книги из ГПНТБ / Рудничная вентиляция учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов канд. техн. наук М. Н. Бодягин.1960 - 23 Мб
.pdf
Канд. техн, наук М. Н. БОДЯГИН |
Экземпляр |
|
чит, зая^ |
РУДНИЧНАЯ
ВЕНТИЛЯЦИЯ
Допущено Министерством высшего образования СССР
в качестве учебного пособия
•для студентов горных вузов и факультетов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ
Москва 1960
Рецензенты: Кафедра рудничной вентиляции |
|||
Московского горнего института и доценты кан |
|||
дидаты |
технических наук А. Ф. |
Милетич |
и |
Г. В. |
Дуганов (Днепропетровский |
горный |
ин |
ститут) .
АННОТАЦИЯ
Книга состоит из двух частей: рудничная атмо сфера и вентиляция шахт.
В первой части рассмотрены: химический состав и физическое состояние рудничного воздуха и причины их изменения; роль вентиляции как средства борьбы с газами, пылью и высокими температурами.
Во второй части книги изложены теоретические основы и инженерные средства обеспечения вентиля ции шахт.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов горных вузов и факультетов.
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ НАУЧН-ТЕКНИЧЕСКАЯ
БИБЛИОТЕКА СССР
ПРЕДИСЛОВИЕ
Воздух, поступающий из атмосферы в горные выработки шахты, претерпевает в них существенные изменения: теряет часть кислорода, загрязняется вредными и горючими газами
ипылью, увлажняется и в определенных условиях нагревается,
врезультате чего может стать малопригодным для дыхания. Кроме того, воздух вместе с другими компонентами может обра зовывать взрывоопасные смеси. Чтобы обеспечить надлежащие санитарно-гигиенические и безопасные условия труда в горных выработках, в них необходимр производить непрерывное обнов ление воздуха.
Основной задачей курса вентиляции является освещение тео ретических основ и практических путей обеспечения нормального состава и состояния рудничной атмосферы в горных ’выработ
ках.
Рассматривая проветривание как непрерывный процесс, ав тор подробно изложил вопросы вентиляционных расчетов сетей как теоретической основы управления проветриванием действую щей шахты.
Отдельные вопросы вентиляции, например борьба с газом, борьба с рудничной пылью и др., в настоящее время разрабо таны весьма широко и полно. Поэтому в книге помещен только тот материал, который следует считать минимальным в соот ветствии с бюджетом времени студента.
Для студентов разных специальностей требуется различная степень освещения отдельных вопросов вентиляции. В связи с этим, в отличие от имеющихся общих для разных специально стей учебников А. А. Скочинского и В. Б. Комарова «Рудничная вентиляция» и П. И. Мустеля «Вентиляция шахт», данный
3
курс рассчитан на студентов и инженеров специальности
разработки пластовых, главным образом угольных месторож дений.
Автор выражает признательность рецензентам книги — со трудникам кафедры рудничной вентиляции Днепропетровского горного института тт. Г. В. Дуганову и А. Ф. Милстичу; сотруд никам кафедры рудничной вентиляции Московского горного ин
ститута профессору А. И. Ксенофонтовой и |
доц. А. А. Хареву |
и ответственному редактору канд. техн, |
наук К. 3. Уша |
кову. |
|
Все замечания и рекомендации по содержанию книги будут приняты автором с благодарностью.
