Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛЕКЦІЯ 5
Рух повітря по підземних виробках
Провітрювання виробок і шахти в цілому, яке забезпечувало б розрідження і винос газів і пилу та постійне обновлення атмосфери, можливе тільки при безперервному русі потоку повітря по сітці виробок.
Цей рух здійснюється під дією тиску (сили), яка надається потоку роботою вентиляторів, а також силою ваги стовпа повітря від поверхні. Вентиляційний потік повітря характеризується статичним, динамічним та повним тиском.
Статичний тиск утворюється вентиляторами та силою ваги стовпа повітря, а динамічний (швидкісний) тиск залежить від швидкості потоку. Повний тиск дорівнює алгебраїчній сумі вказаних потоків, їх суть і способи замірювання виконуються за допомогою депресіометра, який являє собою «U» - подібну трубку, заповнену підфарбованою рідиною.
Під час руху повітря по виробках вентиляційної сітки відбувається втрата тиску, зменшення питомої енергії потоку, яка витрачається на подолання опору виробок на шляху руху. Це опір тертя потоку об стінки виробок на прямолінійних ділянках та місцеві опори. Опір тертя залежить від розмірів поперечного перерізу, довжини, ступеня нерівності стінок, типу матеріалу кріплення. Цей опір прийнято вимірювати в кіломюргах.
Різницю тиску в двох точках потоку (в виробці) називають напором або депресією, яка вимірюється в паскалях або міліметрах водяного стовпа. Депресія виробки - це різниця тиску повітря між початковим та кінцевим її перерізом. Рух повітря по виробках відбувається за квадратичним законом (квадрат кількості повітря), що вказує на турбулентний режим руху. Проте це справедливо тільки при русі повітря по виробках з відносно великими швидкостями. При русі повітря через завали, вироблений простір і тому подібне з малими швидкостями спостерігається ламінарний (спокійний) режим руху.
Важливим показником опору виробок і сітки в цілому є еквівалентний отвір - це уявний отвір у тонкій стінці, через який проходить така кількість повітря, як і по виробці (шахті) з таким же опором.
Його вимірюють у квадратних метрах і він зручний для оцінки опору вентиляційної сітки. Залежно від величини еквівалентного отвору шахти розподіляють на: важкопровітрювані, середньої трудності провітрювання та легкопровітрювані.
Шахтна вентиляційна сітка - це складне сполучення великої кількості гірничих виробок, які відрізняються розмірами, формою, типом кріплення, просторовим місцезнаходженням. У процесі розробки ця сітка змінюється.
Окремі виробки вентиляційної сітки шахти з'єднуються між собою різними способами, найбільш розповсюдженими серед яких є: послідовне і паралельне з'єднання.
Загальний опір і депресія виробок, з'єднаних послідовно, більші, ніж при паралельному з'єднанні. Тому при проектуванні і розрахунках вентиляції загальний опір і депресію підраховують, приймаючи послідовне з'єднання (найбільш важкий випадок).
Місцевий опір - це опір руху повітряного потоку при різких поворотах, розширеннях, звуженнях виробок, при розгалуженні та злитті. Величину місцевих опорів у кожному випадку досить легко визначити. Проте при проектуванні ця робота досить громіздка, і практично неможливо точно обчислити всі точки місцевих опорів. Тому на підставі спостережень та досліджень величину депресії на переборювання місцевих опорів беруть такою, яка дорівнює 25% від підсумкової розрахункової депресії прямолінійних ділянок виробок.
У шахтах має місце природний рух повітря, який називається природною тягою, яка виникає внаслідок різної щільності повітря в стовпах стволів шахт із-за різної температури повітря в них.
В стволах шахт, розташованих на однакових відмітках, природна тяга виникає при роботі вентилятора на одному із них. Ця тяга буде допомагати провітрюванню, коли її напрямок збігається з напрямком руху повітря від роботи вентилятора, або протидіяти провітрюванню в іншому напрямку руху.
Контроль за складом і станом атмосфери на гірничих підприємствах
Величезна кількість проблем, зв'язаних із визначенням концентрації забруднюючих атмосферу шкідливих речовин, привела до розробки різних принципів і методів аналізу.
