Проветривание карьерного пространства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Рудничная аэрология

Рудничная аэрология - наука, изучающая свойства рудничной атмосферы, законы движения рудничного воздуха, перенос газообразных примесей, пыли и тепла в горных выработках и в прилегающем к выработкам массиве горных пород.

Основные разделы:

- рудничная атмосфера;

- рудничная аэродинамика;

- рудничная газовая динамика;

- динамика рудничных аэрозолей

- рудничная термодинамика.

2. Атмосферный воздух. Состав атмосферного воздуха

Атмосферный воздух - это природная смесь газов приземного слоя атмосферы за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в ходе эволюции Земли.

Составные части атмосферного воздуха:

- Азот (N2) 78%;

- Кислород (О2) 21%;

- Аргон 0,9%

- Углекислый газ 0,04%

- Другие газы 0,06%.

3. Рудничный воздух

Рудничный воздух - это смесь газов, паров и некоторого количества пыли, заполняющая горные выработки.

Изменения состава рудничного воздуха по сравнению с атмосферным воздухом сводятся к:

- уменьшению содержания кислорода;

- увеличению содержания углекислого газа и азота;

- появлению ядовитых и взрывоопасных газов;

- изменению температуры, влажности и давления.

Рудничный воздух подразделяется на свежий (чистый) и отработанный (загрязнённый).

Свежий воздух - это воздух, в котором содержание вредных и ядовитых газов и пыли не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК).

Отработанный воздух - это воздух, в котором содержание вредных и ядовитых газов и пыли превышает ПДК.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это такие концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение восьми часов, но не более 41 ч в неделю, за весь рабочий стаж не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдалённые сроки жизни настоящего и будущих поколений.

Кислород (О₂) - газ без цвета, запаха и вкуса. Удельный вес его относительно воздуха 1,11. Кислород легко соединяется с различными газами, поддерживает горение и дыхание.

Уменьшение содержания кислорода в рудничном воздухе происходит вследствие процессов окисления древесины, сернистых руд и пород, в результате рудничных пожаров, взрывов газов и пыли, дыхания людей.

При понижении содержания кислорода в воздухе до 17% у человека наблюдается одышка и учащенное сердцебиение, при содержании ниже 12% рудничная атмосфера становится смертельно опасной. Согласно правилам безопасности, содержание кислорода в действующих горных выработках должно быть не менее 20%.

4. Ядовитые и взрывчатые газы рудничного воздуха

Азот (N₂) - газ без цвета, запаха и вкуса; удельный вес относительно воздуха 0,97. Он не поддерживает дыхания и горения.

Источники выделения N₂:

- взрывные работы

- гниение органических веществ;

- выделение из полезного ископаемого и породы.

ПДК

Правилами безопасности не нормируется.

Углекислый газ (СО₂) - бесцветный, со слабокислым вкусом, легко растворим в воде. Удельный вес составляет 1,52.

Источники выделения СО₂:

- взрывные работы;

- выделение из горных пород и рудничных вод;

- окисление пород;

- гниение древесины;

- дыхание людей.

Воздействие на организм человека СО₂

0,1 - 0,2% - стимулирует дыхание, но при дальнейшем увеличении действует отравляюще;

3% - дыхание учащается в два раза;

6% - появляется сильная одышка и слабость;

10% - наступает обморочное состояние;

20 - 25% - возможно смертельное отравление.

ПДК СО₂

0,5% - в действующих забоях;

0,75% - в общей исходящей струе шахты.

Окись углерода (СО) - ядовитый газ без цвета, запаха и вкуса. Удельный вес его 0,97.

Источники выделения СО

- рудничные пожары;

- взрывные работа;

- работа ДВС;

- взрывы метана

Взрывчатые свойства СО

При содержании от 13 до 75% образуется взрывчатая смесь. Наибольшая сила взрыва при содержании около 30%. Окись углерода является наиболее частой причиной отравления.

Воздействие на организм человека СО

Три степени отравления окисью углерода:

1) слабое, выражающееся в головной боли, шуме в ушах, головокружении и сердцебиении;

2) сильное, которое выражается вышеуказанными симптомами, а кроме того, потерей способности двигаться и притуплением сознания;

3) смертельно опасное, сопровождающееся потерей сознания и судорогами.

