11-19-12_15-51-53 / Аэрология горных предприятий_Лекция_2
.pdfкогда угли не склонны к самовозгоранию и на шахтах с глубиной разработки более 200 м.
Комбинированный способ проветривания (рис. в) заключается в комбинации всасывающего и нагнетательного способов, т.е. в одной части вентилятор нагнетает, а в другой - всасывает.
Депрессия шахты, создаваемая работой нагнетательного и всасывающего вентиляторов, определяется из выражения
h = Р1 – Р2
Нагнетательно-всасывающий способ применяется в случаях, когда необходимо ликвидировать или значительно уменьшить утечки воздуха через выработанное пространство и провалы на поверхность.
Контроль за рудничной атмосферой.
Частично мы уже его рассмотрели на прошлой лекции. Общие требования
В соответствии с действующими Правилами безопасности систематическому контролю подлежат следующие параметры вентиляции:
-расход и скорость движения воздуха, проходящего по выработкам и через каналы вентиляторов;
-концентрация кислорода и углекислого газа в рудничном воздухе во всех случаях анализа состава воздуха;
-концентрация метана - при анализе состава воздуха в газовых шахтах;
-концентрация окиси углерода - при анализе состава воздуха в рудниках
ишахтах, разрабатывающих пласты, склонные к самовозгоранию;
-концентрация окислов азота - при анализе состава воздуха в рудниках и после взрывных работ в шахтах;
-концентрация водорода в зарядных камерах;
-температура воздуха;
-относительная влажность воздуха при его температуре более 20 °С.
Кроме того, на рудниках и шахтах предусматривается контроль давления воздуха и разности давлений (депрессии) в горных выработках, контроль параметров работы главных вентиляторов, вентиляторов местного проветривания и вентиляционных сооружений.
Значения параметров вентиляции поступают на дисплеи компьютеров и регистрируются в соответствующих журналах, основные параметры наносятся на вентиляционные планы.
Контроль расхода и скорости движения воздуха. Замеры расхода воздуха производятся:
- в исходящих струях очистных и подготовительных выработок, выемочных участков, крыльев, пластов, горизонтов и шахт в целом;
-в поступающих главных воздушных струях шахт, в местах разветвлений поступающих струй, у забоев подготовительных выработок, у вентиляторов местного проветривания;
-в поступающих или исходящих струях камер общешахтного назначения.
Периодичность контроля расхода воздуха должна составлять:
-в выработках негазовых шахт, шахт I и II категории по газу, а также в камерах не реже одного раза в месяц;
-в выработках шахт III категории - не реже двух раз в месяц;
-в выработках сверхкатегорных шахт и шахт, опасных по внезапным выбросам, не реже трех раз в месяц.
Расход воздуха у вентиляторов местного проветривания необходимо контролировать не реже одного раза в месяц.
Определение объемного расхода воздуха Q, м/с, осуществляется путем непосредственного измерения средней скорости его движения V и сечения S выработки. Рассчитывается по формуле
Q = V · S
Измерение средней скорости движения воздуха осуществляется с помощью анемометров.
Рис. Струнный осевой анемометр АСО-3: 1 – лопасти; 2 – струнная ось; 3 – арретир
На практике наиболее широко используются крыльчатый анемометр АСО-3 и чашечный анемометр МС-13.
С помощью анемометра АСО-3 измеряются скорости движения воздуха от 0,15 до 5 м/с. Поток воздуха действует на восемь лопастей 1, которые передают вращение стрелкам счетчика через струнную ось 2. Пуск механизма счетчика 2 осуществляется с помощью арретира 3.
Рис. Чашечный анемометр МС-13
Чашечный анемометр МС-13 отличается от анемометра АСО-3 тем, что скоростное давление воздушного потока действует на внутреннюю поверхность четырех полусферических чашечек, расположенных симметрично по окружности. Чашечным анемометром МС-13 измеряют скорости движения воздуха в диапазоне от 1,5 до 20 м/с.
В практике рудничной вентиляции для измерения скорости воздуха используются также трубки Пито.
Трубка Пито предназначена для измерения скоростного или динамического давления. Достаточная точность определения скорости воздуха с помощью трубки Пито обеспечивается только при скорости воздуха более 1-1,5 м/с.
С целью более оперативного определения скорости воздуха без дополнительных расчетов, а также в связи с необходимостью автоматизации процесса регистрации скорости воздуха разработаны датчики, позволяющие регистрировать воздействие скорости в виде электрического сигнала.
