книги из ГПНТБ / Сорокин М.П. Шахтные вентиляторные установки учебное пособие для подготовки квалифицированных рабочих на производстве

вует слабость и сильную одышку, при 10% может наступить по­ теря сознания, а при 25% и выше — смерть.

Благодаря значительному удельному весу углекислый газ

Окись углерода (СО) (угарный газ) представляет собой бес­ цветный газ, не имеющий ни запаха, ни вкуса. Вес окиси угле­ рода составляет 97% веса воздуха при одинаковых давлении и температуре.

Окись углерода является сильным ядом.

Для человека, находящегося в покое и дышащего воздухом, содержащим 0,5% окиси углерода, смерть может наступить че­ рез 20—30 мин. При содержании 1 % окиои углерода человек уже после нескольких вздохов теряет сознание, а вдыхание воз­ духа, содержащего 0,01 % окиси углерода, во время работы вы­ зывает тяжелое отравление.

Правилами безопасности допускается содержание окиси угле­ рода в рудничном воздухе не более 0,0016 % по объему.

Сернистый газ (SO2)—бесцветный газ с резким запахом, в 2 раза тяжелее воздуха, весьма ядовит, сильно разъедает сли­ зистые оболочки, особенно глаза. Правилами безопасности до­ пускается содержание SO2 в рудничной атмосфере не более

0,0007%.

Сернистый газ образуется при пожарах, при взрывных рабо­ тах и иногда выделяется вместе с метаном.

Сероводород (H2S)—бесцветный газ с характерным резким запахом тухлых яиц и сладковатым вкусом, в 1,19 раза тяжелее воздуха. Очень ядовит, так как отравляет кровь и раздражает слизистые оболочки и дыхательные органы. Содержание в воз­ духе 0,1—0,15% сероводорода смертельно опасно.

Правилами безопасности допускается содержание сероводо­ рода в атмосфере действующих выработок не более 0,00066%.

Сероводород образуется в шахте при разложении органиче­ ских веществ, при разложении водой серного колчедана, при взрывных работах, при горении угля, содержащего пирит, а так­ же выделяется через трещины в горных породах.

Метан (СН4) — бесцветный газ, без вкуса и запаха. Вес ме­ тана равен 0,554 веса воздуха при одинаковых давлении и тем­ пературе. Из всех выделяющихся в шахте газов метан представ­ ляет наибольшую опасность.

Метан горит и, смешиваясь с воздухом, может образовы­ вать взрывчатую газовую смесь. Смесь воздуха и метана с со­ держанием метана до 5—6% может гореть, но не взрывается. Смесь с содержанием метана от 5—6%; до 14—16% взрывчата. Наиболее сильный взрыв дает смесь с содержанием метана 8—9%'. Смесь же метана с воздухом с содержанием метана бо­

9

лее 14—16% не взрывается. Горит эта смесь спокойным пламе­ нем, как доменный газ, светильный газ и др.

Под действием высокой температуры метан загорается не сразу, а с некоторой выдержкой времени, необходимой для его нагревания. Так, например, при соприкосновении с телом, имею­ щим температуру 650:—700°, метан загорается через 10—П сек.

Для того чтобы избежать взрыва метана при ведении взрыв­ ных работ, выбирают такие взрывчатые вещества, время горе­ ния которых составляет тысячные доли секунды. При таком коротком времени метан не успевает нагреться и не загорается.

Метан не ядовит, но опасен тем, что уменьшает содержание кислорода в атмосфере, в которой он находится.

Согласно Правилам безопасности, содержание метана в исхо­ дящей струе шахты по объему не должно превышать 0,75%, а в исходящей струе из участка (лавы)— не более 1%.

При содержании метана в рудничном воздухе 2% и более работа в забое не разрешается и вход в загазованные выработки воспрещается. При этом немедленно должны быть приняты меры для проветривания загазованной выработки.

Количество подаваемого в шахту воздуха определяют по фактическому или ожидаемому выделению метана на 1 т средне­ суточной добычи. Количество воздуха должно быть для:

Для сверхкатегорных шахт вентиляция должна рассчиты­ ваться так, чтобы содержание метана не превосходило 0,75% в исходящей струе, но не менее 1,5 мЧмин на 1 т среднесуточной добычи.

