122876 (Аэрологический контроль в шахтах)

1. Каковы свойства, источники образования и предельно допустимые нормы концентрации углекислого газа и окиси углерода?

Углекислый газ (СО_а) бесцветен, обладает слабокислым вкусом, не горит и не поддерживает горения, нормальная плотность — 1,98 кг/м*. Из-за высокой плотности этот газ скапливается у почвы выработок, в нижней части шурфов, в уклонах и зумпфах, поэтому замеры содержания С0₂ необходимо производить у почвы (особенно это касается старых заброшенных выработок). Сам по себе этот газ слабо ядовит и в небольших количествах он необходим для стимулирования дыхания.

При содержании в воздухе 3 % С0₂ дыхание человека учащается в два раза, 5 % — учащается в три раза и становится тяжелым, 6 % — появляются сильная одышка и слабость, 10 % — наступает обморочное состояние, 20—25 % — возможно смертельное отравление.

По ПБ содержание С0₂ в действующих выработках не должно превышать 0,5 %, в исходящей струе воздуха шахты — 0,75 %.

Углекислый газ в шахте обычно образуется при гниении крепежного леса, в результате медленного окисления угля; кроме того, он выделяется непосредственно из горных пород и угля. Второстепенные источники образования С0₂ —• дыхание людей, взрывные работы. Большое количество С0₂ выделяется после взрывов рудничного газа и пыли, а также при пожарах.

Оксид углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха, нормальная плотность — 1,25 кг/м³. Длительная работа человека в атмосфере, содержащей 0,01 % СО, вызывает хроническое заболевание с тяжелыми последствиями. Содержание в атмосфере 0,4 % СО считается смертельно опасным, при 1 % СО человек теряет сознание после нескольких вдохов. Оксид углерода горит и взрывается при концентрации его в воздухе 16,2— 75 %, наиболее сильный взрыв возникает при концентрации 30 °'ii, температура воспламенения газовоздушной смеси в этом случае 630—810 °С. Согласно ПВ допускается содержание СО в рудничном воздухе не свыше 0,0017 %. Главные источники образования СО в шахтах — рудничные пожары, взрывы метана или угольной пыли (при взрыве 1 кг угольной пыли образуется 1,5 м⁸ СО), оксид углерода образуется также при взрывных работах.

1. Какие факторы определяют климат в горных выработках? Какие существуют требования ПБ к ограничению температуры, влажности и скорости движения воздуха?

Климатические условия в горных выработках определяются температурой, влажностью и скоростью движения воздушной струи. Температура и влажность атмосферного воздуха изменяются в результате прохождения - его по горным выработкам.

На суточные и годовые колебания температуры воздуха в шахте влияют следующие факторы.

1 . Нагревание воздуха в результате сжатия при его движении вниз по стволу. При этом на каждые 100 м происходит повышение температуры на 1 °С.

При движении воздуха вверх по стволу происходит его расширение, которое сопровождается поглощением тепла, причем на 100 м температура воздуха понижается на 9,8—0,9 °С.

2. Температура горных пород и теплообмен между породами и воздухом. На расстоянии до 25—30 м от земной поверхности температура горных пород зависит от колебаний температуры атмосферного воздуха. На глубине 25—30 м температура пород остается в течение года постоянной, на 1,5—2 °С превышающей среднегодовую температуру данной местности. При дальнейшем углублении под влиянием внутреннего тепла Земли температура горных пород повышается.

П оказателем интенсивности увеличения температуры с глубиной является геотермическая ступень, т. е. расстояние в метрах, при углублении на которое температура пород повышается на 1 ^СС. Величину геотермической ступени для угленосных отложений принимают 35—45 м.

Количество тепла, отдаваемое горными породами движущемуся воздуху, зависит от разности температур пород и воздуха, от коэффициента теплоотдачи пород, скорости воздуха и других факторов.

Вследствие того, что воздух, проходя по выработкам, изменяет температуру горных пород, вокруг выработки с течением времени образуется зона, в пределах которой температура отличается от температуры пород в глубине массива. Эта зона называется «тепловыравнивающей рубашкой». Толщина этой зоны зависит от времени эксплуатации выработки и разности температур воздуха и пород, скорости и количества проходящего воздуха и теплопроводности пород.

3. Экзотермические (тепловыделяющие) и эндотермические (теплопоглощающие) процессы в горных выработках.

К экзотермическим процессам, в результате которых температура воздуха может значительно повыситься, относятся окисление угля и гниение дерева.

Наряду с этим в шахте протекают и эндотермические процессы (испарение воды), они понижают температуру шахтного воздуха.

4. Температура воздуха на земной поверхности. Температура воздуха зимой в начале лавы на 3—5 ^СС меньше, чем летом. На глубоких шахтах эта разница меньше.

5. Работа машин и механизмов, взрывные работы, тепловыделение людей.

Влажность шахтного воздуха зависит от влажности поступающего атмосферного воздуха, обводненности выработок и от температурных условий.

Различают абсолютную и относительную влажность воздуха.

