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 метана не 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 рудных шахт 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), акролеина и 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 угольных шахт 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

 

Предотвращение метановыделения 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 сдувание слежавшейся 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, взвешенной в 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 пыли в 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.

Предотвращение взрыва 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 пылеподавления при 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 горение крепи, 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 пожаров чаще 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.

Температура рудничного 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.

 

Давление рудничного 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.

Влажность воздуха – 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%.

Подвижность рудничного 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 динамическое давление 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- противления потоку: силы трения о стенки и силы давления на препятствие (местные и лобовые сопротивления). Местные сопротивления вызываются рез- кими (местными) изменениями формы, размеров и направления внешних гра- ниц потока: расширение, сужение, повороты, места разветвления выработок. Лобовое сопротивление 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 Q и от суммы аэродинамических сопротивлений всех выработок ΣR по самому длинному пути движения конкретной воздушной струи в шахте, направлению (если струй несколько, то депрессия каждой тоже суммируется) – см. табл. 7:

h = S R × Q2

, Па

где ΣR – сумма местных аэродинамических сопротивлений, Н*с2/м8:

R= α P

R= ξ ρ

2 - для протяжённых участков

 

L

S

2 - для участков расширения, сужения, поворотов выра-

 

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; S и 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 м от 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

L = 0,5

S

от, м

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

, м3 / с

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*N при дизельном и Qз=5*N при 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 ⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒ Поделиться с друзьями: Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьше­ния длины пробега и улучшения маневрирования ВС при... Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев... Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы... Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...  © cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста. Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы! 0.191 с.