книги из ГПНТБ / Машковцев И.Л. Проветривание горных выработок
.pdfМеры борьбы о внезапными выбросами включают следующие
основные |
мероприятия: |
а / |
проведение передовых дренажных скважин и возведение |
каркасной крепи при вскрытии опасного пласта ; |
|
б / |
применение систем разработки с минимальным количе |
ством нарезных выработок : |
|
в / |
нагнетание воды в пласт ; |
г / |
применение сотрясательного взрывания, т . е . по спе |
циальному паспорту о целью искусственного вызова внезапного выброса ; способ имеет недостатки: возможны сильные выбросы о нанесением большого ущерба шахте и воспламенение газа ;
д / |
опережающая разработка защитного пласта, находяще |
||
гося не |
далее 60 м от основного - |
на крутом |
падении и 45 - |
100 м - |
на пологом ; |
|
|
е / |
освоение предупредительных |
признаков |
внезапных вы- |
брооов / по |
характеру геологических |
нарушений - тектоничес |
кий раздув, |
флексура и др. ; сухости |
угля ; шумовым эффектам |
- шипение, |
свист, треск ; усиленному |
давлению кровли на |
крепь ; осыпанию утля ; пониженной его крепости ; увеличению газовыделения и давления газа / ;
ж/ использование критерия опасности |
|
|
Л і * Р т « , - < 9 { * , |
П 0 / |
|
где Ртах - |
давление газа в скважине ; |
|
f - |
коэффициент крепости угля |
|
При Пё > 0 возможны внезапные выбросы при вскрытии пласта, В качестве основных мер по суфлярному выделению метана
являются дегазация и бурение опережающих дренажных скважин.
§ 4. Рудничная пыль
I . Условия, источники и показатели образования пыли в горных выработках. Пыль как профессиональная вредность и источник образования взрыва
Рудничная пыль - мелкие и мельчайшие частицы полезного ископаемого и пустой породы /о т I мм и до долей микрона/,
взвешенные в воздухе или осевшие на боках, почве и кровле выработок.
Вмеоте о воздухом взвешенные частицы образуют аэрозо
ли или газодисперсные системы. |
Эти системы разделяются на |
||||||||
собственно пыль / |
размер частиц |
> |
10 |
мк / , |
частицы |
пада |
|||
ют с |
возрастающей |
скоростью ; туман |
/ |
J0 - |
0,1 |
мк / , |
чао- |
||
тицы |
оседают с постоянной скоростью ; • |
щ м |
/ |
< |
О,I мк/, |
||||
частицы не оседают, они подобны |
газовым молекулам. |
|
|||||||
Данные о скоростях и времени снихѳния частиц пыли удельного веса 2,5 с высоты I и в спокойном воздуха сле дующие:
Диаметр частицы |
Скорость снижения, |
Время оседания |
|||||
100 |
|
|
I |
|
мм/сек |
|
|
мк = |
мм |
786 |
1,3 сек |
||||
тег |
|||||||
10 |
мк |
S |
I |
мм |
7,86 |
2,2мин |
|
100 |
|||||||
|
|
. . — . |
|
|
|
||
Го мк |
- |
I |
ми |
0,0786 |
3часа |
||
|
1000 |
||||||
0 ,1 |
мк _ |
I |
—мм |
0,000786 |
Почти.не оседают, |
||
|
|
|
10000 |
|
дым |
||
О
Указанные данные свидетельствуют о том, что больиинство частиц может относительно долро находиться в рудничном воздухе, если при этом учесть движение вовдуха по выработкам.
Источники образования рудничной пыли делятся на пер
вичные |
- образование |
ныли при добычных |
процессах |
и вторич |
|
ные - |
подъем осевшей |
ныли. Кроме этого |
возможен |
зѳнос пыли |
|
в атмосферу шахт и карьеров о поверхности рудника. |
|||||
Количество |
пыли, |
образующейся из тонны или м3 отбитой |
|||
мяосн; называется |
удельным выходом / г /т , г/м 3 / . |
Количест |
|||
во пыли, выделяющейся при данном процессе в единицу време ни, называется интенсивностью пылеобразования.
