Совершенствование разработки соляных месторождений

ного вентиляционного) горизонта 141 воздух попадает в лечебную часть отделения через три вентиляционных канала, параллельно по всем выработкам проветривает его, выходит к вентиляционному ство­ лу и по нему вентилятором общешахтного проветривания подается на поверхность. Вспомогательный вентиляционный горизонт служит для автономной вентиляции санузлов. Полное отсутствие вентиляции в течение суток не вызывает накопления вредных газов (метана, угле­ кислого газа, сероводорода и др.) и не отражается на изменении основных параметров микроклимата.

Проведенные исследования показали, что оптимальным количест­ вом воздуха, способным поддерживать стабильность и лечебное соот­ ношение параметров микроклимата, а также достаточным для пребыва­ ния под землей 160 человек больных и персонала, является I м3/мин на каждого человека. Данная норма подачи воздуха в подземное от­ деление утверждена Министерством здравоохранения УССР и Госгор­ технадзором СССР.

В основу изучения микроклимата подземного отделения были по­ ложены многолетние режимные наблюдения следующих микроклиматичес­ ких факторов: температуры, относительной и абсолютной влажности, скорости движения воздуха, газового состава воздуха (кислород, азот, углекислый газ, аммиак, озон, метан, окись углерода, окислы азота, сероводород, сернистый газ), количественного и качествен­ ного состава аэрозоли, освещенности, шума /2/.

Температура воздуха в подземном отделении составляет в сред­ нем 22,3 °С с годовыми колебаниями среднемесячной температуры 22,2-23,6 °С.

Относительная влажность воздуха в подземном отделении состав­ ляет в среднем 40 % с годовыми колебаниями среднемесячной влажно­ сти от 13 до 76 %; максимальная влажность 78 %, минимальная 13 %.

Из приведенных данных видно, что температура воздуха в под­ земном отделении характеризуется значительной стабильностью, в то время как относительная влажность воздуха существенно изменяется в течение года.

Результаты определения состава воздуха, проведенные в мае

в 15.30 и в 3 часа ночи в присутствии больных. В течение суток

содержание С02 изменялось в пределах 0,3-0,6 % об. У выхода подземного отделения содержание С02 ниже - 0,2-0,5 % об. Га­ зовый состав воздуха у главного ствола и у центрального воздухоподагацего канала не отличается от атмосферного. Метан, окись углерода, озон, аммиак, окислы азота, сернистые ангидриды, серо­ водород не обнаружены.

Атмосферное давление изменялось в пределах 750-770 мм рт.ст. и на 30 мм рт.ст. превышало давление на поверхности. Колебания его в подземном отделении полностью повторяли изменения на поверх­

ности.

В воздухе подземного отделения содержался аэрозоль хлористо­ го натрия с концентрацией 0,5-5,0 мг/м3.

Исследования состава организмов показали низкую микробную обсемененность подземного отделения. Концентрация микроорганизмов в воздухе подземного отделения колебалась в широких пределах. Её колебания полностью соответствуют режиму работы отделения и зави­ сят от нахождения в нем больных и персонала. Период полной реге­ нерации воздуха (по микробной обсемененности) составлял в среднем 4-5 часов.

Как показал опыт длительной эксплуатации подземного отделе­ ния, из всех микроклиматических показателей наиболее динамичным и пригодным для оценки антропогенного влияния на подземную среду является именно микробная обсемененность воздуха подземного ста­ ционара. Динамика изменения этого показателя полностью отражает режим эксплуатации подземного отделения и в меньшей степени зави­ сит от количества находящихся здесь больных.

Основные закономерности распространения стафилококковой мик­ рофлоры принципиально не отличаются от других групп условно-пато­ генных микробов. Более медленное снижение концентрации стафилокок­ ков по сравнению с гемолитической кокковой флорой объясняется вы­ сокой резистентностью стафилококка к неблагоприятным условиям су­ ществования.

Повышение уровня микробной загрязненности объясняется, на наш взгляд, следующими основными причинами:

1)увеличением количества больных, находящихся одновременно

вподземном отделении;

2)отсутствием перерыва между дневными и ночными беансами спелеотерапии;

3)ростом количества вторичных форм галита, снижающих адсор­ бирующие и ионизирующие способности поверхности соляного массива;

4)отсутствием на полу галерей лечебной части подземного от­ деления покрытия из слоя мелкой соли, которая является стабилизи­ рующим буфером;

5)недостаточной очисткой стен и потолка от пыли и вторичных продуктов.

