Вентиляция шахт аэрология карьеров
КУРС ЛЕКЦИЙ
ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ
Введение
Раздел I. Аэрология рудников, шахт и проходческих забоев.
Атмосфера Земли, рудничная атмосфера, главные ядовитые приме- си рудничного воздуха, рудничная пыль, предотвращение метановыделения, пылеподавления и воспламенения, климатические условия в шахтах. Предель- но-допустимая концентрация, контроль за рудничной атмосферой.
Шахтная аэродинамика: аэростатическое и аэродинамическое дав- ление, ламинарное и турбулентное движение воздуха, аэродинамические мест- ные и лобовые сопротивления.
Депрессия, напор, утечки воздуха, эквивалентное отверстие, спосо- бы и схемы вентиляции, надшахтные здания и сооружения, регулирование движением воздуха (вентиляционные окна, двери, перемычки, воздушные и во- дяные завесы, кроссинг), проверка площади сечения выработки, естественная тяга.
Шахтные вентиляционные сети: проветривание тупиковых проход- ческих забоев, лавообразных выработок, расчёт расхода воздуха для угольных шахт, для рудников, при строительстве тоннелей. Выбор вентиляторов главного и местного проветривания: по депрессии, расходу воздуха и по экономическим соображениям.
Способы дегазации метанообильных шахт при проходке выработок и добычных работах: опережающее бурение дегазационных скважин, закон- турное бурение ограждающих скважин, предварительная дегазация с искусст- венным повышением газоотдачи (за счёт подземного гидроразрыва, солянокис- лотной обработки, глубинного гидрорезания), передовая дегазация, дегазация подрабатываемых угольных пластов и выработанного пространства, шахтно- бесшахтный способ дегазации с земной поверхности.
Раздел II. Аэрология карьеров.
Атмосфера и микроклимат карьеров, жёсткость погоды, источники за- грязнения атмосферы, аэродинамика карьеров, пылеподавление.
Схемы естественного проветривания энергией ветра и действием тер- мических сил, адиабатический коэффициент. Прямоточная и рециркуляционная схема проветривания. Конвективное и инверсионное движение воздуха.
Искусственная вентиляция карьеров с использованием вентиляцион- ных установок, подземных выработок. Комбинированное проветривание карье-
ров. Методы усиления естественного воздухообмена, роза ветров, расположе- ние отвалов, зданий и сооружений на земной поверхности, ориентация карьера и капитальных траншей в плане, сглаживание угла откоса бортов, изменение окраски бортов и дорог.
Раздел III. Оценка воздействия на окружающую среду.
Экологический ущерб от выбросов в атмосферу рудничного воздуха, при работе и массовых взрывах в карьере и на отвальном хозяйстве.
Реабилитационные, компенсационные меры, установление санитарно- защитной зоны.
Атмосфера Земли
Земной шар окружён мощной газообразной оболочкой – атмосферным воз- духом. Состав атмосферного воздухапрактически постоянен во всех местах земной шара: содержание кислорода колеблется от 20,5 до 20,95%, азота – око- ло 78%, аргона – 0,93%, углекислого газа – 0,04%, других газов (гелий, неон, криптон, озон, радон, водород, аммиак, йод) – около 0,03%. Водяные пары со- держатся в воздухе в различных количествах (0-4%) и их наличие не влияет на процентное соотношение газовых компонентов. Поле тяготения Земли и уско- рение свободного падания (g>9,8 м/с2) таково, что практически остановлена
диссипация легкого газа, жизненно необходимого кислорода, из атмосферы в космос.
С необходимостью вентиляции подземных выработок люди столкнулись уже давно, ещё до н.э. во времена римлян в Испании (Рио-Тинто) длинные штольни снабжались воздухом из вентиляционных шурфов. Но до изобретения механического вентилятора в 1832 г. шахты проветривались лишь за счёт есте- ственной тяги, т.е. за счёт разности отметок вентиляционных шурфов, колод- цев.
Глоссарий наиболее употребляемых терминов:
Аэрология– наука о свойствах рудничной атмосферы, законах движения воздуха, пыли и тепла в горных выработках.
Вентиляционные двери(шлюз из двух дверей) – служат для изоляции и регулирования воздушных потоков в горных выработках.
Газовый баланс шахты– это её суммарная абсолютная метанообиль- ность по различным источникам газовыделения. Газовыделение в шахте непо- стоянно во времени, поэтому нужно производить замеры его, а по величине от- носительной газообильности оценивают категорию угольных и сланцевых шахт по газу.
