книги / Рудничная аэрология

клонной выработки длиной L, пройденной под углом г|), опре­ деляется по формуле

поверхности окисляющихся пород, м2.

Знак плюс перед слагаемым L sin ф/427ср в формуле (XVI. 16} соответствует случаю нисходящего движения вентиляционной струи, знак минус — восходящему движению.

При определении количества тепла 2(?м> выделяемого ме­ стными источниками, учитываются охлаждение транспортиру­ емого полезного ископаемого, тепловые потери в электрических машинах, кабелях, осветительных приборах, охлаждение шахтной воды, тепловыделения от людей и др.

Температура воздуха (в °С) в лавах на пологих пластах опре­ деляется по известной температуре tx в начале лавы или, наоборот, по заданной температуре t2 в конце лавы находится температура £*

где Глщ— фактор теплообмена лав; Ф — фактор влажности, опре­ деляемый при неизменной относительной влажности воздуха по длине лавы; Тл — температурный фактор лавы; q0 — удельное тепловыделение от окисления, ккал/(ч- м2*°С); Р — периметр при­ забойного сечения лавы, м; L — длина лавы, м.

Фактор теплообмена лав определяется по формуле

лавы; Рх __ периметр охлаждающего трубопровода, м; Gü — при­ ток воды в лаве с температурой tBи теплоемкостью св; Кх — коэф­ фициент теплопередачи охлаждающего трубопровода, ккал/(чу

Xм2. °С);

ф- — 1 — , 1 +вч>

тде Б — коэффициент влажности;

где tn — температура неохлажденных пород на данной глубине, °С; температура охлаждаемого воздуха, °С;

в нижней и верхней частях лавы приведены в табл. 18. Количество тепла (в ккал/ч), выделяемого при транспортиро­

вании полезного ископаемого или породы, определяется по фор­

емого угля может приниматься равным 33, для породы — 20 ккал/(м2*ч- °С); At — средний температурный напор от транс­ портируемого материала к воздуху, °С; 5тр — площадь поверх­ ности транспортируемого материала, находящегося в выработке в течение 1 ч, м2.

Тепловыделения от машин и механизмов определяются по формулам:

циент потерь шахтного трансформатора, в среднем равный 0,05; А к — производительность конвейера, кг/ч.

Тепловыделения людьми (в ккал/ч) определяются по формуле

§ 95. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ СТЕНОК ВЫРАБОТОК

Теплоизоляция стенок горных выработок является одним из эффективных средств уменьшения нагрева рудничного воздуха за счет теплообмена с окружающим массивом.

Применение теплоизоляции целесообразно для выработок с не­ большим (1—2 года) сроком службы. При большем сроке вокруг нее создается тепловыравнивающий слой, служащий естествен­ ным теплорегулятором.

Теплоизоляционный слой на стенках горных выработок может создаваться с применением сыпучих или волокнистых материалов или путем сооружения дополнительных ограждающих конструк­ ций. Теплоизоляционные материалы должны иметь низкий (значи­ тельно ниже горных пород) коэффициент теплопроводности, должны быть легкими, дешевыми и безопасными в пожарном отношении.

Этим требованиям для шахтных условий в наибольшей степени отвечают доменные и котельные шлаки, имеющие коэффициент теплопроводности X = 0,15 ~ 0,25 ккал/(ч*м« °С), что в 5—10 раз меньше коэффициента теплопроводности горных пород.

Большое влияние на эффективность теплоизоляции оказывает влажность изоляционного материала, с увеличением которой коэффициент теплопроводности его возрастает. Поэтому примене­ ние теплоизоляции при значительных водопритоках нецелесо­ образно.

Недопустимо применение для теплоизоляции древесных опи­ лок, которые, хотя и обладают низким начальным коэффициентом теплопроводности, очень опасны в пожарном отношении, интен­ сивно поглощают влагу, теряя при этом свои теплоизоляционные свойства, и окисляются, выделяя дополнительное тепло.

В последние годы в нашей стране и за рубежом широкое рас­ пространение для целей теплоизоляции выработок получили вспенивающиеся пластмассы (пенополиуретаны, мочевино-форм-

альдегидный и фенольно-резольный пенопласт). Эти материалы обладают малой плотностью, высоким термическим сопротивле­ нием (Я —0,03.4- 0,05 ккал/(ч- м- °С), позволяют наносить тепло­ изоляционный слой машинным способом с минимальной затратой ручного труда, устойчивы при воздействии рудничной атмосферы.

Экономическая целесообразность применения теплоизоляцион­ ных материалов, имеющих разный коэффициент теплопроводности и различную стоимость, оценивается комплексным показателем — удельной стоимостью теплоизоляционного материала

Су = СА,, руб. на 1 ккал/(ч-м4 «°С),

где С — стоимость 1 м3 возведенной теплоизоляции, руб./м3. Удельная стоимость теплоизоляции Су— выражает стоимость теплоизоляционного покрытия площадью 1 ма, обладающего

единицей термического сопротивления.

