Рудничная атмосфера и система вентиляции горных выработок

1. РУДНИЧНАЯ АТМОСФЕРА И СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

РУДНИЧНАЯ АТМОСФЕРА И
СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК
Рудничная атмосфера или рудничный воздух определяются состоянием атмосферного
воздуха, который, поступая в горные выработки, претерпевает определенные
изменения в своем составе. Постоянными составными частями атмосферного воздуха,
как известно, являются: азот — 78,16 % по объему; кислород — 20,9 %; углекислый
газ — 0,04 % и инертные газы. Кроме того, в атмосферном воздухе содержится
постоянно изменяющееся количество водяного пара.
Рудничный воздух отличается от атмосферного главным образом пониженным
содержанием кислорода, повышенным содержанием азота и углекислоты, а также
привносом в него ядовитых газов (сероводорода, сернистого газа, оксида углерода и
др.), взрывчатых газов (метана) и твердых веществ в диспергированном виде (пыли).
Кроме того, определенным образом изменяются влажность, температура, давление и
плотность рудничного воздуха. По мере перемещения горных работ на глубокие
горизонты повышаются давление и плотность атмосферного воздуха, а также его
температура. Испарение воды, содержащейся в разрабатываемом горном массиве,
способствует повышению влажности рудничного воздуха, автоматически уменьшая
содержание в нем кислорода.
Все технологические процессы горного производства в той или иной мере
способствуют привносу вредных компонентов в рудничный воздух — его
загрязнению. При выемочных и горнопроходческих работах увеличивается
поверхность обнажений горного массива, через которые выделяются содержащиеся в
массиве газы. Кроме того, механический и взрывной способы разрушения горного
массива характеризуются интенсивным пылеобразованием, а при взрывном способе к
тому же выделяется большой объем вредных газов. Ощутимый привнос пыли в
рудничный воздух имеет место при перегрузочных операциях и при
транспортировании горных пород.
В зависимости от количества привнесенных вредных компонентов рудничный воздух
называют свежим, если примесей сравнительно мало и его состав близок к составу
атмосферного воздуха. Рудничный воздух считается загрязненным, когда отмечается
повышенное содержание вредных примесей (газов, паров и пыли) или недопустимо
изменяется соотношение постоянных составных частей атмосферного воздуха.

2.

Чистота (свежесть) рудничного воздуха определяется по относительному
содержанию основных составных частей и предельно допустимым концентрациям
вредных компонентов. Содержание кислорода в рудничном воздухе согласно
Правилам безопасности должно быть не менее 20 % по объему. Содержание
углекислого газа не должно превышать максимально допустимых концентраций,
которые составляют 0,5 % на рабочих местах и в исходящих струях участков и 0,75 %
в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и шахты в целом. Объемная
концентрация оксида углерода в рудничном воздухе эксплуатирующихся и
строящихся выработок не должна превышать 0,0016 %. Содержание оксидов
азота, образующихся при взрывных работах, не должно превышать 0,00025% по
объему в пересчете на диоксид азота N02, а содержание сернистого газа-0,00035%.
Особое место в рудничной атмосфере занимает метан. В смеси с воздухом метан
образует горючие и взрывчатые смеси. Причем при объемной концентрации метана в
воздухе до 5—6 % метановоздушная смесь не взрывается; свыше 14—15 % — не горит
и не взрывается. Шахты и рудники, в которых хотя бы в одной выработке был
обнаружен метан, относят к опасным по газу, что влечет за собой дополнительные
требования к обеспечению безопасности. При этом все опасные по газу угольные
шахты разделяются на пять категорий: I (относительная метанообильность до 5 м' на 1
т добычи), II (от 5 до 10), III (от 10 до 15), сверхкатегорные (15 и более) и опасные по
внезапным выбросам. По метанообильности рудники разделяют на четыре категории:
I (до 7), II (от 7 до 14), III (от 14 до 21) и сверхкатегорные (21 м3/т и более).
Большую опасность при ведении горных работ представляет образование
тонкодиспергированной пыли, наличие которой в рудничном воздухе вызывает у
людей специфичные заболевания, во взвешенном состоянии определенное количество
пыли может легко привести к ее воспламенению и взрыву.
Обеспечение надлежащей чистоты рудничного воздуха является одной из главных
задач создания безопасных и комфортных условий труда горняков. Эта задача на
горных предприятиях решается систематическим обновлением рудничной
атмосферы путем замещения загрязненного воздуха свежим (атмосферным) — путем
вентиляции или проветриванием горных выработок.
Обновление рудничной атмосферы определяется применяемыми на горном
предприятии схемой, способом и системой вентиляции. На рис. 9.1 представлена так
называемая центральная схема вентиляции подземных горных выработок с
использованием всасывающего способа проветривания. Такая схема вентиляции
предполагает центральное расположение стволов, вскрывающих шахтное поле.

3.

