книги из ГПНТБ / Горное дело учеб. пособие для горных техникумов

установленных санитарных порм. В противном случае его называют з а г р я з н е н н ы м .

Степень загрязнения воздуха в шахтах зависит от характера производственных процессов, скорости движения воздуха по горным выработкам, газоносности окружающих выработку пород и склон­ ности их к окислению.

Рассмотрим свойства основных газов рудничного воздуха.

К и с л о р о д (О.,) — газ без цвета, запаха и вкуса. Удельный вес его относительно воздуха 1,11. Кислород легко соединяется с про­ стыми и сложными газами, поддерживает горение и дыхание.

Уменьшение содержания кислорода в рудничном воздухе проис­ ходит вследствие процессов окисления крепежного леса, сернистых руд и пород, а также рудничных пожаров, взрывов газов и пыли, дыха­ ния людей.

При понижении содержания кислорода в воздухе до 17% у чело­ века наблюдается одышка и учащенное сердцебиение, при содержа­ нии ниже 12% рудничная атмосфера становится смертельно опасной. Согласно правилам безопасности, содержание кислорода в действу­ ющих горных выработках должно быть не менее 20% .

А з о т (N 2 ) — газ без цвета, запаха и вкуса; удельный вес отно­ сительно воздуха 0,97. Он не поддерживает дыхания и горения. Увели­ чение содержания азота в рудничном воздухе происходит вслед­ ствие гниения органических веществ, взрывных работ и выделения

он скапливается обычно у почвы выработок. При небольшим про­ центном содержании в воздухе (0,1—0,2%) углекислый газ стимули­ рует дыхание, но при дальнейшем увеличении действует отравляюще.

10% наступает обморочное состояние, при 20—25% возможно смер­ тельное отравление. Предельное содержание углекислого газа в руд­ ничном воздухе действующих забоев не должно превышать 0,5% , а в общей исходящей струе шахты 0,75%.

Углекислый газ в шахте обычно образуется при гниении крепеж­ ного леса, окислении пород, а также выделяется в свободном виде из горных пород и рудничных вод. Второстепенными источниками

и вкуса. Удельный вес его 0,97. Окись углерода горит на воздухе характерным голубовато-синим пламенем; при содержании в воз­ духе СО от 13 до 75% образуется взрывчатая смесь, которая имеет наибольшую силу взрыва при содержании СО в воздухе около 30% . Окись углерода является наиболее частой причиной отравления.

Различают три степени отравления окисью углерода: 1) слабое,

его вес 0,554%, поэтому легко скапливается вверху выработки. В воде он растворяется плохо; не ядовит, но дыхания не поддержи­ вает. Содержание метана в рудничной атмосфере до 5% безопасно для человека, но при 24% дыхание затрудняется, а при 40—43% насту­ пает смерть.

Наиболее характерным свойством метана является его способ­

концентрации более 16% смесь метана с воздухом перестает быть

стицы полезного ископаемого и пустой породы, которые длительное время могут находиться во взвешенном состоянии в воздухе горных выработок.

Рудничная пыль может быть причиной взрывов рудничной атмо­ сферы и ряда профессиональных заболеваний. Пыль, образующаяся в железорудных шахтах, не взрывается, но может вызвать профессио­ нальные заболевания, называемые пневмокониозами: асбетоз, сили­ коз, антракоз, вызываемые вдыханием соответственно асбестовой, кремниевой и угольной пыли.

Рудничная пыль образуется при буровых (50—85% пыли), взрывных работах (40—20%), доставке руды из забоя и погруз очноразгрузочных работах (10—5%). Инженерно-технические мероприя­ тия по борьбе с пылью включают: эффективное проветривание, бурение шпуров и скважин с промывкой водой, применение распыленной воды для предупреждения образования и осаждения пыли, сухое пылеулавливание.

Породы, содержащие более 10% свободной двуокиси кремния, являются силикозоопасными. Содержание пыли в рудничном воздухе

па промежуток времени между взрыванием шпуров в забоях; значи­ тельно большая потребность в конце рабочих смен и перерывах между ними для удаления ядовитых газов после взрывания шпуров,

Общее количество воздуха для шахты может быть установлено суммированием количества воздуха, подаваемого в очистные блоки, в блоки, находящиеся в стадии нарезки, и в подготовительные вы­ работки.

Принятое количество воздуха должно быть проверено на скорость его движения по отдельным выработкам. По правилам безопасности, минимальная скорость движения воздуха должна быть в очистных выработках 0,25 м/сек, в горно-подготовительных 0,15 м/сек; мак­ симальная скорость движения воздуха в очистных и подготовитель­ ных выработках 4 м/сек; в главных откаточных и вентиляционных выработках 8 м/сек; в остальных выработках 6 м/сек; в стволах с движением людей и грузов 8 м/сек, только грузов 12 м/сек; в ство­ лах, не оборудованных подъемом, а также в каналах вентиляторов U5 м/сек.

§ 4. Проветривание шахт

Движение воздуха в шахте происходит за счет разности давле­ ний воздуха в шахтных выработках. При естественном проветрива­ нии воздух в шахте движется без каких-либо механических при­ способлений, при искусственном проветривании движение воздуха обусловлено работой вентилятора.

