1. Характеристика и метрологическое описание калориферной установки в процессе нагрева воздуха
Рисунок 1.1 – Технологическая схема калориферной установки
Температура воздуха подземных выработок согласно правилам безопасности по ведению горных работ должна быть не выше 25°; в случаях же более высокой температуры требуется принятие специальных мер для ее снижения.
Характерной особенностью микроклимата подземных выработок являются резкие колебания отдельных его компонентов, в особенности температуры воздуха и его подвижности, на различных участках подземных выработок.
Резкая смена отдельных компонентов метеорологического фактора имеет значение как для рабочих, постоянно передвигающихся по выработкам, так и для лиц, занятых в забоях, поскольку им приходится длительное время находиться у ствола шахты в ожидании подъема на поверхность.
Самая низкая температура воздуха наблюдается, как правило, у ствола шахты, а самая высокая — в очистных забоях. По мере удаления от ствола шахты температура воздуха повышается. Относительная влажность изменяется мало; следовательно, абсолютная влажность повторяет полностью кривую изменения температуры. Скорость же движения воздуха по мере удаления от ствола шахты значительно падает и достигает своего минимума в очистных забоях.
На изменение температуры воздуха подземных выработок оказывают влияния следующие факторы: 1) температура воздуха на поверхности, 2) теплота сжатия, 3) теплота горных пород, 4) теплота от окисления угля, 5) испарение воды и осаждение водяных паров из воздуха, 6) прочие факторы (выделения тепла людьми, работа машин и др.). Некоторые из указанных факторов способствуют повышению температуры, другие — снижению ее. Температура воздуха подземных выработок зависит от температуры воздуха на поверхности, причем эта зависимость сохраняется при различной глубине шахты; чем меньше глубина шахты, тем резче выявляется эта зависимость. Теплота образуется также при сжатии воздуха нисходящей струи, поступающей в шахту. Установлено, что на каждые 100 м глубины температура воздуха повышается на 1°. Таким образом, при глубине шахты 800 м воздух, проходя через нее, нагревается на 8°. Теплота горных пород зависит от глубины их залегания; она оказывает влияние на температуру воздуха подземных выработок вследствие происходящего теплообмена между породами и воздухом, проходящим по выработкам.
Значительное повышение температуры воздуха может происходить за счет окисления угля, особенно в пыльных рудниках и при наличии в забое большого количества мелкого угля — штыба. Для охлаждения воздуха особое значение имеет испарение воды. Как известно, для испарения 1 г воды требуется 0,6 ккал. В подземных выработках процесс испарения воды происходит очень интенсивно, — об этом свидетельствует увеличение абсолютной влажности по мере удаления от ствола шахты. Влияние каждого из указанных факторов на изменение температуры воздуха подземных выработок неодинаково в различных местах.
Теплота сжатия наблюдается только в стволе шахты; теплота пород оказывает влияние на температуру воздуха на всей протяженности выработок, причем зимой воздух нагревается, так как он холоднее пород, а летом, вплоть до очистных забоев, охлаждается, так как он теплее пород, и только в очистных забоях (свежее обнажение) происходит нагревание воздуха.
Важным компонентом метеорологических условий является влажность воздуха. Как уже указывалось, относительная влажность в очистных и подготовительных выработках остается почти постоянной независимо от глубины шахты и сезона года. То же характерно и для остальных мест подземных выработок, причем значительных колебаний на всей протяженности выработок не наблюдается, так как воздух подземных выработок почти полностью насыщен влагой (соответственно температуре воздуха в каждом месте).
Существенную роль в создании определенного микроклимата играет скорость движения воздуха, которая в подземных выработках зависит от количества подаваемого воздуха и от степени его использования по прямому назначению. В условиях подземных работ значительная часть воздуха не доходит до всех забоев, а по кратчайшему пути уходит к вентиляционному стволу, поэтому в забое трудно достигнуть необходимой скорости движения воздуха для создания микроклимата, благоприятствующего нормальной теплоотдаче организма.
2 ВЫБОР КОНТРОЛИРУЕМОГО ПАРАМЕТРА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНА ЕГО ИЗМЕНЕНИЯ. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ, ТРЕБОВАНИЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ К СРЕДСТВУ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В СТВОЛЕ ШАХТЫ
Для предотвращения обмерзания ствола, подъемных сосудов и канатов, а также создания нормальных климатических условий для работающих людей воздух, подаваемый в шахту в холодное время года, подогревается в калориферных установках. В технологической схеме калориферных установок шахт обычно используют водяной и паровой калориферы.
В настоящее время для автоматизации калориферных установок большинство шахт оснащаются комплектной аппаратурой типа АКУ-3, которая позволяет формировать двухконтурную систему автоматического регулирования. В одном контуре регулирования осуществляется поддержание температуры воздуха в стволе путем изменения соотношения горячего и холодного воздуха, а в другом контуре регулирования поддерживается на постоянном уровне температура теплоносителя на выходе из калорифера путем изменения его расхода через калорифер.
Согласно технике безопасности температура в стволе шахты должна лежать в пределах от 2 до 10 градусов.
Разрабатываемое средство измерения будет находится в условиях большой запыленности и влажности.