными и возникает необходимость в кон­диционировании воздуха, т. е. искусственном регулировании атмосферньгх условий в горных выработках с помощью холодиль­ных установок.

Основными причинами повышения температуры в горных вы­работках являются:

1. Сжатие воздуха в стволе под действием силы тяжести, т. е. в связи с разностью давлений воздуха на поверхности шахты и в околоствольном дворе. Расчетами установлено, что на каждые 100 м глубины ствола температура возрастает на 1°. По данным практики этот источник тепловыделения играет заметную роль на шахтах глубиной свыше 1300 м.

2. Возрастание температуры горных пород по мере увеличе­ния глубины разработок. Рост температуры горных пород с глу­биной характеризуется геотермическим градиентом δ — измене­нием температуры породы, приходящимся на 1 м глубины (°С/м). Отсчет изменения температуры производят от глубины нейтраль­ной зоны Н_н.з., на которой температура t_н.зпостоянна и не за­висит от сезонного изменения температуры наружного воздуха. Глубина нейтральной зоны зависит от географического располо­жения шахт и для Донбасса составляет 25 ... 30 м. Геотермический градиент для угольных месторождений составляет 0,03, для руд­ных — от 0,02 до 0,022.

Ожидаемая температура горных пород на глубине Н t_п= t_н.з+ δ (Н- Н_н.з ).

В условиях Донбасса t_н.з = 8 °С.

3. Окислительные процессы угля, пород и крепежного ма­териала.

4. Соприкосновение воздуха с разрыхленным углем в очистных забоях.

5. Теплообмен между воздухом и породой, а также влагообмен в связи с влажными стенками выработок и соприкосновением воздуха с поверхностью воды в водосточных канавках.

6. Тепловыделение от людей, выполняющих физическую ра­боту.

7. Тепловыделение от работающих машин, трансформаторов и других электрических аппаратов.

В шахтных условиях применяют следующие схемы кондицио­нирования:

централизованное охлаждение на поверхности или в шахте всего воздуха, поступающего в выработки;

полуцентрализованное охлаждение части воздуха, поступа­ющего на группу горных участков;

местное охлаждение воздуха, поступающего в отдельные забои;

охлаждение воздуха с помощью передвижных кондиционеров.

Схемы кондиционирования воздуха и размещение оборудова­ния выбирают для каждой шахты индивидуально, с учетом ее климатических параметров и технико-экономического сравнения возможных вариантов.

1. Калориферные установки

Калориферные установки предназначены для регулирования тем­пературы воздуха, поступающего зимой в ствол шахты. Надоб­ность в этих установках определяется необходимостью предохра­нить людей от простудных заболеваний при подъеме и спуске их по стволу и предотвратить обмерзание оборудования и крепле­ния ствола. Регулирование в стволе температуры воздуха дости­гается его подогревом в калориферах, для чего используется водяной пар.

Нагрев воздуха производят до 60 ... 70 °С, чтобы смесь его с холодным воздухом, поступившим из атмосферы, имела темпе­ратуру +2 °С.

Калориферная установка соединяется со стволом шахты ка­налом с уклоном 5 ... 10°.

Калориферные установки (рис. 2) бывают вентиляторные и безвентиляторные.

Калориферы выпускаются чугунные пластинчатые и стальные оребренные. На шахтах наибольшее применение имеют пластин­чатые калориферы, собранные из калориферных элементов. Эле­мент состоит из трубок, развальцованных концами в коллекторы и снабженных для увеличения поверхности нагрева пластинками, насаженными на расстоянии 5 мм друг от друга Коллекторы имеют патрубки для прохода пара. Пар протекает внутри трубок от коллектора к коллектору, а воздух омывает наружные поверх­ности трубок и пластинки.