Проветривание выработок и борьба с пылью


Общие понятия. Горные выработки проветриваются потоком атмосферного воздуха под действием естественного или искусственно создаваемого давления (напора).
Различают статическое, динамическое и полное давления воздушного потока.
Статическое давление (напор) — это давление, под действием которого совершается движение воздуха; оно проявляется в воздействии на поверхность стенок трубопровода и измеряется в гс/м2 или в мм вод. ст.
Динамическим или скоростным давлением (напором) называют давление движущегося потока воздуха на плоскость, расположенную поперек оси потока, не воспринимаемое стенками трубопровода.
Полным давлением (напором) называют сумму статического и динамического давлений.
Перемещение воздуха в выработках или трубопроводах осуществляется при разности давлений на входе и выходе, называемой потерей статического напора, или статической депрессией.
Расходом (дебитом) называют количество воздуха, проходящее за единицу времени через сечение выработки (трубопровода); расход воздуха выражается в м3/с, м3/мин и м3/ч и соответственно называется секундным, минутным и часовым расходом.
Движение воздуха в воздуховоде может осуществляться в ламинарном или турбулентном режимах. Ламинарный режим характеризуется тем, что отдельные струи или слои воздуха в потоке, движутся параллельно друг другу и не перемешиваются между собой. Характеристикой турбулентного вихревого режима является хаотическое движение и интенсивное перемешивание различных слоев перемещающегося воздуха. В горных выработках воздух перемещается в турбулентном режиме.
Движение воздуха по воздуховодам. Перемещаясь по воздуховоду, под которым понимается трубопровод или горная выработка, воздух встречает на своем пути различные сопротивления, для преодоления которых необходим соответствующий напор. Сопротивления, встречаемые потоком воздуха при движении, составляются в основном из сопротивления трения о стенки воздуховода и так называемых «местных» сопротивлений.
Сопротивление трения в воздуховоде при турбулентном движении воздуха выражается
Проветривание выработок и борьба с пылью

где ав — коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода, кгс*с2/м4;
L, P и S — соответственно длина (м), периметр (м) и площадь поперечного сечения (м2) воздуховода;
Q — количество перемещаемого воздуха, м3/с.
Величина коэффициента аэродинамического сопротивления зависит от поперечных параметров воздуховода и шероховатости образующих его поверхностей.
Появление местных сопротивлений обусловлено изменениями скорости и направления воздушного потока. В результате этих изменений в потоке увеличивается интенсивность вихревого перемешивания, на что и расходуется дополнительный напор. Местные сопротивления возникают при резких («внезапных») расширениях или сужениях воздуховодов и поворотах их под различными углами.
В целях снижения местных сопротивлений переходы в воздуховодах устраивают плавными, а повороты закругляют.
В формуле (Х.1) величина авLP/S3, являющаяся постоянной для данного воздуховода, называется сопротивлением воздуховода и обозначается буквой R. Однако измерять сопротивление горных выработок этой величиной неудобно, так как она выражается в тысячных долях, поэтому пользуются единицей измерения сопротивления мюргом (μ):
Проветривание выработок и борьба с пылью

Схемы проветривания выработок. В оптимальном варианте вентиляции комплекса подземных горных выработок этот комплекс соединяется с земной поверхностью не менее чем двумя выработками (например, стволами или штольнями). При этом одна из них используется для подачи в подземный комплекс выработок атмосферного (чистого, свежего) воздуха, другая — для отвода из комплекса выработок загрязненного («отработанного») воздуха.
Напор воздуха, необходимый для преодоления сопротивлений выработок, создается или за счет «естественной тяги», или вентиляторами (рис. 80).
Проветривание выработок и борьба с пылью