ПДК СО

ПБ допускается содержание СО в рудничном воздухе не более 0,0016% по объему. Допуск людей к работе разрешается при концентрации 0,008%, но при условии дальнейшего искусственного проветривания выработки в течение не менее двух часов.

Окислы азота (NO₂ и N₂O₅). Они имеют бурый цвет и хорошо растворяются в воде.

Источники выделения:

- образуются при взрывных работах

Воздействие на организм человека

Окислы азота очень ядовиты и содержание их в рудничном воздухе даже в ничтожных количествах действует раздражающе на слизистую оболочку глаз, носа, рта, а также на бронхи и легкие. Смертельное отравление может наступить при содержании окислов азота 0,025% по объему. Характерной особенностью этих газов является то, что отравление происходит не сразу, а спустя 4 - 30 ч после его вдыхания.

ПДК (NO₂ и N₂O₅)

ПБ допускают содержание в рудничном воздухе окиси азота в пересчете на N₂O₅ не более 0,0001% по объему.

Для уменьшения образования окислов азота на подземных работах рекомендуется применять взрывчатые вещества с нулевым или небольшим отрицательным кислородным балансом, а также орошать водой забой и взорванную горную массу.

Сероводород (H₂S) - бесцветный, сильно ядовитый газ с характерным запахом тухлых яиц и сладковатым вкусом. Удельный вес его 1,19. Сероводород легко растворяется в воде,

Взрывчатые свойства H₂S

Горит на воздухе, а при содержании его в воздухе от 6 до 45% образует взрывчатую смесь.

Воздействие на организм человека H₂S

При незначительной концентрации сероводород сильно раз­дражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, а при со­держании его в воздухе 0,05% происходит опасное отравление. Допустимая концентрация в рудничном воздухе 0,00066% по объему.

Источники выделения H₂S:

- гниение органических веществ,

- выделение из горных пород и минеральных источников,

- разложение водой серного колчедана и др.

Сернистый газ (SO₂) бесцветен, обладает острым вкусом и запахом. Удельный вес его 2,2.

Воздействие на организм человека SO₂

Присутствие этого газа даже в весьма малом количестве вызывает разъедание слизистой оболочки глаз. Концентрация его свыше 0,05% опасна для жизни даже при кратковременном вдыхании.

ПДК SO₂

В рудничном воздухе разрешается присутствие SO₂ в количестве не более 0,0007% по объему.

Источники выделения SO₂

- взрывные работы по серосодержащим породам,

- рудничные пожары,

- выделение из пород вместе с метаном или сероводородом.

Метан (СН₄) является одной из наиболее опасных примесей рудничного воздуха. Выделение его наиболее часто наблюдается в угольных шахтах. Метан -- газ без цвета, запаха и вкуса. Удельный его вес 0,554%, поэтому легко скапливается вверху выработки. В воде он растворяется плохо; не ядовит, но дыхания не поддержи­вает. Содержание метана в рудничной атмосфере до 5% безопасно для человека, но при 24% дыхание затрудняется, а при 40--43% наступает смерть.

Наиболее характерным свойством метана является его способ­ность гореть и в смеси с воздухом взрываться. Наиболее опасной в отношении взрываемости является концентрация 5--16%. При концентрации более 16% смесь метана с воздухом перестает быть взрывчатой. Правила безопасности допускают содержание метана взабоях не более 1%, а в общей исходящей v струе не более 0,75%.

5. Рудничная пыль

Рудничная пыль - это мельчайшие частицы полезного ископаемого и пустой породы, которые длительное время могут находиться во взвешенном состоянии в воздухе горных выработок.

Рудничная пыль может быть причиной взрывов рудничной атмосферы и ряда профессиональных заболеваний.

Пыль, образующаяся в железорудных шахтах, не взрывается, но может вызвать профессиональные заболевания, называемые пневмокониозами.