Абсолютная влажность f — количество водяных паров, г, содержащихся в 1 м³ воздуха. При данной температуре в воздухе может содержаться только определенное количество F (t) водяного пара. Такой воздух называется насыщенным.

Относительная влажность — отношение количества водяных паров, содержащихся в каком-либо объеме, к максимально возможному их содержанию при данной температуре. Количество водяных паров в насыщенном воздухе зависит от температуры: чем она ниже, тем меньше влажность.

В зимнее время холодный атмосферный воздух содержит незначительное абсолютное количество влаги f, И, когда такой воздух проходит по сухим выработкам, с повышенной температурой, относительная влажность его снижается, так как увеличивается F . Наибольшая относительная влажность (до 90-100 %) обычно наблюдается на исходящей струе.

1. Последовательная и параллельная работа вентиляторов, их одиночные и суммарные характеристики при последовательной и параллельной работе

Последовательная работа вентиляторов

Последовательной называют такую работу вентиляторов, при которой воздушная струя поочередно и полностью проходит через все вентиляторы (рис).

При этом производительности вентиляторов равны: Q1=Q2=Q3 и т.д.

Общая депрессия складывается из депрессии всех вентиляторов:

Чтобы установить производительность и общую депрессию последовательно работающих вентиляторов, необходимо по их индивидуальным рабочим характеристикам построить суммарную (общую) характеристику, которая будет отражать свойства последовательно соединенных вентиляторов. Для этого на график наносятся характеристики I и II вентиляторов и при каждой величине дебита складываются развиваемые вентиляторами депрессии (рис.). Например, при дебите Q_z вентилятор I развивает депрессию . При том же дебите вентилятор II развивает депрессию . Для нахождения координат точки общей характеристики [/ +II] h находим общую депрессию.

(рис.) Установление режима

Координаты найденной точки общей характеристики – Q1и h

Практически для построения общей характеристики достаточно найти положение вентилятора 10—15 ее точек, которые затем соединяются плавной линией.

Рабочие участки складываемых характеристик а — а' и b —b имеют, как правило, разные координаты по оси расходов. В связи с этим при сложении характеристик рабочий участок общей характеристики с — с' оказывается заключенным в более узком интервале дебитов.

На рис. графическим способом рассмотрена задача о последовательной работе двух вентиляторов на вентиляционные сети с характеристиками А, В и С, обладающими различными аэродинамическими сопротивлениями.

Точка 1 соответствует отрицательной депрессии h , т. е. вентилятор I при последовательной работе на сеть В оказывает воздушному потоку дополнительное сопротивление.

Последовательная работа вентиляторов разного размера приводит к увеличению подачи воздуха только при высоком сопротивлении сети (сеть с характеристикой А, рис.); в этом случае увеличение производительности, как правило, оказывается незначительным (велико значение dh/dQ). Кроме того, при совместной работе вентиляторов значительно труднее, чем при одиночной, обеспечить соответствие режимов участкам характеристики с высоким к. п. д.

Параллельная работа вентиляторов

Параллельной называют такую работу вентиляторов, при которой потоки воздуха от отдельных вентиляторов сливаются вместе и образуют один общий поток (рис.).

В этом случае общий дебит на участке А В равен сумме дебатов вентиляторов:

Параллельная работа на сети с характеристиками А и С нецелесообразна: соответствующие вентиляционные режимы или неустойчивы или менее интенсивны (сеть А), чем режимы при одиночной работе вентилятора II на эти сети. При совместной работе на сеть А вентилятор I имел бы отрицательный дебит (работал бы в режиме подсоса воздуха).

1. Как влияют утечки воздуха на проветривание шахты, и какие мероприятия должны проводиться на шахтах для уменьшения утечек воздуха?

У течки воздуха делятся на поверхностные и подземные.

Поверхностные утечки или подсосы воздуха происходят в канале вентилятора через неплотности в сооружениях, закрывающих устье вентиляционного ствола.

Подземные утечки происходят вследствие просачивания воздуха через вентиляционные устройства (перемычки, двери, кроссинги), через закладочный массив или обрушение породы в выработанном пространстве, через нарушенные целики угля.

Утечки нарушают проветривание забоев, вызывают самовозгорание угля при просачивании воздуха через выработанное пространство или нарушенные целики угля.

Подсос воздуха с поверхности вызывает совершенно бесполезный расход энергии при работе вентилятора и приводит к уменьшению количества воздуха, поступающего в шахту.

Однако в некоторых случаях утечки воздуха являются полезными. Например, утечки с откаточного штрека на вентиляционный через завал препятствуют опасному скоплению метана в выработанном пространстве.

Подсчет утечек в действующей шахте производится по результатам замеров количества воздуха (рис.).

Обозначим проходящее по каналу вентилятора количество воздуха Q_B, поступающее в очистные и подготовительные забои Q₃, поступающее в шахту Q_ш. Утечки, %, отнесенные к производительности вентилятора, определяются из выражений:

подсос воздуха с поверхности