Естественной тягой называют перемещение воздуха в горных выработках за счет гравитационных сил; этот способ применим при наличии разности высотных отметок устьев двух или большего числа выработок, выходящих на земную поверхность. Депрессия естественной тяги равна разности удельных давлений столбов воздуха одинаковой высоты AB и CD (см. рис. 80), но имеющих различную температуру. В холодное время года температура наружного воздуха ниже температуры воздуха в горных выработках, плотность воздуха в столбе AB (а следовательно, и удельное давление столба) будет выше, чем в столбе CD, вследствие этого воздух в горных выработках будет перемещаться от устья штольни к устью ствола. В летнее время при более холодном воздухе в горных выработках (по сравнению с атмосферным) будет наблюдаться обратное явление. В высокогорных рудниках естественная тяга составляет иногда до 30—50% от общешахтной депрессии. Естественная тяга помогает работе вентилятора, если ее направление совпадает с направлением потока воздуха, подаваемого вентилятором.
Проветривание комплекса подземных выработок сквозным воздушным потоком является весьма эффективным. Таким образом осуществляется проветривание шахт в период эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Аналогичные схемы проветривания могут применяться в процессе строительства шахт, а также в процессе разведки месторожений при значительных комплексах подземных горноразведочных выработок.
Соединение выработок между собой может быть параллельным, последовательным, диагональным (рис. 81) и комбинированным.
Проветривание выработок и борьба с пылью

При проведении комплекса горноразведочных выработок они преимущественно располагаются по последовательной схеме. В последовательном соединении, при котором выработки расположены одна за другой, через каждую выработку проходит одно и то же количество воздуха Q. Общее сопротивление всех выработок R или μ равно сумме сопротивлений отдельных выработок. Общая депрессия последовательно соединенных выработок равна сумме депрессий отдельных выработок.
Однако не всегда возможно создать сквозную струю для проветривания выработки или комплекса выработок. В процессе проходки выработки только один ее конец (устье) выходит на земную поверхность или в другую ранее пройденную выработку. Такие выработки называют тупиковыми.
В процессе строительства шахт и проведения горноразведочных выработок приходится осуществлять проветривание (в данном случае этот термин предпочтительнее термина «вентиляция») тупиковых выработок. В простейшем случае проветривание неглубоких шурфов может осуществляться с использованием скоростного напора ветра. Для этого над устьем шурфа устанавливают раструб (зонт), соединенный с трубопроводом, опущенным в шурф (рис. 82, а).
Проветривание выработок и борьба с пылью

Когда устье тупиковой выработки выходит в другую выработку, проветриваемую сквозной струей, то при длине тупиковой выработки не более 10 м она может проветриваться за счет турбулентной диффузии. При большей длине тупиковой выработки ее можно проветривать за счет общешахтной депрессии, применяя перегородки и трубопроводы (рис. 82, б, в).
Во всех других случаях проветривание осуществляется с помощью небольших вентиляторов,, называемых вентиляторами местного проветривания. Их устанавливают в горных выработках или на земной поверхности. На рис. 83 показана схема проветривания ствола вентилятором, установленным на поверхности около устья; аналогично проветривают и шурфы.
В процессе проходки стволы и шурфы предпочтительнее проветривать, нагнетая в них воздух по трубопроводу (нагнетательный способ проветривания). Горизонтальные и наклонные подземные выработки проветриваются нагнетательным, всасывающим и комбинированным (нагнетательно-всасывающим) способами.
Проветривание выработок и борьба с пылью
Проветривание выработок и борьба с пылью

