Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок

Подождите немного. Документ загружается.

141

РАЗДЕЛ III

ПРОВЕТРИВАНИЕ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

ГЛАВА 12. РУДНИЧНАЯ АТМОСФЕРА

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Рудничная вентиляция – отрасль горного дела, охватывающая на-

учные основы и технические средства по обеспечению обмена воздуш-

ной среды в подземных горных выработках с атмосферным воздухом.

При перемещении атмосферного воздуха по подземным выработкам

изменяется его физическое состояние (давление, температура, влаж-

ность, плотность), химический состав, происходит загрязнение его ме-

ханическими примесями.

Изменение

состава атмосферного воздуха происходит из-за умень-

шения содержания кислорода и увеличения содержания азота, углеки-

слого газа, метана и ядовитых газов, образующихся при взрывных рабо-

тах, в результате окисления пород и материалов в выработках, дыхания

людей и пр. В воздух поступает минеральная пыль, возникающая при

бурении шпуров, погрузке породы, взрывных

работах.

Основная задача проветривания – это поддержание параметров

рудничного воздуха в заданных пределах.

§ 2. СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА

Рудничный воздух – это смесь атмосферного воздуха, активных газов и

мертвого воздуха (смесь углекислого газа СО

и азота N

при отсутствии

кислорода) или смесь газов и паров, заполняющая горные выработки.

Рудничный воздух, в котором находятся или могут находиться лю-

ди, должен содержать не менее 20 % кислорода по объему и не более

0,5 % углекислого газа.

Газы, которые могут находиться в выработке, обладают следую-

щими свойствами.

Окись углерода СО – газ без

цвета, запаха и вкуса. Содержание

0,3–0,4 % СО по объему смертельно опасно для жизни человека. В 300

раз интенсивнее усваивается гемоглобином крови, чем кислород, из-за

чего и ядовит.

Углекислый газ СО

– без цвета, с кислым вкусом и запахом. Ока-

зывает удушающее воздействие.

142

Сернистый газ SО

– без цвета, с характерным резким запахом горя-

щей серы и сладковатым вкусом. Запах SО

ощущается при концентрации

0,0005 %. Химически очень активен. При содержании 0,002 % разъедает

слизистые оболочки. Ядовит, опасен для жизни при содержании 0,05 %.

При отравлении SО

нельзя делать искусственное дыхание, так как

это может привести к отеку легких.

Сероводород H

S – бесцветный газ с запахом тухлых яиц, весьма

ядовит и взрывоопасен. Ощущается при содержании 0,0001–0,0002 %,

сильно разъедает слизистые оболочки глаза и горла. Основные признаки

отравления H

S – насморк, кашель, металлический вкус во рту, жжение

и боль в глазах, слезотечение, тошнота, головная боль.

Пострадавшего выносят на свежий воздух, кладут на спину на су-

хое место или доски, укрывают теплой одеждой и, если он без сознания,

делают искусственное дыхание.

Окислы азота. Окись азота (NO) – бесцветный газ, который с ки-

слородом переходит в двуокись азота NО

. Образуются при взрывных

работах.

Искусственное дыхание делать запрещено.

Метан СН

– без цвета, запаха и вкуса, не ядовит, горюч, взрыво-

опасен. Наибольшая сила взрыва при концентрации 9,5 %. Взрывчатые

свойства имеет атмосфера с концентрацией СН

от 5 до 14 %.

Рудничный воздух в процессе производства работ насыщен пылью.

Все источники пылеобразования делят на первичные и вторичные.

К первичным относятся источники пылеобразования при разрушении

полезного ископаемого или пород (буровзрывные работы, уборка,

транспортировка пород и др.). К вторичным относятся источники пыле-

образования, при которых поднимается в воздух ранее осевшая пыль

Пыль разделяется на металлическую (железная, медная, цинковая и

др.), минеральную (кварцевая, угольная, известковая, графитная, арги-

литовая, сланцевая и др.) и смешанную.

По крупности частиц (мкм) пыль делится: на микроскопическую –

0,3–0,4; субмикроскопическую – менее 0,3; ультрамикронную (ультра-

тонкие) – 0,01–0,3.

Наиболее вредна для здоровья минеральная пыль, содержащая дву-

окись углерода с диаметром частиц менее 5…10

мк, и более вредна при

диаметре частиц менее 1…2 мк.

Контрольные вопросы

1. Состав рудничного воздуха.

2. Рудничная пыль: источники, характеристика.