Виды пневмокониозов:

- асбетоз (асбестовая пыль),

- силикоз (кремниевая пыль),

- антракоз (угольная пыль).

Источники образования рудничной пыли:

- буровые работы (50 - 85% пыли),

- взрывные работы (40 - 20%),

- доставка руды из забоя и погрузочно-разгрузочные работы (10 - 5%).

Инженерно-технические мероприятия по борьбе с пылью включают:

- эффективное проветривание,

- бурение шпуров и скважин с промывкой водой,

- применение распыленной воды для предупреждения образования и осаждения пыли,

- сухое пылеулавливание.

Породы, содержащие более 10% свободной двуокиси кремния, являются силикозоопасными.

Действие пыли на кожный покров сводится в основном к механическому раздражению. Вследствие такого раздражения возникает небольшой зуд, неприятное ощущение, а при расчесах может появиться покраснение и некоторая припухлость кожного покрова, что свидетельствует о воспалительном процессе.

Пылинки могут проникать в поры потовых и сальных желез, закупоривая их и тем самым затрудняя их функции. Это приводит к сухости кожного покрова, иногда появляются трещины, сыпи. Попавшие вместе с пылью микробы в закупоренных протоках сальных желез могут развиваться, вызывая гнойничковые заболевания кожи - пиодермии. Закупорка потовых желез пылью в условиях высоких температур способствует уменьшению потоотделения и тем самым затрудняет терморегуляцию.

Некоторые токсические пыли при попадании на кожный покров вызывают его химическое раздражение, выражающееся в появлении зуда, красноты, припухлости, а иногда и язвочек. Чаще всего такими свойствами обладают пыли химических веществ (хромовые соли, известь, сода, мышьяк, карбид кальция и др.).

При попадании пыли на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей ее раздражающее действие, как механическое, так и химическое, проявляется наиболее ярко. Слизистые оболочки по сравнению с кожным покровом более тонки и нежны, их раздражают все виды пыли, не только химических веществ или с острыми гранями, но и аморфные, волокнистые и др.

Пыль, попавшая в глаза, вызывает воспалительный процесс их слизистых оболочек - конъюнктивит, который выражается в покраснении, слезотечении, иногда припухлости и нагноении.

На органы пищеварения могут оказывать действие лишь некоторые токсические пыли, которые, попав туда даже в относительно небольшом количестве, всасываются и вызывают интоксикацию (отравление). Нетоксические пыли какого-либо заметного неблагоприятного действия на органы пищеварения не оказывают.

Действие пыли на верхние дыхательные пути сводится к их раздражению, а при длительном воздействии - к воспалению. В начальных стадиях оно проявляется в виде першения в горле, кашля, отхаркивания грязной мокротой. Затем появляется сухость слизистых, сокращение отделения мокроты, сухой кашель, хрипота; в некоторых случаях при воздействии пыли химических веществ могут появиться изъязвления слизистой оболочки носа.

Наибольшую опасность представляют токсические пыли при попадании их в более глубокие участки органов дыхания, то есть в легкие, где, задерживаясь на длительный период и имея разветвленную поверхность соприкосновения с тканью легкого (в бронхиолах и альвеолах), они могут быстро всасываться в большом количестве и оказывать раздражающее и обще токсическое действие, вызывая интоксикацию организма.

Нетоксические пыли, задерживаясь в легких длительное время, постепенно вызывают разрастание вокруг каждой пылинки соединительной ткани, которая не способна воспринимать кислород из вдыхаемого воздуха, насыщать им кровь и выделять при выдохе углекислоту, как это делает нормальная легочная ткань. Процесс разрастания соединительной ткани протекает медленно, как правило, годами. Однако при длительном стаже работы в условиях высокой запыленности разросшаяся соединительная ткань постепенно замещает легочную, снижая, таким образом, основную функцию легких - усвоение кислорода и отдачу углекислоты. Длительная недостаточность кислорода приводит к одышке при быстрой ходьбе или работе, ослаблению организма, понижению работоспособности, снижению сопротивляемости организма инфекционным и другим заболеваниям, изменениям функционального состояния других органов и систем. Вследствие воздействия нетоксической пыли на органы дыхания развиваются специфические заболевания - пневмокониозы.

