содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

13.8. КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Важной особенностью работы человека под землей является его нахождение в специфических климатических условиях. Основными параметрами, определяющими климатические условия в горных выработках, являются температура, влажность, плотность, энтальпия и давление шахтного воздуха. Обычно шахтный воздух представляет собой смесь газов и паров воды, каждый компонент которой находится под своим парциальным давлением.

Относительная влажность шахтного воздуха колеблется от 20 до 100%

Энтальпия шахтного воздуха (Дж) — количество тепловой энергии, которое заключено в 1 кг его массы. Энтальпия воздуха зависит от его температуры и влагосодержания.. Например, при   20 °С и влагосодержании 0,013 кг/кг она равна 23,7 кДж/кг. Обычно измеряют не абсолютную энтальпию, а ее изменение. Приращение энтальпии воздуха при его прохождении по выработкам может изменяться от 5 до 40 кДж/кг.

Важным показателем климата в шахте является температура. На температуру шахтной атмосферы влияют температура поступающего в шахту воздуха, тепловой и массовой обмен воздуха с массивом горных пород, сжатие вентиляционной струи под давлением столба воздуха за счет разницы отметок земной поверхности и горных выработок, тепловыделение при работе горных машин и механизмов, теплоотдача трубопроводов, электроаппаратуры и др.

В СССР шахты  расположены в различных климатических зонах. Поэтому поступающий в шахту воздух может иметь температуру от 40 до —50 °С. Воздух с низкой температурой подавать в шахту запрещено. Поэтому на поступающих струях устанавливают калориферы, подогревающие воздух до температуры не менее 2 °С на расстоянии 5 м от сопряжения канала калорифера со стволом (штольней).

 В действующих горных выработках, где постоянно находятся люди, температура воздуха должна соответствовать нормам, приведенным в табл. 13.5

В шахтах, расположенных в зонах многолетней мерзлоты, допускают минимальные температуры воздуха при скорости его движения 0,15—4 м/с на уровне от —12 до —6 °С.

С углублением горных работ температура пород растет по линейному закону в соответствии с геотермической ступенью — величиной, характеризующей нарастание температуры горных пород с глубиной и выражающейся числом метров глубины, соответствующим повышению температуры на 1 °С. В Донецком бассейне, например, геотермическая ступень колеблется от 27

Таблица 13.5

Допустимая температура (°С) при относительной влажности шахтного воздуха,

Характер и интенсивность теплообмена между рудничным воздухом и окружающим выработку горным массивом зависят от глубины заложения выработки, продолжительности ее существования, геотермической ступени, количества и параметров проходящего воздуха, теплофизических свойств пород.

На температуру рудничного воздуха влияют также выделения теплоты при работе горных машин и механизмов. Исследованиями МакНИИ установлено, в частности, что при погрузке породы погрузочными машинами типа ППН и ПНБ в глубоких шахтах энтальпия шахтного воздуха возрастает на 12— 24 кДж/кг, при бурении шпуров — на 5—10 кДж/кг, при креплении забоя — на 6—14 кДж/кг.

Доля отдельных источников тепловыделения в шахтную атмосферу характеризуемся данными табл. 13.6.

Температура тела человека во время производительности труда должна поддерживаться на уровне 36,6—36,8 °С. Между наружной теплотой и теплотой, вырабатываемой человеком в процессе работы (около 0,5 Дж/с при тяжелой физической работе), должно существовать стабильное равновесие. Если равновесие нарушается, возникает необходимость в ограничении продолжительности и интенсивности труда.

По мере увеличения глубины горных работ температура пород становится фактором, затрудняющим работу человека.

Таблица 13.6

Источники тепловыделения в шахтную атмосферу	Доля источника тепловыделения в общем балансе теплоты, %
Отдача тепла горными породами	<50
Окислительные процессы	25-30
Работа машин и механизмов	7—9
Нагревание воздуха добытым углем	7—9
Прочие	<6

Даже при очень интенсивном проветривании на глубине свыше 1000 м трудно создать климатические условия, обеспечивающие производительные и вместе с тем комфортные условия труда.

В связи с этим возникает необходимость в управлении климатическим состоянием шахтной атмосферы.

Улучшение климатических условий в глубокой шахте может быть достигнуто путем увеличения подачи воздуха и снижением его температуры до установленных норм, предупреждения чрезмерного влагонасыщения шахтной атмосферы, снижения теплоотдачи местных источников в шахте, теплоизоляции вентиляционных путей, создания зон воздушного душирования, выбора эффективной технологической схемы шахты)

С увеличением расхода воздуха в выработке его температура уменьшается. Так, при подаче 400 м3/мин воздуха в очистной забой с температурой окружающих пород около 36 °С можно обеспечить температуру исходящей струи 29 °С, при подаче 800 м3/мин — 26,5 °С, при подаче 1200 м3/мин — 25,7 °С. Охлаждающее действие воздушной струи особенно проявляется при увеличении скорости движения воздуха с 0,5 до 4 м/с. Однако увеличение расхода воздуха в выработках не может быть беспредельным.