Газообильность шахты– это степень изменения состава шахтного воз- духа за счёт выделения шахтных газов. Абсолютная – количество газа, выде- ляющегося в выработки в единицу времени, измеряется в м3/мин. Относитель- ная газообильность – количество газа, выделяющегося в шахте за какой-то пе- риод времени, отнесённое к количеству добытого полезного ископаемого за этот же промежуток времени.
Депрессия– разность между атмосферным давлением и давлением, созда- ваемым всасывающим вентилятором (см. напор).
Каптаж- улавливание в скважины, затем отсасывание метана из дегазаци- онных скважин в специальный газопровод и далее - на земную поверхность (см. способы дегазации).
Кессон –шлюзовая камера с избыточным атмосферным давлением (обыч- но до 0,2 МПа), используется при проходческих работах в обводнённых поро- дах с напором вод до 20 м.
Кроссинг– воздушный мост, устанавливаются на пересечении выработки со свежей и выработкой с исходящей струями, служат для разделения потоков. Например, вентиляционная дверь и обходная сбойка (или труба) для пропуска потока воздуха в обход пересекаемой выработки.
Напор- разность между атмосферным давлением и давлением, создавае- мым нагнетательным вентилятором (см. депрессия).
ПДК– предельно-допустимая концентрация вредных веществ, превыше- ние которых вызывает у людей те или иные заболевания.
Полная депрессия(или напор) вентилятора затрачивается на преодоление сопротивления вентиляционной сети шахты, самой вентиляторной установкой и на создание скоростного (динамического) напора на выходе воздуха в атмо- сферу.
Реверсия вентиляционной струи– искусственное изменение направле- ния движения воздуха в горных выработках - на обратное.
Роза ветров- векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в дан- ном месте по многолетним наблюдениям. Длины лучей, расходящихся от цен- тра диаграммы в разных направлениях, пропорциональны повторяемости ветров этих направлений. Розу ветров учитывают при планировке населенных мест, отвалов, хвостохранилищ, их расположения относительно шахт и карье- ров.
Способ вентиляции– способ подачи воздуха в шахту: нагнетательный, всасывающий и комбинированный (нагнетательно-всасывающий) – см. рис. 1. Всасывающий способ рекомендуется только на газообильных шахтах.
Рис. 1. Способы вентиляции шахт и рудников:
а – нагнетательный (при центральном расположении стволов); 2 – всасывающий и 3 – комбинированный
( при фланговом расположении стволов)
Статическая депрессияявляется разностью полной депрессии и скорост- ного напора.
Схемой вентиляцииназывается определённый порядок распределения и движения воздуха по горным выработкам.
Схемой проветриванияназывается чертёж, на котором показано распо- ложение вентиляторов и направление движения воздуха по важнейшим выра- боткам.
Суфлярные выделения– интенсивные выделения (более 1 м3/мин), на- пример, метана или углекислого газа, - из крупных разломов, трещин, видимых
полостей, может достигать 20 м3/мин.
Эквивалентное отверстие- воображаемое отверстие в тонкой стенке, че- рез которое проходит то же количество воздуха, что и через рудник, под влия- нием разности давления, равной депрессии рудника.
Значение кислорода и углекислого газа по теории К.Бутейко
Теория базируется на современных представлениях о грандиозной биоло- гической роли CO2 для здоровья и жизни человека и всего живого на Земле и на физиологических законах действия CO2 на организм и на все системы человека, животных и растений. Углекислый газ является основным продуктом пита- ния всей живой материи Земли(растения поглощают углекислоту из возду- ха). Растениями питаются животные, а человек - теми и другими. Огромные за- пасы CO2 в воздухе древних эпох с десятков процентов уменьшились до ни- чтожно малой величины - трех сотых процента в наше время. Поглощение рас- тительностью этого остатка источника питания приведёт к неминуемой гибели всего живого на Земле.
