3554

Аерологія виробок

Конспект

Производство и промышленные технологии

Модуль 1. Шахтне повітря, кліматичні умови, пилогазовий режим та його контроль. Вступ. Призначення та задачі шахтної вентиляції по створенню безпечних умов праці шахтарів. Мета та задачі дисципліни. Тема 1.1 Шахтне повітря. Поняття «шахтне повітря»....

Украинкский

2012-11-03

1.92 MB

23 чел.

Модуль 1. Шахтне повітря, кліматичні умови, пилогазовий режим та його контроль.

Вступ. Призначення та задачі шахтної вентиляції по створенню безпечних умов праці шахтарів. Мета та задачі дисципліни.

Тема 1.1 Шахтне повітря. Поняття «шахтне повітря». Головні складові шахтного повітря, їх властивості і джерела виникнення.

Мета заняття: ознайомити студентів з термінами «шахтна атмосфера», «свіже і забруднене повітря», «вхідний і вихідний» струмені повітря, фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери.

План заняття 

1 Атмосферне повітря. Склад атмосферного повітря.

2 Шахтна атмосфера; фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери.

3 Терміни: свіже і забруднене повітря, вхідний і вихідний струмені.

4 Головні складові шахтного повітря, їх властивості і джерела виникнення.

Вступ. Призначення та задачі шахтної вентиляції по створенню безпечних умов праці шахтарів. Мета та задачі дисципліни.

А е р о л о г і я – від грецької аеро (повітря).

Дисципліна «аерологія виробок» є розділом гірничої справи і має тісний зв’язок з іншими дисциплінами гірничого циклу, такими як:

«Основи гірничого виробництва».

«Руйнування гірничих порід».

«Спорудження гірничих виробок».

«Охорона праці» і іншими.

Метою дисципліни «Аерологія виробок» є придбання студентами теоретичних знань і практичних навичок по забезпеченню гірничих робіт достатньою кількістю свіжого повітря.

Ш а х т н а в е н т и л я ц і я – це галузь гірничої справи, яка втілює в собі наукові основи і технічні засоби по забезпеченню обміну забрудненого повітря в підземних виробках, чистим атмосферним повітрям.

Обмін повітря в шахтах, який здійснюється під впливом природніх факторів (температура, тиск і ін..) називається п р и р о д н ь о ю в е н т и л я ц і є ю.

Якщо для цього застосовують спеціальні технічні засоби (вентилятори), то він зветься ш т у ч н о ю в е н т и л я ц і є ю, або ш т у ч н и м п р о в і т р ю в а н н я м

Значне поглиблення гірничих робіт створює передумови до зростання газовиділення пластів, підвищення температури рудникового повітря, зростання інтенсивності пилоутворення.

Правилами безпеки строго регламентовані умови, за яких дозволяється робота в шахтах.

Першочергове значення в створенні цих умов має руднична вентиляція, тому вона є одним з головних виробничих процесів в шахтах

1 Атмосферне повітря. Склад атмосферного повітря.

А т м о с ф е р н е п о в і т р я - це газоподібна оболонка, яка огортає Земну поверхню. Приблизний склад атмосферного повітря на рівні моря (% до обєму) складає:

Азот    78,08

Кисень    20,95

Аргон    0,93

Вуглекислий газ   0,03

Гелій, неон, криптон, озон, радон, водень, ксенон, аміак, йод 0,01

2 Шахтна атмосфера; фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери.

Шахтна атмосфера (шахтне повітря) – повітряне середовище шахти, яке відрізняється від атмосферного.

Фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери:

-поглинання кисню О2;

-виділення шкідливих газів (СО2, СН4, Н2S, SО2 і ін..);

-приєднання газів, які утворюються при вибухових роботах (NО2, N2О5 і ін.);

-утворення рудничного пилу;

-зміна фізичних параметрів повітря (температура, вологість, тиск, щільність).

3 Терміни: свіже і забруднене повітря, вхідний і вихідний струмені.

Якщо шахтне повітря за своїм складом не відрізняється від атмосферного, або різниця незначна, воно зветься с в і ж и м.

Якщо різниця значна, то шахтне повітря називають з а б р у д н е н и м.