При нагнетательном способе проветривания: (рис. 84, а) тупиковой выработки свежий воздух подается из. сквозной выработки вентилятором по трубопроводу. Нагнетательный способ проветривания характеризуется высокой эффективностью, однако удаляемый из тупиковой выработки воздух попадает в сквозную струю воздуха и загрязняет ее.
Всасывающий способ (рис. 84,б) отличается от нагнетательного тем, что свежий воздух из сквозной выработки поступает в тупиковую выработку и засасывается из призабойного пространства в трубопровод с помощью вентилятора. Всасывающий способ проветривания менее эффективен; он неприменим в выработках, опасных по газу (во избежание взрыва метано-воздушной смеси в вентиляторе в случае искрообразования). Однако к достоинствам этого способа следует отнести то, что, выдавая загрязненный воздух по трубам, избегают загрязнения воздуха в тупиковой и сквозной выработках.
Комбинированный способ (рис. 84, в), при котором проветривание производится нагнетательным и всасывающим вентиляторами, характеризуется высокой эффективностью; его применяют при проведении тупиковых выработок значительной протяженности и требующих интенсивного проветривания. При этом перед нагнетательным вентилятором обычно устанавливают перемычку. Перемычки используют для преграждения движения воздуха. В горно-разведочных выработках устанавливают дощатые или гибкие надувные (из полиэтиленовой или полихлор-виниловой пленки) перемычки. В дощатых перемычках при необходимости устраивают вентиляционные двери для пропуска людей или вагонеток, двери изготовляют деревянными или металлическими.
При интенсивной откатке в выработке устанавливают перемычки с автоматически открывающимися и закрывающимися дверями.
При проведении штольни устье выработки выходит непосредственно на земную поверхность и с помощью вентиляторов, устанавливаемых в штольне или на поверхности, можно удалять из выработки загрязненный воздух и подавать в нее атмосферный нагнетательным, всасывающим и комбинированным способами.
Проветривание одной или комплекса разведочных выработок большой длины, вследствие значительных по своей величине сопротивлений, весьма затруднено. В ряде случаев в практике горноразведочных работ проблема проветривания длинных выработок (например, штолен) решается с помощью вентиляционных скважин, пробуриваемых в земной поверхности до встречи с проводимой выработкой.
Расчеты количества воздуха для проветривания тупиковых выработок. Расчет необходимого количества воздуха для проветривания горных выработок производится в соответствии с правилами безопасности, исходя из необходимости удаления из выработок газов и пыли и обеспечения норм воздуха для работающих в выработках людей.
В общих случаях горноразведочных работ проветривание горных выработок рассчитывают, исходя из условий выноса и разжижения до безопасных концентраций газообразных продуктов взрыва ВВ. Количество газообразных продуктов взрыва принимается пропорциональным расходу BB за одно взрывание. Суммарный объем газов, выделяемых при взрыве 1 кг BB, пересчитывается на условную окись углерода по токсическим коэффициентам:
Проветривание выработок и борьба с пылью

Количество воздуха при нагнетательном способе проветривания определяют по формуле
Проветривание выработок и борьба с пылью

где t — принимаемое время проветривания выработки, мин;
А — количество взрываемого BB, кг;
S — площадь поперечного сечения выработки, м2;
L — длина выработки, м.
Расчет количества воздуха при всасывающем способе проветривания проводят по формуле
Проветривание выработок и борьба с пылью

Эти формулы используют для приблизительных расчетов принимая, что количество ядовитых газов, образующихся при взрыве 1 кг BB, составляет 40 л; при более точных расчетах применяют другие формулы.
При комбинированном способе проветривания определяют количество воздуха, подаваемого в выработку нагнетательным вентилятором. Количество воздуха, отсасываемое вторым вентилятором, принимается на 25% больше расчетного Qн.
Рассчитанное по одной из приведенных формул количество воздуха проверяют по числу работающих в забое N, исходя из нормы на 1 человека q = 6 м3/мин, по формуле
Проветривание выработок и борьба с пылью

В выработках, опасных по газу, проводится соответствующий расчет количества подаваемого воздуха для разжижения CH4 или CO2 до допустимых концентраций. Также рассчитывается количество воздуха по пылевому фактору для снижения концентрации пыли до санитарных норм.
При разведке радиоактивных месторождений в атмосферу выработки поступают продукты радиоактивной эманации (радон, торон, актион). Наибольшую опасность для здоровья работающих представляет радон. Основным средством защиты от радона является усиленная вентиляция. Расчет количества воздуха в этих выработках производится по количеству выделяемого радона.
Завершается расчет количества воздуха проверкой на минимально допустимую (в соответствии с правилами безопасности) скорость движения его по выработке, равную 0,15 м/с.
В связи с этим полученное при расчетах минимальное количество воздуха должно быть
Проветривание выработок и борьба с пылью