Контроль состояния атмосферы карьеров осуществляется не реже одного раза в квартал и после каждого изменения технологии работ Места отбора проб и их периодичность устанавливаются графиком, утвержденным техническим руководителем организации.

Возобновление технологических работ после производства массовых взрывов разрешается по мере получения сведений от специализированного профессионального аварийно-спасательного формирования о снижении концентрации ядовитых продуктов взрыва в воздухе до установленных санитарных норм, рассеивания пылевого облака, полного восстановления видимости и осмотра мест взрыва ответственным лицом, но не ранее чем через 30 мин после взрыва.

Во всех случаях, когда содержание вредных газов или запыленность воздуха превышают установленные нормы, должны быть приняты меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда.

ПДК и классы опасности пылей, наиболее часто встречающихся в атмосфере карьеров, представлены в табл.

Табл. 1 Пылевые примеси, наиболее часто встречающиеся в атмосфере карьеров

Характеристика пыли	ПДК, мг/м3	Класс опасности
Пыль, содержащая более 70% свободной SiO2	1	3
Пыль, содержащая более 10% свободной SiO2 и более 10% асбеста	2	3
Пыль гранита	2	3
Асбестовая пыль и пыль смешанная, содержащая более 10% асбеста	2	3
Пыль силикатов (тальк, оливин и др.), содержащая менее 10% свободной SiO2	4	3
Пыль слюды-сырца с примесью свободной SiO2 до 28%	2	3
Пыль слюды (флогопит, мусковит)	4	3
Пыль барита, апатита, фосфорита, цемента, содержащая менее 10% SiO2	6	4
Пыль глин, цемента, минералов и их смесей, не содержащих свободной SiO2	10	4
Пыль угольная и углепородная, содержащая до 10% свободной SiO2	4	3
То же, при содержании от 10 до 70% SiO2	2	3
Пыль угольная, не содержащая свободной SiO2	10	4
Прочие виды минеральной и растительной пыли, не содержащие SiO2 и примесей токсичных веществ	10	4

Рабочим этих шахт предоставляется дополнительный отпуск на 24 рабочих дня, периодический отдых в профилакториях и льготное санаторно-курортное лечение. Лиц с обнаруженными признаками заболевания силикозом переводят на работы, не связанные с запыленной атмосферой.



6. Источники загрязнения атмосферы карьера

Интенсивность выделения вредностей определяется содержанием пыли или ядовитых газов в единице объема воздуха и его количеством, проходящим через источник их выделения.

Интенсивность источников загрязнения зависит от:

- свойств и состояния горных пород;

- климатических и погодных условий

- техники и технологии разработки;

- скорости движения и температуры воздуха в зоне работающего оборудования;

- эффективности способов подавления пыли и вредных газов;

Классификация источников загрязнения

По месту расположения:

- внешние;

- внутренние.

Внешние располагаются за пределами верхнего контура карьера (дробильные, обогатительные фабрики, отвалы, дороги, котельные).

Внутренние находятся в пределах контура карьера (буровые станки, экскаваторы, автосамосвалы, бульдозеры, пожары, газовыделения из обнаженных пород и подземных вод).

По рассредоточению:

- точечные (буровые станки, экскаваторы);

- объёмные (пылегазовое облако взрыва);

- линейные (автодороги, пластовые газы);

- равномерно распределенные (выветривание бортов, почвы).

По времени действия:

- непрерывные (горные машины);

- периодические (взрывы).

По положению в карьере:

- стационарные (дробилки, грохота, конвейеры);

- полустационарные (буровые станки, экскаваторы)

- перемещающиеся (транспортные сосуды).

По происхождению:

- техногенные (производство взрывных работ, работа двигателей внутреннего сгорания, разрушение горных пород при отделении их от массива и пр.);

- природные (обнажённые поверхности горного массива, отбитая горная масса, источники минеральных вод и пр.).