143

ГЛАВА 13. СПОСОБЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ЗАБОЯ

§ 1. СПОСОБЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ

В процессе проведения все разведочные выработки по условиям

проветривания относятся к тупиковым, т. е. в них исключается сквозное

движение вентиляционной струи. В зависимости от длины или глубины

выработки и с учетом конкретных горно-геологических и горнотехни-

ческих условий вентиляция таких выработок осуществляется с помо-

щью вентиляторов местного проветривания и вентиляционных труб

скважин, восстающих, а в некоторых случаях путем использования тур-

булентной диффузии и продольных перегородок.

За счет диффузии разрешается проветривание горизонтальных вырабо-

ток протяженностью не более 10 м, а вертикальных – глубиной не более 5 м.

Способы проветривания протяженных, тупиковых горных вырабо-

ток подразделяются на нагнетательный, всасывающий, комбинирован-

ный (рис. 44).

Нагнетательный способ проветривания

эффективен при длине (глуби-

не) выработок до 300 м. При нагнетательном способе свежий воздух подает-

ся по вентиляционному трубопроводу, прокладываемому по всей выработке,

а загрязненный вытесняется непосредственно по выработке. В соответствии

с Правилами безопасности трубопровод должен отставать от забоя не более

чем на 8 м. Основным достоинством способа является то, что свежий

воздух

из трубопровода поступает непосредственно к забою, где работают люди.

Нагнетательный вентилятор устанавливается на расстоянии не ме-

нее 10 м от устья проветривания выработки, иначе часть воздуха исхо-

дящей струи на устье выработки может снова попасть в вентилятор, т. е.

будет происходить рециркуляция.

Если нагнетательный вентилятор устанавливается на сквозной

струе основной

выработки, то для исключения рециркуляции необхо-

димо также, чтобы подача вентилятора не превышала 70 % подачи воз-

духа по основной выработке за счет общешахтной дисперсии.

Недостатком нагнетательного способа является то, что удаляемые

из призабойной части выработки газы, образующиеся при взрывных ра-

ботах, распространяются по всей длине выработки. Это исключает вы-

полнение каких-

либо работ в выработке до окончания ее проветривания.

При всасывающем способе проветривания свежий воздух поступает

непосредственно по выработке, а загрязненный удаляется по трубопроводу.

144

Рис. 44. Схемы проветривания тупиковых выработок:

а – нагнетания; б – всасывания; в, г – комбинированные схемы

с перемычкой и без перемычки

Основной недостаток способа заключается в том, что у забоя не

происходит интенсивного перемешивания воздуха и там могут образо-

вываться области застоя с высокой концентрацией ядовитых газов.

145

Способ нельзя применять в выработках, опасных по взрыву газа

или пыли. Применяется для проветривания камер.

При комбинированном способе проветривания по всей выработке

прокладывается трубопровод, по которому из забоя отсасывается загряз-

ненный воздух, а в призабойной части – дополнительно трубопровод для

подачи к забою свежего воздуха. Таким образом, в комбинированном

способе сочетаются

достоинства нагнетательного и всасывающего.

Нагнетательный вентилятор устанавливается за пределами зоны,

загрязняемой вредными газами и пылью при взрывных работах. Протя-

женность этой зоны определяется расчетом в зависимости от массы

взрываемого ВВ, его свойств и площади поперечного сечения выработ-

ки. В среднем эта величина составляет около 50 м.

Комбинированный способ особенно целесообразен для

проветри-

вания протяженных выработок с большой площадью поперечного сече-

ния. Однако, как и всасывающий, он не может применяться в выработ-

ках, опасных по взрыву газа или пыли.

Проветривание выработок с помощью скважин применяется при

значительной длине горизонтальных выработок (рис. 45), сравнительно

небольшом расстоянии до земной поверхности или при наличии распо-

ложенного

выше разведочного горизонта на разведочной шахте.

Рис. 45. Нагнетательная схема проветривания с использованием скважин:

1 – вентилятор; 2 – вентиляционная скважина; 3 – закрытая скважина;

4 – наклонный ствол; 5 – рассечка; 6 – нагнетательный трубопровод

диаметром 400 мм

Скважины работают преимущественно во всасывающем режиме, а

вентилятор устанавливается над устьем скважины. В соответствии с ПБ

скорость движения воздуха по скважине не ограничивается.

Проветривание может осуществляться через восстающие и другими

схемами.

146

§ 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ЗАБОЯ

Для проветривания разведочных выработок в процессе их проведе-

ния применяют осевые и центробежные вентиляторы. Осевые вентиля-

торы более компактны; при их установке в выработке не возникает не-

обходимость в ее расширении или сооружении специальных камер.