Естественная тяга в шахтах образуется при наличии двух ство­ лов, устья которых расположены па различных уровнях, при вскры­ тии месторождения штольней и стволом. Главной причиной есте­ ственной тяги является разность температур воздуха.

Естественная тяга дважды на протяжении года меняет направле­ ние своего действия. Например, при отработке месторождений, вскры­ тых штольней и стволом, вследствие разности температур наруж­ ного и шахтного воздуха в зимний период воздух в рудник поступает по штольне и движется в направлении к стволу, в летний период воздух движется в обратном направлении — от устья ствола к устью штольни.

При проветривании шахт вентиляторами естественная тяга может помогать работе вентилятора, если направления естественной тяги и депрессии вентилятора совпадают, и мешать их работе, если на­ правления противоположны. Это следует учитывать при проектиро­ вании вентиляции шахты при замене уже работающего на шахте вентилятора другим.

Искусственное проветривание осуществляется вентиляторами, ко­ торые по своему назначению делятся на вентиляторы главного про­ ветривания, вспомогательные, или участковые, и вентиляторы мест­ ного проветривания. Главные вентиляторы обслуживают всю шахту или ее крыло, вспомогательные обслуживают один или группу участков (блоков) и периодически переносятся по мере подвигания очистных работ. Вентиляторы местного проветривания служат для

По принципу действия рудничные вентиляторы делят на.центро­ бежные и осевые.

Центробежный вентилятор (рис. 74, а) состоит из рабочего ко­ леса 2, укрепленного на валу внутри металлического спирального кожуха 1. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении колеса, воздух по всасывающему каналу 4 поступает в вен­ тилятор, потом попадает в кожух, а затем через диффузор 3 выбра­ сывается в атмосферу. Вследствие выбрасывания воздуха из рабочего колеса на его входе создается разрежение, вызывающее непрерывный

скости вращения колеса. При работе вентилятора воздух, находя­ щийся в межлопаточном пространстве, получает движение по оси вентилятора и в плоскости вращения, т. е. движется винтообразно. Для выпрямления потока воздуха за рабочим колесом установлен спрямляющий аппарат 3. Из вентилятора всіздух через кольцевой диффузор 4 выходит в атмосферу.

Производительность и напор осевых вентиляторов регулируют числом рабочих колес и углом поворота лопаток.

Наша промышленность выпускает осевые вентиляторы с диаме­ тром рабочих колес от 1000 до 4000 мм с производительностью от 5 до 395 м3 /сек.

Согласно правилам безопасности, главные вентиляторные уста­ новки должны состоять из двух самостоятельных вентиляторных агрегатов, один из которых резервный. На негазовых шахтах допу­ скается установка одного вентиляторного агрегата с резервным

двигателем. Кроме того, вентиляторные установки должны иметь устройства для изменения направления вентиляционной струи в те­ чение не более 10 мин.

§5. Схемы и способы проветривания шахт

Взависимости от взаимного расположения шахтных стволов различают центральную и фланговую схемы проветривания.

При центральной схеме проветривания воздухоподающий и вен­ тиляционный стволы располагают в центральной части шахтного поля на небольшом расстоянии друг от друга, при фланговой — воздухо­ подающий ствол располагают в центре шахтного поля, а вентиля­ ционные — на его флангах.

Фланговая схема проветривания более совершенна, так как имеет меньшие утечки воздуха, а также меньшую и более постоянную депрессию, вследствие чего вентиляторы работают с более высоким к. п. д. Однако для ввода в действие шахты с фланговой схемой проветривания требуются больший срок и большие капитальные затраты на проходку главных вентиляционных выработок. При цен­ тральной схеме проветривания капитальные затраты и срок ввода шахты в эксплуатацию меньше, чем при фланговой, но утечки воздуха больше (так как свежая и исходящая струи движутся параллельно) и депрессия также должна быть большей (из-за увеличения длины вен­ тиляционных выработок).

Для проветривания шахт применяют всасывающий, нагнетатель­ ный и комбинированный способы.

При всасывающем способе проветривания свежий воздух посту­ пает в горные выработки по центральному воздухоподающему стволу, а загрязненный отсасывается главными шахтными вентиляторами, установленными, как правило, в фланговых вентиляционных ство­ лах. Основным недостатком всасывающего способа проветривания является возможность подсоса воздуха через зону обрушения, в ре­ зультате чего может значительно снизиться в вентиляционной сети качество подаваемого воздуха. Величина подсосов на некоторых железорудных шахтах иногда доходит до 60% от производитель­ ности главных вентиляторов. Для подачи в шахту необходимого количества воздуха в этих условиях увеличивают производитель­ ность главных вентиляторов на величину подсосов воздуха.

При нагнетательном способе проветривания главный вентилятор устанавливают у устья воздухоподающего ствола, расположенного в центре шахтного поля. По стволу свежий воздух нагнетают в под­ земные выработки; омыв рабочие места в забоях, загрязненный воздух поднимается на вентиляционный горизонт и затем по флан­ говым вентиляционным стволам уходит в атмосферу. При наличии связи с зоной обрушения (через обвалы и трещины) часть загряз­ ненного воздуха с вентиляционного горизонта может уходить в ат­ мосферу, образуя утечки. Эти утечки являются производительными,

так как составляющий их воздух уже использовался для проветри­ вания.