Обмен веществ в клетках человека и животных создавался в древние гео- логические эпохи, когда углекислота в воздухе и воде составляла десятки про- центов. Поэтому концентрация CO2 в клетках является абсолютно необходи- мым условием нормального протекания всех биохимических процессов. В про- цессе эволюции в организме человека и высших Животных создалась своя ав- тономная воздушная среда, представленная альвеолярным пространством легких(общая поверхность альвеол взрослого человека составляет 90÷150 м2, через стенки альвеол кислород проникает в кровь), где содержится около шес- ти с половиной процентов CO2, а кислорода на семь процентов меньше, чем в окружающем воздухе (т.е. около 13%). Очевидно, это минимальная концентрация CO2, обеспечивающая нормальный обмен веществ в клетках. На- пример, снижение CO2 в легких при углубленном дыхании человека сдви- гает рН в щелочную сторону, что изменяет активность ферментов и вита- минов -регуляторов обмена веществ, что нарушает нормальное протекание
обменных процессов и ведет к гибели клеток. Если CO2 снизится до трех про- центов, а рН сдвинется до восьми, организм погибнет.
Пагубное влияние глубокого дыхания на организм через создаваемый им дефицит CO2 доказан многочисленными экспериментами, начиная с работ из- вестного физиолога Д. Гендерсона, проведенных в девятьсот девятом году. Гендерсон подключал животным аппарат, углубляющий дыхание, и они поги- бали. Для сохранения постоянства CO2 в легких в процессе эволюции возникли следующие механизмы защиты: а) спазмы бронхов и сосудов; б) увеличение продукции холестерина в печени как биологического изолятора, уплотняющего клеточные мембраны в легких и сосудах; в) снижение артериального давления (гипотония), уменьшающее выведение CO2 из организма. Но спазмы бронхов и сосудов уменьшают приток кислорода к клеткам мозга, сердца, почек и других органов. Уменьшение CO2 в крови повышает связь кислорода и гемоглобина и затрудняет поступление кислорода в клетки (эффект Вериго-Бора). Уменьше- ние кислородного притока в ткани вызывает кислородное голодание тканей - гипоксию. Кислородное голодание тканей, достигнув угрожающей организму степени, вызывает у некоторых индивидуумов повышение артериального дав- ления (гипертонию). Гипертония увеличивает кровоток через суженные сосуды и улучшает кислородное снабжение клеток жизненно важных органов. Кисло- родное голодание тканей уменьшает содержание кислорода в венозной крови, что ведёт к расширению венозных сосудов и проявляется в расширении вен на ногах с образованием варикоза, расширении геморроидальных вен с развитием геморроя. Уменьшение CO2 в крови увеличивает свёртывающую функцию кро- ви и в сочетании с замедлением тока крови в венах способствует развитию тромбофлебита. Кислородное голодание жизненно важных органов, достигнув предельной степени, возбуждает дыхательный центр и создает в нем доминант- ное возбуждение. Это ещё больше усиливает дыхание. Создается ощущение одышки, или недостатка воздуха, что ещё более углубляет дыхание и замыкает порочный круг. Уменьшение CO2 в нервных клетках уменьшает порог их возбудимости.Это возбуждает все отделы нервной системы, усиливает генера- лизацию возбуждений и приводит к раздражительности, бессоннице, постоян- ному предельному напряжению нервной системы, необоснованной мнительно- сти, страху, вплоть до обморока и эпилептического припадка. Одновременно усиливается возбуждение дыхательного центра. Так замыкается второй пороч- ный круг циркуляции возбуждения в нервной системе, оказывающейся чрезвы- чайно чувствительной к внешним нервным воздействиям и стрессу при нару- шении обмена веществ и при кислородном голодании нервных клеток. Вот по- чему дефицит CO2 в организме, вызванный, в частности, глубоким дыханием, поражает в первую очередь нервную систему.
Даже если глубину дыхания уменьшить ниже нормы и увеличить со- держание CO2 в организме выше нормы на полпроцента - один процент, то отрицательных симптомов не будет.Напротив, в этом случае даже у бывших тяжело больных бронхиальной астмой, стенокардией, гипертонией, - появляют- ся симптомы сверхвыносливости. В клиниках наблюдается это уже второе де- сятилетие. Оказалось, что крайнее уменьшение глубины дыхания не приводит к каким-либо болезненным явлениям. Так фактически удалось открыть основной
закон смерти: чем глубже дыхание, тем сильнее болезнь и ближе смерть - и на- оборот, чем меньше глубина дыхания, тем здоровее, выносливее и долговечнее организм. Академик Гулый доказал, что если повысить содержание углекисло- ты в организме животных, то при одном и том же питании почти удваивается удой молока у коров, привес у цыплят, поросят. Другими словами, углекислый газ является питанием для синтеза белков, жиров и углеводов. Это означает, что без затраты дополнительных средств можно повысить производство мяса, мо- лока, яиц и других продуктов питания.
