ДЫХАНИЕ ШАХТЫ

  Главная       Учебники - Горное дело      Многоликий мир шахты (Гимельшейн Л.Я.)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

 

ДЫХАНИЕ ШАХТЫ


Словно живой организм, шахта не может не дышать. Только вдох ее в десятки, сотни тысяч раз мощнее, чем у самого огромного из существ. Современная шахта способна за минуту вдохнуть более 10 000 м3 свежего воздуха.

Для сравнения напомним: пока вы читаете эти страницы, вам необходимо что-то около 10 л/мин воздуха, ну а шахтеру в забое за то же время - 100-150 л/мин.

В крупную шахту устремляется столько воздуха, что, если бы он был нужен только для дыхания, его хватило бы поч)ги сотне тысяч человек. Однако, не будем спешить обвинять горняков в расточительстве. Такое огромное количество воздуха нужно не только для дыхания людей, но и для того, чтобы вынести на поверхность вредные газы, которые выделяются из угольных пластов и прилегающих к ним пород, и сделать рудничную атмосферу абсолютно безвредной.

Не будет преувеличением утверждать, что воздух в шахте чище и безвреднее, чем на многих современных улицах наших городов, а уж контроль за его качеством поставлен так четко, что этому могут позавидовать многие службы санитарного надзора. Как ни сложно этого достичь, но в рудничной атмосфере не может быть не менее чем 20 % кислорода по объему. Таков неукоснительно соблюдаемый закон. Хорошо! Ведь только где-нибудь в лесу, на природе кислорода в воздухе 21 %.

Для рудничной атмосферы существуют строго контролируемые нормы предельно допустимой концентрации ядовитых газов ("знаменитый”, известный сейчас, в пору экологического ликбеза, ПДК). Эти нормы крайне малы и совершенно безвредны для человека. К примеру, окиси углерода (газа без цвета, вкуса и запаха) в шахтном воздухе не должно быть больше 0,002 %, а сероводорода (газа без цвета, но с характерным запахом тухлых яиц и сладковатым вкусом) - не более 0,0006%.

Рудничная вентиляция до определенной степени спасает горняка, особенно на глубоких и сверхглубоких шахтах, еще от одного врага - тепла. Автор не оговорился. Дело в том, что по мере углубления в земную кору растет нагрев пород и от

 

них - рудничной атмосферы. Уже на глубине 800 м температура пород достигает 30-35 С, и только при хорошей вентиляции можно резко уменьшить подземный зной. А ведь немало шахт, где горные работы ведутся на глубине тысяча и более метров.

На больших глубинах приходится даже специально охлаждать воздух, чтобы добиться нормальных условий работы в забое, но эта тема отдельного разговора.

Проветривание шахт имеет давнюю и поучительную историю.

Еще с древних времен люди учились не только разумно вести горные работы, но и правильно, безопасно дышать под землей.

В Карфагене в I веке до н. э. воздух доставлялся в подземные выработки в надувных кожаных мешках и там выжимался. В более поздние времена люди стали использовать естественную тягу, возникающую из-за перепада давления между наружным и шахтным воздухом. Она есть и сейчас, и чем глубже шахта, тем сильнее, но теперь одной естественной тяги мало - нужна мощная искусственная вентиляция.

Теперь по шахтным стволам воздушный поток несется с почти ураганной скоростью - 15 м/с и, только врываясь в главные выработки, слегка стихает, хотя и там хорошо дует.

Даже в очистном забое, где скорость воздуха не превышает 4 м/с, чуть перерыв в работе - набрасывай телогрейку, а то разогретого сразу прохватит сквозняком.

Интенсивность дыхания шахты, как и у нас с вами, зависит от нагрузки.

В воскресные и праздничные дни, когда шахта отдыхает, ее потребность в воздухе сокращается. Как только с утра понедельника начинается добыча, растет частота и глубина ее вдохов; стали вестись взрывные работы - нужно опять увеличить подачу воздуха. Летом в жару вентиляции приходится больше напрягаться, чем в дни зимней стужи. В общем, как у человека: чем быстрее бег, тем больше потребность в кислороде.