При ведении взрывных работ, кроме окиси углерода, о кото­ рой говорилось выше, образуются еще окислы азота; окислы азота очень ядовиты. Содержание 0,02% окислов азота уже опас­ но для жизни человека.

3. Газообильность шахт. Согласно Правилам безопасности,

по газообильности шахты разделяются на четыре категории. Де­ ление на категории производится в зависимости от относитель­ ной газообильности, т. е. от количества выделяющегося в шахте

10

4. Рудничная пыль. Рудничная пыль — это мельчайшие ча­ стички угля или породы диаметром от 1/1000 до 1/10 мм.

Находящаяся в воздухе угольная пыль легко загорается и взрывается. По горючести и взрывчатости угольная пыль очень близка к метану. Температура воспламенения угольной пыли равна 700—800°.

В зависимости от условий, в которых находится пыль, опас­ ное в отношении взрыва содержание ее в воздухе колеблется в очень широких пределах — от 30—40 до 1200—2000 г на 1 лг воздуха. Особенно опасна пыль коксующихся углей, обладающих большим содержанием летучих.

Угольная пыль, содержащая 40% и более негорючих приме­ сей, не взрывается. Поэтому для устранения опасности взрыва выработки осланцовываюг пылью негорючих веществ 1(сланцевой пылью, песком, золой), называемой инертной пылью. Ко­ личество инертной пыли берется таким, чтобы в смеси инертной и угольной пыли было не менее 60% негорючих веществ для негазовых шахт и не менее 75 % — для газовых.

Наилучшими средствами борьбы с пылью в забоях являются осаждение ее водой и хорошая вентиляция.

Глава II

ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА ПО ГОРНЫМ ВЫРАБОТКАМ

1. Основное условие движения воздуха по трубе

Для поддержания в рудничном воздухе того количества кис­ лорода, которое необходимо для дыхания, испорченный воздух из подземных выработок необходимо непрерывно удалять. Вза­ мен удаляемого испорченного воздуха в выработки должен не­ прерывно подаваться свежий воздух с поверхности.

Подземные выработки представляют собой своего рода тру- , бы, имеющие в сечении форму прямоугольника, трапеции, а ство-' лы шахт имеют круглое сечение.

Для того чтобы воздух двигался по трубе, необходимо, чтобы давления на обоих концах трубы были не одинаковыми, т. е. чтобы между концами трубы существовала некоторая разность давлений h. Если начало А трубы (рис. 1, а) открыто в атмосфе­ ру, то для движения воздуха в направлении стрелки необходимо, чтобы в конце трубы, в сечении ББ, давление 7% было меньше давления Р\ в начале трубы, т. е. чтобы между началом и кон­ цом трубы существовала разность давлений

P,-P2 = h.

При этом давление Р в выхлопном патрубке вентилятора должно быть больше атмосферного давления Ра, а давление Pj в начале трубы должно быть меньше атмосферного давления.

И

Давление меньше атмосферного называется разрежением, де­ прессией или вакуумом. Таким образом при схеме рис. 1,а вся труба находится под давлением, меньшим атмосферного, т. е. под разрежением.

Если конец Д трубы (рис. 1,6) открыт в атмосферу, то для движения воздуха в направлении стрелки необходимо, чтобы

«

Рис. 1. Условия движения воздуха

давление Pi в начале трубы, в сечении ВВ было больше давле­ ния Р2 в конце трубы, т. е. чтобы между началом и концом тру­ бы опять-таки существовала разность давлений

Pi-P2 = h.

При этом давление Р2 в конце трубы должно быть больше атмосферного давления Ря. Таким образом, в схеме рис. 1,6 вся труба находится под давлением, большим атмосферного.

Если вентилятор отсасывает загрязненный воздух из венти­ лируемого пространства (см. рис. 1, а), то такая вентиляция на­ зывается вытяжной. Если же вентилятор нагнетает свежий воз­ дух в вентилируемое пространство (см. рис. 1,5), то такая вен­ тиляция называется приточной. Существуют также комбиниро­ ванные схемы, когда один вентилятор или одна группа вентиля­ торов отсасывает загрязненный воздух из вентилируемого про­ странства, а другой вентилятор или другая группа вентиляторов нагнетает свежий воздух в это пространство. Такая вентиляция называется приточно-вытяжной.

