книги из ГПНТБ / Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник

По диаграмме /— d можно установить необходимость поддер­ жания заданных параметров воздуха для летнего и зимнего режи­ мов (рис. 83).

Точка 1 (рис. 83, а) соответствует заданному состоянию воз­ духа, точка 2 — состоянию приточного воздуха и точка 3 — состоя­ нию наружного воздуха.

Если принять, что весь подаваемый воздух забирается снаружи (без рециркуляции), то его состояние определяется точкой 3, и для того, чтобы получить воздух с параметрами точки 1, следует на­ ружный воздух подвергнуть термодинамической обработке с таким расчетом, чтобы снизить его влагосодержание на величину (d3—d x), а энтальпию на (/3—Л ), т. е. воздух должен быть охлажден и осушен.

Точка 1 (рис. 83, б) соответствует состоянию внутреннего воздуха, точка 3 — приточного и точка 2 — наружного. Для полу­ чения приточного воздуха состояния 3 следует обработать наруж­ ный воздух так, чтобы повысить его влагосодержание на величину (d3—d2), а энтальпию на (/3—h ) , т. е. нагреть и увлажнить. Такую обработку воздуха производят в кондиционерах.

Условия кондиционирования воздуха для помещений в зимний и летний период различны. Поступающий в помещение приточный

наружного воздуха до заданных необходимо нагреть его в калори­

В некоторых случаях можно не прибегать к осушению при­ точного воздуха, а только снижать его температуру.

На рис. 84 показана схема простейшего кондиционера. Соглас­ но схеме, наружный воздух в количестве G кгс/ч поступает в

152

кондиционер /, откуда после соответствующей обработки направ­ ляется в помещение II, из которого (уже отработанный) удаляется с помощью вытяжной системы III. Такая схема обработки воздуха называется прямоточной.

Калориферы 2 и 5 первого и второго подогрева в летний пе­ риод выключают. Через приемный воздуховод 1 воздух поступает в оросительную камеру 3 форсуночного типа, а затем в сепара­ тор-каплеуловитель 4. Вентилятор 6 служит для подачи обрабо­ танного воздуха в помещение. Охлаждающая вода из нижней части оросительной камеры насосом 7 прогоняется через испари­ тель холодильной установки 8 и вновь направляется к форсункам. По трубопроводу 9 холодильный агент поступает в испаритель, а по трубопроводу 10 направляется к компрессору холодильной ма­ шины.

процесса обработки воздуха в летнее время. Точка 1 характери­ зует состояние наружного воздуха заданных параметров гнар и фнар, с которыми он поступает в оросительную камеру. В ороси­ тельной камере при соприкосновении воздуха с водой, температура которой равна температуре мокрого термометра, процесс измене­

которую можно достичь при адиабатном процессе (без выпадения

меньше At. Таким образом, адиабатный процесс охлаждения целе­ сообразен при низких значениях срНар наружного воздуха.

153

Выделение пота способствует выведению тепла человеческим орга­ низмом. Интенсивность испарения пота, вызывающего охлаждение поверхности тела, зависит от относительной влажности воздуха и скорости движения воздушной струи. Для усиления потовыделе­ ния рекомендуется больше пить воды с поваренной солью.

Внастоящее время для создания нормальных условий работы

вшахтах ПБ регламентируют температуру и скорость движения воздуха. В рабочих местах (подготовительных, очистных и других

при /= 224-24° С и 2 м/с при / = 244-26° С.

Если температура воздуха более высокая, необходимо прини­ мать меры к ее снижению. При повышении температуры руднич­ ного воздуха выше санитарной нормы на 1°С работоспособность снижается примерно на 4—6%. При температуре свыше 28°С про­ изводительность труда снижается на 35—40%. Высокая темпера­ тура рудничной атмосферы приводит также к возникновению пневмосиликоза.

Улучшить климатические условия можно благодаря организа­ ционно-техническим мероприятиям и применению холодильных установок.

Организационно-технические мероприятия

По климатическим условиям работу большинства шахт можно разделить на три периода:

1 — ведение работ на малых глубинах, когда ухудшения клима­ тических условий отсутствуют;

2 — переходный период, когда климатические условия ухуд­ шаются, но их можно устранить улучшением проветривания; 3 — период, когда создаются климатические условия, требующие

искусственного охлаждения рудничного воздуха.