Оказалось, что основные положения традиционной медицины: глубже дышать, больше отдыхать, лежать и спать, калорийней питаться - усиливают дыхание. К углублению дыхания ведут и курение, употребление алкоголя. От- сюда обратное понимание: надо меньше дышать, меньше отдыхать, меньше спать, меньше развлекаться и больше работать физически, работать до пота, так как с потом удаляются многие яды из организма. Таким образом, доказывается полезность принципов аскетизма. Наша цивилизация принимает глобальный, общечеловеческий характер, и поэтому надвигается такой момент, когда мир может погибнуть - от немедленного применения ядерного оружия или от по- степенного отравления среды обитания человека. Следует также отметить, что и болезни глубокого дыхания и стрессы нервной системы человека снижают разум человека - в первую очередь поражают нервную систему и кору головно- го мозга. Поэтому, чем более развивается этот процесс, тем меньше человек понимает, что он самоуничтожается.
Фактически, это - теория жизни в эволюционном аспекте. По работам академика Опарина и Виноградова известно, что жизнь ни земле возникла, ко- гда атмосфера нашей планеты состояла из углекислого газа, а кислород практи- чески отсутствовал. Из такой атмосферы возникло живое вещество и сам чело- век. И только позже, когда растения поглотили углекислоту и выделили кисло- род, атмосфера существенно изменилась. Углекислый газ из атмосферы исчез, его заменял кислород. Для наших клеток необходимо примерно семь про- центов углекислоты и два-три процента - кислорода. Воздух, окружающий нас, содержит примерно три сотых процента углекислоты, в двести раз меньше необходимого, и двадцать процентов кислорода, что в десять раз превышает норму. Значит, окружающий воздух стал ядовитым для нас.Эволюция, можно сказать, спасла живое существо, в частности - человека, соз- дав в его легких свою атмосферу. Поэтому мы живем. А все животные, ко- торые дышали кожей, потеряли углекислоту и погибли. Такова эволюция животного мира. Причем в утробе матери каждый из нас повторяет ту же эво- люцию. Содержание углекислоты у плода человека и - других животных во время нахождения в утробе матери в два раза больше, а кислорода - в пять раз меньше, чем у новорожденного и взрослого человека. Вот почему в утробе ма- тери, плод не болеет. Появившись на свет, несколько раз глубоко вздохнув и изменив свою среду, новорожденные начинают болеть. Таким образом, разви- тие каждого из нас повторяет развитие всего живого на Земле. Собственно, обоснование теории жизни можно начать с теории сотворения мира. Теория жизни в кратком изложении такова: углекислый газ - основа питания все- го живого на Земле; если он исчезнет из воздуха, всё живое погибнет. Он
является главным регулятором всех функций в организме, главной средой организма. Он регулирует активность всех витаминов и ферментов. Если его не хватает, в частности при - глубоком дыхании, то все витамины и ферменты работают плохо, неполноценно, ненормально. В результате на- рушается обмен веществ, а это ведёт к аллергии, раку, отложению солей и т.д.
Естественная тяга
Естественная тяга – это движение воздуха по выработкам под влиянием естественных факторов: ветра, разности отметок устьев шурфов (стволов) и давления столбов воздуха в сообщающихся выработках. Депрессия естествен- ной тяги – это энергия, которую получает единица объёма воздуха от источни- ков, вызывающих естественную тягу.
∆Н
лето
зима
Так, зимой возникает естественная тяга за более тяжёлого столба воздуха в низине, а летом наоборот.
В настоящее время Правилами безопасности запрещена вентиляция шахт только за счёт естественной тяги– из-за неустойчивости количества и направления движения воздуха. Но естественная тяга может затруднять или об- легчать вентиляцию шахты, составляя до 20-25% депрессии вентилятора глав- ного проветривания, и её необходимо учитывать в расчёте напора (депрессии) вентилятора главного проветривания лишь как негативный фактор.
1 Рудничная вентиляция: Справочник под ред. К.З.Ушакова.- М.: Недра, 1988 (с.115).