Сейчас все шахты на искусственной вентиляции - уж очень резок бег ее забоев, и воздуха, который может поступить при естественной вентиляции, ей не хватит для нормального дыхания.

Однако, на многих шахтах угольных бассейнов страны выделяется так много метана, что даже мощной искусственной вентиляции не хватает, чтобы справиться с ним. Тогда на помощи дыханию исполина приходит предварительная дегазация пластов. С поверхности в пласте угля бурятся скважины, у устья которых на поверхности устанавливают вакуум-насосы. Они создают большое разряжение в скважине и газ, сжатый гигантским давлением пород, почувствовав что есть выход, стремительно движется вверх. Газа так много, что выгодно его не выбрасывать в атмосферу (опять экология!), а собрать и направить в топки котлов. Это выгодно и экономически, и с позиции экологии.
 

Нужное количество воздуха с поверхности в шахту непрерывно подают специальные вентиляционные установки.

Рассказать об устройстве шахтных вентиляторов и просто, и сложно. Кто не знает небольшие вентиляторы, которые создают в комнате освежающий ветерок? Казалось бы, стоит увеличить маленькое белое колесо с лопастями примерно в 20 раз, поставить двигатель в несколько тысяч раз мощнее - и можно проветривать шахту. При самом большом упрощении это так, но реально простым увеличением настольного вентилятора не построить шахтного, не говоря уже о том, что различные условия проветривания определяют многообразие типов, конструкций и размеров этих машин.

Вот подвешенные к кровле небольшие вентиляторы, которые гонят воздух по длинному брезентовому трубопроводу в забой подготовительной выработки. Они невелики, пожалуй, самые маленькие из шахтных вентиляторов. В их круглом стальном корпусе, диаметром чуть больше полуметра, помещается и двигатель, и рабочие колеса с лопастями. Наверное, это самые близкие родственники настольного вентилятора. Их легко переносить с места на место, и не случайно они широко используются не только в шахте. Вот вентиляторы побольше и помощнее. Они устанавливаются на поверхности для проветривания отдельных подземных участков. Для них уже сооружают специальные здания и монтируют на бетонном фундаменте.

Королями среди шахтных вентиляторов являются мощные осевые или центробежные вентиляторы, диаметр рабочего *олеса которых достигает 5 м. Их вентиляционные каналы напоминают высоченные путепроводы для автомобилей, которые прокладывают под площадями или перекрестками улиц больших городов. Подаваемого такими вентиляторами воздуха хватает, чтобы продуть целую шахту.

На поверхности для них строят огромные здания, внутри которых, как в цехе машиностроительного завода, ’’ходит” мостовой кран. Только его силы хватает поднимать двигатели таких вентиляторов мощностью в несколько тысяч киловатт, которые весят не одну тонну. Да и любую деталь самого вентилятора в руках не перенести. Главный вал вентилятора достигает почти 4 м в длину и ему впору крутить гребной винт ледокола. Не случайно на работу вентиляторов на шахтах расходуется более 30 % всей энергии, а это почти 1 % вырабатываемой электроэнергии в нашей стране. Гигантская цифра. Есть, что экономить.

На шахте много высоконадежных объектов: ведь безопасность шахтеров - задача номер один, но ветиляторные установки относятся к числу самых надежных. Безотказность вентиляторов столь велика, что в среднем, как показывает статистика аварий, из ста непрерывно день и ночь работающих машин в течение месяца только в двух возникли неисправности. И все же, несмотря на крайне редкие поломки узлов вентиляторов, их

всегда два рядом: один - в постоянной работе, другой * в горячем резерве, готовый немедленно включиться в работу, если остановится по какой-либо причине рабочий. Если почему-то прервется подача напряжения к вентилятору, к примеру оборвался провод, не беда, ведь к каждой из такой вентиляторных установок подходят две независимые высоковольтные линии электропередач.

Высокая надежность вентиляторных установок обеспечивается еще тем, что как только отказывает рабочий вентилятор и включается резервный, бригада слесарей выезжает к месту аварии, и скоро рабочий вентилятор вновь погонит воздух, а резервный будет ждать своего часа.