Часть первая
РУДНИЧНАЯ АТМОСФЕРА
Г л а в а I
РУДНИЧНЫЙ ВОЗДУХ
§ 1. ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ ВОЗДУХА ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО ГОРНЫМ ВЫРАБОТКАМ
Атмосферный воздух. Сухой атмосферный воздух на поверх ности земли представляет собой смесь газов довольно постоян ного состава. Обычно по объему в нем содержится;
азота (N2) .......................................................................................... |
|
|
|
78.08% |
|
кислорода (О2)............................................................................ |
|
|
. 20,95% |
||
аргона (Аг2)......................................................................................... |
|
|
|
|
0,93% |
углекислого газа (СО2).............................................................. |
|
|
|
0,03% |
|
водорода, неона, гелия, криптона, ксенона, озона |
и |
|
|||
газообразных радиоактивных веществ |
(эманации i) |
|
|||
суммарно..................................................................................... |
|
|
|
0,01 % |
|
В воздухе содержится также некоторое количество водяных |
|||||
паров. |
химического состава |
атмосферного |
воздуха |
||
Постоянство |
|||||
обусловлено: его |
огромной массой; |
непрерывным |
перемешива |
||
нием; взаимным |
уравновешиванием |
происходящих в |
природе |
||
процессов поглощения и выделения кислорода. |
заполняющая |
||||
Рудничный воздух — это смесь газов и паров, |
|||||
горные выработки. Факторы, обусловливающие постоянство со става атмосферы на земной поверхности, в горных выработках отсутствуют. Поэтому атмосферный воздух, поступающий в гор ные выработки, изменяет в них свой химический состав. Воздух
загрязняется: газами, образующимися при производственных процессах, например при взрывании; продуктами разложения органических и неорганических веществ; газами, выделяющи
мися из полезного ископаемого и боковых пород. Абсолютное количество кислорода в воздухе уменьшается вследствие нали чия в шахте процессов окисления и горения, выделения и обра зования в выработках различных газов, дыхания людей и др.
1 Эманация (лат. emanatio) — истечение.
5
Учитывая эти обстоятельства, можно считать, что рудничный воз дух состоит из трех составных частей: 1) атмосферного воздуха
такого же состава, как поступающий в шахту с земной поверх
ности; 2) мертвого воздуха — смеси |
азота и углекислоты, со |
||
держащихся в рудничном воздухе в |
избыточном по сравнению |
||
с атмосферным воздухом количестве, |
и 3) активных газов, кото |
||
рые в состав атмосферного воздуха |
не входят, а |
поступают |
|
в рудничную атмосферу в шахте (метан и др.). |
|
|
|
Интенсивность образования мертвого воздуха и его состав |
|||
для разных шахт различны. |
атмосфере |
нормально про |
|
Содержание мертвого воздуха в |
|||
ветриваемых рудничных выработок колеблется |
от |
долей про |
|
цента до 4%, а в изолированных, непроветриваемых выработ
ках — до 80—90% и более. |
|
|
5—15% СО2 |
||
Обычный состав мертвого воздуха следующий: |
|||||
и 95—85% N2, но он может быть и иным, например при выделе |
|||||
нии из пород СО2 и N2. |
шахты |
индекс мертвого |
|||
Однако для каждой определенной |
|||||
воздуха |
„ |
со2 |
|
изменение можно |
|
A = -j^ — величина постоянная и ее |
|||||
считать |
за |
показатель нарушения |
нормального |
газообмена |
|
в шахте.
Различны также для каждой шахты состав и интенсивность поступления в рудничную атмосферу активных газов.
Так как химический состав рудничного воздуха весьма важен с точки зрения обеспечения нормальных санитарно-гигиениче ских и безопасных условий труда горняков, существующие Пра
вила безопасности 1 устанавливают определенные нормы содер жания в рудничном воздухе различных газов и нормы подачи свежего атмосферного воздуха в шахту.
§ 2. ПОСТОЯННЫЕ |
СОСТАВНЫЕ |
ЧАСТИ |
РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА |
|
1. Кислород (О2) |
|
|
Кислород — газ |
без цвета, |
запаха и |
вкуса; молекулярный |
вес его 32; удельный вес относительно воздуха 1,11; жидкий и твердый кислород имеет бледно-синюю окраску; температура кипения —183°, температура плавления —219°. При нормальных условиях л кислорода весит 1,43 г. Растворимость кислорода в воде незначительна, при температуре 20° в 100 объемах воды растворяется около 3 объемов кислорода.
Кислород — очень активный химический элемент, легко сое диняется с весьма многими веществами. В свободном состоянии кислород содержится главным образом в атмосферном воздухе, а в связанном виде входит в состав различных органических и минеральных веществ.
1 Здесь и далее имеются в виду «Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах». Углетехиздат, 1958.
