книги из ГПНТБ / Вскрытие и разработка рудных месторождений на больших глубинах докт. техн. наук, проф. Г. М. Малахов, инж. А. П. Черноус. 1960- 19 Мб

ацетиленовых светильников на температуру'общешахтной струи

будет незначительным. Однако в глухих забоях, подготовитель­ ных и нарезных выработках, где подача воздуха мала, а число светильников значительно (п° числу работающих горнорабо­ чих), повышение температуры воздуха будет ощутимо, особен­

но на глубоких горизонтах.

Электрические лампы стационарного освещения и аккуму­ ляторные лампы выделяют в 50—100 раз меньше тепла, поэтому в глубоких шахтах более рациональным будет приме­ нение этих типов -светильников.

Кроме перечисленных выше местных источников тепла,

в подземных выработках шахт тепло образуется при ведений

взрывных работ, в результате тепловыделения от работающих в шахте людей, от шахтной воды, от добытой руды, от трения перемещающихся в выработанное пространство пустых пород

ит. д.

§4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА ГЛУБОКИХ

ШАХТ НА УСЛОВИЯ ТРУДА ГОРНОРАБОЧИХ

Главными факторами, оказывающими влияние на состояние рудничной атмосферы, являются:

а) повышение температуры рудничного воздуха;

б) увеличение влажности рудничного воздуха;

в) повышение пылесодержания; г) газовыделение горных пород на глубоких горизонтах не­

которых рудников.

Важное значение для проектирования атмосферного режима глубоких шахт имеет установление предельных значений метео­ рологических параметров, определяющих производительность труда подземных горнорабочих.

Исследованиями, проведенными ИГДАН УССР под руковод­ ством акад. А. И. Щербань и Ленинградским институтом охра­ ны труда, для шахт Донбасса установлен верхний предел тем­ пературы в забоях лавы 24° С при скорости воздушной струи

2,6 м/сек.

Тепловые расчеты, произведенные Г. В. Дугановым, пока­

зывают, что в жаркие летние месяцы при глубине горных работ

около 1000 м температура воздуха в рабочих забоях Криво­ рожских рудников будет достигать 28—29°С при относитель­ ной влажности воздуха около 90%.

Таким образом, при разработке на этой глубине уже по­ требуется охлаждение шахтного воздуха в летние месяцы.

В этой связи заслуживает особого внимания вопрос о ком­ фортности рудничной атмосферы на рабочем месте, кото­

7*

рая определяется сочетанием трех факторов: температуры

воздуха, его относительной влажности и скорости движения.

Все эти факторы при совместном их рассмотрении оказывают серьезное влияние на здоровье человека и его трудоспособ­

ность.

Согласно действующим у нас Правилам безопасности, тем­ пература воздуха в рабочих забоях должна быть не выше 25° С при скорости движения воздуха не менее 2 м/сек. Ограничения по фактору влажности воздуха в действующих правилах не

предусмотрены.

На зарубежных рудниках предельно допустимая темпера­

тура воздуха в забоях намного выше. Так, например, в Рурском угольном бассейне правилами безопасности допускается сокра­ щенная шестичасовая рабочая смена при температуре воздуха 28°С (по сухому термометру).

На угольных шахтах Бельгии и Франции степень комфорт­ ности определяется так называемой эффективной температурой,

которая рассчитывается по формуле

4 = 0,9^+ 0,1/с<31°С,

При этом под эффективной температурой подразумевается такое сочетание температуры и влажности, которое вызывает

тепловое ощущение, соответствующее определенному значению температуры при 100% относительной влажности.

вые нормы, установленные Правилами безопасности, являются завышенными и недостаточно обоснованными и для решения

этого вопроса необходимо провести исследования по установ­

100

ше которой начинается свертывание белка в крови и тканях тела.

Наиболее высокая температура по мокрому термометру, которую может переносить человек, равна 35° С, т. е. она дол­ жна быть ниже температуры человеческого тела, с тем чтобы могла осуществляться теплоотдача в окружающую среду при

охлаждении кожи. Самые тяжелые атмосферные условия, ко­ торые в состоянии (непродолжительное время) перенести че­ ловек, будут при температуре воздуха, превышающей темпе­ ратуру человека 36,5° С, и 100% (или близкой к этому пределу) относительной влажности.