Техническая характеристика вентиляторов

Модель

Диаметр,

мм

Подача,

/с

Масса,

кг

Мощность,

кВт

Расход

воздуха,

/с

ВМЭ-6 630 7 420 25 –

ВМЭ-6/1

630 6,7 495 25 –

ВМЭ-6-30 630 8 430 30 –

ВМЭ-6-30/1

630 7,7 505 30 –

ВМЭ-8 800 10 800 45 –

ВМЭ-8/1

800 9,6 935 45 –

ВМП-4М 400 1,4 70 – 0,092

ВМП-6/1 600 5,2 340 – 0,33

ВОЭ-5 500 3,15 150 7,5 –

Вентиляторы укомплектованы глушителем шума.

Для обеспечения проветривания разведочных шахт применяют

также и центробежные вентиляторы.

Основными аэродинамическими параметрами вентиляторов являются

подача, давление (напор), мощность и коэффициент полезного действия.

У всех вентиляторов с увеличением подачи развиваемое давление

уменьшается. КПД вентиляторов с ростом подачи сначала увеличивается, а

затем начинает падать. Максимальное значение КПД для вентиляторов с

электроприводом

составляет для осевых вентиляторов 0,7–0,8, для центро-

бежных – 0,8–0,86; у вентиляторов с пневмоприводом КПД значительно ни-

же. Оптимальным называется такой режим работы вентилятора, при котором

КПД составляет не менее 0,9 максимального значения.

У осевых вентиляторов потребляемая мощность мало зависит от

подачи, у центробежных эта зависимость выражена резче.

Воздух подается или отсасывается по вентиляционным

трубам. На

горно-разведочных работах широко применяются гибкие вентиляцион-

ные трубы типа М, изготовленные из специальной хлопчатобумажной

ткани с двухсторонним резиновым покрытием – сшивают из нескольких

полотнищ. Один из швов оформляется в виде гребешка, к нему крепятся

металлические крючки, с помощью которых трубопровод подвешивает-

ся к протянутому вдоль выработки металлическому тросу.

147

Эти трубы имеют диаметр 300, 400, 500 и 600 мм и выпускаются

звеньями длиной 5, 10 и 20 м. Для стыковки звеньев в их концы вмонтиро-

ваны стальные разрезные пружинные кольца. Для соединения соседних

звеньев пружинное кольцо одного звена сжимается и вводится внутрь

другого. Распрямившись, пружинное кольцо обеспечивает плотный стык.

Для защиты трубопровода от повреждения при взрывных

работах

на торце трубы у забоя размещаются специальные металлические за-

щитные устройства.

Промышленностью выпускаются также гибкие трубы на основе ка-

проновой ткани, комбинированной ткани (лавсана с хлопком) с покры-

тием резиной или полихлорвинилом. Наряду с гибкими применяются и

металлические трубы. На некоторых предприятиях горной промышлен-

ности – круглые фанерные.

Металлические трубы

свариваются из листа толщиной 2…2,5 мм.

Они выпускаются различных диаметров, в том числе 500, 600 и 800 мм.

Длина труб 2,5 м (Ø 500 мм) или 3,5 м (Ø 600 и 800 мм). Соединяются

между собой в вентиляционный трубопровод с помощью фланцев и

болтов или поясков. Герметичность обеспечивается путем использова-

ния резиновых прокладок.

В горных выработках вентиляционный трубопровод подвешивается

с помощью

хомутов и канатов или размещается на жестких опорах.

Трубы из прорезиненной ткани удобны при транспортировании,

они дешевле металлических.

§ 3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Количество воздуха для проветривания забоя горно-разведочной

выработки можно рассчитать по количеству ВВ, взрываемого за один

прием, по количеству пыли, образующейся в забое, по числу людей, од-

новременно находящихся в выработке, по выделению метана и пр.

Количество воздуха (м

/с), необходимое для разжижения и выноса

вредных газов, образующихся после взрывных работ, определяется по

формуле

∑

где n

– количество выработок (забоев), в которых в течение смены про-

изводятся буровзрывные работы одновременно; Q

, – количество возду-

ха, необходимое для каждой выработки, м

/с.

148

Значение Q

для нагнетательного способа проветривания рассчиты-

вается по формуле В.Н. Воронина:

пр ф

2, 25

AS L B

t К

где А – количество одновременно взрываемых ВВ, кг; S

пр

– площадь по-

перечного сечения выработки в проходке, м

; L – длина выработки, про-

ветриваемой нагнетательным способом, м; b

– объем вредных газов,

образующихся при взрыве 1 кг ВВ, л/кг; t – нормальное время провет-

ривания выработки, мин; t = 1800 с; ψ – коэффициент, учитывающий

обводненность выработки (для сухих выработок ψ = 0,8; влажных –

ψ = 0,6 и для выработок, проводимых по водоносным породам или с

применением водяных заслонов, ψ = 0,3).