ІЛя |
выемки ѵгля комбайном |
или с |
помощью |
||
буровзрывных работ удельный выход и интенсивность равны |
|||||
соответственно |
150 г /т |
и 90-150 г/м 3, |
200-600 |
и 150-240 |
|
г/мин. |
|
|
|
|
|
Количество |
пыли, |
приходящейся на |
I |
м3 рудничного воз |
|
духа, называется концентрацией пыли или |
запыленностью |
||||
/м г/м 3, г/м 3 / . |
|
|
|
|
|
При скорости движения рудничного воздуха до 5 м/сек концентрация пыли ^коло комбайна в Донецком бассейне со-, ставляет около 2500, в Карагандинском бассейне - І200мг/м3.
Атмосфера, содержащая |
100 мг/м3 пыли и более, считается чрез' |
|||
вычайно запыленной. |
|
|
|
|
Пыль угля, боковых пород, хлопковая, |
сахарная и другая |
|||
является не |
ядовитой. |
К ядовитым относится |
пыль свинцовая, |
|
марганцовая, |
ртутная |
и др. |
|
|
Вредное действие на человека неядовитой пыли заключа |
||||
ется в проникновении |
частиц |
размером 0,5 - |
5 мк в легкие |
|
и образование там фиброзной |
ткани /грубой |
соединительной |
||
ткани/^ не участвующей в дыхании. Частицы размером больше 5 мк заносятся в легкие редк5.
Кроме этого обязательным условием для появления пневмокониозов /заболеваний легких под действием пыли/ являет ся присутствие в пыли S l0 z.
Наиболее опасным заболеванием легких считается сили коз, вызываемый кварцевой пылью. Встречаются также заболе вания типа антракоз /угольная пылъ/, сидоро-силикоз /желез н а я пыль/ и др.
Обыкновенный силикоз развивается в среднем за 5-8 ле . Одгако, бывает быстродействующий силикоз, при котором пере ход из одной стадии в другую происходит быстро /срок забо
левания гт 1 , 5 - 2 |
года/, а также поздний силикоз, |
возни |
|
кающий вездавданно, |
когда человек уже давно оставил |
работу, |
|
связанную с Аылыо. Это более редкая форма силикоза. |
о |
||
При любой форме силикоза ее симптомами являются боль |
|||
в груди, кашель и в |
зависимости от |
времени развития |
болез |
ни одышка при большом напряжении, |
небольшом и в спокойном |
||
состоянии. |
|
|
|
Хорошо организованная борьба о запыленностью воздуха, а также осмотр и обследование рабочих, предоставление им , дополнительных отпусков, питания и создание хороших жилищ ных условий привели к резкому сокращению числа рабочих, заболеваемых пневмококиозами в СССР,
Основными причинами взрывчатости пыли многих веществ являготск: большая поверхность соприкосновения с 02, спосооность присоединять его и выделять при нагревании много го рючих веществ. Температура воспламенения, например, уголь
ной пыли составляет |
700-800°, продуктов |
взрыва 2300-2500°. |
||||||
Сила взрыва пыли увеличивается в 8-10 |
раз и скорость рас |
|||||||
пространения в 2 - |
3 раза при наличии |
в |
шахте сужений и |
|||||
загроможденности |
выработок. |
|
|
|
|
|||
|
Пределы взрывчатости угольной |
пыли ото30 - 40 |
до Ï500 |
|||||
-2000 |
г/м 3. Максимальной силы взрыв |
соответствует |
концен |
|||||
трации 112 г/м 3. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Взрывчатость пыли зависит от содержания в ней летучих. |
|||||||
Так, |
при Ѵг |
< |
10% пыль не взрывает |
, |
при Ѵг > |
10% взры-г |
||
вает. |
Цо V/ |
= іь% пыль слабрвзрывчата. |
Максимальной сила |
|||||
взрыв |
соответствует |
Ѵг,/ Равному около |
20%. |
* |
||||
|
Пыль взрывается при крупности от |
10 |
до 1000 мк. |
|||||
Максимальной силы взрыв может наступить при крупности пыли
около |
75 мк. |
|
Содержание в пыли золы уменьшает ее взрывчатость. |
Наоборот,присутствие СН^ увеличивает, приблизительно в |
|
2 - 3 |
раза. |
|
2. Нормы запыленности рудничной атмосферы |
|
Санитарно-гигиенические нормы для шахт при S LÛ&V* |
10%: содержание породной ныли не должно превышать 2 мг/м3, угольной - 10 мг/м3.
