Аэрология горных предприятий

Суфлярные выделения

Суфлярные выделения представляют собой сопровождающееся обычно шипением местное истечение газа из видимых на глаз трещин. Различают суфляры I и II рода.

Суфляры I рода, или первичные, возникают за счет выделения газа, находящегося под большим давлением в пустотах (образовавшихся в породах и угле в течение геологических периодов), а также в зонах разлома, заполненных сильно трещиноватыми углями и породами, и в тектонических трещинах.

Суфляры II рода, или вторичные, являются следствием изменения физико-механических свойств угля и вмещающих пород при ведении горных работ. В частности, они часто возникают за счет выделения больших количеств метана из газоносных пластов угля, залегающих вблизи разрабатываемого, через трещины, появляющиеся в кровле пли почве пласта под влиянием изменения напряженного состояния пород при подвигании очистного забоя.

Дегазация

Наиболее распространенным способом снижения газообильности угольных шахт является дегазация разрабатываемых и сближенных угольных пластов и выработанных пространств, представляющая собой комплекс мероприятий по сбору и обособленной выдаче из шахты концентрированных метано-воздушных смесей. Дегазацию начали применять в СССР с 1952 г., и она быстро получила распространение.

В настоящее время дегазация (или изолированный отвод метана) применяется практически на всех шахтах, количество отсасываемого или отводимого метана достигает 1,4 млн. м³/сутки.

Отсасываемый метан используется пока явно недостаточно, всего на 10 – 15%. Он применяется главным образом для нагрева паровых котлов в шахтных котельных.

В шахтах России применяются три основные группы способов дегазации:

а) дегазация угольных пластов и вмещающих пород без использования эффекта разгрузки от горного давления;

б) дегазация подрабатываемых и надрабатываемых смежных угольных пластов и вмещающих пород с использованном эффекта разгрузки от горного давления;

в) отсос метано-воздушных смесей из выработанных про­странств.

Каждая группа подразделяется на ряд схем и вариантов в зависимости от горнотехнических условий разработки, геологических особенностей месторождений, газопроницаемости пластов, наличия сближенных пластов и т. п.

Предварительная дегазация шахтных полей до начала их разработки применяется при высокой газоносности угольных пластов, обладающих хорошей газопроницаемостью и высокими коллекторскими свойствами. В этом случае на газоносный смежный угольный пласт, слой трещиноватой породы или другой коллектор газа с поверхности или из специально пройденной вертикальной выработки бурят скважины, общее число которых определяется газовым давлением. Длительность дегазации обычно составляет 3 – 5 лет, а суммарное количество отсасываемого метана достигает 5 млн. м³.

Дегазация угольного пласта до начала очистных работ иногда производится путем отсасывания газа из предварительно проведенных и затем изолированных герметизирующими перемычками подготовительных выработок. При этом для удаления газа через перемычки пропускается газопровод. Этот способ дегазации рекомендуется применять только при высокой газопроницаемости пласта. Срок дегазации от 8 до 12 месяцев.

РУДНИЧНАЯ ПЫЛЬ

Минеральная пыль, образующаяся в горных выработках при разрушении горных пород и полезного ископаемого, попадая в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом, приводит к легочным заболеваниям, известным под общим названием пневмокониоз.

Из неядовитых минеральных пылей на первом месте по своей агрессивности стоит пыль, содержащая свободную SiO₂, вдыхание которой приводит к заболеванию силикозом. Несколько менее агрессивна пыль гранита, асбеста, апатита, корунда и ряда других пород и минералов.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ШАХТ

Тепловой режим шахт определяется температурой и влажностью рудничного воздуха. В свою очередь, температура воздуха в выработках угольных шахт и рудников зависит от температуры пород, изменяющейся с глубиной разработки; от особенностей климата местности, в которой расположена шахта; теплофизических свойств горных пород; тепла, выделяющегося при работе механизмов, и от ряда других факторов.

Температура и скорость движения воздуха в шахтах нормируются Правилами безопасности. Так температура воздуха в подготовительных, очистных и других действующих выработках не должна превышать 26 °С. При температуре свыше 26 °С должны приниматься специальные меры по ее снижению.

С момента поступления вентиляционной струи в шахту в ней протекают тепловые и термодинамические процессы, которые не прекращаются до момента выхода струи в атмосферу.

Для снижения температуры воздуха в глубоких шахтах выполняется ряд горнотехнических мероприятий или производится искусственное охлаждение воздуха с помощью холодильных машин.

Местные сопротивления

Основная часть общешахтной депрессии затрачивается на преодоление сопротивления гонных выработок и подсчитывается по формуле (26), а другая, значительно меньшая часть – на преодоление так называемых местных сопротивлений, к которым относятся повороты струи, внезапные сужения, расширения, сопряжения выработок и комбинации этих видов сопротивлений.