Необходимость местного искусственного охлаждения может возникнуть и в переходный период. Например, при охлаждении воздуха для частичного проветривания во время подготовки нового горизонта. Основным мероприятием по улучшению климатических условий в переходный период является увеличение количества воздуха и снижение его влажности. Атмосферные условия в вы­ работках шахт переходной глубины могут быть улучшены не при­ бегая к сооружению воздухоочистительных установок кондициони­ рования благодаря борьбе с тепловыделениями и рациональному вскрытию шахт. Однако эти мероприятия ограничиваются опре­ деленными глубинными условиями вскрытия и порядка отработки шахтного поля. Как указывает акад. А. Н. Щербань [22], при проектировании шахт Донбасса начиная с глубины 600 м следует производить тепловые расчеты и при необходимости применять

156

методы предотвращения нагрева воздуха, а также его искусствен­ ного охлаждения. В Донбассе около 15% действующих шахт имеют

§2. СПЕЦИФИКА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

ВГЛУБОКИХ ШАХТАХ

Вусловиях кондиционирования воздуха глубоких выработок шахт может быть применена лишь схема прямоточного кондицио­ нирования, причем по схеме кондиционирования в летний период, когда воздух охлаждается и частично осушается. Применение принципа рециркуляции исключено. Рециркуляция отработанного вентиляционного воздуха значительно усложнит всю схему конди­ ционирования и удорожит ее. Охлаждается весь вентиляционный воздух, поступающий в очистной забой.

Необходимость применения прямоточной схемы требует боль­

шего расхода энергии и более высокой холодопроизводителыюсти. По пути движения воздуха к месту очистного забоя охлажденный воздух нагревается и поэтому после выхода из кондиционера

157

(воздухоохладителя) его температура должна быть установлена с учетом нагрева его по пути движения. Необходимо, чтобы в конце очистного забоя температура воздуха соответствовала бы норма­ тивной и не превышала +26° С.

Возможно также использование дополнительного вторичного охлаждения воздуха при больших перепадах температур в начале и конце вентиляционной струи во избежание очень низких темпе­ ратур в ее начале.

Вентиляционный воздух, поступающий в шахту, имеет боль­ шую относительную влажность. При охлаждении воздуха проис­ ходит тепло- и мас-сообмен. При неадиабатном охлаждении воздух, с одной стороны, отдавая тепло воде, охлаждается, а с другой сто­ роны, при изменении (уменьшении) влагосодержания частично конденсирует свой водяной пар, при этом отдавая теплоту также

ной влажности фг= 100%, то количество отнятого у воздуха тепла составит

А/ = Д — /2 = 22,38 — 13,88 = 8,5 ккал/кгс сухого воздуха.

При этом воздух вследствие охлаждения отдает тепла q = ср(/г — = 0,24-10 = 2,4 ккал/кгс;

а за счет конденсации будет отдано воде тепла

qK= А/ — q = 8,5 — 2,4 = 6,1 ккал/кгс.

Если начальная относительная влажность воздуха будет ниже, то количество отнятого тепла соответственно уменьшится. Поло­

=13,88 ккал/кгс сухого воздуха, qK=

=3,3—2 ,4= 0,9 ккал/кгс.

Барометрическое давление увеличивается примерно на 9 мм рт. ст. глубины по вертикали.

На рис. 87 показан для Донбасса график зависимости коэффа-

158

циента влаговыпадения £ от относительной влажности воздуха ср для давления его рв = 828 мм рт. ст. и />б = 745 мм рт. ст. Давление Р б = 828 мм рт. ст. — среднее давление на глубине порядка 900 м.

§ 3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПУТИ ДВИЖЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА

При выборе и расчете установки кондиционирования воздуха необходимо прежде всего установить, какие факторы влияют на изменение температуры вентиляционного воздуха. Изменение тем­ пературы воздуха может происходить вследствие тепловых, термо­ динамических и химических процессов.

Рассмотрим основные процессы изменения температуры.

1. И з м е н е н и е т е м п е р а т у р ы в с л е д с т в и е с ж а т и я в о з д у х а под д е й с т в и е м с и л ы с о б с т в е н н о г о в е с а .

В глубоких шахтах воздух в стволе подвергается сжатию под дей­ ствием веса воздуха, находящегося выше. Изменение состояния воздуха зависит от глубины и определяется разностью давлений воздуха на поверхности pi и на данном горизонте шахты р%.

