Горные машины

Сернистый газ SО2 – без цвета, с характерным резким запахом горящей серы и сладковатым вкусом. Запах SО2 ощущается при концентрации 0,0005 %. Химически очень активен. При содержании 0,002 % разъедает слизистые оболочки. Ядовит, опасен для жизни при содержании 0,05 %.

При отравлении SО2 нельзя делать искусственное дыхание, так как это может привести к отеку легких.

Сероводород H2S – бесцветный газ с запахом тухлых яиц, весьма ядовит и взрывоопасен. Ощущается при содержании 0,0001–0,0002 %, сильно разъедает слизистые оболочки глаза и горла. Основные признаки отравления H2S – насморк, кашель, металлический вкус во рту, жжение и боль в глазах, слезотечение, тошнота, головная боль.

Пострадавшего выносят на свежий воздух, кладут на спину на сухое место или доски, укрывают теплой одеждой и, если он без сознания, делают искусственное дыхание.

Окислы азота. Окись азота (NO) – бесцветный газ, который с кислородом переходит в двуокись азота NО2. Образуются при взрывных работах.

Искусственное дыхание делать запрещено.

Метан СН4 – без цвета, запаха и вкуса, не ядовит, горюч, взрывоопасен. Наибольшая сила взрыва при концентрации 9,5 %. Взрывчатые свойства имеет атмосфера с концентрацией СН4 от 5 до 14 %.

Рудничный воздух в процессе производства работ насыщен пылью. Все источники пылеобразования делят на первичные и вторичные. К первичным относятся источники пылеобразования при разрушении полезного ископаемого или пород (буровзрывные работы, уборка, транспортировка пород и др.). К вторичным относятся источники пылеобразования, при которых поднимается в воздух ранее осевшая пыль.

Пыль разделяется на металлическую (железная, медная, цинковая и др.), минеральную (кварцевая, угольная, известковая, графитная, аргилитовая, сланцевая и др.) и смешанную.

По крупности частиц (мкм) пыль делится: на микроскопическую – 0,3–0,4; субмикроскопическую – менее 0,3; ультрамикронную (ультра-

тонкие) – 0,01–0,3.

Наиболее вредна для здоровья минеральная пыль, содержащая двуокись углерода с диаметром частиц менее 5…10 мк, и более вредна при диаметре частиц менее 1…2 мк.

Контрольные вопросы

1.Состав рудничного воздуха.

2.Рудничная пыль: источники, характеристика.

142

Способ нельзя применять в выработках, опасных по взрыву газа или пыли. Применяется для проветривания камер.

При комбинированном способе проветривания по всей выработке прокладывается трубопровод, по которому из забоя отсасывается загрязненный воздух, а в призабойной части – дополнительно трубопровод для подачи к забою свежего воздуха. Таким образом, в комбинированном способе сочетаются достоинства нагнетательного и всасывающего.

Нагнетательный вентилятор устанавливается за пределами зоны, загрязняемой вредными газами и пылью при взрывных работах. Протяженность этой зоны определяется расчетом в зависимости от массы взрываемого ВВ, его свойств и площади поперечного сечения выработки. В среднем эта величина составляет около 50 м.

Комбинированный способ особенно целесообразен для проветривания протяженных выработок с большой площадью поперечного сечения. Однако, как и всасывающий, он не может применяться в выработках, опасных по взрыву газа или пыли.

Проветривание выработок с помощью скважин применяется при значительной длине горизонтальных выработок (рис. 45), сравнительно небольшом расстоянии до земной поверхности или при наличии расположенного выше разведочного горизонта на разведочной шахте.

Рис. 45. Нагнетательная схема проветривания с использованием скважин:

1 – вентилятор; 2 – вентиляционная скважина; 3 – закрытая скважина; 4 – наклонный ствол; 5 – рассечка; 6 – нагнетательный трубопровод диаметром 400 мм

Скважины работают преимущественно во всасывающем режиме, а вентилятор устанавливается над устьем скважины. В соответствии с ПБ скорость движения воздуха по скважине не ограничивается.