Область экономически целесообразного применения теплоизо­ ляции стенок горных выработок зависит от глубины горных работ, скорости подвигания лавы, величины термического сопротивления изоляционного слоя, удельной стоимости теплоизоляционного материала, затрат на производство холода и системы разработки. Поэтому применение теплоизоляции стенок выработок в каждом конкретном случае требует соответствующего технико-экономи­ ческого обоснования.

§ 96. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА ШАХТНЫМИ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ

М ногочисленные исследования свидетельствую т, что улучш ение параметров микроклимата ш ахт н аряду с созданием комфортных условий способствует повышению производительности труда.

Экономическая эффективность улучш ения параметров ш ахт­

С учетом этих факторов область экономически эффективного применения воздухоохладительных установок может быть най­ дена из выражения

сумма амортизационных отчислений без кондиционирования, руб.; дд/ затрат# по материалам, необходимые для нормальной

эксплуатации холодильной установки, руб./мес; АА — аморти­ зационные отчисления по холодильной установке, руб./мес; А3ох— фонд заработной платы рабочих, обслуживающих холодильную установку, руб./мес.

Расчеты, выполненные для условий Донбасса, показывают, что централизованное кондиционирование рудничного воздуха становится экономически целесообразным, если производитель­ ность труда повышается на 5—6 %.

Охлаждение воздуха в подготовительных выработках эконо­ мически целесообразно, если ояо приводит к повышению произ­ водительности труда проходчиков на 25—30%.

Г л а в а XVII

НАДЕЖНОСТЬ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

§ 97. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Вентиляция является, по-видимому, единственной отраслью горного дела, без которой невозможно ведение подземных работ в условиях современных шахт. Даже частичное нарушение вен­ тиляции таит в себе огромную опасность для находящихся в шахте людей. Ввиду этого требуется высокая надежность функциониро­ вания вентиляции.

Надежность шахтных вентиляционных систем является наи­ более молодым разделом рудничной аэрологии. Несмотря на то что необходимость обеспечения высокой надежности вентиляции шахт уже давно не вызывает сомнения у инженерно-технических работников и ученых, решения этой проблемы до последнего времени искали на пути более глубокого изучения законов аэро- и газодинамики шахт, снижения аэродинамического сопротивле­ ния выработок, борьбы с утечками, совершенствования методов расчета, т. е. путем частных, хотя и важных, исследований. Лишь в последние годы в отечественной литературе появились работы МГИ, ИГД АН КазССР, ВостНИИ и других организаций, посвя­ щенные общей теории надежности шахтных вентиляционных систем.

Основная цель теории надежности шахтных вентиляционных систем состоит в разработке метода количественной оценки на­ дежности вентиляции шахты в целом, позволяющего осущест­ влять выбор оптимальных по фактору надежности систем венти­ ляции шахт, а также оптимизировать по этому фактору меропри­ ятия по улучшению вентиляции.

Под надежностью понимается свойство системы функциониро­ вать безотказно. Применительно к вентиляционной системе шахты необходимо уяснить, что означает функционирование этой си­ стемы. Имея в виду основное назначение вентиляции шахт, можно

сказать, что нормальное функционирование шахтной вентиля­ ционной системы состоит в непрерывном обеспечении требуемого (по условиям безопасности и санитарно-гигиеническим нормам) состояния рудничной атмосферы. Невыполнение (полное или частичное) этой функции шахтной вентиляционной системой озна­ чает ее отказ.

По своему характеру отказы бывают приработочные, вызыва­ емые ошибками при конструировании, изготовлении и монтаже изделия, происходящие в начальный период его эксплуатации; износовые, вызываемые старением элементов изделия; внезапные (непредвиденные, мгновенные, катастрофические, стрессовые), вы­ зываемые внезапной концентрацией нагрузок. Существуют также самоустраняющиеся отказы, или сбои.

Приработочные отказы можно в значительной степени устра­ нить, производя приработочные испытания и отбраковывая отка­ завшие при этом изделия. Число этих отказов можно уменьшить путем проведения более тщательного надзора за работой изделия в начальный период эксплуатации. В горном деле приработочные отказы могут иметь место, например, при установке новых венти­ ляторов.

Износовые отказы можно сократить своевременной заменой старого изделия новым (например, своевременной заменой вен­ тилятора, своевременным ремонтом крепи и т. п.). Из износовых. отказов, влияющих на вентиляцию шахты, можно назвать старе­ ние крепи и связанные с этим обрушения в выработках, разруше­ ния вентиляционных сооружений по тем же причинам и др. При­ мером сбоя является нарушение вентиляции из-за открывания вентиляционной двери, которая впоследствии самопроизвольно закрывается под действием разности давлений; к сбоям относятся кратковременные нарушения вентиляции, вызываемые движением транспорта.

Наиболее опасны внезапные отказы, часто вызывающие полное разрушение изделия (крепи, вентиляционного сооружения, вен­ тилятора), предвидеть которые невозможно. Они могут вызы­ ваться незамеченными дефектами крепи, элементов вентиляцион­ ных сооружений, вентиляторов и другими, непрогнозируемыми изменениями геологических условий, нарушениями технологи­ ческих процессов. В ряде случаев внезапные отказы могут иметь характер аварий (вскрытие мощного суфляра, взрыв газа и т. п.).

