книги / Рудничная аэрология

удлиняется (рис. 16), что свидетельствует о повышении взрывчатости пыли. Согласно данным опытов, взрыв сульфидной пыли возни­ кает при содержании серы от 30% и выше. Однако анализ усло­ вий взрыва в шахтах показал, что большинство взрывов сульфид­ ной пыли возникает при содержании серы 40% и более. Учитывая возможность возникновения в шахте условий, близких к лабора­ торным, к категории взрывоопасных отнесены все шахты, раз­ рабатывающие сульфидные руды с содержанием серы более 35%.

Влажность пыли, %

Рис. 16. Зависимость взрывчатости 1б сульфидной пыли от содержания

в руде серы:

1 — по направлению движения пылевого* облака; 2 — против движения пылевого* облака

Рис. 17. Зависимость интенсивности: взрыва сульфидной пыли от разме­ ров ее частиц

Рис. 18. Зависимость интенсивности

(давление в месте взрыва) показано на рис. 17. Наиболее опасна сульфидная пыль, имеющая в своем составе фракции от 10 до* 100 мк. Пыль крупностью более 250 мк практически становится невзрывчатой.

Взрывчатость сульфидной пыли с увеличением влажности снижается (рис. 18). При влажности 9—9,5% пыль становилась совершенно невзрывчатой.

Серная пыль более опасна, чем сульфидная и угольная, так как температура воспламенения и нижний предел концентрация

ее значительно ниже, чем у угольной и сульфидной пыли. Мини­ мальные температуры воспламенения и взрыва серной пыли при­ ведены в табл. 7.

Т а б л и ц а 7

Нижний предел взрывчатости серной пыли составляет от 5 (комовая сера) до 15 г/м3 (кристаллическая сера). Верхний предел достигает 600—1000 г/м8. Теоретически полное сгорание серы происходит при содержании пыли в воздухе 286 г/м3.

Все шахты, опасные по взрыву серной пыли, подразделяются на две группы в зависимости от среднего содержания серы в руде: I группа — от 12 до 18%; II группа — более 18%.

При содержании серы менее 12% шахты относятся к группе* неопасных по газу и пыли.

Пылевой режим сульфидных и серных шахт одинаков и дол­ жен предусматривать выполнение мероприятий:

1)препятствующих образованию пыли (бурение с промывкой, орошение, смыв пыли, осевшей на стенках, кровле и почве выра­ боток);

2)препятствующих появлению источников воспламенения

пыли (применение предохранительных ВВ, электрического взры­ вания, взрывобезопасного электрооборудования, предохранитель­ ных рудничных ламп; запрещение открытого огня, курения).

Для каждого забоя серной шахты главный инженер шахты должен утвердить схему расположения шпуров и предельную величину зарядов ВВ. При взрывных работах применяются только предохранительные ВВ с электрическим взрыванием зарядов. Запрещается применение электродетонаторов замедленного дей­ ствия.

Г л а в а IV

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ШАХТ

§ 22. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Под тепловым режимом шахты понимают метеорологическое состояние выработок, сложившееся в результате протекания в них тепло- и массообменных процессов. Тепловой режим шахт не остается постоянным, причины изменения его подразделяются

на внешние и внутренние. К внешним относятся климатические условия, типичные для рассматриваемого района, имеющие опре­ деленный суточный и годовой ход. Внутренние причины зависят от глубины залегания горных пород, их физико-химических свойств, технологии ведения горных работ, наличия работающих механизмов и людей.

Изучение теплового режима подземных горных выработок имеет большое значение с точки зрения создания надлежащих санитарно-гигиенических условий труда небезопасной эксплуата­ ции горных выработок, оборудования и т. д.

Колебания климатических параметров воздуха (температуры, влажности, скорости, барометрического давления) могут вызвать обмерзания шахтных стволов и штолен, рабочих и резервных каналов вентиляторов; разрушение вентиляционных сооружений и предохранительных целиков, рельсового полотна (например,

всоляных рудниках); обвалы и пучение стенок горных выработок в многолетнемерзлых породах.

'Самочувствие человека, производительность его труда в зна­ чительной мере зависят от тепловых условий. В организме чело­ века непрерывно протекают биохимические процессы, интенсив­ ность которых зависит в основном от физической нагрузки. Во время сна выделение тепла составляет 70 ккал/ч, при выполнении

тяжелой физической работы оно может достигать 450 ккал/ч и более. Способность организма человека регулировать процессы теплообмена называется терморегуляцией. При нарушении термо­ регуляции вследствие повышения или понижения температуры воздуха происходит нарушение теплового равновесия, что может привести к перегреву тела или его переохлаждению. И в том и в другом случае снижается работоспособность человека, ухуд­ шается его самочувствие, повышается травматизм.

Тепло человека передается окружающей среде за счет тепло­ проводности (конвекции), излучения (тепловой радиации), испаре­ ния пота, а также вместе с выдыхаемым воздухом. Выделение тепла происходит преимущественно через кожу (до 85%) и в меньшей степени через легкие (если температура вдыхаемого воздуха ниже температуры тела).