Рис. Трубка Пито
Датчики такого типа можно разделить на следующие группы:
-датчики, преобразующие вращательные движения крыльчатки в электрические сигналы;
-датчики, использующие эффект теплового (охлаждающего) воздействия движущегося потока;
-датчики других принципов действия.
К датчикам первой группы относятся фотоэлектрические и импульсные индукционные анемометры. Действие фотоэлектрического полупроводникового анемометра основано на принципе прерывания светового потока, проходящего через вращающуюся крыльчатку. Чем больше скорость потока и, следовательно, скорость вращения крыльчатки, тем выше частота пульсаций светового потока, который улавливается фотоэлементом. Скорость движения воздуха определяется по величине силы тока, проходящего через фотоэлемент. Прибор позволяет измерять скорости воздуха в трех пределах: 0- 5 м/с; 0-10 м/с и 0-20 м/с.
Импульсный индукционный анемометр работает по принципу счета импульсов при вращении крыльчатки в магнитном поле. Скорость движения воздуха фиксируется магнитно-электрическим прибором М-265. Она измеряется в двух диапазонах: 0-5 м/с и 0-10 м/с.
Измеритель скорости воздуха действует по принципу бесконтактного преобразования скорости вращения крыльчатки. Лопасти крыльчатки при вращении замыкают магнитный поток модулятора, питающегося от генератора звуковой частоты. Осуществляется амплитудная модуляция напряжений, которая формирует импульсы. Производится счет импульсов и интегрирование пульсаций скорости воздуха. Информация передается на диспетчерский пункт.
Датчики, основанные на принципе оценки скорости потока по эффекту охлаждения нагретых электрических элементов (термоанемометры), широко применяются в практике рудничной вентиляции.
Рис. Термоанемометр
Принципиальное устройство большинства термоанемометров заключается в том, что нагретая электрическим током нить включается в цепь моста Уинстона. Нить охлаждается протекающим потоком, ее температура падает и вследствие этого уменьшается ее электрическое сопротивление, что вызывает дисбаланс моста и фиксируется электрическим прибором.
Замер скорости движения воздуха Скорость движения воздуха замеряется на замерных станциях главных
поступающих и исходящих струй и на замерных пунктах остальных выработок. Замерные станции и пункты располагаются на прямолинейных участках выработок. Измерение скорости воздуха с использованием анемометров осуществляется путем равномерного обвода сечения выработки анемометром по горизонтальным и вертикальным линиям. Измерение может осуществляться также точечным методом, когда сечение разделяется на несколько секций, и
измеряются скорости воздуха в каждой секции.
В этом случае средняя скорость воздуха определяется как средневзвешенная по секциям:
V= 1 ∑n Vi Si
S i=1
где S – площадь поперечного сечения выработки; Vi и Si – соответственно скорость воздуха и площадь поперечного сечения в i-й секции.
Рис. Схемы измерения средней скорости движения воздуха по выработке:
а– путем обвода датчиком поперечного сечения выработки;
б– точечным методом по секциям поперечного сечения выработки
Контроль состава рудничной атмосферы
Контроль содержания кислорода в рудничном воздухе осуществляется с помощью шахтного интерферометра ШИ-6. Действие интерферометра основано на принципе фиксации смещения интерференционной картины, возникающей при прохождении двух когерентных лучей света через камеры, одна из которых заполнена чистым воздухом, а другая - воздухом с примесью какого-либо газа, отличающегося от воздуха показателем преломления.
Прибор включает в себя оптическую часть, газовоздушные камеры и соединительные элементы, помещаемые внутри металлического корпуса. В комплект прибора входят также пять пронумерованных поглотительных трубок, предназначенных для адсорбции метана при измерении концентрации кислорода.
Отбираемый для анализа воздух с помощью резиновой груши пропускается через систему фильтров и заполняет измерительные камеры. После этого включается источник света и через окуляр определяется концентрация кислорода по степени смещения интерференционной картины. Точность измерения концентрации кислорода составляет ±0,1%, пределы измерения 5 - 21%.