Об'ємним методом оцінюється вміст речовин, що мають відому хімічну залежність кольору від об'єму при розмішуванні їх у водяний розчин зі значно перевищуючим об'ємом. Цей розчин є еталоном для досліджуваної речовини, наявність якої визначається за зміною забарвлення при титруванні. За об'ємом розчину, використовуваного для титрування, і його процентним вмістом розраховується об'єм досліджуваної речовини. Таким же способом визначають процентний вміст кислоти за допомогою лужного розчину, окислювальної реакції за допомогою розкислювача.
Ваговий метод дозволяє визначити вміст речовин або їх елементів в осаджувачі у вигляді відомої хімічної сполуки, яка має досить низьку розчинність і досить велику масу. Осаджену масу відфільтровують, зважують і по ній розраховують кількість речовини або її елемента, що вступила в реакцію.
Турбодиметричний і нефелометричний методи аналізу засновані на переведенні досліджуваної речовини в нерозчинну сполуку, після чого вимірюється інтенсивність потоку світлової енергії, поглинутої або розсіяної її часточками. За даними аналізу будується крива зміни інтенсивності від кількості часток речовини.
Електрометричний метод заснований на вимірюванні абсорбованого газу у воді або вбиранні за допомогою датчика з двох електродів. За різницею характеристик струму до і після діяння газу на реактив визначається його вміст.
Крім того, використовують кондуктометричний (за кількістю витраченої електрики), потенціометричний (з використанням титрування), полярографічний методи аналізу, а також методи, засновані на вимірюванні діелектричної сталої та на електролітичній сепарації.
Можливість використати з метою дослідження характеристики газового потоку призвела до розробки багаточисленних приладів безперервної дії, дуже чутливих, які миттєво видають результати і реєструють найменші коливання в концентрації газу.
Газова хроматографія дозволяє аналізувати як кількість, так і якість компонентів суміші газів або пари. Метод включає два основних цикли: 1) поділ відібраної газової суміші в хроматографічній колонці на складові частини; 2) оцінку їх вмісту з використанням детекторів, принцип дії яких заснований на фізичних властивостях газів. Необхідний для проведення аналізу об'єм проби може бути зовсім невеликим (від 1 до 20 мл), а суміш на складові компоненти ділиться без зміни хімічного складу відібраної проби.
Хроматографічна колонка має розміри близько 1 або 3 м довжиною, діаметр від 2 до 10 см (її габаритні розміри можуть бути значно зменшені за рахунок спіральної форми). Вона розміщена в термостаті і заповнена розчинником, вкритим тонкою плівкою речовини, що слабко випаровується. Газова суміш повільно проходить крізь колонку, послідовно залишаючи компоненти, що входять до її складу, які встановлюються розчинником. На другій фазі газоносій (інертний газ - азот або гелій) пропускається крізь колонку, щоб активізувати виділення компонентів суміші. Він проходить крізь детектор, який частіше за все представляє собою камеру для вимірювання питомої теплопровідності газу, де нагріта електрикою нитка охолоджується газовим потоком. Зміна опору нитки при постійній витраті газу залежить від питомої теплопровідності газового потоку, тобто від його складу, і концентрації в ньому речовини.
Опір нитки вимірюється і реєструється безперервно у вигляді кривої - хроматограми. Вміст окремих компонентів у суміші на ній представлено піками, роздільними зонами, що характеризують газоносій. Площа кожного піка пропорційна кількості, а висота концентрації речовини.
Флуорометрія. Для визначення концентрації фтористоводневої кислоти (НF) і фтористих сполук (фторидів) розроблений прилад, який використовує смужку паперу, просочену сіллю марганцю і оксихіноліту. При опромінюванні ультрафіолетовими променями ці речовини флуоресціюють. Невеликі кількості фтористоводневої кислоти послаблюють інтенсивність флуоресценції, що дозволяє визначити її вміст в досліджуваному повітрі. Проба повітря проходить крізь обшитий платиною нагрівач, в якому розкладаються фториди. Після цього повітря пропускається крізь фільтрувальний папір, просочений указаним реактивом, і за зниженням інтенсивності флуоресценції під дією іонів фтору, що містяться в повітрі, встановлюється концентрація фтороводневої кислоти.