Рудничным– называется воздух, который заполняет горные выработки, это смесь атмосферного воздуха, поступающего с земной поверхности, актив- ных газов и так называемого «мёртвого воздуха». «Мёртвый воздух» - это смесь двух газов N2 и CO2. Содержание его в хорошо проветриваемых выработ- ках обычно колеблется от долей процента до 5-10%, а в плохо проветриваемых
– значительно превышает эти величины. По правилам безопасности в выработ- ках, где могут находиться люди, должен быть следующий состав рудничного воздуха: кислорода – не менее 20%, углекислого газа – не более 0,5% на рабо- чих местах или 0,75% - на исходящей струе. Содержание метанане должно превышать: а) в исходящей струе из шахты, крыла – 0,75%; б) в исходящей струе из участка, очистного забоя и подготовительной выработки – 1,0%; в) в поступающей чтруе в очистные и подготовительные забои – 0,5%; г) местные (в отдельных местах) скопления – 2,0%. При обнаружении метана выше указан- ных пределов работа немедленно прекращается, люди выводятся на свежую струю, электроэнергия выключается.
Температура рудничного воздуха не должна выходить за пределы 2-260С.
Если рудничный воздух по своему составу отличается незначительно от атмосферного – он называется свежим или чистым, а если значительно – то за- грязнённым или отработанным.
Угольные шахты и рудники по относительной газообильности делятся на 4 категории. В соответствии с этим устанавливаются нормы подачи свежего воз- духа.
Таблица 1
Категории рудныхшахт по газообильности
| Категория рудных шахт по газообильности | Относительная газообильность шахты по горючим газам (метан+водород), м3/м3 горной массы |
| I | < 7 |
| II | 7 – 14 |
| III | 14 – 21 |
| Сверхкатегорийные | ≥ 21 и шахты, опасные по суфлярным выделениям |
Примечание. Взрыв происходит при соотношении содержания трёх горючих газов («треугольник» из метана, водорода и кислорода) и кисло- рода - С∆=0,5*Скислород. Если соотношение содержания газов выше или ниже
– взрыва не будет.
Рудничным газом называют метан, угольные шахты и рудники по относи- тельной метанообильности также разделяются на 4 категории (см. табл. 2).
Главные ядовитые примеси рудничного воздуха:
1. Окись углерода СО– газ без цвета, вкуса и запаха, образуется в шахтах при взрывных работах, рудничных пожарах, тлении горючих веществ, взрывах метана и угольной пыли, работе двигателей внутреннего сгорания. Вызывает
кислородное голодание человека и быстрое отравление организма. Пострадав- ших от СО необходимо вынести на свежую струю воздуха, при потере сознания
– делать искусственное дыхание. Лучшей мерой предупреждения отравления – служит применение отбойки горной массы сжатым воздухом под давлением 700-900 атм. Нормы допустимых концентраций СО в воздухе – не более 0,0016%в течение 6-7 часов и не более 0,008%- при кратковременном воздей- ствии. При такой концентрации разрешён доступ людей в забой после взрыв- ных работ при условии, что в течение не менее 2 часов в него будет подаваться прежнее количество воздуха. Для непосредственного определения содержания СО в рудничном воздухе существует ряд газоопределителей: МакНИИ СО-3, дистанционный РДВ-2, экспресс-анализатор ГХ-1, оптико-акустический типа ОА и другие.
2. Сероводород Н2S– газ без цвета, со сладковатым вкусом и запахом тух- лых яиц, весьма ядовит. Действует раздражающе на слизистую оболочку глаза и дыхательных путей. Последствия острых отравлений – хроническая головная боль, понижения мыслительной способности, заболевание печени и лёгких. Мероприятия к пострадавшему – те же, что и при отравлении СО. Допустимое содержание в воздухе – не более 0,00066%. Появляется в шахтах в результате гниения древесины, разложения шахтными водами серосодержащих пород (гипс, сернистый колчедан и др.), выделяется из пластов калийных и других со- лей, из водных минеральных источников, пересекаемых выработками, а также образуется при горении огнепроводного шнура. Для определения содержания сероводорода в воздухе применяется прибор УГ-1.
3. Сернистый газ SO2– бесцветен, обладает кисловатым вкусом и сильно раздражающим запахом, напоминающим запах горения серы. Запах ощутим при содержании газа 0,0002% и выше. При концентрации 0,05% наступает бы- страя смерть. Сернистый газ образуется при взрывных работах в серосодержа- щих породах, из сульфидных пород, угля, иногда засасывается с поверхности, если вблизи расположены ж/д депо, горящие отвалы пустых пород. Мероприя- тия к пострадавшему – те же. Допустимое содержание в воздухе – не более 0,00035%. Для определения содержания SO2 существует высокочувствитель- ный газоопределитель МакНИИ.