Работой вентиляторных установок управляют автоматические устройства. Они контролируют, сколько воздуха подается в шахту и под каким давлением, как поступает смазка в подшипники и какова их температура. Эта и другая информация о работе вентиляторов передается диспетчеру шахты, и он может дистанционно, в зависимости от режима проветривания и состояния установки посылать необходимые сигналы управления. Нажмет диспетчер кнопку - и в нескольких километрах от него, ще-то на конце шахтного поля выключится вентилятор. Нажмет следующую кнопку - и приведена в действие сложная система автоматического пуска мощного двигателя резервного вентилятора. Пройдет каких-нибудь несколько минут и автоматический переход с резервного на рабочий вентилятор будет завершен. Если потребуется, диспетчер также просто изменит направление движения воздуха.

На шахтах используют различные способы проветривания: вентиляторы могут нагнетать воздух в шахту или отсасывать его из шахты. В первом случае свежий чистый воздух засасывается вентилятором и под небольшим давлением подается через все подземные выработки в забои. Отработанный воздух, вобрав в себя всякие примеси, выходит на поверхность через специальный ствол.

Во втором случае вентилятор отсасывает из шахты отработанный воздух, из-за чего под землей создается небольшое разрежение, и свежий воздух с поверхности через вентиляционный ствол устремляется вниз.

Независимо от способа система проветривания строится так, чтобы обязательно в случае необходимости можно было произвести реверс - изменить направление воздушной струи.

Технически это весьма сложная задача как для центробежных, так и осевых вентиляторов. Суть в том, что в центробежном вентиляторе нельзя изменить направление воздушной струи за счет изменения направления вращения его рабочего колеса. Поэтому шахтеры вынуждены сооружать сложную систему обводных подземных каналов и монтировать реверсивные устройства. Это дорогостоящие сооружения. Достаточно хотя бы сказать, что площадь ляд - специальных дверей в канале -

составляет до 30 м2. Это не дверь, а добротные ворота, которыми запросто можно перекрыть небольшую улицу. Чтобы сделать реверс воздушной струи, нужно развернуть две-три таких двери и герметически их закрыть. С такой работой справляются только хорошие лебедки. Но главная беда даже не в большой сложности, а низкой надежности реверсивных устройств, хотя они должны безотказно работать в самых экстремальных условиях - при аварии в шахте.

В этом месте повествования автор решил похвалиться в надежде, что читатель простит ему эту слабость. Автором совместно с И.С. Фрейдлихом разработана принципиально новая схема реверсирования воздушной струи на базе вращающегося переключателя потока. На нее выдано авторское свидетельство. Применение переключателя потока позволило отказаться от обводных каналов, ляд и лебедки и резко упростить процесс реверса струи. Он сводится к повороту колена. Для того,чтобы сделать реверс струи, достаточно колено повернуть справа налево и присоединить к верхнему патрубку. Теперь вентилятор будет всасывать воздух из атмосферы и гнать его в шахту. Чтобы перевести проветривание шахты на резервный вентилятор, достаточно повернуть колено и присоединить его к одному из патрубков этого вентилятора. Думаю, читатель сам без особых пояснений поймет, насколько новая схема с переключателем потока проще и надежнее старой, с каналами и лядами. К тому же она немного дешевле и надежнее.

Перестраивать проветривание приходится обычно при возникновении в шахте опасной ситуации, потому от реверсивного устройства требуется высочайшая надежность. Нужно быть абсолютно уверенным в том, что в этом чрезвычайно редком случае вентиляторная установка не откажет.

Обеспечить такую высочайшую надежность - трудная техническая задача, потому каждый месяц главный механик шахты проверяет, как работают эти устройства у всех вентиляторов, -таково требование правил безопасности.

На то, как дышит шахта и насколько надежна ее дыхательная система, состоящая из многих сложных устройств и вентиляторов, оказывают существенное влияние времена года. 0

Каждый вдох на морозе, особенно если на улице -40 С дается нам нелегко. Шахту тоже зимой проветривать труднее, хотя ’’дышать” ей нужно глубже, чем летом, ведь интенсивность работ по добыче в эту пору года обычно даже возрастает. Главное - нельзя морозный воздух сразу, напрямую пустить в шахту: замерзнут подземные реки, изморозью и льдом обрастут стволы и выработки - ни пройти, ни проехать, да и какая работа на пронизывающем, промозглом ветру.