Проветривание может осуществляться через восстающие и другими схемами.

145

§ 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ ЗАБОЯ

Для проветривания разведочных выработок в процессе их проведения применяют осевые и центробежные вентиляторы. Осевые вентиляторы более компактны; при их установке в выработке не возникает необходимость в ее расширении или сооружении специальных камер.

* Вентиляторы укомплектованы глушителем шума.

Для обеспечения проветривания разведочных шахт применяют также и центробежные вентиляторы.

Основными аэродинамическими параметрами вентиляторов являются подача, давление (напор), мощность и коэффициент полезного действия.

Увсех вентиляторов с увеличением подачи развиваемое давление уменьшается. КПД вентиляторов с ростом подачи сначала увеличивается, а затем начинает падать. Максимальное значение КПД для вентиляторов с электроприводом составляет для осевых вентиляторов 0,7–0,8, для центробежных – 0,8–0,86; у вентиляторов с пневмоприводом КПД значительно ниже. Оптимальнымназываетсятакойрежимработывентилятора, прикотором КПДсоставляетнеменее0,9 максимальногозначения.

Уосевых вентиляторов потребляемая мощность мало зависит от подачи, у центробежных эта зависимость выражена резче.

Воздух подается или отсасывается по вентиляционным трубам. На горно-разведочных работах широко применяются гибкие вентиляционные трубы типа М, изготовленные из специальной хлопчатобумажной ткани с двухсторонним резиновым покрытием – сшивают из нескольких полотнищ. Один из швов оформляется в виде гребешка, к нему крепятся металлические крючки, с помощью которых трубопровод подвешивается к протянутому вдоль выработки металлическому тросу.

146

Эти трубы имеют диаметр 300, 400, 500 и 600 мм и выпускаются звеньями длиной 5, 10 и 20 м. Для стыковки звеньев в их концы вмонтированы стальные разрезные пружинные кольца. Для соединения соседних звеньев пружинное кольцо одного звена сжимается и вводится внутрь другого. Распрямившись, пружинное кольцо обеспечивает плотный стык.

Для защиты трубопровода от повреждения при взрывных работах на торце трубы у забоя размещаются специальные металлические защитные устройства.

Промышленностью выпускаются также гибкие трубы на основе капроновой ткани, комбинированной ткани (лавсана с хлопком) с покрытием резиной или полихлорвинилом. Наряду с гибкими применяются и металлические трубы. На некоторых предприятиях горной промышленности – круглые фанерные.

Металлические трубы свариваются из листа толщиной 2…2,5 мм. Они выпускаются различных диаметров, в том числе 500, 600 и 800 мм. Длина труб 2,5 м (Ø 500 мм) или 3,5 м (Ø 600 и 800 мм). Соединяются между собой в вентиляционный трубопровод с помощью фланцев и болтов или поясков. Герметичность обеспечивается путем использования резиновых прокладок.

В горных выработках вентиляционный трубопровод подвешивается

спомощью хомутов и канатов или размещается на жестких опорах. Трубы из прорезиненной ткани удобны при транспортировании,

они дешевле металлических.

§ 3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Количество воздуха для проветривания забоя горно-разведочной выработки можно рассчитать по количеству ВВ, взрываемого за один прием, по количеству пыли, образующейся в забое, по числу людей, одновременно находящихся в выработке, по выделению метана и пр.

Количество воздуха (м3/с), необходимое для разжижения и выноса вредных газов, образующихся после взрывных работ, определяется по формуле

nз

Q = ∑Qз ,

i=1

где nз – количество выработок (забоев), в которых в течение смены производятся буровзрывные работы одновременно; Qз, – количество воздуха, необходимое для каждой выработки, м3/с.

