I. аэрология рудников и шахт
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 газами в выработках |
| Применение бикарбоната натрия | Порошок ПСБ-2 во взрываемых паке- тах, расход 420 г/м3 | |||
| Локализация взрывов пыли | Осланцевание вырабо- ток (или побелка) | Добавка в пыль инертных веществ (смесь известняка, доломита, раку- шечника). Норма осланцевания – ми- нимальное количество инертных, не- обходимое для нейтрализации взрыв- чатых свойств. | Для предотвраще- ния взрывов осев- шей пыли | |
| Установка сланцевых (или водяных) заслонов | Инертная пыль (или вода) заполняет сосуды, легко опрокидывающиеся при взрыве, или управляемые. Нормы инертной пыли в сланцевых заслонах 400 кг/м2 сечения основной выработ- ки и 200 кг/м2 сечения других выра- боток. Расход воды в сланцевых за- слонах - 120 л/м2. Основные сланце- вые заслоны устанавливаются на рас- стоянии не менее 60 м и не более 300 м от забоев (водяные заслоны – соот- ветственно на расстоянии 75-250 м от забоев). | Горные выработки |
Климатические условия в шахтах
Климатическими условиями называют определённое сочетание физиче- ских параметров рудничной атмосферы: температуры, относительной влажно- сти, теплоотдачи пород, давления и подвижности воздуха. Эти параметры ока- зывают существенное влияние на самочувствие и работоспособность людей.
Температурарудничного воздуха – зависит от теплоотдачи горных пород, их окисления, сжатия воздуха при опускании по стволу (на каждые 100 м глу- бины температура повышается на 0,70С во влажных и на 10С – в сухих стволах). Кроме того, тепло выделяется при работе механизмов, дыхании людей, из шахтных вод… Возрастание температуры горных пород происходит с увеличе- нием глубины работ. Снижение температуры рудничного воздуха происходит лишь в процессе проветривания, за счёт скорости движения струи. Для опреде- ления температуры используют термометры и термографы, манометрический
дистанционный термометр.
Общее тепловыделение составляет:
Тобщ= Тпород+ Тлюди+ Тмаш+ Тсж+ Ток
где Тпород– тепловыделение горных пород;
, кДж/ч
Тлюди– тепловыделение людей (тепловыделение одного человека состав- ляет q=700-1000 кДж/ч);
Тмаш– тепловыделение от машин
Тмаш= 1000 N kэ
Kзаг
3,6×103
, кДж/ч
где N– суммарная мощность электроустановок, кВт;
kэ– коэффициент перехода электроэнергии в тепловую, 02-0,4;
kзаг– коэффициент загрузки, 03-0,9;
Тсж– тепловыделение от сжатия вентиляционной среды (при нагнетании);
Ток– тепловыделение от окисления пород.
Давлениерудничного воздуха - с увеличением глубины горных работ в шахтах возрастает, на каждые 100 м – примерно на 9 мм ртутного столба. Для измерения его используются барометры (ртутные, анероиды и пружинные), ба- рографы и другие автоматические приборы.
Влажностьвоздуха – различают абсолютную и относительную влажность воздуха. Для замера применяются психрометры парных термометров, психро- метры с вентилятором, гигрометры и гигрографы. В среднем в угольных шах- тах влажность составляет 80-90%, в калийных шахтах – от 15 до 60%.
Подвижностьрудничного воздуха – чем больше скорость воздушной струи, тем больше она уносит тепла со стен выработок(табл. 6). Но нельзя произвольно повышать скорость струи, т.к. это приводит к сдуванию осевшей в выработках пыли. Верхний предел скорости движения воздуха строго регла- ментирован.
Таблица 6
Скорость воздушной струи, в зависимости от температуры
| Температура воздуха, 0С | Скорость воздушной струи, м/с |
| до 15 | 0,3 - 0,5 |
| 15-20 | не выше 1,0 |
| 20-22 | не менее 1,0 |
| 22-24 | не менее 1,5 |
| 24-25 | не менее 2,0 |
Скорость движения воздуха замеряют анемометрами: крыльчатыми и ча- шечными. В подземных горных выработках замеры осуществляют методом об- вода поперечного сечения (см. схему).