Баланс поступления вредностей от внутренних источников:

где G_Л, G_Т - интенсивность выделения одноименных вредностей линейными (автосамосвалами на дорогах) и точечными источниками (буровыми станками и экскаваторами), расположенными в зоне рециркуляции, то есть работающими на I борту карьера, мг/с.

Определение каждого из слагаемых в формуле.

где n₁,…,n_n - число источников соответствующего типа, шт.;

q₁,…,q_n - интенсивности выделения вредностей разными источниками, мг/с;

К₀,…,К₀ - коэффициенты одновременности работы разных источников данного типа.

где n_р - число работающих горных машин одного типа, шт.

Интенсивность выделения пыли каждым типом источников (буровыми станками G_Б, экскаваторами G_Э и автомобилями G_А) определяют:

где n - число горных машин одного типа (буровых станков, экскаваторов и автосамосвалов), находящихся в зоне рециркуляции, шт.;

К_о - коэффициент одновременности работы горных машин одного типа с постоянной интенсивностью выделения пыли;

q - интенсивность выделения пыли горными машинами одного типа, мг/с.

Суммарная интенсивность поступления пыли от внутренних источников определится:

Интенсивность поступления вредных газов от автосамосвалов (окись углерода, окись азота, акролеин) в зону рециркуляции карьера:

где q_о - интенсивность выделения вредных газов автосамосвалами, работающими под нагрузкой (см. табл. 2), мг/с;

К_о^А - коэффициент одновременности работы автосамосвалов с переменной интенсивностью выделения вредных газов;

q_х - интенсивность выделения вредных газов автосамосвалами (см. табл. 2), мг/с.



Таблица 2

Автосамосвал	Интенсивность выделения, мг/с
	окись углерода	окись азота	аккролеин
	qо	qх	qо	qх	qо	qх
БелАЗ-7514	264	132	39	31	18	11

Если других внутренних источников выделения вредных газов нет, то суммарная интенсивность вредных газов составит:

7. Схемы естественного проветривания карьеров

Состав атмосферы в карьере следует оценивать по этапам его отработки, определяемым схемами естественного проветривания. Эти этапы должны устанавливаться, исходя из характерных для каждого изменения ветровых схем проветривания карьера в связи с тем, что:

- для подавляющей территории России ветер является основным естественным вентиляционным фактором;

- ветровые схемы и их эффективность определяются параметрами карьера (размерами в плане, углами откосов бортов и т.п.);

- хотя эффективность тепловых схем и зависит от параметров карьера, однако условия их возникновения обусловлены тоже метеорологическими элементами.

Таким образом, базой для установления основных этапов отработки карьера являются схемы естественного проветривания:

- прямоточная,

- рециркуляционная,

- рециркуляцо-прямоточная,

- прямоточно-рециркуляционные.

В основу их классификации положена аэродинамическая характеристика движения воздуха в карьерах, возникающая при действии ветра с учетом основных параметров открытых горных разработок, к которым относятся:

L - размер карьера на уровне поверхности в направлении, перпендикулярном к движению ветра;

В - длина карьера в направлении движения ветра;

В/Н - относительная длина карьера в направлении движения ветра;

Н - глубина карьера;

в_п и в_н - соответственно, углы откосов подветренного и наветренного бортов карьера.

Параметры карьера, определяющие ветровую схему его проветривания, представлены в табл. 3.

рудничный воздух пыль проветривание

Табл. 3 - Схемы естественного проветривания, возникающие при различных геометрических параметрах карьерного пространства

Схема проветривания	Определяющие параметры
Рециркуляционная	При < 5ч6 и вп >15°
Прямоточная	При любых В и Н, вп ? 15° и равномерной отработке уступов подветренного борта
Рециркуляционно-прямоточная	При >8ч10 и вп > 15°
Прямоточно-рециркуляционная	При любых В и Н, вп >15° и неравномерной отработкой его нижних уступов

Структура воздушных потоков при прямоточной, рециркуляционной, рециркуляционно-прямоточной и прямоточно-рециркуляционной схемах естественного проветривания - на рис. 1.



Рециркуляционная

Прямоточная

Рециркуляционно-прямоточная

Прямоточно-рециркуляционная

Размещено на Allbest.ru