Особенности вентиляции в забое. Средства индивидуальной защиты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности вентиляции стволов при проходке

На вентиляцию вертикальных стволов при их проходке влияет ряд горнотехнических особенностей. К ним относятся:

вертикальное расположение стволов;

обводненность стволов и капеж;

контакт стенок стволов с боковыми породами, имеющими высокую температуру (в глубоких стволах).

Вертикальное расположение ствола обусловливает появление объемных сил при его вентиляции. Их действие проявляется двояко: во-первых, в виде естественного воздухообмена или естественной тяги, обычно наблюдающейся в стволах. Действие ее вызывается нагревом слоев воздуха, прилегающих к теплым стенкам ствола. В стволе образуются два столба воздуха с разной температурой и, следовательно, с разной плотностью: столб теплого, легкого воздуха в виде толстостенного полого цилиндра у стенок и столб более холодного, тяжелого воздуха в центральной части. В результате теплый воздух вдоль стен имеет тенденцию подниматься вверх, а холодный воздух в центральной части ствола - опускаться вниз. Это в определенной степени затрудняет работу вентилятора при нагнетательном способе вентиляции ствола, который обычно применяется на практике.

Следовательно, естественная тяга, вызываемая контактом воздуха с теплыми стенками ствола, может достигать больших значений.

Особенно это возможно в холодное время года, когда воздух в стволе, подаваемый с поверхности вентилятором, имеет низкую температуру.

Во-вторых, естественная тяга проявляется в стволах при проведении взрывных работ, когда в ствол выбрасываются большие массы нагретых газов. Имея более высокую температуру, чем основная масса воздуха в стволе, они начинают быстро перемещаться вверх, способствуя тем самым вентиляции ствола.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: объемные силы могут затруднять вентиляцию ствола, если имеет место интенсивный нагрев слоев воздуха, прилегающих к его стенкам, и могут помогать вентиляции после выполнения взрывных работ.

Обводненность ствола способствует ускорению его вентиляции после взрывных работ, так как образующиеся при этом газы взрывчатых веществ, особенно окислы азота, хорошо поглощаются водой и при этом содержание их в воздухе уменьшается. Кроме того, она способствует уменьшению содержания в воздухе окислов азота в результате ускорения химических реакций окислов азота с металлами.

Капеж в стволе играет в отношении окислов азота ту же роль, что и влага, покрывающая стенки ствола, оборудование и пр.: он способствует их растворению и, следовательно, снижению содержания в воздухе.

Однако, действие капежа в стволе имеет и другую сторону. Известно, что брызги воды, движущиеся в воздухе, обладают высокой эжектирующей способностью: при движении они увлекают за собой значительные объемы воздуха. На этой способности основано, например, действие гидромониторной струи. Если скорость движущегося вверх по стволу воздуха (а следовательно, и его кинетическая энергия) мала, по сравнению со скоростью капель и количество последних в единице объема воздуха велико, капеж может опрокинуть воздушную струю на отдельных участках ствола. Если же скорость воздуха значительна, а плотность потока капель велика, последний будет оказывать лишь дополнительное сопротивление движущемуся воздуху.

Большое значение имеет распределение плотности капель в поперечном сечении ствола: она обычно больше у стенок и меньше в средней его части. Так, измерения в стволе одной из шахт показали, что на расстоянии 0,7 м от стенки ствола за счет капель расход воды составил 12 л/мин на 1м² сечения ствола, на расстоянии 1,7м - 5 л/мин, в центре ствола - менее 1 л/мин.

Таким образом, особенностью процесса вентиляции ствола является то, что кроме воздействия вентилятора, проветривающего ствол, на движение воздуха в стволе существенное влияние оказывают объемные (конвективные) силы и кинетическая энергия падающих капель воды. В результате их совокупного действия движение воздуха в стволе имеет следующий характер: у стенок ствола воздух движется вниз, а в средней части - вверх (рис.18.1). Восходящий поток воздуха является более мощным, чем нисходящий, и занимает основную часть поперечного сечения ствола. Последнее объясняется тем, что вверх движется не только количество воздуха, которое опустилось в ствол вдоль стенок, но и количество воздуха, нагнетаемое вентилятором.