Автоматичні телеметричні системи контролю атмосфери можуть розв'язувати такі завдання: одержання точної і своєчасної картини забруднення повітряного басейну; накопичення і статистична обробка інформації; визначення залежності забруднення атмосфери від географічних, орографічних і метеорологічних факторів, а також від пір року і доби; аналіз ефективності засобів очищення викидів, короткотривале і довготривале прогнозування контрольованих районів; попередження крупних підприємств про прогноз небезпечних метеорологічних ситуацій з вимогою своєчасного прийняття заходів; передача обробленої інформації у відповідні адміністративні та господарські органи.
Основним вузлом у комплексі використовуваного для цієї мети устаткування є лазер (передавач), випромінюючий інтенсивний короткий імпульс когерентного монохроматичного світла в атмосферний простір. Світловий потік при зустрічі з аерозольними утвореннями частково відбивається, приймається лінзовою або дзеркальною системою і направляється на приймач випромінювання. Отриманий сигнал оцінюється як часова функція проходження імпульсу і реєструється осцилографом або відеомагнітофоном. Його розгортка на екрані дає уявлення про розподіл концентрації забруднення атмосфери вздовж світлового променя.
Устаткування для провітрювання об'єктів гірничого виробництва
Для провітрювання шахт застосовують відцентрові та осьові вентилятори головного провітрювання, які встановлюють на флангових вентиляційних шахтах.
Відцентрові вентилятори з діаметром робочого колеса від 2,5 до 4,0 м застосовують, як правило, при загальній шахтній депресії від 300–400 і більше міліметрів водяного стовпа.
Осьові вентилятори - турбомашини з діаметром робочого колеса 1,0–3,6 м застосовують при депресії шахт до 300 мм водяного стовпа (рис. 6.2).
Вентилятор при його роботі характеризується: продуктивністю, напором, що розвивається (депресією), коефіцієнтом корисної дії та потужністю, що споживається, які можуть змінюватись в визначених межах.
При зміні депресії змінюються й інші величини. Зміна опору сітки (характеристики сітки) тягне за собою зміну параметрів роботи вентилятора. У міру відпрацювання запасів корисних копалин змінюється і характеристика вентиляційної сітки, що викликає необхідність регулювання режиму роботи вентилятора, яку виконують: зміною кута установки лопаток та кількістю обертів робочого колеса.
На кожній головній вентиляційній установці монтують два вентилятори: робочий та резервний, а також будують обвідні канали з заслінками, які Дозволяють швидко реверсувати (змінювати напрямок) вентиляційної течії У випадках пожежі, рятувальних робіт та іноді для попередження обмерзання головних стволів шахт узимку.
У всіх вентиляторів зі збільшенням подачі тиск, що розвивається, зменшується. ККД вентиляторів з ростом подачі спочатку збільшується, а потім починає спадати. Максимальне значення ККД для вентиляторів з електроприводом складає: для осьових вентиляторів 0,7–0,8; для відцентрових - 0,8–0,86; у вентиляторів з пневмоприводом ККД значно нижчий. Оптимальним називають такий режим роботи вентилятора, при якому ККД складає не менше 0,9 максимального значення. В осьових вентиляторів споживана потужність мало залежить від подачі, у відцентрових ця залежність виражена різкіше.
Вентиляційні труби. При гірничопрохідницьких роботах широко використовуються гнучкі вентиляційні труби типу М, що виготовляються зі спеціальної бавовняної тканини з двостороннім резиновим покриттям. Промисловістю випускаються також гнучкі труби на основі капронової тканини, комбінованої тканини (лавсану з бавовною) з покриттям резиною або поліхлорвінілом. Поряд з гнучкими використовуються і металічні труби. На деяких підприємствах гірничої промисловості успішно використовують круглі фанерні труби.
Металічні труби зварюють з листів товщиною 2–2,5 мм. Вони випускаються різних діаметрів, у тому числі Ø 500, 600 і 800 мм. Довжина труб 2,5 м (Ø 500 мм) або 3,5 м (Ø 600 і 800 мм). Металічні труби порівняно з трубами з інших матеріалів значно важчі.