2. Зависимость между перепадом давления и расходом воздуха

Перепадом давления называется разность h давлений в на­

работкам в единицу времени. Расход воздуха выражается в ку­ бических метрах в секунду (лг3/сек) или в минуту (лг3/лшя) и обо­ значается буквой Q.

Между расходом и перепадом давления существует опреде­ ленная закономерная зависимость.

12

Теоретическими исследованиями, подтвержденными опытом,

По этой формуле, зная 'какие-либо три из входящих в нее величин, можно определить четвертую величину.

Пример. Для подачи в шахту 50 м'/сек воздуха требуется перепад давления в 70 мм вод. ст. Какой перепад давления необходимо создать, чтобы подать в эту шахту 70 м3/сек воздуха.

В нашем примере Ai=70 мм вод. ст., Qt=50 м3/сек, Q2=70 м3/сек, а ве

Л2 / 70 у

70 \ 50 / '

Отсюда

h2 = 70 I —— = 70«1,96 я 137 мм вод. ст.

Из формулы (1) и приведенного примера видно, что перепад давления пропорционален квадрату расхода, т. е. для того, что­ бы расход увеличить в 2 раза, перепад давления необходимо увеличить в 22 = 2 • 2 = 4 раза и т. д.

3. Скорость и ее зависимость от давления и расхода

Скорость движения воздуха по подземным выработкам пред­ ставляет собой путь, проходимый частицей воздуха в единицу

Размерность

=м31сек ' = [м/сек].

м3

Пример. По выработке, сечение которой показано на рис. 2, прохо­ дит 40 м3/сек воздуха. Определить скорость воздуха.

Подсчитаем сечение выработки в свету: средняя ширина выработки

2,54-3,5

—— ----- = 3 м; 2

13

Площадь сечения

5 = 3X2,5 = 7,5 мК

Скорость воздуха

»=— = — = 5,34, м/сек.

О/ , О

Из формулы 1(2) видно, что для того, чтобы изменить расход воздуха Q в выработке, не меняя ее сечения, необходимо изме­

Сокращая правую часть последнего равенства на S, так как сечение S неизменно, находим

(4)

откуда

(5)

Пример. Какой перепад давления между началом и концом выработки предыдущего примера необходимо создать для того, чтобы расход воздуха в ней увеличить до 50 м3/сек, если перепад давления при расходе Q=40 м3/час был равен Л=30 мм вод. ст.?

Скорость воздуха при расходе Q=40 м3/час и при сечении выработки

S=7,5 л2 равна Oj=5,34 м/сек.

т<2 =-- = —— — 6,67, м/сек.

Л2 = h, ( —-Y = 30 /—,67 Y = 46,7, мм ст*вод.

14

При всех одинаковых условиях, т. е. при одинаковых сечении и длине выработок, одинаковом креплении и т. п., скорость воз­ духа, а следовательно, и его расход зависят от перепада давле­ ния. Поэтому при необходимости увеличить расход воздуха обыч­ но повышают его скорость, путем увеличения перепада давления.

Увеличение скорости воздуха приводит к улучшению венти­ ляции выработок. Однако наряду с этим при повышении ско­ рости воздуха увеличивается содержание пыли в воздухе, сду­ ваемой с крепи, и возможно нежелательное понижение темпе­ ратуры, особенно зимой, в неглубоких шахтах, наконец, ухуд­ шаются условия движения людей по выработкам и т. п. Поэтому «Правилами технической эксплуатации угольных шахт» даются

4. Сопротивление движению воздуха

При движении струи воздуха по выработке он встречает со­ противление движению. Обусловлено это следующими причина­ ми: трением частиц воздуха друг от друга; трением воздуха о стенки выработки; ударами струи воздуха о крепь, оборудова­ ние и т. п.; изменением сечения выработок; поворотами струи воздуха; завихрениями.

15

Сопротивление выработки движению воздуха прямо пропор­ ционально длине выработки, т. е. будет тем больше, чем больше ее длина, так как, чем больше длина выработки, тем больше площадь ее стенок, о которые трутся частицы воздуха.

Сопротивление выработки обратно пропорционально площа­ ди S ее сечения. Чем больше сечение выработки, тем «легче» воздуху по ней двигаться.

Наконец, сопротивление выработки зависит от характера креп­ ления и состояния крепи, а также от состояния выработки — отсутствие захламленности и т. п.