Вентиляционные трубопроводы. Вентиляторная установка для проветривания тупиковых выработок состоит из вентилятора с двигателем и вентиляционного трубопровода.
Для проветривания выработок применяют трубопроводы, смонтированные из гибких или жестких труб.
Гибкие трубы изготовляются из прорезиненной ткани или текстовинита (ткань, покрытая полихлорвиниловой пластмассой и лаком). В некоторых зарубежных странах применяются нейлоновые трубы со специальными кольцами жесткости или трубы из поливинилхлоридной пленки. Гибкие трубы имеют небольшую массу, легко транспортируются, плотно соединяются друг с другом с помощью стальных пружинящих колец, имеющихся в их торцах, и шарнирного хомута с рычажным замком. Прорезиненные трубы применяются в нагнетательных трубопроводах в горизонтальных и наклонных горных выработках, в которых они подвешиваются на крючках к растянутым тросам или проволоке. Гибкие трубы изготовляются длиной 5, 10 и 20 м, диаметром 212, 300, 400, 500 и 600 мм. При проходке стволов шахт прорезиненные трубы применяются обычно только на конце (призабойной части) жесткого трубопровода. В последнее время в шахтных стволах применяются и гибкие трубопроводы из текстовинитовых труб.
Жесткие трубы изготовляются из обычной листовой или оцинкованной стали. Длина труб 2—4 м, диаметр 300, 400, 600 мм и более. Соединение труб фланцевое; для сокращения утечек воздуха между фланцами прокладываются резиновые, картонные или тканевые прокладки. В горизонтальных и наклонных выработках металлические трубы подвешиваются к крепи, а в вертикальных — обычно на подвесных канатах (рис. 85). При проведении разведочных выработок вентиляционные трубы иногда изготовляют из деревянных досок или фанеры.
Проветривание выработок и борьба с пылью

Значения коэффициента аэродинамического сопротивления: (ат) для трубопроводов могут быть приняты следующими:
Проветривание выработок и борьба с пылью

Потеря напора, вызванная сопротивлением трубопровода,, определяется по формуле
Проветривание выработок и борьба с пылью

где L и d — соответственно длина и диаметр трубопровода.
При эксплуатации текстовинитовых и металлических трубопроводов наблюдаются утечки воздуха через неплотности соединений труб. Эти утечки оцениваются коэффициентом потерь, определяемым по формуле
Проветривание выработок и борьба с пылью

где kу — коэффициент стыковых утечек, принимаемый в зависимости от качества сборки трубопровода в пределах от 0,0001 до 0,001;
l — длина звена трубы, м.
Для гибких трубопроводов коэффициент потерь принимают пропорционально длине трубопровода
Проветривание выработок и борьба с пылью

Деревянные и фанерные трубопроводы характеризуются повышенными потерями, величина которых зависит от качества изготовления и монтажа.
Депрессию трубопровода определяют по формуле
Проветривание выработок и борьба с пылью

Выбор вентилятора производится по расчетным количествам необходимого для проветривания воздуха и депрессии трубопровода. При расчете проветривания тупиковых забоев депрессией выработок пренебрегают, так как по сравнению с депрессией трубопровода она очень мала.
Вентиляторы. Для проветривания горных выработок применяют центробежные и осевые вентиляторы.
Центробежный вентилятор (рис. 86, а) состоит из рабочего колеса 1, насаженного на вал и располагающегося в улиткообразном кожухе 3. Воздух, поступающий в вентилятор через патрубок 2, захватывается лопастями вращающегося рабочего колеса, под действием центробежной силы выбрасывается в диффузор и через патрубок 4 выходит из вентилятора.
Центробежные вентиляторы характеризуются высоким статическим напором при сравнительно небольшом числе оборотов рабочего колеса, они надежны в работе. К недостаткам следует отнести более низкий по сравнению с осевыми вентиляторами к.п.д. и большие габариты. Центробежные вентиляторы устанавливают на земной поверхности около устья проходимой выработки (штольни, шурфа, ствола).
Проветривание выработок и борьба с пылью

Осевой вентилятор (рис. 86,б) состоит из цилиндрического кожуха 1, в котором размещается электродвигатель 2 с насаженным на вал рабочим колесом 3, выполненным по типу пропеллера. Co всасывающей стороны перед рабочим колесом располагаются предохранительная сетка 4 и обтекатель 5. Для выпрямления закрученного рабочим колесом воздушного потока в вентиляторе монтируется спрямляющий аппарат 6. Кожух вентилятора с торцовых сторон имеет фланцы для присоединения к вентиляционному трубопроводу.
Осевые вентиляторы компактны, имеют более простую конструкцию и более высокий к. п. д. Однако для создания осевым вентилятором большого напора необходимы высокие скорости вращения рабочего колеса. Вследствие этого рабочие органу вентилятора быстро изнашиваются и, кроме того, при работе вентилятора создается шум. Для проветривания тупиковых забоев осевые вентиляторы устанавливаются непосредственно в горных выработках или на земной поверхности около их устья. При проветривании выработок большой длины между частями вентиляционного трубопровода последовательно устанавливаются несколько осевых вентиляторов. Данные о вентиляторах местного проветривания приведены в табл. 34.
Проветривание выработок и борьба с пылью