Металічні труби з'єднують між собою у вентиляційний трубопровід за допомогою фланців і болтів або поясів. Герметичність забезпечується шляхом використання резинових прокладок.
У гірничих виробках металічний вентиляційний трубопровід підвішується за допомогою хомутів і канатів (рис. 6.3.) або розташовується на жорстких опорах.
Труби з прорезиненої тканини (труби типу М) зшивають з кількох полотнищ. Один із швів оформляється у вигляді гребінця, а до нього прикріпляються металічні гачки, за допомогою яких трубопровід підвішується до протягнутого вздовж виробки металічного троса.
Ці труби мають діаметр 300, 400, 500 і 600 мм і випускаються ланками довжиною 5, 10 або 20 м. Для стикування ланок в. їх кінці вмонтовані стальні розрізні пружинні кільця. Для з'єднання сусідніх ланок пружинне кільце однієї ланки стискається і вводиться в середину другого. Випрямившись, пружинне кільце забезпечує щільний стик.
Для захисту трубопроводу від пошкодження при вибухових роботаах на торці труби біля вибою розташовують спеціальні металічні захисні пристрої.
Металічні труби є більш міцними і довговічними порівняно з трубами прорезиненої тканини і гнучкими трубами взагалі, на відміну від яких можуть працювати як при надлишковому внутрішньому тиску, так і при розрідженні. Але внаслідок великої маси металічних труб процес монтажу-демонтажу трубопроводу відрізняється більш високою трудоємкістю.
Труби з прорезиненої тканини зручні при транспортуванні, вони дешевші, ніж металічні.
Важливими аеродинамічними параметрами вентиляційних трупроводів є їх аеродинамічний опір. Повітропроникливість та депресія.
Взагалі аеродинамічний опір трубопроводу (R3, Нс2/м3) розраховується за формулою:
,
K7 – безрозмірний коефіцієнт, який враховує шершавість стінки трубопроводу; γ - питома вага повітря,Н/м3; g - прискорення вільного падіння, м/с2; L1 - довжина трубопроводу, л; Р1 - периметр поперечного пере-: різу трубопроводу, м; S1 - площа по перечного перерізу трубопроводу, м2.
Повітропроникливість трубопроводу оцінюється коефіцієнтом (К8), який чисельно дорівнює відношенню витрат повітря на початку (Q2) до ви трат у кінці (Q3):
Загальна депресія, яку повинен подолати вентилятор, складається з трьох складових: статичної депресії, депресії за рахунок подолання місцевого опору та динамічної депресії.
Способи і схеми провітрювання шахт
Схеми провітрювання шахт приймають відповідними схемами розкриття родовищ та підготовки основних горизонтів. При підземній розробці рудних родовищ в основному приймають діагональну або флангову схему провітрювання, при якій свіже повітря надходить по центральному головному стволу шахти і, пройшовши через вентиляційну сітку, викидається в атмосферу по флангових вентиляційних стволах. Основною перевагою цієї схеми є приблизна постійність опору вентиляційної сітки при відпрацюванні запасів корисної копалини в поверсі. На практиці застосовують в основному два різновиди схеми провітрювання, які показано на рис. 6.10.
Перша - з використанням вентиляційного штреку верхнього горизонту, як вентиляційного (рис. 6.10, а). характеризується відносною простою і невеликою вартістю. Важливим її недоліком є складність виконання очисних робіт на двох суміжних горизонтах. Такий різновид застосовується на родовищах відносно невеликої потужності і простягання.
Особливість другого різновиду є наявність спеціального вентиляційного штреку-колектора, пройденого на 8-15 м вище відкотного. Тут . повітря також подається по головному центральному стволу шахти.
Свіже повітря, пройшовши по виробках очисних блоків, по вентиляційних виробках спрямовується на збиральний щтрек-колектор і далі - до вентиляційних шахт. Вентиляційний штрек колектор, як правило, обслуговує два горизонти.
Наявність штреку-колектора суттєво покращує провітрювання і дає змогу без будь-яких складностей виконувати очисні роботи на двох суміжних горизонтах, але вимагає додаткових витрат на його проходку.
Таку схему застосовують на родовищах великої потужності з великими запасами корисних копалин у поверхах.