Для карьеров нормы более детализированы и не являются такими жесткими, как на тахтах. Источники пылеобразования здесь находятся в окружении больших масс воздуха и посто янно контактируют с ними. Данные о нормах запыленности карьеров приведены в табл.З .
|
|
|
Таблица 3 |
|
S ù O & . % |
Пыль |
. Норма, мг/м3 ■ |
||
более |
75- |
породная |
|
I |
10 - |
70 |
_ И ^ |
■ |
2 |
|
||||
более |
10 |
угольная |
|
2 |
менее |
10 |
И |
|
2 |
|
|
|||
нет |
|
It |
• |
10 |
|
|
|||
О
. В ряде зарубежных стран санитарно-гигиеническая норма
установлена по скоплению в |
I |
м3 рудничного воздуха частиц |
|||
-наиболее |
опасной |
крупности |
/0 ,5 - |
5 мк/. Так, породной пы |
|
ли должно |
быть не |
больше 450 |
частиц, антрацитоЕс-й - 600 и |
||
прочей - |
850. |
|
|
|
|
Безопасная норма определяется п® содержанию летучих. |
|||||
Их должно |
быть нео более 10%. |
При |
Ѵг >■ 10# пыль должна |
||
быть испытана в экспериментальной установке на взрывчатость. 3, Основы динамики аэрозолей
Осуществление успешной борьбы с пылью в горных выра ботках требует знания некоторых закономерностей по движе нию пылевых частиц, их осаждению и повторному переходу в аэрозольное состояние.
Большие исследования в области динамики аэрозолей про ведены советскими учеными Бурчаковым Л.С., Баренблатом Г .И ., Шепелевым С.Ф ., Скобуновым В .В ,, Гращенковым Н.Ф. и
да.
Траектории движения частиц пыли в пространстве вырабо
ток представлены |
на ри с.5. Расчеты |
траекторий частиц могут |
быть произведены |
на вычислительных машинах или способом |
|
численного интегрирования. |
° |
|
В первом приближении движение частиц пыли от пылеис точника по выработке можно представить следующим образом. От пнлеисточпика - к стенкам выработки, удар о них, после
дующее, движение и гравитационное осаждение. Встречается и другой характер движения частиц, пыли;
Рис.5. Характер движения пылевых частиц в подготовительной забое:
I - комбайн; 2- крепь; У- отбитая горная п орода;^ —• угол раскрытия
струи
Концентрация пыли в поперечном сечении выработки за висит от изменения скоростей .движения воздуха /скоростей пульсации воздуха/ в этом сечении, т .е . от турбулентной диффузии.