В шахтах установлены ограничения по скорости движения воздуха. Максимально допустимые скорости движения воздуха составляют: в стволах для спуска и подъема только грузов — 12 м/с; в стволах для спуска и людей и грузов, квершлагах, главных откаточных и вентиляционных штреках, капитальных и панельных бремсбергах (уклонах) — 8 м/с; в призабойных пространствах очистных и тупиковых выработок — 4 м/с, в прочих подготавливающих выработках — 6 м/с. Минимально допустимые скорости движения воздуха равны: в призабойных пространствах очистных выработок всех шахт и в тупиковых выработках газовых шахт—0,25 м/с; на шахтах III категории и выше в тупиковых выработках, проводимых по мощным пологим и крутым пластам мощностью 2 м и более, а также в тупиковых выработках длиной 100 м и более, в кровле которых на расстоянии до 10 м залегают угольные пласты или газоносные песчаники — 0,5 м/с; в тупиковых выработках негазовых шахт, пр^ проведении и углубке вертикальных стволов и шурфов и в остальных выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, кроме камер — 0,15 м/с.

При температуре воздуха ниже 16 °С скорость воздушной струи в очистных и подготовительных забоях не должна превышать 0,75 м/с. В очистных забоях, оборудованных механизированными передвижными комплексами, допускают скорость воздуха до 6 м/с при условии отсутствия людей в зоне пылевого облака, образующегося при работе комбайна, и на пластах с ественной влажностью угля свыше 8 %,.

t Интенсивность нагрева воздуха в горных выработках уменьшают путем сокращения утечек воздуха через вентиляционные устройства, снижения аэродинамического сопротивления горных выработок, изменения режима работы вентиляторов.

Шля снижения температуры воздушной струи, особенно на глубоких горизонтах, широко применяют кондиционирование воздуха, под которым понимают систему приемов по искусственному охлаждению и осушению перегретого воздуха^ и искусственному подогреву переохлажденного воздуха, кондиционирование шахтного воздуха осуществляют холодильными установками, основной частью которых являются кондиционеры.

 Кондиционеры работают на принципе осуществления непрерывного процесса испарения хладагента в системе холодильной машины. Процесс испарения состоит в передаче испаряющемуся хладагенту части тепла от нагретого шахтного воздуха и в изолированном отводе тепла за пределы выработки. Эффективность кондиционирования характеризуют холодильным коэффициентом, под которым подразумевают отношение количества тепла, отведенного от шахтного воздуха, к тепловому эквиваленту подведенной извне работы, за счет которой осуществляется действие кондиционера. Хладагент — газообразное или жидкое вещество, участвующее в теплообмене между двумя источниками тепла. Он должен быть негорюч, невзрывоопасен, химически инертен, а также обладать высокой теплопроводностью В кондиционерах используют в качестве хладагента аммиак, фреон и др.

Принцип работы холодильной машины непосредственного действия состоит в сжатии паров хладагента в компрессоре до давления 2,5 МПа с выделением большого количества тепла и нагревания хладагента. Сжатый хладагент направляют к конденсатору, охлаждаемому циркулируемой водой, охлаждают, конденсируют и при этом нагревают воду. Сконденсированный хладагент через редукционный клапан поступает в испаритель, где он, быстро испаряясь, поглощает большое количество тепла из шахтного воздуха, проходящего через испаритель. Затем газообразный хладагент возвращают в компрессор.

В системе кондиционирования шахтного воздуха используют стационарные холодильные машины общепромышленного назначения ХТМФ-248-4000 и др. В качестве подземных стационарных холодильных машин, устанавливаемых в камерах, применяют установку 111ХТМ-1300 с хладопроизводительностью 1,5 МВт, расходом охлаждающей воды 5 м3/ч и площадью теплопередающей поверхности 300 м2,/а также установки ХТМФ-235М 2000 (2,3 МВт) и ХТМФ-248-1000 (4,6 МВт). Для местного кондиционирования шахтного воздуха в забоях и выработках используют передвижные кондиционеры ВК 230 (0,23 МВт), КПШ 3 (0,1 МВт) и КПШ 40П (0,05 МВт), а также воздухоохладители конструкции МакНИИ АРВЭ и АЭРП с хладопроизводительностью до 0,3 МВт

В глубоких угольных шахтах можно применять воздушное душирование, сущность которого заключается в том, что на рабочих местах в выработках с малоподвижной атмосферой увеличивают скорость движения воздуха до 2—4 м/с за счет его местной циркуляции при постоянном общем расходе воздуха. Душирование осуществляют переносными взрывобезопасными аппаратами «Ветерок-3» и «Прохлада»  Так как воздушное душирование позволяет уменьшить температуру воздуха только на 2—4 °С, его целесообразно применять совместно с искусственным охлаждением воздуха.

Большое влияние на климатические условия в шахте оказывают правильный выбор вскрытия, подготовки и системы разработки. Для сокращения пути движения вентиляционной струи и соответственно уменьшения ее нагрева вскрывающие и подготавливающие выработки должны иметь минимально возможную длину, а проветривание очистных забоев должно быть обособленным. Время эксплуатации выработок, пройденных по углю, должно быть по возможности коротким, из-за повышенной теплоотдающей способности угольных пластов.