При комбинированном способе проветривания при

установке пере-

мычки на расстоянии менее 50 м от забоя количество воздуха можно

определить также по формуле А.И. Ксенофонтовой (для нагнетательно-

го вентилятора):

зпрп

15,6 /QASlt=

при расстоянии до перемычки более 50 м

пр п

112 /

AS l

где l

– длина от забоя до перемычки, м.

При отсутствии перемычки расстояние зоны отброса газов рассчи-

тывается по формуле

пр

Подача всасывающего вентилятора должна быть на 10–15 % боль-

ше, чем нагнетательного, при наличии перемычки и на 20–30 % больше

без перемычки.

По пылевому фактору при отсутствии сдувания пыли с отбитой по-

роды и поверхности выработки в зону дыхания бурильщиков должно

подаваться количество воздуха

заб

tnn

′

−

Для проветривания всей выработки количество воздуха рассчиты-

вается по формуле

149

пр

заб

tPnn

′

−

При наличии сдувания пыли в зоне смешения с отбитой породы и

стенок выработки и отсутствии сдувания в остальной части выработки

заб

Kt n n

′

−

для всей выработки

пр

заб

lL K

tPKnn

′

−

где V – объем зоны смешения, м; K – коэффициент турбулентной диффу-

зии; K

– коэффициент процесса при наличии сдувания пыли, K

= 0,2…0,3;

– начальная концентрация пыли в зоне смешения после взрывных ра-

бот, мг/м

; п'

– начальная запыленность вентиляционной струи, мг/м

; п –

допустимая концентрация пыли в выработке, мг/м

; t – время проветри-

вания выработки, с; l – расстояние от забоя до конца вентиляционного

трубопровода, м.

В условиях непрерывного пылевыделения в зоне работы буриль-

щика для доведения пыли до допускаемой концентрации

заб

()0,61( )

nn dl

′

−+

где N' – интенсивность пылеобразования, мг/с; ξ – коэффициент про-

порциональности, зависящий от числа работающих перфораторов;

ξ = 0,8 для одного перфоратора и ξ = 0,5 – для двух.

Учитывая разжижение запыленного воздуха до нормы за счет ско-

рости омывания забоя, количество воздуха

заб

= VS

пp

где V – скорость воздушной струи (для шахт она принимается от 0,5 до

7 м/с).

Для геологоразведочных выработок ЦНИГРИ предложил формулу

заб

= 0,35S

пр

Количество воздуха для максимального числа людей (m), одновре-

менно находящихся в забое, определяется по формуле

зaб

= 6m.

В дальнейшем в расчетах следует принимать наибольшее значение

зaб

, вычисленное по одной из приведенных выше формул.

150

Общую разность давлений (или энергию), затрачиваемую на пре-

одоление всех сопротивлений шахтных выработок (или выработки)

движению по ним воздуха, можно представить в общем виде (исходя из

уравнения Бернулли):

h = h

ст

± h

± ∆h

ск

где h

ст

= Р

– Р

– статическое давление; h

= ρ

– ρ

– гид-

ростатическое давление (естественная тяга);

ск 11 1 2

hKV KV

Δ= −

–

динамическое (скоростное) давление.

При небольшой скорости движения воздуха значениями ∆h

ск

можно

пренебречь и формулу записать в виде

встдин в

пр

hh hили hV

=+ =

заб

пр

==,

где

пр

заб

LPQ

– коэффициент аэродинамического сопротивления (для

металлических труб α = 0,003…0,0005; для труб из прорезиненной тка-

ни α = 0,00025…0,00035).

В свою очередь, выражение

пр

можно выразить через аэродина-

мическое сопротивление:

пр

Так как периметр

, а сечение трубопровода S = πr

, то

, или

6, 4

Окончательно h = RQ

заб

, подача вентилятора Q

= PQ

заб

, где Р – ко-

эффициент потерь в трубопроводе. Его значение можно определить по

формуле

PdKR

⎛⎞

⎜⎟

⎝⎠

где d – диаметр вентиляционных труб, м; K – удельный стыковой коэффи-

циент воздухопроницаемости труб (для металлических труб при хорошем

уплотнении стыков K = 0,001 – 0,002; при среднем – K = 0,0003…0,0005;