Эти последние условия учитывают так называемым коэффи­ циентом сопротивления а. Коэффициент этот определяют опыт­ ным путем. По данным проф. Комарова и доц. Гескина, для вы­

где а — коэффициент сопротивления; L — длина выработки, м;

Р— периметр сечения выработки, м;

v— скорость воздуха, м/сек;

S — площадь сечения выработки, м2.

Повороты выработок и изменения сечения значительно увели­ чивают общее сопротивление. Сопротивление выработок в местах поворотов и изменения сечения называют местными сопротив­ лениями. Величину этих сопротивлений подсчитывают для каж­ дого случая отдельно и прибавляют к сопротивлению прямых участков выработок неизменного сечения.5

5. Равноценное (эквивалентное) отверстие

Разрежение (депрессия), создаваемое во всасывающем пат­ рубке вентилятора, равно разности между давлением атмосферы на поверхности шахты и давлением во всасывающем патрубке вентилятора. Это разрежение представляет собой перепад дав­ ления, необходимый для просасывания через выработки шахты требуемого количества воздуха.

Величина этого перепада давления при данном количестве воздуха зависит от сопротивления выработок. В качестве вели­ чины,' характеризующей сопротивление выработок той или иной шахты, пользуются понятием «равноценное (эквивалентное) от­ верстие». Под равноценным отверстием подразумевают отверстие в тонкой стенке (например, в стальном листе) такой величины, при которой его сопротивление равно сопротивлению всех выра-

16

боток шахты. Так, например, если при перепаде давления, т. е. при разрежении во всасывающем патрубке вентилятора, равном 140 мм вод. ст., в шахту поступает 100 м3/сек воздуха, то вели­ чина эквивалентного отверстия должна быть такой, чтобы при глухом присоединении листа с этим отверстием к всасывающему патрубку вентилятора и при разрежении в этом патрубке 140 мм вод. ст. через отверстие проходило 100 м31сек воздуха.

6. Мощность, необходимая для проветривания шахты

Под мощностью понимают работу, выполняемую в единицу времени.

Работа равна произведению силы на пройденный путь. За единицу работы принят один килограммометр (кГм). Это рабо­ та, которая производится при подъеме груза весом 1 кГ на вы­ соту 1 м.

пад давления h (мм вод. ст.).

Выражая мощность в лошадиных силах, получим

’и nvcnUUMAfl 1

7. Контроль давления и разрежения

Воздух, окружающий землю, испытывает силу земного при­ тяжения. А это значит, что воздух имеет вес и давит на поверх­ ность земли и морей (рис. 3).

Столб воздуха сечением 1 м2 над уровнем моря весит при­ близительно 10 330 кг. Это значит, что каждый квадратный метр поверхности морской воды испытывает со стороны атмосферного

дна трубки равна 10 330 мм (10,33 м), то вес такого столба во­ ды будет равен 1,033 кг. Это значит, что такой столб воды будет оказывать на дно трубки давление, равное 1,033 кГ1см2. Отсюда следует, что давление можно измерять высотой водяного столба. Одна физическая атмосфера соответствует высоте столба воды 10,33 м, а одна техническая атмосфера—высоте столба во­ ды 10,00 л

Таким же образом давление можно измерить высотой ртут­ ного столба. Так как ртуть в 13,6 раза тяжелее воды, то и столб ртути, соответствующий давлению в 1 атм, в 13,6 раза ниже водяного столба, т. е. одна физическая атмосфера соответствует высоте столба ртути 10,33 : 13,6=0,76 м = 760 мм.

Давление, меньшее атмосферного, называется разрежением или вакуумом.

Простейшим и весьма точным прибором для измерения малых давлений и разрежений является так называемая U-образная трубка.

Если две стеклянные согнутые под углом 360° трубки А и Б (рис. 4), залитые до половины водой, посредством резиновых трубок В присоединить одним концом к штуцерам на всасываю­ щем и напорном патрубках вентилятора, а другие концы их ос­ тавить открытыми в атмосферу, то уровень воды в обоих коле­ нах каждой из трубок будет неодинаков. В правых коленах тру­ бок А и Б уровень воды будет выше, чем в левых. Происходит это потому, что во всасывающем патрубке вентилятора, к кото­ рому присоединена трубка А, имеется разрежение, т. е. давление

18