4. Двуокись азота NO2– газ без вкуса красно-бурого цвета с характерным чесночным запахом, чрезвычайно ядовит. Действует раздражающе на органы дыхания, вызывая тяжёлый удушающий кашель и отёк лёгких. Содержание в воздухе не должно превышать 0,00025%. Для определения окислов азота при- менят приборы инженера Гидаспова, комбинированный газоопределитель ГХ.
5. Выхлопные газы– состоят из многих компонентов, образуются при неполном сжигании топлива - окисления серы, разложения сложных эфиров смазочных масел и т.п. Эксплуатация дизельного оборудования допускается при условии устройства скрубберов, наполненных водным раствором химика- тов для очистки от альдегидов(они раздражают слизистые оболочки глаз, но- са, горла), акролеинаи других ядовитых газовых компонентов. Запуск двига- телей должен осуществляться от баллонов со сжатым воздухом или маховика, заправка двигателей – только в спецкамере со средствами пожаротушения.
Участки должны иметь обособленную схему проветривания и должен произво- диться несколько раз в смену контроль состава воздуха.
6. Акролеин(СН2СНСНО) – бесцветная, легко испаряющаяся жидкость, пар акролеина ядовит: раздражает слизистые оболочки, вызывает головокруже- ние, рвоту, боли в желудке; образуется при разложении дизельного топлива при высокой температуре. Опасное для жизни содержание акролеина в воздухе при десятиминутном вдыхании – 0,014%, ПДК – 0,000009%.
7. Метан(СН4) – газ без цвета, вкуса и запаха, сильно горюч и взрывоопа- сен (в сочетании с пылью). Максимальная относительная метанообильность шахт – 35 м3/т - возможна в Кузнецком, Карагандинском и юго-западной части Донецкого бассейна. Действие метана на человека подобно воздействию азота: он становится вредным при высоком содержании его воздухе, т.к. он вытесняет кислород, слаборастворим в воде - около 3,5% при температуре 210С и нор- мальном давлении, лучше растворяется при понижении температуры и увели- чении давления. При малых долях метана в воздухе (до 4-6%) он горит бледно- голубым пламенем, при больших (более 14-16%) – синевато-голубым. Встреча- ется на угольных шахтах на средних и больших глубинах. Интенсивное газовы- деление приводит к необходимости нерациональной подачи громадных объё- мов свежего воздуха в шахту, поэтому целесообразно производить дегазацию – предварительное извлечение из массива метана искусственным путём: длинны- ми опережающими забой скважинами (с отсасываем газа или без) или подгото- вительными и нарезными выработками. Дегазация обязательно используется при газообильности участка более 3 м3/мин.
Для определения концентрации метана и углекислого газа применяется шахтный интерферометр типа ШИ-3, ШИ-5, МР-5М, ЛИ-4, СМП-1 (переносной сигнализатор) и другие.
Таблица 2
Категории угольныхшахт по метанообильности
| Категория шахты по метану | Относительная метанообильность шахты, м3/т |
| I | < 5 |
| II | 5-10 |
| III | 10-15 |
| Сверхкатегорийные | ≥ 15 и шахты, опасные по суфлярным выделениям |
| Опасные по внезапным выбросам | Шахты, разрабатывающие пласты, опасные по выбросам угля и газа, выбросам породы |
Предотвращениеметановыделения и воспламенения:
- разбавление метана свежим воздухом за счёт общешахтной нагнетательной вентиляции и местной всасывающей (это главное требование!), чтобы соз- дать разряженное давление в забое;
- изоляция выработанного пространства;
- контроль за состоянием проветривания;
- дегазация пластов опережающим бурением скважин и шпуров, нагнетанием в пласт воды (до гидроразрыва), применяют при выделении метана более 3-4
м3/мин, например, с использованием вакуум-насосных и газоотсасывающих установок;
- дегазация выработанного пространства;
- запрет на открытый огонь в шахте, взрыво- и искробезопасное исполнение горного оборудования;
- при взрывной отбойке использовать только предохранительные патрониро- ванные ВВ с электродетонаторами при интенсивном проветривании забоя.