Теплообмен между телом человека и окружающей средой зависит от температуры атмосферы, ее влажности и скорости движения воздуха.

П о т е р я т е п л а з а с ч е т т е п л о п р о в о д н о с т и обусловлена удалением с поверхности тела нагретых слоев воз­ духа. Если над поверхностью кожи человека образуется неподвиж­ ный слой нагретого воздуха, то отдача тепла затрудняется. По мере увеличения скорости движения воздуха толщина неподвиж­ ного слоя уменьшается, и теплоотдача улучшается.

П о т е р я т е п л а з а с ч е т т е п л о в о й р а д и а ц и и обусловлена тем, что тело человека излучает инфракрасные лучи (длина волны от 5 до 40 мк). При температуре воздуха иокружа-

ющих человека поверхностей, равной 30° С, теплоотдача за счет излучения близка к нулю. Уменьшение этой температуры приводит к повышению теплоотдачи и охлаждению организма. Если окру­ жающие человека предметы имеют высокую температуру, то под воздействием инфракрасного излучения этих предметов проис­ ходит повышение температуры тела человека. При этом длинные-

Рис. 19. Влияние температуры окружа­ ющего воздуха на способ теплоотдачи чело­ веческого тела:

1 — испарением; 2 — излучением и теплопро­ водностью; 3 — суммарное

инфракрасные лучи (6—14 мц) задерживаются в поверхностных слоях кожи, а короткие (0,76—1,4 мк) проникают в ткани челове­ ческого тела на несколько сантиметров.

П о т е р я т е п л а з а с ч е т и с п а р е н и я п о т а является важнейшим терморегуляционным механизмом организма человека. На испарение 1 г влаги затрачивается около 0,6 ккал тепла. Теплоотдача за счет испарения пота зависит от разницы насыщен­ ности водяных паров в воздухе и насыщенности паров над поверхностью тела. При выполне­ нии тяжелых физических работ в сухой атмо­ сфере потоотделение может достигать 10—12 л

за смену (при температуре 30° С).

Из рис. 19 видно, что с повышением темпера­ туры окружающего воздуха удельный вес тепло­ отдачи за счет испарения повышается, а доле­ вые потери тепла за счет излучения и тепло­ проводности уменьшаются.

§ 23. СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Для контроля теплового режима в шахтах Рис. 20. Психро­ измеряются температура и влажность воздуха, метр Ассмана скорость его движения, температура горных по­ род, а при разработке на больших глубинах — тепловое излучение нагретых поверхностей горного массива и ком­

плексное воздействие шахтного микроклимата на организм человека. Измерение температуры и относительной влажности руднич­ ного воздуха наиболее часто производят психрометром Ассмана (рис. 20), состоящего из двух ртутных термометров 1, закрепленных

в специальной оправе 2, и аспиратора. Аспиратор состоит из вентиляторного диска <?, приводимого во вращение пружинным механизмом 4. При этом воздух проходит через трубки кожуха и обтекает резервуары термометров. У одного из термометров (влажного) ртутный шарик покрыт батистовым колпачком, увлаж­ ненным дистиллированной водой. Вследствие испарения воды температура этого термометра tMбудет ниже, чем сухого термометра tc. По разности температур tc — tM определяют относительную

9к

1

38°

37°

36°

35°

/ Р \

2

10 11 12 13 lb 1516 17 1819 го 21 2Z 2J 2Ï 2526 27 28 29 JO 31 JZ JJ Л

Температура по сухому термометру7 ° С

Рис. 21. Номограмма для определения относительной влажности воздуха

Рис. 22. Кататермометр

влажность воздуха при помощи психрометрических таблиц или номограмм (рис. 21).

Психрометрами можно пользоваться при температуре воздуха не ниже —10° С. При более низких температурах для определения влажности воздуха используют гигрометры, в качестве чувстви­ тельного элемента в которых применен обезжиренный волос.

В последние годы для измерения температуры и влажности воздуха в горных выработках стали применять дистанционные методы. В качестве датчиков температуры используются метал­ лические термометры сопротивления, термисторы и термопары.

Измерение температуры горных пород осуществляется в пред­ варительно пробуренных шпурах или скважинах. Использование стеклянных ртутных термометров вызывает при этом много труд­

ностей. Наиболее приемлемыми в этом отношении являются метал­ лические термометры сопротивления и термисторы.

Для оценки совокупного воздействия на организм человека температуры, влажности и скорости движения воздуха используют различные методы (эффективных температур, эффективно-эквива­ лентных температур, измерения шаровыми термометрами), однако наибольшее распространение получил метод измерения охлажда­ ющего действия атмосферы кататермометром из-за простоты измерения и изготовления прибора.