Перечисленные факторы вызывают или усиливают вторичные антропоген­ ные изменения на поверхности горных выработок.

Под антропогенными изменениями авторы понимают все преобразо­ вания, которые произошли с веществом стенок и потолка при проход­ ке и эксплуатации шахты. Они включают механические повреждения, образующиеся в результате буровзрывных работ, применения инстру­ ментов и при физико-химическом перерождении каменной соли в пери­ од использования горных выработок в лечебных целях.

Выделяются две группы антропогенных изменений: горнопроход­ ческие и эксплуатационные. К первой группе относятся механические разрушения и следы обработки стен и потолка отбойным молотком.

Механические разрушения проявились в виде трещиноватости /I/. Своеобразны изменения поверхности горных выработок под воз­

действием отбойного молотка. Поверхность этих полос и желобков покрыта шгенкой из перекристаллизованного галита. При шелушении пленки её края осветляются и разъедаются с последующи?.! измельче­ нием зерен. Галит этого типа, названный пленочным, образует че­ шуйки толщиной 1-2 мм.

Эксплуатационными формами вторичных изменений соляных пород, вызванными пребыванием больных и обслуживающего персонала, явля­ ются оплывание соли, розетковидная, каемочная и сталактитовая формы галита. После уборки соляной дресвы с пола на поверхности пород появились также следы высаливания с образованием землистого галита. Кроме того, на стенках развивается запыленность за счет накопления соляной и бытовой пыли. Развитие антропогенных измене­ ний наблюдалось в течение 5 лет. Результаты показали, что значи­ тельные антропогенные изменения отрицательно влияют на эффектив­ ность лечения больных.

В мае 1987 г. была завершена очистка стен подземного отделе­ ния больницы с помощью комбайна. Геологические наблюдения были

проведены уже в сентябре того же года. Ставилась задача - выявить характер изменений стен палат и коридоров при очистке. Для' этого были размечены полигоны для многолетних наблюдений в контрольных палатах, а также в коридорах, прилегающих к палатам. Кроме того, наблкщался процесс антропогенных изменений на поверхностях пер­ вичной и деформированной соли. Эти процессы уже начались, на по­ верхности первичной соли они проявляются в образовании розетковид­ ного и коркового галитов, а в деформированных участках (желобках) развивается субпленочный галит, переходящий в чешуйчато-субпленоч- ный и корковый.

В среднем соотношение первичной и деформированной соли на полигонах составляет 60 и 40 % соответственно.

Геологические наблюдения, продолженные в 1988 и в 1989 го­ дах, показали, что тенденции к перераспределению форм первичной и деформированной соли нет.

Запыленность наблюдается в течение всего времени эксплуата­ ции подземного отделения. Интенсивность её связана с присутствием людей. За 10 лет функционирования спелеостационара запыление до­ стигло 60 % площади стен, постепенно поднимаясь от пола вверх.

Следует отметить, что запыленность стен происходит одновременно с оплыванием и пыль, представленная частицами галита и бытовым материалом, постепенно захватывается солевым веществом стен. При этом процессе частицы галита перерабатываются кристаллической солью, а бытовая пыль обволакивается соляными компонентами.

За два года после очистки стен подземного отделения оценка профилей запыленности на полигонах показала, что повышения уров­ ня запыленности в спелеостационаре не произошло. Для предупреж­ дения роста запыленностив* спелеостационаре регулярно удаляется пыль со стен палат и коридоров.

Рассмотренные примеры взаимоотношений в системе атмосфера - биосфера - стенки горных выработок лечебных помещений больниц в Солотвино и Величко (ПНР) говорят о возможности оценки антропо­ генного фактора по вторичным продуктам. Авторы не исключают об­ разования вторичных продуктов и в других типах горних выработок и пещер, используемых для лечебных целей (гипсовых, соляных с калийными минералами и др.). Естественно, характер вторичных об­ разований и масштабы их развития будут другими, иными должны быть

Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990

и скорости образования. Особенно сложными по составу, вероятно, будут новообразования в лечебных помещениях, стены которых сло­ жены калийными хлоридно-сульфатными соединениями (сильвин, кар­ наллит, полигалит).