Если не учитывать нисходящий поток воздуха вдоль стенок ствола и рассматривать лишь основной поток, то в стволе можно выделить две аэродинамические зоны, подобные таковым в горизонтальной тупиковой выработке. В первой зоне, расположенной между концом нагнетательного трубопровода и забоем, происходит интенсивное перемешивание чистого воздуха, поступающего из трубопровода, с газами в призабойной зоне. Во второй зоне, охватывающей весь ствол от устья до сечения, в котором располагается конец трубопровода, происходит вынос газов, поступивших в поток в призабойной части, а также перемешивание и вынос газов, поступающих в поток со стенок ствола (если такое газовыделение имеет место). В первой зоне поток воздуха из трубопровода, расширяясь, движется вниз, к забою, затем омывает его, поворачиваясь на 180⁰, и движется вверх, продолжая расширяться. На границе первой и второй зон восходящий поток воздуха занимает уже все сечение ствола и далее, уже во второй зоне, продолжает движение по всему сечению ствола.

горнотехнический вентиляция шахта пожар

Рисунок 1 - Схема движения воздуха в стволе

Средства индивидуальной защиты

Респираторы, защитные очки и каски, наушники, самоспасатель шахтный изолирующий ШСС-1М

Самоспасатель шахтный изолирующий ШСС-1М является средством индивидуальной защиты органов дыхания и предназначен для защиты горнорабочих и лиц службы федерального надзора при подземных авариях, связанных с образованием непригодной для дыхания атмосферы.

Списание пожаров и вскрытие пожарных участков

Порядок списания пожаров в категорию потушенных устанавливается разрабатываемыми для бассейнов инструкциями по предупреждению и тушению эндогенных пожаров. Так, в инструкции для Донбасса указывается, что после получения данных об отсутствии признаков горения наблюдения за изолированными участками, на которых намечается дальнейшая выемка угля или же которые будут подработаны нижними горизонтами или соседними пластами, должны продолжаться не менее 3 мес. За остальными пожарными участками контрольные наблюдения длятся не менее месяца.

При вскрытии перемычек особое внимание уделяется мерам предосторожности: производятся обмывка или осланцевание выработок, установка сланцевых или водяных заслонов, заранее подготовляются материалы и инструмент на случай повторного закрытия перемычек и др.

Исходящую струю из вскрываемого пожарного участка по возможности направляют непосредственно в общую исходящую струю шахты. Люди, находящиеся на пути движения струи из вскрываемого участка, должны быть предварительно выведены.

К восстановительным и эксплуатационным работам в списанном пожарном участке разрешается приступать лишь по истечении расчетного времени проветривания, указываемого в инструкциях, и при отсутствии в пробах воздуха признаков возобновления пожара.

Виды давления в движущемся воздухе. Депрессия

Над любой областью движения воздуха всегда находятся его слои, вес которых оказывает аэростатическое давление на каждый объем движущегося воздуха. Известно, что любое движущееся тело обладает кинетической энергией и в случае встречи тела с какой-либо преградой оно окажет на преграду давление, величина которого будет зависеть от кинетической энергии тела. Являясь материальной, субстанцией, движущийся воздух подчиняется этому закону. Если в поток воздуха поместить какое-либо тело (например, пластину), то движущийся воздух будет оказывать на нее давление, определяемое его кинетической энергией. Это давление называется динамическим, или скоростным. Таким образом, аэростатическое и динамическое давления--составные части полного давления движущегося воздуха.

Депрессия. Депрессией называется разность давлений (энергий) в двух точках потока. Различают депрессию статическую (разность статических давлений), динамическую (разность динамических давлений) и полную (разность полных давлений).

Пассивные способы тушения

Пассивным -- изоляцией пожарного участка перемычкам с засыпкой при необходимости провалов, тампонированием трещин в целиках и вмещающих породах. К изоляции прибегаю тогда, когда пожар нельзя ликвидировать непосредственны тушением из-за недоступности очагов горения для непосредственного воздействия огнегасительными средствами.

Сущность этого способа заключается в прекращении доступа свежего воздуха к очагу пожара с помощью герметических перемычек, установленных вблизи него на входящей и исходящей струях воздушного потока. Этот способ применяется в тех случаях, когда очаг пожара недоступен для непосредственного воздействия на него огнегасительных средств. Обычно его используют для тушения эндогенного пожара в выработанном пространстве или в глубине горного массива и в целиках. В этом случае пожарный участок изолирован воздухонепроницаемыми перемычками, вследствие чего прекращаются доступ воздуха в очаг пожара и распространение газов по выработкам, а также постепенно уменьшается содержание кислорода в изолированном пространстве. При достижении концентрации кислорода 12% пожар начинает затухать, а при 3%-ном содержании кислорода процесс горения полностью прекращается.