Кататермометр (рис. 22) представляет собой термометр с верх­ ним 1 и нижним 2 резервуарами, заполненными подкрашенным спиртом. На шкале термометра имеются две риски, соответству­ ющие значениям 35 и 38° С. Среднее из этих значений 36,5° С соответствует температуре человеческого тела. Каждый прибор

Измерение охлаждающего действия атмосферы производят либо сухим (не учитывается влияние влажности), либо мокрым кататермометром.

Охлаждающее действие атмосферы определяют следующим образом. Нижний резервуар кататермометра погружают в горя­ чую воду (60—80° С) и держат до тех пор, пока спирт не заполнит на 1/3 верхний резервуар и не выйдут все пузырьки воздуха. После этого кататермометр вынимают из воды и подвешивают в том месте, где хотят произвести замер. Затем наблюдают (с подветренной стороны) падение столбика спирта и засекают с помощью секундо­ мера время прохождения им верхней (38° С) и нижней (35° С) рисок.

Затем по формуле (IV. 1) определяют охлаждающее действие атмосферы в сухих катаградусах Яс. Измерение охлаждающего действия атмосферы в мокрых катаградусах Ям выполняют таким же способом, но с той лишь разницей, что перед погружением в воду на нижний резервуар надевают батистовый мешочек. За счет испарения влаги из ткани время охлаждения уменьшается, спиртовой столбик падает быстрее, а Я соответственно возрастает.

Человек чувствует себя нормально при следующих значениях Яс и Ям (табл. 8).

В последнее время для измерения охлаждающего действия атмосферы стали использовать шаровые электротермометры.

При температуре воздуха ниже 16° С в призабойных простран­ ствах очистных и подготовительных выработок, где ведутся ра­ боты, скорость движения воздуха не должна превышать 0,75 м/с, если такая скорость является достаточной для предотвращения опасности загазования выработок.

В зимних условиях для предотвращения обмерзания посту­ пающий в шахты и рудники воздух должен подогреваться кало­ риферными установками. Температура воздуха в 5 м от сопряже­ ния канала калорифера со стволом или штольней должна быть не менее+2° С.

§ 24. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Атмосферный воздух на поверхности и поступивший в горные выработки шахт меняет свои климатические параметры — темпе­ ратуру и влажность.

Изменение температуры воздуха tn на поверхности опре­

где t0 и £max среднегодовая и максимальная температуры воз­ духа в районе по метеорологическим данным; со = 2п/Т — ча-

Рис. 23. Образование тепловырав­ нивающей рубашки при движении воздуха по сети горных выработок

стота температурных колебаний; Т — период температурной волны; т — время, измеряемое от начала температурной волны, т. е. когда tB= tmax.

Воздух, поступающий в шахту зимой, охлаждает стенки воздухоподающих выработок, а сам нагревается, летом, наобо­ рот, — воздух охлаждается, а стенки выработок нагреваются.

шом — амплитуда не затухает даже в очистных выработках. В очистных и подготовительных выработках температура воздуха, как правило, несколько выше температуры пород; в вы­ работках вентиляционного горизонта и в вентиляционных стволах

она остается практически постоянной в течение года. Относительная влажность воздуха в воздухоподающих выра­

ботках зависит от обводненности пород и влажности атмосферного воздуха. При более или менее сильном капеже в стволах и штоль­ нях воздух быстро увлажняется, и относительная влажность ста­ новится близкой 90—95%. Если горные выработки пройдены по сухим породам или закреплены водонепроницаемой крепью, то относительная влажность рудничного воздуха полностью опре­ деляется влажностью атмосферного воздуха и температурными условиями в шахте или руднике.

Чем выше температура воздуха, тем большее количество водя­ ного пара он может содержать. Воздух, содержащий предельное количество водяного пара при данной температуре, называется насыщенным.

Влагосодержание воздуха d (в г/кг) определяется из выра­

где ф — относительная влажность воздуха, % ; Р„. п — давление насыщающих воздух водяных паров, мм рт. ст.; В — нормальное атмосферное давление (В = 760 мм рт. ст.).

При понижении температуры воздуха и неизменном его влагосодержании относительная влажность воздуха повышается, при повышении температуры воздуха, наоборот, понижается. В летнее время влагосодержание атмосферного воздуха довольно высокое, а при охлаждении его в горных выработках избыток влаги кон­ денсируется на стенках выработок. В этом случав относительная влажность воздуха может достигать 100%, а в выработках шахт рудников накапливаться значительное количество воды. Напри­ мер, на Соликамском калийном руднике по этой причине в июле остается в горных выработках более 2000 т воды, в вентиляцион­ ных выработках рудников Крайнего Севера влага конденсируется на стенках выработок в виде крупных хлопьев снега и кристаллов причудливой формы.

В зимнее время влагосодержание атмосферного воздуха, как правило, невелико и поэтому происходит чаще всего обратный процесс — осушение горных выработок. На том же Соликамском руднике в феврале было вынесено вместе с воздухом более 1500 т воды. На угольных шахтах вынос воздухом воды в зимнее время в 2—3 раза и более может превышать приведенное выше зна­ чение.

со