Основным способом, по которому осуществляется отдача

тепла человеческим телом в окружающую среду, является по­ товыделение с последующим испарением пота. Часть тепла от­ дается телом в окружающую среду путем радиации и конвек­ ции.

Испарение пота происходит с большой интенсивностью в су­ хом воздухе, снижаясь по мере насыщения его влагой, а при 100% относительной влажности воздуха испарение пота пре­ кращается вовсе.

В силу вышеизложенного можно сделать вывод о решаю­ щем значении величины относительной влажности для создания

нормальных атмосферных условий рабочего места в подземных

условиях глубоких шахт.

Считается, что оптимальные условия рабочего места воз­ можны при относительной .влажности воздуха, не превышаю­ щей 40—60%.

Теплоотдача посредством радиации и конвекции возможна при условии, если температура воздуха ниже температуры че­ ловеческого тела, и чем эта разница будет больше, тем больше будет отдаваться тепла. В том случае, если температура воз­

духа будет выше температуры человеческого тела, радиация и конвекция будут способствовать получению телом дополнитель­ ного количества тепла.

Из приведенных выше примеров виден весьма сложный ха­ рактер проблемы горных работ в условиях глубоких шахт с высокой температурой и влажностью воздуха.

Кроме значительного снижения производительности труда, оба эти фактора способствуют развитию профессиональных

болезней (иногда опасных для жизни человека), патологическое действие которых проявляется следующим образом.

Спазмы мышц (тепловые судороги) имеют место в резуль­

тате недостатка солей в организме, причиной которого является чрезмерное потение. Недостаток солей легко возмещается упо­ треблением для питья подсоленной воды.

Тепловое истощение определяется как нарушение нормаль­ ного процесса теплообмена и представляет собой своеобраз­ ную защиту организма от дальнейшей нагрузки на уже пере­

101

груженное сердце. Тепловое истощение сопровождается силь­ ным сердцебиением (до 150—160 ударов в минуту) и резким падением давления крови, приводящим к сокращению поступ­ ления крови к головному мозгу, что, в свою очередь, вызывает головокружение, тошногу, рвоты и потерю сознания.

дальнейшее нахождение человека в данных условиях грозит более серьезными последствиями, кончающимися иногда смер­ тельным исходом.

Тепловой удар возникает вследствие полного физического расстройства организма. Человек, получивший тепловой удар, сначала жалуется на тошноту и головокружение, может чув­ ствовать жажду, иногда появляется рвота. Через короткое время, если ему не оказать соответствующую медицинскую помощь, наступает обморок. Потение прекращается, кожа ста­

новится сухой и горячей, температура тела (поднимается до

42° С и выше, пульс частый и полный. Смерть наступает обычно через несколько часов.

Таким образом, высокая температура горных пород и воз­ духа в сочетании с высокой влажностью воздуха являются весьма важными факторами, влияющими на атмосферные усло­ вия рудников и ограничивающими развитие горных работ на глубину. В практике зарубежных рудников Витватерсранда,

Оранжевой Республики, Индии, Бразилии и др. имеется много примеров, когда углубление горных работ временно приоста­ навливалось из-за тяжелых атмосферных условий труда.

Для производства очистной выемки на более глубоких го­ ризонтах потребовалось введение целого ряда мероприятий по

Эго связано обычно с большими капитальными затратами,

часто обусловливающими нерентабельность эксплуатации ме­

сторождений в условиях глубоких горизонтов. С развитием техники горного дела и особенно средств кондиционирования рудничного воздуха человеку предоставляются все большие

При углублении горных работ и ухудшении климатических условий в связи с повышением температуры и влажности воз­ духа необходимо применение специальных установок по конди­ ционированию рудничного воздуха.

102

Под кондиционированием воздуха подразумевается поддер­ жание заданной температуры, влажности, скорости движения,

чистоты и состава рудничного воздуха.