Библиографический список

1.Казанский Ю.П. и др. Геологические аспекты спелеотерапии. Новосибирск, 1986. 79 с.

2.Торохтин М.Д. К механизму действия микроклимата соляных шахт на больных бронхиальной астмой// Вопросы медицинской клима­ тологии и климатографии на курортах. Пятигорск, 1975. С.200-205.

Получено 20.10.89

УДК 622.418:622.413

Р.В.СТАРЦЕВ, Б.П.КАЗАКОВ (Горный институт УрО АН СССР)

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ

Приводятся результаты исследования рас­ пределения тепловлажностных параметров вентиляционного воздуха по главным транспортным штрекам калийных рудников. Проанализированы причины изменения ха­ рактера распределения параметров венти­ ляционной струи в различное время года

исуток.

Всвязи с разработкой системы общешахтного кондиционирования воздуха калийных рудников возникает задача уточнения параметров рудничной атмосферы. С этой целью на рудниках ПО. "Уралкалий” на­ чаты систематические наблюдения за воздушной средой в околоствольном дворе и главных транспортных штреках.

Исходя из того, что создаваемые системы кондиционирования воздуха призваны снизить количество поступающей в выработки вла­ ги, содержащейся в вентиляционном воздухе, основное внимание уде­ лялось изучению распределения влагосодержания воздуха по -длине

пути и зависимость его от суточных колебаний параметров подавае­ мого в рудник возлуха.

Термовлажностные параметры рудничного воздуха измерялись по нескольким маршрутам: по северному и южному транспортным штрекам рудника ЕКПРУ-2 на расстоянии до 5 км и на руднике БКЗ-4 по глав­ ному южному и юго-восточному транспортным штрекам до 7 км. Замеры проводились в i-ю, 2-ю и 3-ю смены в течение двух недель в летний и осенний сезоны.

Получены зависимости распределения параметров воздуха по дли­ не выработок. По всем трем маршрутам зависимости имеют характер­ ный вид, показанный на рисунке.

Полученные результаты значительно отличаются от данных дру­ гих исследователей /I/. Процессы тепло- и массообмена между стен­ ками выработок и вентиляционным воздухом не прекращаются на рас­ стоянии 2,5 км от околоствольного двора и далее продолжаются до 4.5- 5 км, так как именно на этом расстоянии стабилизируется опре­ деляющий параметр - температура стенок горных выработок. Напри­ мер, в летний период днем снижение влагосодержания на расстоянии 2.5- 5 км от околоствольного двора составляет 25 % от общего сни­ жения влагосодержания на пути от околоствольного двора до 5 кмг На расстоянии около 2 км стабилизируется лишь один параметр - относительная влажность вентиляционного воздуха.

Все рассмотренные случаи тепло- и массообмена в выработках можно разделить на три группы: подсушивание выработок, выпадение конденсата и перенос воздухом влаги из одной части выработки в другую. Выпадение конденсата наблюдалось в летнее время днем (рис.,#). Перенос конденсата вдоль выработки отмечен как в ноч­ ное время летом, так и осенью без обработки подаваемого возлуха в калориферах (рис.,г5\ 6). Подсушивание выработок происходило при работе калориферов в осеннее время. Такое изменение направ­ ления процесса массообмена связано с различным соотношением пара­ метров вентиляционного воздуха и температуры стенок выработок.

Конденсация паров из вентиляционного возлуха начинается при критической относительной влажности . Для того, чтобы отно­ сительная влажность воздуха при определенном влагосодержании до­ стигла Укр необходимо, чтобы воздух при соприкосновении с по­ верхностью выработок охлаждался до соответствующей критической

температуры t . Для негигроскопичной поверхности выработок эту температуру можно определить по I -d -диаграмме влажного воздуха как температуру точки росы (^ = 100 %) для данного влагосодержания. Пренебрегая в первом приближении термическим сопротивлением образующейся пленки конденсата, критическую температуру стенок, при которой начинается конденсация паров из воздуха данного влагосодержания, можно считать равной этой tK p . И наоборот, по тем­ пературе стенок выработок можно определить критическое влагосодер-

жание вентиляционного воздуха,при котором начнется выпадение конденсата на поверхности выработок.