Современные шахты представляют собой сложную сеть горных выработок, имеющих площади поперечного сечения, разную протяженность, различную шероховатость. Выработки могут соединяться между собой последовательно, параллельно и диагонально.

Последовательное соединение

При последовательном соединении выработок одна и та же воздушная струя, не разветвляясь, омывает одну выработку за другой. Случай, когда вся вентиляционная сеть представляет собой ряд последовательно соединенных выработок, встречается лишь как исключение, но в сложной сети всегда найдется ряд выработок, соединенных между собой последовательно.

Параллельное сопротивление

Рис. 2Параллельное соединение выработок

Примером параллельного соединения может служить схема вентиляции при двукрылой разработке шахтного поля (рис.2). воздушный поток разветвляется в точке А и вновь соединяется в точке В, образуя две параллельные ветви. Характерная особенность параллельных соединений заключается в том, что, поскольку для определения депрессии выработок АСВ и ADB необходимо определить разность давления между одними и теми же точками Аи В, депрессии параллельных выработок, если в них не установлены дополнительные вентиляторы, всегда равны между собой независимо от сопротивления.

Рис. 2 Параллельное соединение выработок

Диагональное соединение

При одной диагонали диагональное соединение называется простым, а при нескольких – сложным.

Характерная особенность простых диагональных соединений заключается в том, что дебит воздушных струй в диагоналях и даже направление движения при изменении соотношения сопротивления других ветвей могут измениться. Это приводит в некоторых случаях к неустойчивому дебиту. Если диагональю служит выработка, в которую должно непрерывно поступать определенное количество свежего воздуха, непостоянство дебита недопустимо. На рис. 3 приведены примеры простых диагональных соединений – проветривание мощного пласта при трехслойной отработке, когда диагональю служит лава AB среднего слоя (рис. 3а), и проветривание при разработке трех пластов при вскрытии их вертикальными стволами и квершлагами, когда диагональю служит средний пласт АВ (рис 3б).

Рис. 3. Диагональное соединение выработок

ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЯГА

С самого возникновения угольного промысла и до второй половины прошлого века проветривание шахт осуществлялось исключительно естественной тягой, возникающей в шахтах за счет разницы удельных весов воздуха в сообщающихся между собой вертикальных и наклонных выработках.

Для усиления естественной тяги применялся искусственный подогрев воздуха в одном из шахтных стволов при помощи жаровень, заполненных горящим углем, печей и даже костров. С изобретением вентиляторов они начали постепенно заменять естественную вентиляцию, однако процесс внедрения вентиляторов был длительным и сложным, т.к. естественная тяга имела своих сторонников.

В настоящее время естественное проветривание шахт не применяется, однако, поскольку естественная тяга проявляется и при работе вентилятора, ее влияние необходимо учитывать, а для этого нужно уметь ее замерить на действующей шахте и предусмотреть в проекте.

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Вентиляционные сооружения и устройства играют крайне ответственную роль в вентиляционном хозяйстве, т.к. с их помощью воздух распределяется по шахтным выработкам. Нужно сказать, что за последнее столетие в вентиляционные устройства внесено крайне мало нового. Конструкции вентиляционных дверей, перемычек, шлюзов и кроссингов почти не изменились несмотря на то, что перепад давлений через них за это время в связи с увеличением общешахтной депрессии значительно увеличился. Часть сооружений – каналы вентиляторов и кроссинги – предназначена для пропуска значительных количеств воздуха и должна обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением, а часть – вентиляционные перемычки, шлюзы и двери – должна обладать максимальной герметичностью, т.к. служит препятствием для движущейся воздушной струи.

К вентиляционным сооружениям, размещенным на поверхности, относятся каналы вентиляторов и устройства для герметизации устьев стволов.

Рудничные пожары.

Рудничные пожары – наиболее распространенный вид шахтных аварий. В последние годы на долю пожаров в среднем по угольным шахтам приходится более половины всех аварий, причем наименьшее число пожаров падет на Донецкую область, а наибольшее на шахты Ростовской области, Дальнего Востока и Средней Азии.

Из общего числа пожаров на эндогенные, т.е. возникающие в результате самовозгорания угля, падает 51 %. На экзогенные пожары, вызываемые внешними причинами, приходится 49 % от общего количества. В 60 случаях из 100 они происходят от электрического тока, в частности при котором замыкании в кабелях, возникающем при механических повреждениях оболочки кабеля (режущей цепью комбайна или врубовой машины, взрывными работами и др.); при перегрузке электродвигателей, вызывающей загорание обмотки; при коротком замыкании батарей аккумуляторных электровозов.