В глубоком руднике добиться идеальных атмосферных усло­ вий весьма тяжело, поэтому основные усилия в этом вопросе направлены на создание условий, регламентированных Прави­ лами безопасности и близких по своему значению к нормаль­ ным.

Каждый из отмеченных выше факторов (по которым произ­

водится кондиционирование рудничного воздуха) в отдельности

Рис. 68. Принципиальная схема холодильной установки

представляет собой специальную проблему, сложную как в тесретическом отношении, так и в отношении ее решения в про­

изводственных условиях [5, 7, 8, 11, 16, 17, 22, 37].

Все холодильные установки, предназначенные для кондицио­

нирования рудничного воздуха состоят из трех основных частей: а) холодильного агрегата, включающего в себя компрессор,

конденсатор и испаритель;

б) устройства для охлаждения конденсатора;

в) теплообменника (воздухоохладителя).

На рис. 68 показана обшая схема устройства холодильной установки.

Процесс охлаждения осуществляется путем отбора тепла непосредственно кипящим хладоагентом, циркулирующим в хо­ лодильном агрегате. В качестве хладоагента наиболее часто применяются аммиак, углекислота, фреон и другие реагенты. Для передачи холода к воздухоохладителю применяется спе­ циальное вещество, называемое холодильным теплоносителем,

которое после охлаждения его в испарителе холодильного агре­

гата направляется по независимой системе труб в воздухоохла­ дитель и, отдав там холод рудничному воздуху, возвращается в холодильный агрегат для повторного использования. В каче­ стве холодильного теплоносителя применяется обычная вода,

водяные растворы хлористого кальция или поваренной соли. Для отбора тепла от конденсатора применяется специальная

103

агент кипит в испарителе при весьма низкой температуре за счет тепла, подводимого по системе теплоносителя (например, соляного раствора). Образовавшиеся в испарителе пары вса­ сываются компрессором 1 и сжимаются им в конденсаторе 2; в результате отбора тепла от конденсатора происходит конден­ сация паров хладоагента. Жидкий хладоагент проходит затем

через регулирующий вентиль 3, в котором понижается его дав­ ление и температура и поступает в испаритель 4, замыкая этим цикл работы холодильного агрегата.

Таким образом, при работе холодильного агрегата цирку­

лирующий хладоагент производит перенос тепла из испарителя в конденсатор.

Для удаления тепла из конденсатора служит независимая замкнутая система, в которую входит обычно градирня 5 и на­ сос для поинудительного движения воды.

Охлаждение воздушной струи происходит путем отбора тепла из воздуха системой теплоносителя, в которую входит охлаждающая батарея воздухоохладителя 6 и насос 7.

В зависимости от условий работы, назначения и расположе­ ния основных узлов холодильные установки разделяются на четыре типа:

1)центральные поверхностные установки с размещением всех основных узлов на поверхности шахты;

2)центральные подземные холодильные установки с разме­

щением холодильного агрегата и системы охлаждения в под­ земных выработках рабочего горизонта;

3)местные передвижные холодильные установки с разме­ щением всех основных ее узлов на тележке;

4)холодильные установки с обособленными узлами.

Опыт применения установок разных типов на зарубежных рудниках позволяет сделать вывод об их достоинствах, недо­

статках и эффективности.

Центральные поверхностные холодильные установки

Такие установки сооружаются на поверхности, обычно не­

далеко от устья ствола шахты, и предназначаются для охлаж­

дения всего объема подаваемого для проветривания горных ра­ бот свежего воздуха до технически возможной минимальной температуры, которую может дать данная установка. На неко­ торых установках производится иногда и осушение воздуха.

Главными достоинствами этих установок являются: про­ стота управления и осмотра вследствие расположения уста­ новки на поверхности; возможность использования любого хла­ доагента.

104

Недостатком центральной поверхностной установки явля­

ются значительные потери хладопроизводительности по пути воздушной струи от установки до рабочих горизонтов. Причи­ ной этого является теплообмен между охлажденным воздухом и породами стенок воздухоподающего ствола, автокомпрессия и большая обводненность стволов.