147

Значение Qз для нагнетательного способа проветривания рассчитывается по формуле В.Н. Воронина:

где А – количество одновременно взрываемых ВВ, кг; Sпр – площадь поперечного сечения выработки в проходке, м2; L – длина выработки, проветриваемой нагнетательным способом, м; bф – объем вредных газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, л/кг; t – нормальное время проветривания выработки, мин; t = 1800 с; ψ – коэффициент, учитывающий обводненность выработки (для сухих выработок ψ = 0,8; влажных – ψ = 0,6 и для выработок, проводимых по водоносным породам или с применением водяных заслонов, ψ = 0,3).

При комбинированном способе проветривания при установке перемычки на расстоянии менее 50 м от забоя количество воздуха можно определить также по формуле А.И. Ксенофонтовой (для нагнетательного вентилятора):

при расстоянии до перемычки более 50 м

где lп – длина от забоя до перемычки, м.

При отсутствии перемычки расстояние зоны отброса газов рассчитывается по формуле

Подача всасывающего вентилятора должна быть на 10–15 % больше, чем нагнетательного, при наличии перемычки и на 20–30 % больше без перемычки.

По пылевому фактору при отсутствии сдувания пыли с отбитой породы и поверхности выработки в зону дыхания бурильщиков должно подаваться количество воздуха

Qзаб = Vв ln n0 −−n0′ . Kt n n0

Для проветривания всей выработки количество воздуха рассчитывается по формуле

148

При наличии сдувания пыли в зоне смешения с отбитой породы и стенок выработки и отсутствии сдувания в остальной части выработки

где V – объем зоны смешения, м; K – коэффициент турбулентной диффузии; Kс – коэффициент процесса при наличии сдувания пыли, Kс = 0,2…0,3; п0 – начальная концентрация пыли в зоне смешения после взрывных работ, мг/м3; п'0 – начальная запыленность вентиляционной струи, мг/м3; п – допустимая концентрация пыли в выработке, мг/м3; t – время проветривания выработки, с; l – расстояние от забоя до конца вентиляционного трубопровода, м.

В условиях непрерывного пылевыделения в зоне работы бурильщика для доведения пыли до допускаемой концентрации

где N' – интенсивность пылеобразования, мг/с; ξ – коэффициент пропорциональности, зависящий от числа работающих перфораторов; ξ = 0,8 для одного перфоратора и ξ = 0,5 – для двух.

Учитывая разжижение запыленного воздуха до нормы за счет скорости омывания забоя, количество воздуха

Qзаб = VSпp,

где V – скорость воздушной струи (для шахт она принимается от 0,5 до

7 м/с).

Для геологоразведочных выработок ЦНИГРИ предложил формулу

Qзаб = 0,35Sпр.

Количество воздуха для максимального числа людей (m), одновременно находящихся в забое, определяется по формуле

Qзaб = 6m.

В дальнейшем в расчетах следует принимать наибольшее значение Qзaб, вычисленное по одной из приведенных выше формул.

149

Общую разность давлений (или энергию), затрачиваемую на преодоление всех сопротивлений шахтных выработок (или выработки) движению по ним воздуха, можно представить в общем виде (исходя из уравнения Бернулли):

h = hст ± h2 ± ∆hск,

где hст = Р1 – Р2 – статическое давление; h2 = ρ1H1 – ρ2H2 – гид-

динамическое (скоростное) давление.

При небольшой скорости движения воздуха значениями ∆hск можно пренебречь и формулу записать в виде

h = αSPL3 = Qзаб2 ,

пр

hS3

пр

где α = 2 – коэффициент аэродинамического сопротивления (для

LPQзаб

металлических труб α = 0,003…0,0005; для труб из прорезиненной тка-

ни α = 0,00025…0,00035).

Окончательно h = RQ2заб, подача вентилятора Qв = PQзаб, где Р – коэффициент потерь в трубопроводе. Его значение можно определить по

формуле

где d – диаметр вентиляционных труб, м; K – удельный стыковой коэффициент воздухопроницаемости труб (для металлических труб при хорошем уплотнении стыков K = 0,001 – 0,002; при среднем – K = 0,0003…0,0005;

150