Помимо перечисленных вентиляторов, для проветривания шурфов применяют портативные центробежные вентиляторы СВЦ-4А. Эти вентиляторы изготовляют с взаимозаменяемыми приводами, в результате чего несколько меняется их характеристика (табл. 35).
Вентилятор СВЦ-4А легко разбирается на транспортабельные блоки; максимальная масса блока 16,5 кг. В шурфопроходческих агрегатах используют центробежные вентиляторы Ц4-70-2,5 и Ц13-50-2 с мощностью электродвигателей 0,6—1,5 кВт, масса вентиляторов 35—42 кг.
Меры пылеподавления. Проветривание выработок является одним из действенных мероприятий по очищению рудничного воздуха от пыли. Однако следует иметь в виду, что воздушный поток сдувает уже осевшую на стенках выработок пыль, повышая таким образом запыленность рудничной атмосферы. Исходя из этого скорость движения воздуха в выработках должна быть в пределах 1—2 м/с, при этой скорости выносится мелкодисперсная пыль и не сдувается осевшая пыль.
Для снижения пылеобразования при производственных процессах в горных выработках применяют различные технические средства: подавление и улавливание образующейся пыли, осаждение и улавливание поступившей в воздух пыли и предотвращение поднятия в воздух ранее осевшей пыли.
Значительное количество пыли образуется в процессе бурения шпуров (особенно перфораторного). Эффективным средством пылеподавления является бурение с промывкой. Мельчайшие частицы образующейся пыли недостаточно хорошо смачиваются водой и поэтому поступают в рудничный воздух. Хорошая смачиваемость пыли достигается при добавлении в промывочную воду 0,1—0,3% поверхностно-активных веществ — смачивателей: ДБ, ОП-7, ОП-10, мылонафта и др.
Проветривание выработок и борьба с пылью

При отсутствии воды или при отрицательных температурах подавление пыли в процессе бурения может осуществляться воздушно-механической пеной, образуемой из растворов поверхностно-активных веществ, или отсасыванием пыли из шпура и осаждения ее в фильтрах.
При работе отбойных молотков снижение пылеобразования достигается использованием специальных конструкций отбойных молотков с орошением (МОО-10); вода, пропускаемая через форсунки, расположенные в стволе молотка, распыляется и орошает пространство вокруг пики.
При взрывной отбойке количество образующейся пыли может быть снижено за счет применения внутренней водяной забойки (полихлорвиниловые ампулы с водой или 5%-ным раствором NaCl, размещаемые в шпурах вместо обычной забойки) или внешней водяной забойки (за 20—30 мс перед взрывом шпуров в забое взрываются заряды в 25—30-литровых пластиковых мешках, заполненных водой и подвешенных в выработке).
Пылевое облако, образующееся при взрывных работах, можно осадить и водяными завесами, устраиваемыми на расстоянии 8—15 м от забоя. Для распыления воды используются специальные форсунки. С целью пылеподавления в процессе погрузки и транспортировки породу орошают.
Контроль за состоянием рудничной атмосферы. Систематический контроль за режимом проветривания, загазованностью и запыленностью рудничного воздуха, его влажностью и температурой, проведение мероприятий по улучшению рудничной атмосферы обеспечивают нормальные санитарные условия, безопасность работ и повышение производительности труда в горных выработках.
Проветривание выработок и борьба с пылью