Большинство эндогенных пожаров возникает, как показывает статистика, в выработанном пространстве и околоштрековых целиках.

В рудниках эндогенные пожары возникают главным образом при разработке сульфидных руд с большим содержанием пирита. Опасность самовозгорания руд увеличивается, когда при некоторых системах разработки выработанных пространствах вместе с рудной мелочью скапливается древесина. Под влиянием растворов серной кислоты и сульфатов происходит гидролиз древесины с образованием продуктов окисления, обладающих пониженной температурой окисления.

Что касается экзогенных пожаров, то они в рудниках возникают, главным образом, вследствие воспламенения сульфидной пыли, в процессе "расстреливания" крепежного леса взрывчатым веществом при работе с обрушением, а также при возникновении холостых взрывов, когда взрывание ведется без забойки.

При любом пожаре важнейшее значение имеет правильная организация проветривания, т.к. от этого зависит скорость распространения горения, возможность подхода к очагу пожара, безопасная эвакуация людей и т.п.

Значение правильной вентиляции при пожарах известно очень давно. Так инж. К. Бутенов писал об этом более 100 лет тому назад (в статье "О пожарах в Лисичанских копях").

Своевременное создание необходимого вентиляционного режима может ограничить как масштаб аварии, так и ее последствия.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ Список

а) основная литература

1. Аэрология горных предприятий. Учебник для ВУЗов. К.З. Ушаков и др., М., «Недра», 1987 г., 421 с.

2. Правила безопасности в угольных шахтах. (ПБ 05 - 618 - 03). Серия 05. Выпуск 11 / Колл. авт. - М. ГУП «НТЦ Промышленная безопасность», 2003 г., 296 с.

3. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03), 2005 г.

4. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-407-01), 2001 г.

5. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД 15-09-2006), 2006 г.

6. Инструкция по системе аэрогазового контроля в угольных шахтах (РД 05-429-02), 2002 г.

7. Справочник по рудничной вентиляции. М., "Недра", 1986 г.

б) дополнительная литература

1. План ликвидации аварий и его составные части. Мячин В.В. и др., Методические указания, СибГИУ, г. Новокузнецк, 2009 г., 66 с.

2. Горноспасательное дело. Мячин В.В. Киселёва Т.В. и др., Учебное пособие, СибГИУ, г. Новокузнецк, 2011 г., 445 с.

3. Журналы;

- Безопасность труда в промышленности,

- Уголь,

- Глюкауф,

- Горный журнал,

- Горная промышленность.

в) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

1. Базы данных учебно-методических изданий СибГИУ (http://www.library.sibsiu.ru/)

2. Научные публикации СибГИУ (http://www.library.sibsiu.ru/)

3. Каталог научных ресурсов, в котором собраны ссылки на специализированные научные поисковые системы, электронные архивы, средства поиска статей и ссылок (http://new.scintific.narod.ru/index.htm/)

Учебное издание

Мячин Валерий Васильевич

Обрядин Василий Васильевич

Стрелковская Ольга Михайловна

Ложкина Юлия Юрьевна

Аэрология горных предприятий

Учебно-методическое пособие и задания

Редактор

Подписано в печать

Формат бумаги 60×84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. __. Уч. - изд. л. __. Тираж __ экз. Заказ

Сибирский государственный индустриальный университет

654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Издательский центр СибГИУ

Аэрология горных предприятий

Учебно-методическое пособие и задания для студентов вузов,

обучающихся по специальности «Горное дело»

направления подготовки «Горное дело»

Новокузнецк

2013

УДК654.345:622(075)

М 999

Рецензенты:

заведующий кафедрой разработки рудных месторождений

института ГД и Г

доктор технических наук, профессор,

Шеховцов В.С.

Мячин В.В., Обрядин В.В., Стрелковская О.М., Ложкина Ю.Ю.

М 999 Аэрология горных предприятий: учебно-методическое пособие и задания / В.В. Мячин,В.В. Обрядин, Ю.Ю. Ложкина; Сиб. гос. индустр. ун-т. – Новокузнецк: Изд. Центр СибГИУ, 2013. – 26 с.

ISBN 978-5-7806-0381-8

Представлены теоретические положения, соответствующие нормативным и правовым актам, термины и определения, применяемые в аэрологии горных предприятий.

Рассмотрены вопросы основ проветривания горных выработок и шахт.

Предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальности «Горное дело» направления подготовки «Горное дело».

УДК 654.345:622(07)

ISBN 978-5-7806-0381-8 © Сибирский государственный

индустриальный университет, 2013 г.