Обычно входящую в ствол струю воздуха охлаждают до 4-4° С и осушают. По мере опускания струи воздуха до рудничного

Рис. 69. Схема воздухоохладительной установки на руднике Кроун:

14 — градирня; 15 — циркуляционный насос конденсаторной воды

двора горизонта 2500 м около 35% хладопроизводительности' теряется при нагревании воздуха в результате автокомпрессии,

около 35% хладопроизводительности теряется на последующем

пути до рабочих забоев, и только 30% используется непосрЬдственно для улучшения условий труда в рабочих забоях глу­ боких горизонтов.

Разница в температурах охлажденного и неохлажденного-

воздуха в околоствольном дворе горизонта 2500 м на руднике

охлажденным.

Весьма важным результатом длительной работы установки является факт постепенного понижения температуры горных пород в результате создания выравнивающей «рубашки» во­ круг горных выработок.

105

После двухлетней работы поверхностной установки на руд­

нике Робинзон Дип в Витватерсранде температура стенок гор­ ных выработок на глубине 2500 м понизилась на 3°С, что имеет весьма важное значение для горных работ на глубоких гори­ зонтах Ранда, так как дает возможность дополнительно вскрыть около 350 млн. т запасов руды.

Большинство глубоких рудников золотодобывающего района Витватерсранда в Южной Африке оборудовано центральными установками на поверхности хладопроизводительностью до

6 млн. ккал/час, оснащенных трехступенчатыми аммиачными

компрессорами.

На рис. 69 показана схема поверхностной установки руд­ ника Кроун. Благодаря работе этой установки температура воздуха в очистных забоях доведена до 28° С при температуре горных пород в этих забоях 47° С. Усиленное проветривание очистных работ без предварительного охлаждения даст воз­

и влажность воздуха в рабочих забоях, которая равна 75% при кондиционированном воздухе и 85—90% при некондиционированном.

Центральные подземные холодильные установки

Такие установки сооружаются обычно в рудничном дворе на одном из глубоких горизонтов и служат для охлаждения всего поступающего в шахту объема свежего воздуха.

Преимуществами центральных подземных холодильных установок являются:

1) близость их к рабочим забоям и поэтому сравнительно малые потери хладопроизводительности при продвижении охла­ жденного воздуха по горным выработкам;

2) отсутствие потерь хладопроизводительности, возникаю­ щих в результате сжатия воздуха при опускании его по стволу.

Одним из недостатков этого типа установки является не­ возможность применять дешевые, общедоступные и высокоэф­ фективные хладореагенты (аммиак, углекислота) ввиду их взрывоопасности или токсичности. В подземных холодильных установках применяются для этой цели в основном фреоны, от­ вечающие требованиям безопасности.

Вторым крупным недостатком установок этого типа явля­ ются трудности в отводе тепла от конденсатора, количество ко­ торого достигает значительной величины и равно произведению хладопроизводительности на тепловой эквивалент мощности хо­ лодильной установки. По этой причине производительность крупных подземных холодильных установок часто ограничи­ вается возможностью подачи в шахту дополнительного коли­ чества воды для охлаждения агрегата. Использование шахтной

воды для этой цели не всегда эффективно, так как обычно эта

106

Вторым примером устройства центральной холодильной уста­ новки в подземных условиях служит установка, сооруженная на

80-м горизонте рудника «Чемпион Риф» (см. ниже).

Местные холодильные установки

Эти устройства предназначаются для охлаждения воздуха, на­ правляемого на проветривание отдельных участков горных работ.

Различают установки, в которых холодильный агрегат распо­ ложен у околоствольного двора, а воздухоохладитель вынесен ближе к месту горных работ. Циркуляция хладоносителя в этом случае осуществляется по специальной замкнутой системе труб,

защищенных хорошей теплоизоляцией.

Второй разновидностью таких установок являются передвиж­ ные холодильные установки, в которых на общем шасси смонти­ рованы холодильный агрегат и воздухоохладитель (рис. 70). Компактность и возможность транспортировки делают возмож­ ным использование этих установок для охлаждения воздуха непо­ средственно в очистных забоях.

Охлаждение конденсата в машинах первого варианта про­

изводится при помощи предварительно охлажденной путем сбра­ сывания в ствол шахтной воды.

107