Влияние климатических условий на людей
При повышенном атмосферном давлении человек чувствует прилив сил и желание работать, а при пониженном давлении – наоборот, чувствует желание прилечь и выспаться (поэтому нагнетательный способ проветривания заведомо лучше всасывающего). В состоянии покоя человек выделяет 70-85 ккал в час, а при физической работе – до 400-500 ккал/ч. С глубиной растёт температура по- род и соответственно воздуха, температурный градиент находится в диапазоне от 33 до 100 м/0С. Для облегчения деятельности человека производят конди- ционирование воздуха (до диапазона комфортной температуры 16-220С): а) за счёт сокращения длины вентиляционных путей; б) путём применения холо- дильных машин. Для контроля климатических условий применяются шкалы:
- эффективных температур;
- эквивалентно-эффективных температур;
- объективных физиологических показателей;
- комфортных условий;
- кататермометру (определяет теплоощущения человека при комбинации температуры, влажности и скорости движения воздуха).
Основные понятия шахтной аэродинамики
В воздушном потоке по горным выработкам действуют поверхностные (движущийся поток оказывает динамическоедавление на преграду) и объём- ные силы (вес воздуха вызывает аэростатическое давление) – см. рис. 2.
Движение воздуха по выработкам может быть ламинарным и турбулент- ным. Ламинарное– характеризуется небольшой скоростью потока (до 0,01 м/с) и параллельными траекториями движения частиц, без их перемешивания. Турбулентное– беспорядочное и переменчивое движение перемешивающихся в потоке частиц, т.к. по Правилам безопасности скорость должна быть не менее 0,25 м/с, то в горных выработках всегда турбулентное движение.
Различают воздушные потоки двух типов: ограниченные(с твёрдыми гра- ницами – бортами и стенками выработок) и свободные струи(без твёрдых гра- ниц).
В воздухе действуют силы межмолекулярного сцепления, вызывающие его молекулярную вязкость(касательные напряжения по стенкам выработки), и силы давления, вызывающие появление нормальных напряжений (давление на препятствие потоку). Отсюда появление двух видов аэродинамического со- противленияпотоку: силы трения о стенки и силы давления на препятствие (местные и лобовые сопротивления). Местныесопротивления вызываются рез- кими (местными) изменениями формы, размеров и направления внешних гра- ниц потока: расширение, сужение, повороты, места разветвления выработок. Лобовоесопротивление вызывается препятствиями: армировка стволов, крепь выработок.
| Рис. 2. Аэростатическое и динамическое давление в воздушном потоке |
Депрессия(или напор) h- потеря давления - зависит от расхода воздуха Qи от суммы аэродинамических сопротивлений всех выработок ΣRпо самому длинному пути движения конкретной воздушной струи в шахте, направлению (если струй несколько, то депрессия каждой тоже суммируется) – см. табл. 7:
h= SR×Q2
, Па
где ΣR– сумма местных аэродинамических сопротивлений, Н*с2/м8:
R= α P
R= ξ ρ
2 - для протяжённых участков
| L |
| S |
ботки
2 S1
α- коэффициент аэродинамического сопротивления трения, выбирается по таблицам3в зависимости от типа выработки, вида крепи (табл. 8), Н*с2/м4 (на- ходится в диапазоне от 0,006 Н*с2/м4 - для горизонтальной выработки без крепи до 0,3 Н*с2/м4 – для закреплённой лавы);
Р– периметр поперечного сечения выработки, м;
L– длина выработки, м; Sи S1– площадь поперечного сечения протяжённой выработки и выработки в узком сечении, м2;
ξ– коэффициент внезапного расширения (сужения) сечения, поворотов выработки (составляет определённую долю от коэффициента аэродинамического сопротивления тре- ния) ), Н*с2/м4;
ρ– плотность воздуха (средняя плотность рудничного воздуха составляет ρ=1,2 кг/м3), кг/м3;
Q– расход воздуха, м3/с.