У процесі відпрацювання запасів у поверсі гірничі роботи поступово переміщуються і по простяганню від блоку до блоку, і в межах блоку, що викликає необхідність регулювання розподілу повітря і за кількістю (дебіт) і за напрямком руху (направляючи в інші виробки).
Способи регулювання дебіту головними вентиляційними установками вказано нижче. Регулювання розподілу повітря по виробках, блоках здійснюється за допомогою вентиляційних споруджень (перемичок, дверей, вікон та інше), перекриваючи виробки або змінюючи їх опір установкою вікон. Часто для збільшення кількості повітря, яке проходить по виробці, в ній установлюють вибійний допоміжний вентилятор.
У процесі проведення всі гірничі виробки за умовами провітрювання належать до тупикових, тобто в них виключається наскрізний рух вентиляційного струменя. Залежно від довжини або глибини виробок, з урахуванням конкретних гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов вентиляція таких виробок здійснюється за допомогою вентиляторів місцевого провітрювання і вентиляційних труб, а в деяких випадках шляхом використання турбулентної дифузії і поздовжніх перегородок.
За рахунок дифузії дозволяється провітрювання горизонтальних виробок (рис. 6.11, а) протяжністю не більше 10 м, а вертикальних - глибиною не більше 5 м.
Розвідувальні виробки нерідко мають значну довжину, вимірювану декількома кілометрами.
Провітрювання таких протяжних виробок здійснюється за допомогою вентиляторів місцевого провітрювання, трубопроводу, прокладеного по всій виробці, допоміжної паралельної виробки і вентиляційних свердловин (шурфів).
Застосування вентиляційних перегородок не знайшло використання в практиці проходки виробок, оскільки в цьому випадку збільшується площа поперечного перерізу виробок, затрудняється транспортування вантажів, виникає необхідність у забезпеченні хорошої герметизації перегородок.
Нагнітальний спосіб провітрювання (рис. 6.11, б). Цей спосіб має найбільше поширення. Він особливо ефективний при довжині (глибині) виробок до 300 м, і лише цей спосіб використовується для провітрювання виробок, небезпечних щодо вибухів газу або пилу.
При нагнітальному способі свіже повітря подається вентиляційним трубопроводом, що прокладається по всій виробці, а забруднене повітря витісняється безпосередньо виробкою. Відповідно до ПБ трубопровід повинен відставати від вибою в горизонтальній виробці не більше, ніж на 10 м, а у вертикальній - не більше, ніж на 5 м. Основним достоїнством способу є те, що свіже повітря з трубопроводу надходить безпосередньо у вибій, де працюють люди. Трубопровід працює з надлишковим внутрішнім тиском, через що при нагнітальному способі можуть використовуватися як жорсткі, так і м'які вентиляційні труби.
Далекобійність струменя повітря, що виходить біля вибою виробки з трубопроводу, залежить від його швидкості руху в трубопроводі і площі перерізу виробки. Для збільшення далекобійності струменя повітря на кінці трубопроводу доцільно використовувати конусну насадку. Нагнітальний вентилятор встановлюється на відстані не меншій, ніж 10 м від устяпровітрюваної виробки. Якщо цю вимогу не виконати, то частина вихідного струменя на усті виробки може знову потрапити у вентилятор і буде відбуватися рециркуляція.
Якщо нагнітальний вентилятор встановлюється на наскрізному струмені основної виробки, то для виключення рециркуляції необхідно щоб подача вентилятора не перевищувала 70% подачі повітря по цій виробці за рахунок загальної депресії.
Недоліком нагнітального способу є те, що видавлювані з привибійної частини виробки гази, які утворюються при вибухових роботах, поширені по всій довжині виробки. Це виключає виконання яких-небудь робіт у виробці до закінчення її провітрювання.
Всмоктуючий спосіб провітрювання. При провітрюванні цим способом свіже повітря надходить безпосередньо по виробці, а забруднене видаляється трубопроводом. Всмоктуючий спосіб доцільний для провітрювання протяжних виробок, оскільки незалежно від довжини, виробка не забруднюється, за винятком привибійної частини, отруйними продуктами вибуху.