Перемычки для изоляции пожарного участка подразделяются на временные и постоянные. Под защитой временных перемычек, значительно сокращающих поступление воздуха к очагу пожара, возводят ближе к нему постоянные перемычки. Временные перемычки могут быть дощатыми, брезентовыми, бетонитовыми и надувными (пневматическими). Постоянные перемычки сооружают из чураков, кирпича, бетона, бетонита и т. п.

Перемычки, изолирующие пожарный участок, как правило, не бывают абсолютно герметичными, поэтому происходит просачивание свежего воздуха в пожарный участок за счет разности давления воздуха между этим участком и остальными подземными выработками. Дляустранения просачивания воздуха в пожарный участок необходимо уравнять давления воздуха в этом участке и выработках, что достигается применением камеры выравнивания давлений, сооруженной вблизи пожарного участка.

Дегазация горных выработок

Дегазация сближенных пластов скважинами -- один из первых способов, нашедших широкое применение на шахтах. Сущность его состоит в том, что из выработок разрабатываемого пласта (обычно из штреков) в направлении сближенных пластов бурятся скважины, через которые с помощью трубопроводов и вакуум-насосов отсасывается метан .

Высокая эффективность дегазации достигается при правильном заложении скважин. Скважины бурятся до подхода к ним очистного забоя. При этом они должны пересекать сближенный пласт в зоне его разгрузки от горного давления и при подвигании лавы не попадать в зону активного обрушения. Если скважина окажется в зоне разгрузки сближенного пласта, то дебит метана из нее будет высоким, так как при разгрузке пласта значительная часть ранее сорбированного метана переходит в свободное состояние. Попадание скважины в зону активного обрушения приводит к нарушению целостности скважины и засасыванию из обрушенного пространства метано-воздушной смеси с небольшим содержанием метана, т. е. к снижению эффективности дегазации^ Расстояние между скважинами по простиранию зависит от периода их эффективного действия, расстояния до сближенного пласта, его мощности и марки угля, свойств пород междупластья, скорости подвигания лавы и изменяется в пределах 25--200 м. Скважины должны иметь диаметр не менее 100 мм. Устье скважины имеет больший диаметр для цементации в нем металлической трубы, соединяющей скважину с магистральным газопроводом. Цементация устья позволяет уменьшить подсасывание воздуха из выработки. К магистральному трубопроводу подключаются все действующие скважины, а сам трубопровод соединяется с вакуум-насосом, располагаемым на поверхности. Максимальный дебит скважин наблюдается в период максимальной разгрузки сближенного пласта от давления. Затем он уменьшается и через несколько месяцев скважина истощается. Продолжительность периода целесообразного действия скважины достигает 10 мес. Содержание метана в отсасываемой из скважин метано-воздушной смеси находится в пределах 60--100 %, а ее максимальный дебит составляет 2-- 10 м³/мин. Дегазацию сближенных пластов скважинами целесообразно применять при газовыделении из них не менее 3 м³/мин.

Дегазация сближенных пластов выработками заключается в проведении по лежащему выше пласту дренажных выработок до начала отработки соответствующего участка разрабатываемого пласта. Выработки соединяются гезенком с разрабатываемым пластом и закрываются перемычками, к которым подводится трубопровод, подсоединяемый к вакуум-насосу. Эффективность дегазации дренажными выработками можно повысить бурением в пласте дегазационных скважин. При разгрузке сближенного пласта от давления (вследствие ведения очистных работ на смежном пласте) часть сорбированного в нем метана переводит в свободное состояние и по дренажным выработкам отсасывается вакуум-насосом.

Этот способ дегазации наиболее эффективен при расстоянии до сближенного пласта 20--30 м. Коэффициент эффективности дегазации пластов этим способом составляет 0,6--0,75.

При дегазации разрабатываемых пластов выработками подготовленный участок закрывается перемычками. К* последним подводятся трубопроводы, по которым выделяющийся в выработки метан отсасывается на поверхность или в общую исходящую струю шахты. Этот способ дегазации применялся в Китае при начальном газовыделении с 1 м² обнаженной поверхности пласта 0,7 м³/мин. Продолжительность дегазации составляла 1,5-- 2,5 года при коэффициенте эффективности дегазации 0,2--0,5.