Зимой весь воздух, который поступает в шахту, предварительно прогревается в калориферных установках и лишь затем теплым подается в ствол.

Шахтные калориферные установки - громадные сооружения,

ведь они должны суметь согреть каждую минуту десяток, а то и больше 1000 м3 воздуха от -(40*45) до +10+15 С. Устроен этот гигантский воздухонагревательный цех таким образом. Представьте себе помещение хорошего спортивного зала, вдоль всех стен которого в несколько рядов подвешены огромные калориферные секции. Их много, почти сотня. За секциями - открытые окна с жалюзи. Через них холодный воздух врывается в секции и, проходя через них, нагревается, соприкасаясь с трубками, разогретыми горячей водой. Кстати, применение переключателей потока позволило изменить и упростить калорифер, разместив его не в специальном здании за вентилятором, как раньше, а над переключателем, сделав из секций калорифера стенку второго этажа. И секциям лучше, и шахте дешевле - не надо строить большое здание и прокладывать огромные вентиляционные каналы.

Чтобы подать тепло в секции калорифера, приходится строить мощные котельные, благо хоть уголь свой. Эта же котельная нужна, чтобы трижды в день нагреть воду для шахтовой бани. Без нее ведь никак нельзя. Скоро и мы станем под теплые, ласковые струи воды и смоем усталость от первого нелегкого похода.

Но вот холодный воздух согрет до нужной температуры и подан в шахту. Там он по мере движения станет еще теплее, но и ... влажнее. Относительная влажность выдыхаемого шахтой воздуха велика и обычно достигает 90 % и более.

Зимой такая высокая влажность создает дополнительные трудности для дыхательной системы исполина - начинают обмерзать всасывающие вентиляторы. Рабочие колеса вентилятора и стенки подводящих каналов покрываются плотной ледяной коркой, из которой торчат длинные иглы изморози... Из-за этого снижается подача вентиляторов и нарушается их нормальная работа. Если вовремя на удалить лед, могут даже сломаться лопатки, а это уже большая неприятность.

Элементы вентиляторов и его каналы обмерзают по той же простой причине, по какой покрываются затейливыми снежными узорами окна наших квартир. На охлажденном стекле конденсируются пары воды, содержащиеся в комнате. Точно так же теплый, чрезмерно влажный отработанный воздух,отсасываемый из шахты, в вентиляционном канале встречается с холодным наружным воздухом, который по трещинам и неплотностям засасывается с поверхности. Пары воды под влиянием низкой температуры наружного воздуха и стен каналов конденсируются и оседают на различных элементах вентилятора и тут же превращаются в лед и изморозь. Порой толщина снежного покрова стенок вентиляционных каналов близка к полуметру.

Кажется, нет ничего проще исключить это опасное явление -обмерзание. Достаточно не допустить подсоса холодного воздуха. Но полностью герметизировать вентилятор от наружного возуха чрезвычайно сложно.
 

Дыхательная система подземного исполина - вентиляторы, калориферы, десятки километров выработок, сотни различных датчиков, контролирующих количество воздуха и состояние рудничной атмосферы, вентиляционные шлюзы и другие сооружения в последние годы переводится на автоматизированное управление. Мозговым центром такой системы является электронно-вычислительная машина (ЭВМ), установленная на поверхности. Только ЭВМ сможет справиться с многочисленными вычислениями, которые надо сделать, управляя проветриванием. Суть в том, что все выработки шахты взаимосвязаны, и стоит только изменить подачу воздуха в одну из них, как изменится распределение воздуха по остальным. Тут все так же, как в электрических цепях, где господствует закон Кирхгофа. Огромный объем выработок покрывает сейчас этот недостаток увеличением количества подаваемого воздуха относительно расчетного, а это повышение затрат, или растет расход электроэнергии. ЭВМ не только лучше чем человек распределяет воздух, но, что весьма важно, намного лучше, контролирует состав рудничной атмосферы, а это уже безопасность. Автоматизированная система управления проветриванием шахты носит красивое название "АТМОС”.

 

 

 

 

 

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..