Установка главного вентилятора на подъемном стволе усложняет условия работы шахтного подъема и приводит к непроизводитель­ ным утечкам воздуха через устье ствола. Для устранения этих уте­ чек необходимо сооружение дорогостоящего герметичного надшахт­ ного здания.

По сравнению со всасывающим, нагнетательный способ проветри­ вания несколько дороже, но он более эффективен и позволяет подать в забои расчетное количество воздуха.

Для проветривания глубоких шахт, а также шахт с большой сетью разветвленных выработок, когда необходимо подавать значительное количество воздуха, применяют нагнетательно-всасывающий способ проветривания. При этом способе проветривания один или два венти­ лятора нагнетают свежий воздух в шахту и такое же количество вентиляторов отсасывают загрязненный воздух из шахты.

Комбинированный способ проветривания самый дорогой, но является единственно возможным при ведении горных работ в описан­ ных выше условиях. Этот способ проветривания применяют на круп­

меньше атмосферного, а впереди—больше атмосферного, принято гово­ рить, что вентилятор всасывает воздух, в противном случае он на­ гнетает воздух. Разницу между атмосферным давлением п давлением,

Депрессия воздуха является основой физической величиной, характеризующей эффективность рудничного проветривания, с ко­ торой связаны все вентиляционные расчеты. От величины депрес­ сии зависят количество поступающего в шахту воздуха и энергети­ ческие затраты на его перемещение.

Для подачи необходимого количества воздуха в шахту необходимо создать такую депрессию, которая была бы достаточной для преодо­ ления сопротивлений, возникающих на пути его движения. Воздух,

и восстающих, а также местные сопротивления, возникающие от из­ менения формы и направления воздушного потока при поворотах, сужениях, расширениях и т. п. Большая часть депрессии расходуется на преодоление сопротивления трения; величина местных сопроти­ влений не превышает 10% от всей суммы сопротивлений.

Для относительной оценки трудности или легкости проветрива­

кое отверстие в тонкой стенке, через которое при разности давлений

дящего из него. В зависимости от срока службы и назначения пере­ мычки бывают временные и постоянные. Временные перемычки со­ оружают из досок или прорезиненных тканей. Постоянные перемычки сооружают из деревянных чураков, шлаковых блоков, камня или бе- , тона. Недостатком таких перемычек является частое разрушение их от действия ударных волн при взрывных работах в блоке. Более совершенную конструкцию имеет перемычка с дистанционно изменя­ емой площадью живого сечения вентиляционного окна (рис. 75). Окно перемычки перекрывают парусом, к нижней части которого подвешен груз. При взрыве ударная волна отбрасывает край паруса, не нарушив его, а подвешенный груз позволяет парусу возвращаться в исходное положение. Электродвигатель с редуктором позволяет автоматизировать подъем и спуск паруса и тем самым оперативно регулировать количество воздуха, проходящего по очистным блокам.

168 і

Количество воздуха, поступающее в шахту, регулируют измене­ нием производительности главных шахтных вентиляторов с по­ мощью их регулирующего аппарата, изменения угла установки лопаток рабочих колес или скорости вращения вентилятора.

и пустотам из водоносных горных пород, пересекаемых выработками. Обводненность месторождений устанавливают одновременно с раз­ ведкой месторождения и определяют коэффициентом водообильности.

Под коэффициентом водообильности шахты (рудника) подраз­ умевают число кубометров воды, приходящееся на 1 т суточной до­ бычи.

Приток воды определяют из выражения

Приток воды в шахту значительно колеблется в зависимости от ее географического расположения и времени года. Максимальный при­ ток воды бывает весной, несколько меньший — осенью и минималь­ ный приток — летом и зимой.

В зависимости от глубины разработки водоотлив может быть непосредственным и ступенчатым. При непосредственном водоотливе воду из рудника насосами откачивают непосредственно на поверх­ ность. Схему применяют при значительных притоках воды и глубине шахт до 600 м. С т у п е н ч а т ы й в о д о о т л и в применяют на глубоких шахтах. В этом случае воду откачивают на поверх­ ность последовательно включенными насосами, находящимися на разных горизонтах. Воду нижним насосом подают во всас верхнего, расположенного на промежуточном горизонте в специальной камере, верхний насос откачивает воду на поверхность. Очень часто на про­ межуточном горизонте имеется водосборник отработанного гори­ зонта, поэтому воду вначале подают в него, а отсюда — на поверх­ ность насосами, расположенными на этом горизонте. Ступенчатый водоотлив применяют при глубине ствола, превышающей макси­ мальную высоту подачи насосов.

В практике отработки месторождений имеется много случаев од­ новременной отработки двух и даже трех горизонтов. В таких слу­ чаях воду откачивают отдельными насосными установками, располо­ женными на каждом горизонте. Достоинство — откачка воды