Считая процесс сжатия адиабатным, определим повышение температуры по формуле (48)

к—1

где Ti — температура воздуха на поверхности.

Как показывает расчет, изменение температуры в этом случае составляет около 1°С на каждые 100 м глубины.

На глубине шахты 1000 м температура воздуха повысится на 10° С по сравнению с наружным воздухом. Очевидно, при подъеме воздуха вверх за счет уменьшения его давления он будет расши­ ряться и, следовательно, не нагреваться, а охлаждаться.

2. И з м е н е н и е т е м п е р а т у р ы в с л е д с т в и е у в е л и ­ ч е н и я т е м п е р а т у р ы г о р н ы х п о р о д с г л у б и н о й . Возрастание температуры горных пород с глубиной характери­ зуется геотермическим градиентом или геотермической ступенью. Геотермический градиент — изменение температуры породы, при­ ходящейся на 1 м глубины (°С/м). Геотермическая ступень—-число метров глубины, соответствующей повышению температуры на 1°С (м/°С). Необходимо отметить, что отсчет изменения температуры производят от нейтрального горизонта, в котором температура постоянна и не зависит от сезонных изменений температуры на­ ружного воздуха. Глубина залегания нейтральной зоны зависит от места расположения района. Например, для Донбасса она со­ ставляет 25—30 м.

Геотермическая ступень колеблется в широких пределах для различных мест земного шара (от 2 до 200 м,/°С). Для угольных месторождений она обычно составляет 30—35, для рудных

159

45—50 м/°С и выше. Ожидаемая температура пород на глубине Я определяется по формуле

где — среднегодовая температура наружного воздуха, °С;

Я— глубина места определения температуры, м;

Я0— глубина нейтральной зоны;

а — геотермический градиент, °С/м.

При движении по выработке воздух воспринимает тепло от сте­ нок выработки, и чем глубже она расположена, тем выше будет температура воздуха. В свою очередь, это является причиной

и вода. Эти реакции являются экзотермическими. Например, при

движении по штреку воздух, охлаждая добытое полезнее иско­ паемое, будет нагреваться.

Степень нагревания воздуха в значительной степени зависит от способа транспортирования полезного ископаемого и направле­ ния грузопотока по отношению к движению воздуха.

5. И з м е н е н и е т е м п е р а т у р ы в е н т и л я ц и о н н о й с т р у и под в л и я н и е м м а с с о о б м е н а . Изменение темпе­ ратуры вызывается не только теплообменом между породой и воз­ духом, но и массообменом (влагообменом), так как стенки вы­ работки влажные. Кроме того, воздух соприкасается с поверх­ ностью воды в водосточных каналах и других водоемах, при этом происходит влагообмен и с шахтной водой. Направление процессов влагообмена зависит от состояния стен выработки, температуры и давления воздуха, скорости его движения. Теоретически основы теплообмена между водой и воздухом рассмотрены раньше.

изменение температуры рудничного воздуха может произойти вследствие тепловыделения работающих механизмов и людей. Часть работы, затрачиваемой в машинах и механизмах на пре­

160

ширении сжатого воздуха в пневмодвигателях его температура понижается. Однако работа, производимая пневмоинструментом при отбойке, тратится на преодоление сопротивлений и также пере­ ходит в тепло. Следовательно, когда вся работа сжатого воздуха расходуется на преодоление различного рода сопротивлений, вы­ деление теплоты при этом равно тому охлаждающему эффекту, который производит воздух при расширении, и температура воз­ духа фактически не меняется.

Если работа сжатого воздуха используется на преодоление сил тяжести (насосы, подающие воду на поверхность), то с помощью пневмодвигателя вследствие расширения воздуха в нем темпера­ тура воздуха понизится, что будет представлять собой отдачу

зависящих от глубины выработки и различных факторов, дейст­ вующих в шахтах Донбасса. Тепловыделения даны в горных вы­ работках от околоствольного двора до верхнего пункта очистного забоя.

Как видно, важнейшими источниками тепловыделений являются горные породы и окислительные процессы, связанные с наличием

вшахте угля, угольной пыли и деревянной крепи.

Внастоящее время разработаны и применяются различные методы тепловых расчетов рудничного воздуха для определения температуры рудничного воздуха. Существуют и упрощенные спо­ собы тепловых расчетов рудничного воздуха [23].

воздуха на поверхности или в шахте.