Дегазация выработанного пространства действующих очистных участков применяется при значительном газовыделении из сближенных пластов, когда в верхней части лав наблюдается высокая концентрация метана. В случае управления кровлей полным обрушением дегазация обычно осуществляется путем отсоса метана через перфорированные трубы длиной 10--30 м, прокладываемые в верхней части выработанного пространства , или из дренажных скважин, которые бурятся из вентиляционного или откаточного штрека лежащего выше горизонта в купол обрушения . Возможна также изоляция выработанного пространства перемычками в граничащих с ним выработках. К перемычкам подводится трубопровод, по которому отсасывается поступающий в выработанное пространство метан. Коэффициент эффективности дегазации выработанного пространства составляет 0,2-- 0,7. При дегазации выработанного пространства в трубопровод засасывается значительное количество чистого воздуха, в результате чего концентрация метана в отсасываемой смеси может уменьшиться до взрывоопасной величины. Поэтому возникает необходимость изоляции выработанного пространства от выработок (например, с помощью пенопласта).

В случае нагнетания воды в пласт с целью уменьшения пылеобразования при выемке угля происходит консервация части находящегося в угле метана вследствие заполнения трещин и пор водой под действием давления нагнетания и капиллярных сил. Это явление еще недостаточно изучено, однако замеры показывают существенное уменьшение газовыделения (на 20--40 %) при, отбойке увлажненного угля. Исследования ДГИ показали, что нагнетание воды в пласт в течение 20--30 сут обеспечивает уменьшение в 2 раза газовыделения из пластов, склонных к увлажнению,

Физико-химический способ дегазации основан на нагнетании в пласты, склонные к увлажнению, специального раствора, который в порах затвердевает и блокирует в угле метан. Коэффициент эффективности дегазации составляет 0,75--0,95.

Способ дегазации пластов при их подработке или надработке состоит в опережающей выемке сближенных пластов. При этом происходят разгрузка подрабатываемого пласта от горного давления, десорбция значительного количества содержащегося в пласте газа и выделение его по образующимся в процессе подработки трещинам в выработки разрабатываемого пласта. Продолжительность опережения выемки ниже лежащего пласта изменяется от нескольких месяцев до нескольких лет.

Подработка выбросоопасных пластов является эффективным способом предупреждения внезапных выбросов угля и газа. Недостатком ее является увеличение газообильности выработок разрабатываемого пласта. Поэтому при предварительной отработке сближенных пластов, а в ряде случаев и по разрабатываемому пласту проводятся дренажные выработки или бурятся дренажные скважины для обособленного отвода метана.

Способ дегазации пластов их гидрорасчленением или гидроразрывом состоит в увеличении газопроницаемости угля путем раскрытия существующих (гидрорасчленение) или создания новых (гидроразрыв) трещин нагнетанием жидкости в пласт и в последующем (после осушения) отсасывании метана. Жидкость нагнетается через скважины, буримые с поверхности или из подземных выработок. Достоинства способа -- независимость дегазации от разгрузки пластов от горного давления, возможность их дегазации еще до вскрытия, в результате чего увеличивается степень их дегазации. Увеличению степени дегазации способствует также искусственное увеличение газопроницаемости пластов. Промышленные эксперименты в Карагандинском бассейне показали, что дегазация этим способом обеспечивает уменьшение газообильности выработок до 80 %.

Микробиологический способ дегазации основан на принципе окисления метана в процессе жизнедеятельности некоторых видов бактерий. Суть его состоит в нагнетании в пласт бактериальной суспензии в смеси с воздухом. Исследования показали, что коэффициент эффективности дегазации пластов и выработанного пространства этим способом составляет соответственно 0,45--0,6 и 0,2.

Всасывающий способ вентиляции тупиковых горных выработок и динамика газов в забое

Всасывающий способ вентиляции позволяет применять как одну центральную вентиляторную установку, так и несколько их, которые устанавливаются на флангах шахтного поля. В случае установки одного центрального вентилятора работа его устойчива, легче осуществляется регулирование распределения воздуха в выработках и реверсирование струи. Однако при этом необходимо систематически осматривать и очищать канал вентилятора от рудничной пыли. В газовых шахтах особенно важно систематически контролировать содержание метана в общей исходящей струе, так как вероятность взрыва метана при проходе воздушной струи через вентиляторную установку возрастает. При установке нескольких вентиляторов на различных стволах шахты повышается интенсивность и эффективность проветривания выемочных участков на флангах шахтного поля. В этом случае возможно использовать менее мощные вентиляторы, особенно на шахтах, имеющих большую протяженность выработок. Однако при использовании нескольких вентиляторов сложнее регулировать воздушные потоки. При этом возрастают затраты энергии на проветривание (вследствие того, что некоторые вентиляторы работают в неэкономичном режиме), имеют место подсосы воздуха с поверхности через зоны обрушения, трещины и провалы, что вызывает загрязнение воздуха в очистных забоях и снижение интенсивности вентиляции, а на пластах, опасных по самовозгоранию, может явиться причиной возникновения пожаров. Поэтому всасывающий способ вентиляции применяется при разработке угольных пластов, не склонных к самовозгоранию (на глубине >200 м) и не имеющих аэродинамической связи с поверхностью через зоны обрушения, провалы, трещины и др.