Для калийных рудников, характерной особенностью которых явля­ ется высокая гигроскопичность поверхности выработок, критическая влажность отлична от 100 % и составляет для различных пород от

55 % для карналлита до 75 % для N a d /2/. Для приближенного оп­ ределения критического влагосодержания воздуха, при котором начи­ нается выпадение конденсата, можно также воспользоваться Z-cf- диаграммой. По известной температуре поверхности выработок и по­ стоянной в первом приближении для данной породы критической влаж­ ности У/ср определяется критическое влагосодержание вентиляци­ онного воздуха, при превышении которого начинается конденсация, а при влагосодержании ниже критического происходит испарение. Однако для водорастворимых пород, из которых состоят поверхности выработок в калийных рудниках, этот процесс осложняется зависи­ мостью <fjcp от насыщенности конденсационных рассолов, образую­ щихся на стенках. При конденсации происходит разбавление рассола

на поверхности пленки и критическая влажность повышается, при ис­ парении - снижается. Таким образом, взаимосвязь критических вла­ госодержания и температуры определяется лишь приблизительно.

Тем не менее можно рассмотреть четыре типа теплообменных процессов, протекающих в горных выработках:

I. При температуре подаваемого воздуха более высокой, чем у стенок выработок околоствольного двора, и влагосодержании больше критического соответствующем температуре поверхности выра­ боток, начинается выпадение конденсата, относительная влажность во всем сечении выработки постепенно устанавливается равной кри­ тической. Такое изменение параметров воздуха наблюдалось в период съемок в летное время днем (см.рис.,а ). Параметры воздуха стаби­

лизируются после стабилизации температуры стенок (которая выше з прогретых выработках околоствольного двора и снижается по пути движения воздуха) и достижении воздухом по всему сечонию струи соответствующего этой температуре критического влагосодержалия. Для исследованных маршрутов стабильное влагосодержаняе около 5 г/кг устанавливается на расстоянии 4,5-5 км от околоствольного

жаний в околоствольном дворе и на расстоянии б км от кого состав-, ляла 0,5 г/кг. Однако в выработках, расположенных дальше иссле­ дованной зоны, dKp имеет меньшее значение, и набранная влага

е н ов ь выпадает. .Таким образом происходит миграция влаги ьдсъы выработок.Выноса влаги из рудника ъ целом не происходит

3. Перенос влаги вдоль выработок происходит также в случае, когда температура подаваемого воздуха ниже температуры стенок выработок околоствольного двора и влагосодержание ниже критичес­

без обработки калориферами (см.рис., 6 Ч6).

4. Если температура вентиляционной струи ниже температуры

ся до критического для этой тэг-щературы.

Учитывая вышесказанное, можно сделать следующие выводи:

I. При разработке систем обцешахтного кондиционироватгия в духа нужно выбирать экономически целесообразные его параметры.

2.Определяющую роль в динамике изменения параметров воздуш­ ной струи по длине пути играет распределение температуры стенок выработок. Это распределение изменяется во времени и зависит от параметров вентиляционного воздуха. Можно экспериментально уста­ новить, как температура стенок выработок зависит от длины и вре­ мени года. Однако при работе системы общешахтного кондиционирова­ ния воздуха эти зависимости будут друтими.

3.При проведении климатических съемок значение параметров

подаваемого вентиляционного воздуха на расстоянии 4,5-5 км от ствола практически оставалось постоянным. Следовательно, основной эффект от работы системы общешахтного кондиционирования воздуха следует ожидать на расстоянии до 5 юл от ствола. В связи с этим следует рассмотреть возможность создания нескольких систем осуше­ ния воздуха по пути движения вентиляционной струи с выбором опти­ мального расстояния между ними.

4. Для достоверного прогнозирования и регулирования парамет­ ров воздуха необходимо экспериментально установить взаимосвязь критических температуры и влажности для пород различной структуры и состава и найти коэффициенты, определяющие скорость теплообмен­ ных и массообменных процессов.

Библиографический список

1. Лужецкая Н.Д. Исследование микроклимата и уточнение мето­ дики его расчета для условий калийных рудников на примере Верхне-

Получено 20.10.89