Рис. 9.1. Центральная схема вентиляции выработок шахты
Вентилятор 1 главного проветривания (см. рис. 9.1), установленный на поверхности,
откачивает воздух из шахтного ствола 2 по вентиляционному каналу 3, создавая
соответствующее разряжение в его устье и подземных выработках 4. Под действием
атмосферного давления свежий воздух с поверхности через шахтный ствол 5
поступает в горные выработки, вытесняя из них загрязненный рудничный воздух в направлении к стволу 2. Система эксплуатационных и специальных вентиляционных
выработок 4 строится таким образом, чтобы иметь возможность управлять потоками
воздуха в подземном пространстве, обеспечивая необходимые направления и скорости
потоков, а также подачу воздуха в требуемом количестве к проветриваемым рабочим
местам. Этому способствует определенная схема соединения горных выработок, а
также специальные регулирующие устройства (перемычки, вентиляционные двери и
пр.), установленные в проветриваемых выработках.
В некоторых случаях для регулирования подачи воздуха по наиболее удаленным от
шахтных стволов и протяженным выработкам используются установленные в них
вспомогательные вентиляторы 6 (см. рис. 9.1). Вентиляция тупиковых выработок при
горнопроходческих работах осуществляется, как правило, с использованием
вентиляторов местного проветривания 7, забирающих из общешахтной струи свежий
воздух и подающих его в забой, вытесняя тем самым загрязненный рудничный воздух.

4.

Фланговая (диагональная) схема вентиляции подземных выработок применяется в
том случае, когда один ствол располагается в центре шахтного поля, а два других (или
шурфы)—у его границ. Вентиляторы устанавливаются на фланговых стволах. Воздух
в горных выработках движется в направлении от центрального шахтного ствола к
фланговым.
При разработке месторождений с повышенной газоносностью и на больших
глубинах применяют комбинированную схему вентиляции выработок—центрально
фланговую. В начальный период эксплуатации шахты применяется центральная схема
вентиляции. По мере удаления очистных выработок к границам шахтного поля
переходят на фланговую схему, для чего проходятся фланговые вентиляционные
стволы или бурятся вентиляционные скважины большого диаметра.
а
б
Рис. 9.2. Схемы искусственного проветривания карьеров
С увеличением глубины действующих карьеров проблема их проветривания в
настоящее время становится особо острой. На рис. 9.2 в качестве примера
представлены две из возможных схем искусственного проветривания карьеров.
Как видно из схемы, показанной на рис. 9.2, а, поток воздуха в прибортовых
зонах карьера, где наблюдается наибольшее выделение пыли и газа, создается
передвижными вентиляторными агрегатами 7 и направлен ко входу в вентиляционный шурф 2, связывающий рабочее пространство карьера с подземными
выработками 3 дренажной шахты 4. Стационарный вентиляторный агрегат 5
отсасывает воздух из дренажной шахты, обеспечивая необходимый перепад
давлений и поступление воздуха в вентиляционный шурф и подземные
вентиляторными установками. Вентиляторный агрегат 1 по трубному каналу 2
подает чистый атмосферный воздух в застойную зону карьера, а по трубному
каналу 3 вентилятор 4 отсасывает загрязненный воздух.

5.

Схемы искусственного проветривания карьеров весьма разнообразны и
зависят от общей конфигурации горных выработок, их глубины, протяженности
карьерного поля, климатических условий, направления и интенсивности горных работ,
а также интенсивности источников выделения пыли и вредных газов. Подавляющее
большинство указанных схем базируется на применении стационарных или
передвижных вентиляторных установок, а также на их комбинации. Наиболее
эффективным в условиях карьеров считается проветривание свободными
изотермическими и неизотермическими осесимметричными струями воздуха,
создаваемыми передвижными и полустационарными вентиляторами шахтного типа с
короткими направляющими патрубками, а также реактивными, турбореактивными и
турбовинтовыми двигателями.
Местоположение агрегатов, формирующих свободные струи воздуха, может
быть различным (на поверхности, промежуточных горизонтах и дне карьера) в
зависимости от глубины карьера, углов откоса его бортов, направления и
мощности естественных воздушных потоков.
В заключение изложенного выше отметим, что совокупность горных выработок, по
которым перемещается рудничный воздух, вместе с установленными в них
регулирующими устройствами, а также вентиляторными агрегатами образует систему
вентиляции горного предприятия. Вентиляторные агрегаты и установки являются
силовыми элементами указанной системы, обеспечивающими необходимый перепад
давления (депрессию) для движения воздуха. Проточные каналы горных выработок,
воздухопроводов и регулирующих устройств формируют внешнюю вентиляционную)
сеть вентиляторной установки.
Вентиляторные установки оснащены преимущественно лопастными вентиляторами
центробежного или осевого типа. Ограниченное применение имеют лопастные
диаметральные вентиляторы. По назначению вентиляторные установки и агрегаты
подразделяются на три типа: вентиляторы главного проветривания, вспомогательные
вентиляторы и вентиляторы местного проветривания.
Вентиляторы и установки главного проветривания предназначены для вентиляции
всех выработок горного предприятия (шахты, рудника, карьера) или его части (крыло,
блок, панель и т. д.). В соответствии с Правилами безопасности на шахтах и
подземных рудниках эти установки располагаются на поверхности у устья
герметически закрытых стволов, шурфов, штолен и скважин.
Вспомогательные вентиляторные установки предназначены для проветривания
стволов и капитальных выработок при их проходке, а также отдельных участков
горного предприятия. Они могут располагаться как на дневной поверхности, так и в
подземных горных выработках. Вентиляторные установки местного проветривания
используются для вентиляции тупиковых выработок, забоев и отдельных застойных
зон.