б
Кислород необходим для дыхания и горения.
Поступающая в легкие человека венозная кровь освобож дается в них от углекислоты и обогащается кислородом.
В выдыхаемом воздухе приближенно содержится (включая инертные газы) 79% N2, 17% О2, 4% СО2. При этом объем вы дыхаемой углекислоты обычно не соответствует объему погло
щенного в легких кислорода.
Отношение объема выделившейся при дыхании углекислоты
- |
|
! СО, \ |
называется дыха |
к объему поглощенного кислорода |
|
||
тельным |
или респираторным |
коэффициентом — ДК. |
|
Обычно дыхательный коэффициент находится в пределах 0,8—0,9. Он может возрастать до единицы и даже больше при выполнении человеком тяжелой физической работы.
Количество кислорода, которое человек поглощает из воздуха через легкие, при прочих равных условиях зависит от парциаль ного давления кислорода.
Нормальное снабжение организма кислородом происходит при атмосферном давлении около 760 лш рт. ст. и содержании кис
лорода в воздухе около 21%, при этом парциальное давление
кислорода равно 160 мм рт. ст.
Благодаря способности человеческого организма приспосаб ливаться к изменению внешних условий дыхание возможно и при меньшем содержании кислорода. Нижним пределом, когда
при соблюдении определенных условий дыхание еще возможно,
считается содержание кислорода 9—12%. В условиях подземных работ при понижении содержания кислорода до 17% у человека появляется одышка, сердцебиение, а падение концентрации О2
ниже 12% следует считать смертельно опасным.
По Правилам безопасности на шахтах СССР содержание
кислорода в воздухе действующих выработок должно быть не
менее 20% по объему.
Правила безопасности капиталистических стран дают различ ные нормы допустимого содержания О2 в действующих выра ботках. Наиболее распространенной нормой содержания кисло рода в выработках является 19%. Повышенное содержание кис лорода в воздухе при нормальном давлении не представляет для человека опасности. Человек может дышать чистым кисло родом в течение нескольких часов. Однако он раздражающе дей ствует на легкие. Ингаляция пострадавших кислородо-углекис- лотной смесью с содержанием 50—60% кислорода широко используется в медицине.
Смесь кислорода с 3—4% СО2 применяется для восстанов ления дыхания у пострадавших при отравлении окисью угле рода.
Уменьшение содержания кислорода в воздухе, который пере мещается по горным выработкам, происходит в основном за счет процессов медленного окисления различных органических и не
7
органических веществ (крепежного леса, пород, полезного иско паемого), рудничных пожаров и взрывов гремучего газа и пыли,
а также присоединения газов, выделяющихся |
в |
выработках |
в готовом виде или образующихся в них (СО2, |
СН4 |
и др.). |
После взрыва и при пожарах, а также в непроветриваемых или слабопроветриваемых подземных выработках содержание кислорода может понизиться до 1—3%; вход в эти выработки грозит моментальной смертью. Поэтому при осмотре таких вы работок необходимо производить предварительное опробование
Рис. 1. Схема переносного определителя кислорода кон струкции МакНИИ
атмосферы пламенной бензиновой лампой завода «Свет шах тера» или переносными газоанализаторами.
Приближенно можно считать, что при содержании О2, рав ном 19%, сила света бензиновой лампы понижается на 2/з, а при содержании кислорода 18—16,5% лампа гаснет.
Точный анализ рудничного воздуха на содержание кислорода
периодически производится в лаборатории. |
непосредственно |
||
Для |
определения содержания |
кислорода |
|
в горных |
выработках пользуются |
переносным |
газоопреде- |
л и телем кислорода конструкции МакНИИ. Прин
цип действия прибора основан на измерении уменьшения давле ния заключенной в герметической камере пробы воздуха после поглощения из нее кислорода.
Прибор (рис. 1) состоит из следующих основных частей: со суда 1, заполненного аммиачным раствором хлористого аммо
ния; трехходового крана 2, при помощи которого изолируют или соединяют реакционную камеру 3 с мембранным манометром 4
или с атмосферой; патрона 5 с химическим поглотителем ХПИ
8