Для непрерывного контроля кислорода разработан переносной сигнализатор кислорода СКП-1. Пределы его измерения 13 - 21%, звуковая и световая сигнализации осуществляются при снижении концентрации O2 до 19%. Принцип действия прибора основан на использовании явления термомагнитной конвекции (конвекции газа, окружающего нагретое тело, расположенное в неоднородном магнитном поле) кислородсодержащего газа. В
результате конвекции происходит охлаждение чувствительного элемента, при этом меняется его электрическое сопротивление. По изменению последнего определяется концентрация О2 в газовой смеси.
Содержание кислорода определяется также с помощью химического газоопределителя ГХ-6.
Контроль содержания углекислого газа в воздухе осуществляется с помощью шахтных интерферометров ШИ-3, ШИ-5, ШИ-7, ШИ-8 и ШИ-10.
Прибор ШИ-3 позволяет определять концентрацию углекислого газа в диапазоне от 0 до 6% с точностью ±0,3%. Модификация прибора ШИ-5 отличается от ШИ-3 тем, что в качестве источника света предусмотрено использование головного светильника индивидуального освещения. Прибор ШИ-7 предназначен для измерения высоких концентраций газа (до 100%). Приборы ШИ-8 и ШИ-10 отличаются более высокой точностью измерения концентрации газа (±0,2%).
Для измерения концентрации углекислого газа используется также химический газоопределитель ГХ-5,
Контроль концентрации метана осуществляется переносными приборами эпизодического действия, переносными автоматическими приборами и стационарными автоматическими приборами.
Вкачестве переносных приборов эпизодического действия используются шахтные интерферометры. Так как показатели преломления света у углекислого газа и метана практически одинаковы, для определения концентрации метана используется та же шкала, что и для определения концентрации углекислого газа и, следовательно, те же типы интерферометров: ШИ-3, ШИ-5, ШИ-7, ШИ-8 и ШИ-10.
При контроле концентрации метана с помощью указанных приборов воздух перед поступлением в измерительную камеру проходит через химический поглотитель углекислого газа, а при контроле воздуха на содержание углекислого газа поглотитель отключается. В первом случае измеряется концентрация метана в воздухе, во втором - суммарная концентрация метана и углекислого газа. По разнице этих концентраций определяется концентрация углекислого газа.
Большое распространение в измерениях концентрации метана получили датчики, основанные на принципе термокаталитического окисления метана на поверхности чувствительных элементов, включаемых в электрическую цепь. На этом принципе основана работа, в частности, переносных автоматических анализаторов метана СМП-1 и СШ-2. Весьма важными элементами этих приборов является система звуковой и световой сигнализации при измерении концентрации метана от 2% и выше.
Вкачестве основного и наиболее надежного средства контроля метана в газообильных шахтах используются системы автоматического контроля
концентрации, основными элементами которых являются датчики, обладающие унифицированным выходом сигналов.
В России эксплуатируется серийно выпускаемая аппаратура АМТ-3. Она является универсальной и на ее основе можно создавать и эксплуатировать системы как местной, так и общешахтной автоматической защиты и централизованного телеконтроля концентрации метана. Аппаратура АМТ-3 имеет универсальный полуфиксированный выход сигналов, что дает возможность передавать информацию по каналам любой общешахтной системы.
Это позволяет использовать информацию, передаваемую по каналам, для ее последующей обработки и выработки управляющих воздействий на органы регулирования.
При применении аппаратуры АМТ-3 можно практически решать следующие задачи:
-контролировать содержание метана в выработках шахты;
-обеспечивать автоматическое отключение электрического питания в очистных и подготовительных забоях при достижении установленного предела концентрации метана;
-осуществлять передачу информации о концентрации метана на диспетчерский пункт и непрерывную запись этой информации;
-осуществлять местную, участковую и централизованную сигнализацию, звуковую и световую при превышении установленных пределов концентрации метана.
Контроль концентрации окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистых газов осуществляется переносными химическими газоопределителями ГХ-4 с меховым аспиратором АМ-3.
Для контроля концентрации окиси углерода созданы и эксплуатируются ряд автоматических приборов, однако их чувствительность не вполне удовлетворяет требованиям контроля рудничной атмосферы.
Контроль концентрации водорода в атмосфере зарядных камер и ламповых осуществляется с помощью интерферометров.
В рудничном воздухе иногда содержатся компоненты вредных и взрывоопасных газов, в связи с чем распространенным методом контроля состава рудничной атмосферы является многоступенчатый химический анализ проб воздуха в газоаналитических лабораториях военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ). При этом часто используются комплексные методы анализа.