Основний недолік способу полягає у тому, що в ході провітрювання у вибої не відбувається інтенсивного перемішування повітря. Зона розрідження, з якої вентилятором засмоктується повітря, має невелику глибину. Внаслідок цього у вибої можуть утворюватися області застою з високою концентрацією отруйних газів. У зв'язку з цим недоліком, всмоктуючий спосіб не ефективний у виробках з великою площею поперечного перерізу.
Крім того, при всмоктуючому способі вентиляційний трубопровід на дільниці від вибою виробки до вентилятора працює під недостатнім тиском. Значить, тут виключається використання "м'яких" труб. Спосіб не можна використовувати у виробках, небезпечних щодо вибуху газу і пилу.
Комбінований спосіб провітрювання. При використанні цього способу по всій виробці прокладається тільки трубопровід, по якому з вибою відсмоктується забруднене повітря, а в привибійний частині - додатково трубопровід для подачі до вибою свіжого повітря. Таким чином, при комбінованому способі узгоджуються переваги нагнітального і всмоктуючого.
Нагнітальний вентилятор встановлюється за межами зони, забрудненої шкідливими газами і пилом при вибухових роботах. Протяжність цієї зони визначається розрахунком залежно від маси ВР, що підриваються, їх властивостей і площі поперечного перерізу виробки. У середньому ця величина складає близько 50 м.
Комбінований спосіб особливо доцільний для провітрювання протяжних виробок з великою площею поперечного перерізу. Однак, як і всмоктуючий, він не може використовуватися у виробках, небезпечних щодо вибуху газу і пилу.
Кількість свіжого повітря, яке подається в окремі виробки та в шахту в цілому, повинна забезпечити нормальні атмосферні умови в них в суворій відповідності до вимог "Правил безпеки". Виходячи з цього, необхідну і достатню кількість повітря для провітрювання визначають за такими факторами: за числом людей в шахті, за розрідженням до допустимих концентрацій отруйних газів, за виносом дисперсного пилу, а в разі виділення із порід газів (вуглекислого, метану та інших) за розрідженням і видаленням фактично виділяючих газів. Кількість повітря "по людях" визначають за максимально можливою кількістю людей, які одночасно знаходяться в шахті, із розрахунку подачі на одну людину повітря 6 м3 за хвилину.
За фактором розрідження отруйних газів кількість повітря для провітрювання визначають за максимальною кількістю ВР, які підриваються, як головного джерела утворення цих газів. Для спрощення розрахунки виконують за умовним окисом вуглецю, прирівнюючи літр окису азоту до 6,5 літрів окису вуглецю. Граничне допустима концентрація умовного окису вуглецю дорівнює 0,008%.
Дослідження показують, що дисперсний пил виноситься вентиляційною
течією при швидкості її руху по виробках не менше, ніж 0,13-0,25 м/с. Для ефективного виносу пилу необхідно забезпечити швидкість руху повітря не менше, ніж 0,5 м/с у виробках з викидом пилу (прохідницькі, очисні вибої, виробки випуску та доставки руди та інші). За річною (добовою) продуктивністю шахти кількість повітря визначають на основі аналізу та узагальнення даних практики з урахуванням особливостей технології видобутку корисних копалин.
Так, для шахт Кривого Рогу встановлено, що ефективне провітрювання їх забезпечується при подачі в шахти повітря 60–80 м3/с на кожний мільйон тонн річної продуктивності. Із визначеної за всіма факторами кількості повітря беруть найбільше значення. Для рудних шахт найбільшу кількість повітря для провітрювання одержують переважно за фактором виносу пилу і за кількістю ВР, які підриваються. Остаточно необхідна кількість повітря береться з урахуванням неминучих втрат на усьому шляху його руху через вентиляційну сітку (мережу).
Втрати повітря у вигляді витікання, підсосів складають: у вентиляторних установках - 10–15%; через перемички - 8–10%; через зони обвалення -16–30% від кількості доступаючого повітря.
Зниження витікання - одне із головних напрямків підвищення ефективності провітрювання. Звичайно при встановленні кількості повітря для провітрювання враховують коефіцієнт резерву, величину якого беруть у межах 1,4–2,0 залежно від умов розробки.
Контрольні питання:
PAGE \* MERGEFORMAT1