1.
Каковы свойства, источники образования и предельно допустимые нормы концентрации углекислого газа и окиси углерода?
Углекислый газ (СОа
) 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.
2.
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.
Показателем интенсивности увеличения температуры с глубиной является геотермическая ступень, т. е. расстояние в метрах, при углублении на которое температура пород повышается на 1 С
С. 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 С
С 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.
3.
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 Qz
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,
обл
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).
4
Как влияют утечки воздуха на проветривание шахты, и какие мероприятия должны проводиться на шахтах для уменьшения утечек воздуха?
Утечки 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 QB
, поступающее в очистные и подготовительные забои Q3
, поступающее в шахту Qш
. Утечки, %, отнесенные к производительности вентилятора, определяются из выражений:
подсос воздуха с поверхности
подземные утечки:
общие утечки.
Утечки через двери, перемычки и кроссинги зависят от аэродинамического сопротивления этих сооружений и перепада давления через них. Утечки через глухие перемычки могут приниматься равными 10—30 м3
/мин.
Утечки воздуха через вентиляционные двери (шлако) можно подсчитать по формуле:
Где: - коэффициент, учитывающий количество дверей в шлюзе. При одной, двух, трех, четырех дверях принимается соответственно равным 1,0; 0,76; 0,66; 0,57;
коэффициент воздухонепроницаемости дверей, принимается от 0,005 до 0,02;
h – депрессия, под которой находится дверь, Па.
В кроссингах при хорошем уплотнении дверей и перемычек, как показывают замеры, утечки воздуха могу приниматься равными 50—75 мя
/мин.
Утечки, через устья вентиляционных стволов завися от конструкции герметизирующих устройств. Обычно эти утечки объединяются с утечками через резервные вентиляторы и могут приниматься, согласно замерам 15 % и 10 % от QB
при установке вентилятора соответственно в устье скипового ствола и на клетевом стволе 5 %
— если ствол не оборудован подъемом и устье его закрыто.
Утечки через выработанное пространство зависят от системы разработки, схемы проветривания и способа управления кровлей. Значение их при возвратноточной схеме проветривания для сплошных систем разработок можно принимать следующее: на пологих пластах при разработке с полным обрушением, но с оставлением угольных целиков над откаточными или под вентиляционным штреками, или с выкладыванием породных и чураковых стенок — 30—70 % от Q3
; при разработке с частичной закладкой — 20—35 % от Q3
; на крутых пластах при разработке с поддержанием кровли на кострах, при оставлении целиков над откаточными или под вентиляционным штреками — 35% от Q3
; при разработке с плавным oпусканием кровли — 45 % от Q3
.
При возвратноточной схеме проветривания для системы разработки длинными столбами по простиранию при управлении кровлей обрушением утечки можно принимать равными 15—20 % от Q3
; для щитовой системы -30 % от Q3
; для наклонных слоев — 25 % от Q3
. Дл этих же систем разработки при прямоточных схема проветривания участка утечки через выработанное пространство можно принимать равным 25 – 50% от Q3
.
Утечки в параллельных выработках зависят от числа и качества перемычек в печах и просеках, соединяющих эти выработки. Если целики угля не трещиноваты, то утечки, отнесенные к одной шлакобетонной, шлакоблочной или каменной перемычке площадью 5 мг
, равны 0,8 %; к чураковой перемычке — 1 % и к двойной дощатой с засыпкой — 1,2 % от Q3
. Если породы трещиноватые, то утечки увеличиваются в 1,75 раза.
Мероприятия по снижению утечек воздуха сводятся к следующему:
снижение общешахтной депрессии, которой пропорциональны общешахтные утечки воздуха;
применение фланговой схемы проветривания, создание вентиляционных горизонтов, обособленных от откаточных;
контроль и ремонт вентиляционных сооружений, использование полимеров, герметизирующих бока выработок.
5.
Определить, какой расход воздуха необходим для проветривания очистного забоя, если известно: абсолютная газообильность 2,5 м/мин.; плановая и фактическая добыча – 600т/сутки; концентрация метана на поступающей струе 0,2%, в лаве работают 18 человек. Взрывных работ нет
Решение:
Q =
Где kн – коэффициент неравномерности =1,1;
I= 2.5 – абсолютная зазообильность;
С – допустимое содержание метана;
С=0,2% содержание на поступающей струе
Q = = 343,75 м/мин = 5,7мсек
По наибольшему числу людей:
Q = 6п
=6 м/мин = 1,8 мсек
Для подачи воздуха в очистного забой принимаем наибольший из рассчитанных факторов - 5,7мсек.
Проверка:
Производим проверку количества воздуха подаваемого в очистной забой по минимальной и скорости движения воздуха в лаве.
QV= 60=109 м/мин.
Где, - (табл.) максимальная площадь очистной выработки;
V- минимально допустимая скорость воздуха;
- коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства.
Производим проверку количества воздуха подаваемого в очистной забой по максимальной и скорости движения воздуха в лаве.
Q=624 м/мин.
Вывод: путем расчета установили, что для проветривания очистного забоя расход воздуха, при заданных параметрах, составила 5,7мсек. А вследствие двойной проверки, расчеты подтвердились
Список литературы:
1. Васюков Ю.Ф. Горное дело. - М.: Недра, 1990.
2. Заплавский Г.А., Лесных В.А. Технология подготовительных и очистных работ. –М.: Недра, 1986.
3. Правила безопасности
4. Ковальчук А.Б. Горное дело – М.: Недра, 1991
5. Килячков А.П., Брайцев А.В. Горное дело: Учеб. для техникумов. – М.: Недра, 1989.- 422с.