Все отказы в вентиляционной системе шахты можно раз­ делить на два класса по характеру их проявления во времени — отказы, наступающие внезапно, и отказы, наступающие посте­ пенно. К первому классу относятся приработочные и внезапные (в отмеченном выше смысле) отказы, а также сбои. Ко второму классу относятся отказы, вызываемые старением элементов. На­ пример, старение крепи приводит к уменьшению поперечного сечения выработки и, следовательно, к уменьшению расхода воздуха в ней.

Старение элементов вентиляционных сооружений приводит к нарушению их герметичности и, как следствие, к увеличению утечек воздуха. Факторы, приводящие к постепенным отказам, существуют постоянно. Предупредить их проявление в виде отка­ зов можно регулярным контролем состояния всей вентиляционной системы и своевременным ремонтом ее элементов.

Особым видом являются отказы, связанные с дефектами про­ ектирования вентиляции. Например, если при проектировании приняты заниженные величины выделяющихся в шахте вредно­ стей или аэродинамических сопротивлений выработок, это не­ минуемо вызовет нарушение вентиляции в процессе эксплуатации шахты. К аналогичным последствиям приведет применение не­ правильных методов расчета или неверных исходных данных.

Конкретизируем понятие «отказ» применительно к рудничной вентиляции. Из сказанного ранее следует, что в самом общем смысле отказом вентиляционной системы шахты следует считать такое ее состояние, при котором вентиляция шахты в целом или отдельных ее объектов не отвечает необходимым требованиям. Например, отказом является такое состояние системы, когда содержание ядовитых и взрывчатых газов, а также пыли пре­ вышает максимально допустимые пределы, когда расход воздуха в шахте меньше, чем требуется по установленным нормам, когда скорости движения воздуха в выработках не соответствуют тре­ бованиям Правил безопасности и т. п. В большинстве случаев основной причиной отказа вентиляции является уменьшение расхода воздуха в шахте по сравнению с требуемой величиной. Изменение расхода воздуха в шахте поддается расчету, что соз­ дает принципиальную возможность разработки количественных методов расчета надежности вентиляции. В то же время другие факторы, влияющие на надежность вентиляции (изменение геоло­ гических условий, параметров технологического процесса), до­ статочно точно рассчитаны быть не могут. Поэтому в настоящее время под отказом шахтной вентиляционной системы понимают такое ее состояние, при котором в шахту или на отдельные ее объекты поступает воздуха меньше, чем требуется для их нормаль­ ной работы.

Масштабы и значения отказов в шахтной вентиляционной системе могут быть различными. Так, отказ на одном из добычных участков обычно не затрагивает соседние участки, отказ в под­ готовительной выработке не всегда отражается на работе добыч­ ных участков, отказ на одном пласте (залежи) обычно не влияет на вентиляцию других пластов (залежей). Поэтому для оценки надежности вентиляционных систем целесообразно все отказы разделить на ранги по их значению в производственной деятель­ ности шахты. Можно принять такое деление: отказы I ранга, охватывающие всю шахту в целом; отказы II ранга, охватывающие пласты, крылья, залежи; отказы III ранга, охватывающие от­ дельные добычные или подготовительные участки. Сравнение шахт

по надежности вентиляции следует производить по отказам одного и того же ранга.

Количественно надежность характеризуется показателем надежности, под которым обычно понимается вероятность без­ отказной работы; он обозначается через г. Вероятность отказа называется показателем ненадежности и обозначается через q. Очевидно, что

r + q = i. (XVII. 1)

Шахтная вентиляционная система весьма сложная. Если ее рассматривать с точки зрения надежности, то в ней можно вы­ делить подсистемы «вентиляционная сеть» и «главные вентиля­ торные установки». Выше указывалось, что надеяшость вентиля­ ции определяется также достоверностью методов расчета и исполь­ зуемых в расчетах исходных данных. Следовательно, условно при анализе надежности вентиляции в систему вентиляции шахты можно включить еще подсистемы «методы расчета» и «исходные данные». Каждая из отмеченных подсистем характеризуется своим показателем надежности, соответственно гс, гв, гм, гц.

Отказы в выделенных подсистемах вентиляции шахты проис­ ходят независимо друг от друга. Известно, что при нескольких независимых событиях вероятность их совместного появления

ционной системы имеет место только при безотказной работе всех ее элементов. В этом случае вероятность безотказной работы всей вентиляционной системы г0 будет

г0 = Гсг вг„ гн (XVI1.2)

Из выражения (XVII.2) видно, что для обеспечения приемле­ мой надежности всей системы нужно иметь достаточно высокие

Следует иметь в виду, что показатель надежности является убывающей функцией времени: чем дольше работает шахта, тем больше вероятность отказа q и, следовательно, тем меньше вели­

где t — время; X— интенсивность, или частота, отказов, т. е. число отказов в единицу времени.