Концентрация пыли
|
PXD f - |
—— ^ ~ |
|
/ И / |
|
О-'*J у |
|||
С у - С Z o eX P ( |
0 M ^ R |
|||
|
о |
! |
л |
' |
где £ |
е |
|
||
концентрация |
пыли у почвы выработки,мг/м3 ■ |
|||
V j |
скорость осаждения пыли, |
м/сек ; |
||
урасстояние от почвы до стенки выработки, м^/сек ; У - кинематическая вязкость,м2/сек ;
|
R e |
число Рейнольдса, при /? е |
> 2300 |
движение |
|
|
|
воздуха турбулентное. |
|
|
|
|
Изменение |
концентрации по длине выработки, определяю |
|||
щее отложение |
пыли на стенках,находится |
из выражения |
|||
|
|
- |
Ѵп |
|
/12/ |
|
|
- « ■ h f ( |
p |
|
|
|
С * - С , - Ю |
|
|
|
|
где |
C0 - |
запыленность воз,духа ѣ |
начальном |
сечении ; |
|
К- коэффициент осаждения пыли, для пластов Дон басса изменяется от 0,01 до 0,17 ;
Л - расстояние от начального речения, м ;
^- коэффициент пропорциональности между относи тельным падением концентрации пыли и рассто янием между двумя близко расположенными сече ниями ;
Ѵг - скорость движения пылевых частиц, м/сек ; \/ср- средняя скорость воздуха в выработке, м /сек .
Наблюдениями в лавах установлено, что при скорости воздуха 0,3 - 0,7 м/сек быстрое снижение запыленности за комбайном происходит на расстоянии 20-30 м.
Помимо гравитационного осаждения пыли существует оса ждение частиц аэрозоля под действием электростатических сил,
.так как в воздухе находится примерно 45'/ положительно и от рицательно заряженных частиц и 5 - 10/ нейтральных. Если пылинка и препятствие заряжены разноименно, то частиЦа бу дет притягиваться к препятствию и оседать из воздуха.
Осаждение пылинок улучшается, если в качестве препят ствия воспользоваться водяными каплями, которым можно при дать ориентированный заряд. Придание каплям заряда и раз брызгивание их производят с помощью специальных форсунок.
Имеет место также и инерционное осаждение пыли на руд ничные стойки вблизи пнлеисточника. Суть его состоит в сле дующем. Более крупные частицы пыли при подходе к стойке двигаются по инерции, ударяются о стойку и задерживаются па нёй, в то время как поток воз,духа обходит ее.
Подъем осевшей пыли происходит в том случае, когда сила воздушного потока превышает молеку.лярнукі силу притя-
жения пылинки к удерживающей поверхности. |
Количество пыли, |
||||||
сдуваемой |
|
воздушным потоком, |
содержащим |
пылинки, |
соизмери |
||
мые с |
осевшими янлинками, может |
быть найдено из |
выражения |
||||
|
|
|
( / = ß p S (ІГіГкр) , |
nr/с е к |
, |
/1 3 / |
|
где |
ß |
- |
параметр, характеризующий размеры частиц ; |
||||
|
ß |
- |
плотность воздуха, |
кг.сек'Ѵм'* ; |
о |
||
|
S |
- |
площадь запыленной |
поверхности, м^ ; |
|
||
ifjtp- критическая скорость воз,пуха, при которой на чинается с-лувание пыли, м/сек .
|
Д л я о ч и с т н ы х |
з а б о е в у г о л ь н ы х ш а х т н а и м е н ь ш а я запылен |
||
н о с т ь |
в о з д у х а в о з м о ж н а п р и с к о р о с т и с т р у и 1 , 5 |
- 1,6 м/сек. |
||
С уменьшением скорости до 0,9 м/сек запыленность воздуха |
||||
мало увеличивается |
и только при дальнейшем снижении ско |
|||
рости |
запыленность резко растет. |
|
||
|
Для горизонтов |
грохочения и скреперования рудных шахт |
||
-минимальная скорость воздуха, обеспечивающая |
вынос пыли, |
|||
равна |
0,5 - 0,75 |
м/сек. |
|
|
|
В подготовительных забоях шахт наименьшая запыленность |
|||
достигается, при скорости движения воздуха 0,'3 |
- 0,5 м/сек. |
|||
|
В карьерах запыленность атмосферы находится в зависи |
|||
мости |
іик от скорости, так и направления ветра. |
|||
|
При скорости ветра 3 м/сек занос пыли в карьер может |
|||
доходить до 30$ от общего пылеобразования. |
|
|||
'Движение ветра, |
например, от думпкара |
/или автоса |
||
мосвала/ в сторону кабины экскаватора может привести к заиылению последней.