© Мячин В.В., Обрядин В.В., Стрелковская О.М.,

Ложкина Ю.Ю., 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………..3

Глоссарий наиболее употребляемых терминов………………………...5

Краткий курс аэрологии горных предприятий…………………………6

Особенности проветривания разрезов (карьеров)…………………….20

Варианты заданий для самостоятельной работы……………………...25

Вопросы для самостоятельной работы………………………………...25

Библиографический список…………………………………………….29

ВВЕДЕНИЕ

Аэрология – в горном деле (от греч. aer – воздух и logos – слово, учение * a. mining aerology; н. Aerologie im Bergbau; ф. aerologie des mines; и. aerologнa de minas) – отрасль горной науки, изучающая свойства атмосферы шахт и карьеров, законы движения воздуха, переноса газообразных примесей, пыли и тепла в горных выработках, внутрикарьерном пространстве и прилегающем к ним массиве горных пород. Базируется на законах общей аэромеханики и термодинамики; использует применяемые в них методы исследований, метеорологических наблюдений состояния атмосферы и метеорологические прогнозы.

Научные основы вентиляции шахт разрабатывает Аэрология горных предприятий. Систематизированные сведения об Аэрологии горных предприятий впервые изложены в работе M. B. Ломоносова "O вольном движении воздуха в рудниках примеченном" (1745). Быстрое развитие её началось в конце 19 – начале 20 вв. в странах Европы, в т.ч. в России. Основатель отечественной школы Аэрологии горных предприятий – A. A. Cкочинский.

Основные разделы Аэрологии горных предприятий – шахтная атмосфера, шахтная аэродинамика, шахтная газодинамика, динамика шахтных аэрозолей, шахтная термодинамика. Главные проблемы научной дисциплины – снижение аэродинамического сопротивления выработок, совершенствование методов расчёта шахтных вентиляционных сетей, повышение эффективности дегазации шахт, разработка эффективных методов и средств теплового кондиционирования шахтного воздуха, разработка научно обоснованных методов расчёта количества воздуха для вентиляции шахт, создание научных основ автоматизированного управления вентиляцией шахт, повышение надёжности шахтных вентиляционных систем.

Шахтная аэродинамика изучает аэродинамическое сопротивление горных выработок, их систем и распределение воздушных потоков в сети выработок, разрабатывает аэродинамические основы управления вентиляцией шахт, методы снижения аэродинамического сопротивления выработок и расчёта энергии, необходимой для перемещения воздуха в шахте.

Газовая динамика рассматривает: законы перемещения газообразных примесей воздушными потоками в выработках шахт и газов в прилегающем к выработкам массиве горных пород, в т.ч. фильтрацию газов в массиве пород, диффузию лёгких (тяжёлых) газов в воздушном потоке выработок; переходные газодинамические процессы в выработках, вызываемые резким регулированием расхода воздуха. Разрабатывает научные основы расчёта количества воздуха для вентиляции шахт, дегазации шахт, борьбы c внезапными выбросами, газодинамические основы управления вентиляцией шахт.

Динамика шахтных аэрозолей изучает законы перемещения твёрдых и жидких механических примесей воздушными потоками в выработках. Основное развитие получила применительно к случаю переноса шахтной пыли. Разрабатывает научные основы обеспыливающей вентиляции выработок.

Шахтная термодинамика рассматривает процессы теплообмена между воздушными потоками в горных выработках, окружающим массивом горных пород и источниками тепла в выработках. Разрабатывает методы прогнозирования тепловых условий в выработках, методы и средства теплового кондиционирования шахтного воздуха.

Аэрология карьеров разрабатывает научные основы прогноза атмосферных условий и проветривания открытых горных разработок. Первые исследования по Аэрологии карьеров относятся к 50-м гг. 20 в.; в CCCP как научная дисциплина Аэрология карьеров оформилась в начале 70-x гг. 20 в.

Основные разделы Аэрологии карьеров: атмосфера и микроклимат карьеров, аэродинамика, термодинамика, газопылевая динамика атмосферы карьеров.

Раздел атмосфера и микроклимат карьеров рассматривает состав атмосферы карьеров, источники её загрязнения, климат в районе расположения карьера и специфические изменения его характеристик (скорости, температуры, влажности). Аэродинамика атмосферы карьеров изучает процесс движения воздуха во внутрикарьерном пространстве, его турбулентные характеристики, схемы движения, a совместно c термо- и газопылевой динамикой карьеров – теоретические основы проветривания карьеров. Устанавливает структуру и закономерности изменения скорости движения воздушных потоков в карьере в зависимости от пространственных координат и геометрии карьера. Аэродинамика атмосферы карьеров подразделяется на аэродинамику естественного проветривания и искусс