Таблица 3
Предельное содержание метана в горных выработках
| Подземные горные выработки | Предельное содержание, % |
| В исходящей струе из очистной или тупиковой вы- работки, камеры, лавы | |
| В исходящей струе крыла шахты | 0,75 |
| В свежей струе, поступающей в тупиковые, очист- ные выработки, камеры, лаву | 0,5 |
| Местные скопления метана в выработках |
Рудничная пыль– это мельчайшие частицы твёрдого минерального ве- щества, способные достаточно длительное время находиться в воздухе во взве- шенном состоянии (аэрозоль), осевшую пыль на почве и бортах выработок – называют аэрогелем. При скорости движения струи воздуха более 4-5 м/с про- исходит сдуваниеслежавшейся пыли со стенок выработок. В качестве основ- ной единицы измерения запылённости воздуха принята весовая концентрация. Существуют нормы предельно-допустимой концентрации различных видов минеральной пыли, вызывающей различные тяжёлые заболевания. Для измере- ния и контроля запылённости рудничного воздуха применяются пылемер – МакНИИ ФПГ-6, Ф-1, различные счётчики типа ТВК, СН, приборы для опреде- ления взрывчатых свойств угольной пыли типа ПКО-1м.
1. Угольная пыль. Наиболее взрывчата тонкодисперсная пыль размером менее 0,1-0,06 мм. С увеличением содержания летучих веществ до 15-30% взрывчатые свойства угольной пыли возрастают. Температура воспламенения пыли – около 5500С.
Нижний предел концентрации пыли, взвешеннойв рудничном воздухе, при которой она взрывается, составляет 10-300 г/м3 (для каменных углей он ра- вен 20-25 г/м3, для некоторых бурых углей – 10-15 г/м3, для угля марки ПА - 300 г/м3). Нижний предел взрывчатости отложившейся пылив 2,5 раза боль- ше, чем для взвешенной пыли. При зольности 60-90% или при влажности более 40%, а также при содержании пыли в рудничной атмосфере более 1 кг/м3 - угольная пыль не взрывается.
Присутствие метана в рудничном воздухе значительно повышает степень взрывчатости взвешенной пыли:
| Объёмная доля метана в воздухе, % | 0,5 | 1,5 | 2,5 | |||
| Нижний предел взрывчатости уголь- ной пыли в рудничном воздухе, г/м3 |
2. Сланцевая пыль– всё то же самое, но величины концентрации – дру- гие. Нижний предел взрываемости в зависимости от количества летучих ве- ществ изменяется от 6 до 400 г/м3, для отложившейся пыли предел взрываемо- сти – 75 г/м3.
Предотвращениевзрыва угольной и сланцевой пыли:
- применение очистных комбайнов с резанием крупными стружками (бу-
дет меньше тонкодисперскных частиц), с увлажнением угля, сланца;
- осаждение пыли водяными завесами;
- интенсивное проветривание;
- побелка обнажённых на длительное время участков массива угля и слан-
ца.
Расход сланца при создании противопылевых защитных мероприятий
| Вид защиты | Неметановые пласты | Метановые пласты |
| Минимальный процент негорючих веществ в инертной пыли, % | ||
| Расход сланца на площадь сечения выработки, кг/м2 |
3. Серная (сульфидная) пыль– нижний предел взрываемости колеблется от 5 до 15 г/м3 при концентрации частиц серы более 40% с размерами менее 0,1 мм. К опасным по взрывам относятся шахты, на которых добывают руды с со- держанием серы более 12% (I группа) и более 18% (II группа). Предотвращение взрывов обеспечивается смыванием серной пыли со стенок забоя и применени- ем предохранительных ВВ, электродетонаторов и электрооборудования в ис- крогасящем исполнении.
Нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) пыли
в рудничном воздухе
Таблица 4
| Вид пыли | ПДК, мг/м3 |
| Пыль, содержащая более 70% свободной SiO2 в её кристалли- ческой модификации | 1,0 |
| Пыль, содержащая от 10 до 70% свободной SiO2 | 2,0 |
| Асбестовая пыль и пыль смешанная, содержащая более 10% асбеста | 2,0 |
| Пыль силикатов, содержащая менее 10% свободной SiO2 | 4,0 |
| Пыль барита, апатита, фосфорита, цемента, содержащая менее 10% SiO2 | 5,0 |
| Пыль угольная, содержащая до 10% свободной SiO2 | 4,0 |
| Пыль угольная, не содержащая SiO2 | 10,0 |
Для пылеподавленияпри различных производственных процессах при- меняются технические средства и технологические мероприятия (см. табл. 5):
- рациональные схемы вскрытия и системы разработки;
- снижение диаметра бурового инструмента;
- бурение шпуров с промывкой (расход воды на перфоратор от 5 до 10
л/мин);
- осаждение пыли водяной завесой (переносными оросителями с расхо- дом 0,1-0,2 л/с);
- сокращение вторичного дробления;
- сухое пылеулавливание, пылеуловителями типа ВНИИ-1м-60, ДСН-3, УП3, ПВ-1 и другими;
- нагнетание воды в угольный пласт;
- вентиляция общешахтная и местная;
- индивидуальные средства защиты от пыли…
В рудниках и шахтах возможно горениекрепи, смазочных материалов, электрооборудования, угля, сернистых руд. Профилактика пожаров заключает- ся, прежде всего, в недопущении окисления кислородом горючих веществ: полная изоляция выработанного пространства, заиливание отбитой руды, за- кладка пустот, изоляция горючих целиков. Тушение пожаровчаще всего про- изводится за счёт разбора очага пожара и применения огнетушителей, реже – за счёт самозатухания при ограничения доступа кислорода к месту пожара.