|
4. |
Меры борьбы с рудничной |
пылью_ |
|
|||||
Для повышения эффективности борьбы с пылью проводит |
|||||||||
ся |
комплекс |
мероприятий, |
выполняемых |
одновременно. |
|||||
Она начинается с поверхности, |
где предусматриваются озеле |
||||||||
нение |
и асфальтирование территории, |
закрепление |
почвы и |
||||||
отвалов, соблюдение санитарно-защитных разрывов |
и другие |
||||||||
мероприятия, |
предотвращающие вход запыленного воздуха в |
||||||||
шахту или карьер. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
При добыче угля получили распространение предваритель |
||||||||
ные мероприятия, предусматривающие |
борьбу с |
пылью. Это кон |
|||||||
струирование и создание машин крупного |
скола, а |
также наг |
|||||||
нетание в пласты воды и растворов. |
|
|
|
|
|||||
|
Предварительное увлажнение ведется из скважин диамет |
||||||||
ром 40-50 мм. Давление жидкости 10-80 |
атм. Различные добав |
||||||||
ки в |
вода /.мачиватель |
да, |
£ і |
и д р/ |
и растворы |
/жидкое |
|||
стекло, Са C i%и д р ./ |
позволяют |
в отдельных |
случаях снизить |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
37 |
крепость угля, его самовозгораемость и газовыделенпе, а также повиситъ радиус предварительного увлажнения.
Борьба с пылью на местах ее образования в очистных и подготовительных выработках включает мероприятия., предусма тривающие бурение шпуров и скважин с сухим пылеулавливани
ем /р и с .6 /, промывкой |
водой или воздушно-водякой смесью, |
||
применение |
гидромин |
на воде /5 -6 л воды на I |
м2 сечения |
выработки/ |
или растворе Мх ОН /вес раствора |
равен пяти |
|
весам ВВ/, |
форсунок, |
туманообразователей /р и с ,7 / и аспи |
|
рационных |
фильтров. |
|
|
I - скважина с коронкой; 2- эиектор; 3- емкость инерционного осаждения; Ф- емкость с тканевый фильтром для тонкой очистки: 5- перфоратор; 6— пылеотсасывавщий шланг; 7- промежуточные шланги; 8- майомотр; 9 - кран; 10емкость со
сжатым воздухом
Аспирационные фильтры включают пылеприемний откры тый или ^герметический, вентилятор и фильтр. Улавливание пылй может «роизводится ісак тканевыми Фильтрами, так и с по мощью инерционного метода, ультразвука, гидроакустического и др.
Эффективными являются средства борьбы с образованием
пыли, устанавливаемые непосредственно на очистных и про ходческих машинах.
38
I - I
|
Рис.7. Туманообразователъ ТОН-5: |
|
а / |
установка в забое: I - хуманообразователь; |
|
2- |
шпур; 3- клин; 1\~ трос; |
5- воздухопровод; |
6- |
водостав; 7- кран; 8- бронированные шланги; |
|
б / |
конструкция: I - головка; |
2' и 3- регулирующая |
втулка; |
соединительная втулка; 5- обратный |
клапан; |
6- рарпылительная перфорированная трубка; |
|
7 и 8- водяной и воздушный штуцеры |
На рис.8 показана схема р а ^ ! ^ рециркуляционной уста новки ВостНИИ, работаюіірй на ковшовых погрузочных машинах типа ПГО1-4, Засасываемый с конвейера запыленный воздух, орО^- шается водой и направляется на ряд пластин, на которые про исходит инерционное осаждение пыли. Запыленность воз,духа около машины снижается с 60-70 до 3-3,5 мг/м3.