Задача

Расчет расхода воздуха производится для призабойного пространства (Q_з.п.).

Расчет расхода воздуха по выделению метана производим по формуле:

(1)

где Q_з.п - расход воздуха, который не обходимо подавать в призабойное пространство ствола, м³/мин; I_з.п. - метановыделение на призабойном участке , м³/мин; (коэффициент неравномерности газовыделения) принимать 1;

С - допустимая согласно ПБ концентрация метана в исходящей из Выработки вентиляционной струе,%;

С₀- концентрация метана в струе воздуха, поступающего в тупиковую выработку, %; для стволов С₀=0.

м³/мин.

При взрывном способе выемки угля в тупиковых выработках, проводимых по угольным пластам (для шахт, опасных по газу), определяется по формуле:

(2)

где S - площадь поперечного сечения выработки в свету, м²;

l_з.тр- расстояние от конца вентиляционного трубопровода до забоя выработки, м; принимается согласно требованиям ПБ;

k_т.д - коэффициент турбулентной диффузии; принимается равным 1,0 при S10 м² и 0,8 при большем сечении выработки в свету;

I_з.п.max - максимальное метановыделение в призабойном пространстве после взрывания по углю, м³/мин;

С_max- допустимая максимальная концентрация метана в призабойном пространстве после взрывания, %; С_max =1%.

м³/мин.

Расчет расхода воздуха для проветривания выработки по газам, образующимся при взрывных работах, осуществляется по формуле:

(3)

Где V_вв-объем вредных газов, образующихся после взрывания, л;

V_вв=100·В_уг+40·В_пор;(4)

V_вв=100·В_уг=100·23,5=2325 л;

В_уг,В_пор - масса одновременно взрываемых ВВ по углю и породе соответственно, кг; если взрывание по углю и породе производится раздельно (в несколько приемов), то при расчете Q_з.п принимается максимальное значение V_вв;

Т -время проветривания выработки после взрывания, мин, принимается согласно ПБ;

- площадь поперечного сечения выработки в свету, м²;

k_ут.тр- коэффициент утечек воздуха в вентиляционных трубопроводах.

м³/мин.

Расчет расхода воздуха по числу людей производится по формуле:

, (5)

Где n _чел.з.п- наибольшее число людей, одновременно работающих в призабойном пространстве, чел.

м³/мин.

Расход воздуха по минимальной скорости в выработке рассчитывается по формуле:

(6)

где_nmin- минимально допустимая согласно ПБ скорость воздуха в тупиковой выработке (стволе), м/с.

м³/мин.

Окончательно принимается наибольший результат Q_з.п.=314,8 м³/мин.

Выбирает вентилятор местного проветривания.

Диаметр трубопровода в зависимости от его длины и расхода воздуха на выходе из трубопровода.

Принимаем трубопровод из гибких вентиляционных труб 0,8 м.

Аэродинамическое сопротивление гибкого вентиляционного трубопровода без утечек воздуха рассчитывается по формуле

(7)

Где - удельное аэродинамическое сопротивление гибкого вентиляционного трубопровода, 0,0035k/м;

- число поворотов трубопровода на 90⁰;

- число поворотов трубопровода на 45⁰.

Рассчитываем подачу вентилятора

(8)

Рассчитываем давление вентилятора, работающего на гибкий вентиляционный трубопровод по формуле:

(9)

По полученным показателям подачи и напора выбирается вентилятор ВМЭ -8.

Таблица 1- Техническая характеристика вентилятора ВМЭ - 8

Аэродинамическая характеристика вентилятора ВМЭ-8

Литература

Харев А.А. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами: Учебник для техникумов.- 3 - е изд.,, перераб. и доп. - М.: Недра, 1985.- 248 с.

Размещено на Allbest.ru