Таблица 7
Форма для подсчёта депрессии рудника (шахты) по направлениям
| № | Наименование выработки, участки расши- рения или су- жения, поворо- тов | Коэффициент аэ- родинамического сопротивления, α, Н*с2/м4 | Длина выработки, L, м | Сечение выработ- ки, S, м2 | Периметр выра- ботки, Р, м | Расход воздуха, Q, м3/с | Скорость вентиля- ционной струи, V, м/с | Аэродинамическое сопротивление, R, Н*с2/м8 |
| 1 вариант направления движения струи | ||||||||
| Всего: | ||||||||
| 2 вариант направления движения струи | ||||||||
| Всего: |
Если на руднике наблюдается существенная естественная тяга, то она обя- зательно должна быть учтена – увеличена величина общешахтной депрессии.
Таблица 8
Значения коэффициента аэродинамического сопротивления α
| Условия проведения выработки | α *103 , Н*с2/м4 |
| Незакреплённые выработки | |
| Медные рудники Урала | 12,7-17,6 |
| Никелевые рудники | 14,7 |
| Апатитовые рудники | 9,8-11,7 |
| Калийные шахты | 7,8-9,8 |
| Угольные шахты | 7,8-9,8 (по породе) 4,9-7,8 (по углю) |
| Закреплённые выработки | |
| Штрек (Криворожский бассейн): - монолитная бетонная крепь | 2,4-5,3 |
3 Рудничная вентиляция: Справочник под ред. К.З.Ушакова.- М.: Недра, 1988. – 440 с.
| - торкретбетон | 14,3-20,1 |
| - анкера и торкретбетон | 15,4 |
| - анкера и сетка | 9,2 |
| - анкера | 8,0 |
| Штрек, закреплённый НДО | 10,5-19,1 |
| Штрек, закреплённый СВП | 12,8-17,3 |
| Штрек, закреплённый двутаврами | 13,7-27,1 |
| Штрек со сборной железобетонной крепью | 6,9-22,6 |
| Штрек с конвейером (ширина ленты 1200 мм), закреплённый НДО | 20,7-30,8 (сечение 12 м2) 17,1-26,9 (сечение 14 м2) |
| Штрек с конвейером (ширина ленты 1200 мм), закреплённый СВП | 18,0-26,0 (сечение 12 м2) 14,0-19,0 (сечение 14 м2) |
| Лава с механизированной крепью, площадью сечения лавы вчерне, м2: - 3,0-4,0 | 100-61 |
| - 4,0-6,0 | 61-55 |
| - 6,0-8,0 | 55-40 |
| - 8,0-11,0 | 40-30 |
| Ствол, закреплённый монолитным бетоном | 1,5-2,7 |
| Ствол, закреплённый сборным железобетоном | 8-13,7 |
| Вентиляционный рукав: - из текстовита - из спецткани марки М или МУ | 0,13-0,16 0,25-0,35 |
Утечки воздуха(потери) в шахтах могут достигать огромной величины – до 50-60% всего количества поданного воздуха: из них 44% теряется в вырабо- танном пространстве и 56% - через вентиляционные сооружения (стволы, над- шахтные здания…).
Также совокупность аэродинамического сопротивления может характери- зоваться как воображаемое эквивалентное отверстие А(см. глоссарий терми- нов и рис. 3):
А= Q = 0,121 Q
, м2
y 2 h h
r
где ψ– коэффициент, равный для круглого отверстия 0,65; ρ– плотность рудничного воздуха, обычно 1,2 кг/м3; h– депрессия, Па.
Рис. 3. Схема к определению эквивалентного отверстия А
Считается, что для легкопроветриваемых шахт А>2 м2, для шахт средней трудности проветривания 1<A<2, для труднопроветриваемых А<1.
ШАХТНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СЕТИ
Проветривание шахты осуществляется путём создания воздушного потока в сети горных выработок. Принятое направление воздушных потоков в сети оп- ределяет схему проветривания шахты и отдельных ее участков. В шахтную вентиляционную сеть входят горные выработки и сооружения, по которым движется воздух, а также выработки, вентиляционные сооружения и вырабо- танное пространство, через которые просачивается атмосферный воздух. На- правление воздушных потоков осуществляется с помощью вентиляционных сооружений (вентиляторы, перемычки, двери, трубопроводы, кроссинги и др.).
Воздушные потоки, потоки вредных примесей (газов, пыли, тепла), венти- ляционная сеть, вентиляционные сооружения и источники тяги в сети образуют шахтную вентиляционную систему, которая характеризуется схемой движения воздуха в сети, интенсивностью вентиляционного процесса (обмена и переноса массы и энергии), аэродинамическим режимом воздушных течений. Её глав- ными параметрами являются концентрация вредных примесей в шахтной атмо- сфере, объёмные дебиты воздушных потоков (воздухораспределение в сети), аэродинамические сопротивления горных выработок и сооружений, депрессия источников механической и естественной тяги. Шахтная вентиляционная сис- тема обычно находится в квазистационарном состоянии (т. е. в среднем ста- ционарна).
Проветривание тупиковых проходческих забоев
Проветривание в тупиковых забоях осуществляется вентиляторами мест- ного проветривания типа ВМ – см. рис. 4 и 5. Вентиляторы обычно устанавли- ваются на свежей струе воздуха (на расстоянии не ближе 10 мот начала тупи- ковой выработки), при этом чаще используется нагнетательная схема провет- ривания (только не в газообильных забоях).
Расчёт параметров проветривания тупиковых проходческих забоев
(например, при строительстве тоннелей):
1. Отставание вентиляционного трубопровода от забоя не должно превы- шать: 5 м - для восстающих и стволов; 8 м – для газовых шахтах и рудниках; 10 м – для остальных рудников (расстояние конца вентиляционной трубы от груди забоя растёт в зависимости от площади поперечного сечения L=15-40 м), обыч- но
| S |
| S |
L< 4
от
где S– площадь сечения выработки в свету, м2.
2. Количество потребного воздуха в забое: Знать только инфо из Домашнего задания!!!!!!!
- по максимальному количеству постоянно находящихся людей (М) в за-
бое Qз = 6*М, м3/мин;
- по количеству взрываемого ВВ (если при проходке применяется сварка, то дополнительно рассчитывается расход воздуха ещё и по критерию свароч- ных работ)
Qз =
2.25 S
60 t
| k A b L2 Sr2 |
где t– время проветривания (не более 30 мин.);
k– коэффициент обвод- нённости выработки (для сухих выработок
k=0.8, для влажных k=0,6);
А– ко- личество взрываемого ВВ за цикл, кг;
b– степень газовыделения (b=100 л/кг при взрывании по углю и b=40 л/кг при взрывании по породе);
L– длина тупи- ковой части выработки, м;
ρ– коэффициент потерь воздуха (при длине проре- зиненных труб от 100 до 800 м коэффициент возрастает с ρ=1,07 до ρ=1,43).
- при работе двигателей внутреннего сгорания (м3/мин):
Qз=6*Nпри дизельном и Qз=5*Nпри бензиновом двигателе где N– мощность двигателя, л.с.
3. Потребная подача вентилятора рассчитывается с учётом потерь воздуха
Qвент=ρ * Qз, м3/мин или м3/с
где ρ- потери воздуха, могут достигать 50-60%, поэтому ρ=1,5÷2.
4. По потребной подаче выбирается вентилятор местного проветривания с регулируемой подачей и депрессией от 800 до 3000 Па:
| Показатели | ВМ- 3М | ВМ- 4М | ВМ- 5М | ВМ- 6М | ВМ- 8М | ВМ- 12М |
Диаметр трубоп Наши рекомендации |