В качестве прибора для замера статического, динамического и полного напоров воздуха используются штуцера и трубки, среди которых универсальностью отличается трубка Пито (рис. 87,а). Составными частями ее являются тонкая изогнутая металлическая трубка 1, вставленная в другую трубку 2; вследствие разницы диаметров между трубками образуется кольцевая камера 3. Обе трубки соединены между собой наконечником 4, вблизи которого в трубке 2 имеются боковые отверстия 5. Трубка устанавливается в воздухопроводе изогнутым концом против потока воздуха. Боковые отверстия 5 воспринимают статический напор; центральный канал 6 служит для восприятия суммарного (полного) напора. Канал трубки, воспринимающий статический напор, обозначают знаком (-), а воспринимающий полный напор — знаком (+). Оба канала патрубками 7 и 8 соединяются с манометрами.
Проветривание выработок и борьба с пылью

Простейшим манометром (рис. 87,б), получившим название депрессиометра, является водяной U-образный манометр. Депрессиометр состоит из изогнутой стеклянной трубки 1 и рамки 2, на которой имеется шкала 3 для отсчета воспринимаемого напора в мм водяного столба. Измерение скорости движения воздуха, являющейся важным параметром эффективности проветривания выработки, производится приборами, называемыми анемометрами. Крыльчатые анемометры (рис. 88,а) используются для замера скорости воздуха в пределах от 0,1 до 5 м/с. Чашечные анемометры (рис. 88,б) — для изменения скоростей воздуха от 1 до 20 м/с. Анемометры имеют счетчики числа оборотов крыльчатки или чашечной вертушки, по которым определяют скорость движения воздуха в выработке. Для изменения средней скорости включенный анемометр перемещают по поперечному сечению выработки, замеряя скорости в различных точках. Замерщик производит измерение скорости, стоя лицом навстречу воздушному потоку и держа анемометр в вытянутой вперед руке. При этом воздушный поток, обтекая тело замерщика, отжимается к стенкам выработки. Поэтому при определении средней скорости воздуха вводят поправочный коэффициент
Проветривание выработок и борьба с пылью

По средней скорости воздушного потока и площади сечения выработки определяют количество воздуха, проходящего через выработку в единицу времени.
Газовый состав рудничного воздуха можно определить непосредственно в горной выработке с помощью переносных приборов— газоанализаторов или других средств, а также в лабораторных условиях путем тщательного анализа взятых в выработках проб воздуха.
Действие газоанализаторов основано главным образом на быстрых реакциях газов с различными реагентами; так, например, засосанный с помощью портативного меха в газоанализатор ГХ воздух, содержащий CO, NO2 и другие газы, меняет цвет твердого реактива, находящегося в индикаторной трубке прибора. Простым и надежным индикатором для определения непосредственно в выработке содержания в рудничном воздухе кислорода, углекислого газа и метана является бензиновая лампа. Содержание определяют по яркости горения бензиновой лампы. С уменьшением содержания кислорода сила света снижается (ори содержании О2 = 20% наблюдается снижение силы света на 30—35%, при содержании O2= 19% — на 70%, а при содержании O2≤18% лампа гаснет).
С увеличением содержания углекислого газа сила света бензиновой лампы также уменьшается (при содержании СO2 = 1/1,5% она уменьшается на 30%, при содержании CO2 = 2—3% — на 60—70%, при содержании С02 = 3—4% лампа гаснет).
Способ определения содержания метана в воздухе с помощью бензиновых предохранительных ламп основан на том, что при наличии этого газа пламя лампы удлиняется, а при прикрученном фитиле над коротким пламенем появляется ярко-голубой ореол. Удлинение пламени и высота ореола пропорциональны концентрации метана в рудничном воздухе:
Проветривание выработок и борьба с пылью

По действующим «Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах» метан замеряют сначала при нормальном пламени лампы и, если оно не удлиняется выше сетки, уточняют содержание метана при прикрученном фитиле. По правилам безопасности контроль рудничного воздуха должен производиться не реже одного раза в месяц.
Анализы на содержание O2, CO, CO2 и окислов азота обязательны при применении взрывных работ. Определение содержаний H2S и SO2 должны производиться в зависимости от характеристик пород. Замеры CH4 должны производиться во всех выработках, опасных по газу, не менее трех раз в смену.
Запыленность рудничного воздуха определяется с помощью специальных приборов — пылемеров. Температура воздуха в горных выработках измеряется обычными ртутными термометрами, а влажность — психометрами.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru ©
При цитировании информации ссылка на сайт обязательна.
Копирование материалов сайта ЗАПРЕЩЕНО!