Классификация способов борьбы с рудничной пылью2
Таблица 5
| № | Классификационный при- знак | Способ борьбы с пылью | Оборудование, параметры использо- вания способа борьбы | Область примене- ния |
| Исключение (или значитель- ное уменьшение) образова- ния пыли косвенным мето- дом | Применение отбойных органов крупного скола | Шнековый исполнительный орган, длинный и короткий забой | При разработке уг- ля | |
| Предварительное нагне- тание в пласт воды или растворов (без гидро- разрыва) | Насосные установки, буровой станок, дозаторы. Добавки в воду: смачива- тель ДБ (0,2-0,5%), глицерин (или ка- тамин 0,2-1%) индустриальное масло (0,2-2%), жидкое стекло (0,1-0,9%) и др. Параметры: длина скважин до 25 м, диаметр 45-55 мм, расстояние ме- жду скважинами 10-30 м, удельный расход воды 10-40 л/т, давление 29 МПа, темп нагнетания – до 30 м/мин | При разработке уг- ля и руды | ||
| Пылеподавление при её образовании | Применение высокона- порных форсунок | Конусная форсунка, фильтр, редук- тор. Давление воды 5,8-9,7 МПа, рас- ход воды 15-20 л/т, добавки смачива- теля ДБ | Поверхность шахт и карьеров, уголь- ные комбайны | |
| Пневмогидроподавление | Краны-тройники, рукава для подачи воды и сжатого воздуха. Давление воды и сжатого воздуха 0,48-0,58 МПа, расход соответственно 25 л/т и 0,4 м3/т | Очистные и про- ходческие комбай- ны. Уголь и поро- ды I-VII групп за- пылённости |
2 Машковцев И.Л., Балыхин Г.А. Аэрология и охрана труда на шахтах и в карьерах. – М.: изд. УДН, 1986, 312 с.
| Подавление пеной | Пена различного содержания, пено- генераторы. Расход 3% раствора пе- нообразователя 12-15 л/т при ком- байновой выемке | |||
| Улавливание распростра- нившейся в воздухе пыли | Орошение | 1. Туманообразователи. Расход воздуха не менее 50 м3/с 2. Водяные завесы – однорядные и многорядные ВЗ—1, ВЗ-2. Расход воды не менее 0,1 л/м3 проходящего воздуха 3. Завеса с ионизацией воды элек- трическим зарядом 2,7*10-6 К*л/г, процент улавливания пыли размером 0,7-5,6 мкм – 60% | Поверхность шахт и карьеров, горные выработки, места перегрузки | |
| Сухое пылеулавливание | 1. Шахтный пылесос, 130 м3/мин, очистка на 96% 2. Аспираторный улавливатель: ткань, инерционная ультразвуковая или гидроакустическая камера | Пласты угля V-VII групп запылённо- сти Породы. Глубокие горизонты. Калий- ные шахты | ||
| Нейтрализация осевшей пы- ли | Связывание пыли полимерами, растворами | 1. Водный раствор полимера К-4 2. Битумная эмульсия 3. Раствор хлористого кальция (20-35%) и смачиватель ДБ (1-2%) | Бока выработок, почва, борта карь- еров, стволы | |
| Нейтрализация условий воспламенения | Применение перегретого пара | Специальный взрываемый термостат. Температура перегретой воды 190- 2000С. Расход воды при сечении вы- работки 8 м2 30-40 кг, пара 9-12 м3. Полная нейтрализация площади 30-40 м2 | Для борьбы со взрывными г Наши рекомендации |