Повітряний струмінь, який рухається від повітряподаючого стовбура до вибоїв виробок, називають в х і д н и м, а від вибоїв до повітрявідводячого стовбура –

в и х і д н и м с т р у м е н е м.

4 Головні складові шахтного повітря, їх властивості і джерела виникнення, допустимі концентрації згідно ПБ.

До головних складових шахтного повітря відносяться кисень, азот і вуглекислий газ.

К и с е н ь (О2) – газ без кольору і запаху, нормальна щільність 1,43 кг/м3. Хімічно дуже активний, легко з’єднується з простими і складними газами, підтримує горіння. Розчинність кисню у воді незначна (5 % до об’єму при 0°С).

Кисень потрібен для дихання людей. Згідно ПБ, вміст його в повітрі виробки, в якій знаходяться, або можуть знаходитися люди, потрібен бути не менше 20 %. При зниженні вмісту кисню в повітрі до 17 % у людини спостерігається віддишка і серцебиття.

Кількість кисню, сприймаємого організмом, залежить від парціального тиску О2 в повітрі, яке вдихається. На рівні моря воно складає 21,3 кПа. В цих умовах кисень засвоюється найбільш повно. Але слід відмітити, що завдяки пристосуванню людського організму дихання ймовірне і за меншого парціального тиску. Так, мешканці високогірних районів почувають себе нормально навіть на висоті 5 км над рівнем моря, де парціальний тиск дорівнює 12 кПа..

Причини зниження вмісту кисню в шахтному повітрі: виділення інших газів (метан, вуглекислий газ і ін..),окислення гірничих порід, вугілля і дерева, виділення газів при веденні вибухових робіт і інших виробничих процесах, за меншою мірою – дихання людей. Різке зниження вмісту кисню спостерігається при шахтних пожежах, вибухах метану і вугільного пилу.

А з о т ( N2 ) – газ без кольору, запаху і смаку, нормальна щільність його 1,25 кг/м3, дихання і горіння не підтримує. В шахтах азот утворюється при вибухових роботах, гнитті органічних речовин, інколи виділяється з пластів вугілля і гірничих порід.

В у г л е к и с л и й г а з - (СО2) – без кольору, має слабкий кислий смак, не горить і не підтримує горіння, нормальна щільність -1,98 кг/м3. Через високу щільність цей газ накопичується біля підошви виробки, в нижній частині шурфів, в похилах і зумпфах, тому виміри вмісту СО2 треба здійснювати біля підошви (особливо це стосується старих покинутих виробок). Сам по собі цей газ слабко отруйний і в невеликих кількостях він потрібен для стимулювання дихання.

При вмісті в повітрі 3 % СО2дихання людини частішає удвічі, 5 % - частішає втричі і стає важким, 6 % - з’являється сильна віддишка і слабкість, 10 % - настає обморочний стан, 20 – 25 % - ймовірне смертельне отруєння.

За Правилами безпеки вміст СО2 в діючих виробках не повинен перевищувати 0,5 %, у вихідному струмені повітря шахти - 0,75 %, при проходженні виробок по завалу -1 %.

Вуглекислий газ в шахті зазвичай утворюється при гнитті кріпильної деревини, в результаті повільного окислення вугілля; окрім того, він виділяється безпосередньо з гірничих порід і вугілля. Другорядні джерела утворення СО2 – дихання людей, вибухові роботи. Велика кількість СО2 виділяється після вибухів рудничного газу і пилу, а також при пожежах.

В залежності від кількості виділяємого в шахті СО2 визначається вуглекислотообільність шахт. Розрізняють абсолютну і відносну вуглекислотообільність. А б с о л ю т н о ю вуглекислотообільністю називається кількість СО2 , яка виділяється в шахті за одиницю часу. В і д н о с н о ю - на 1 т добового вуглевидобутку.

Запитання для закріплення матеріалу:

1 Що таке вентиляція гірничих виробок?

2 Що таке штучна і природня вентиляція виробок?

3 Значення рудничної вентиляції в створенні безпечних умов праці?

4 Дати визначення атмосферного повітря, назвати його склад.

5 Дати визначення шахтної атмосфери, назвати фактори, які впливають на її склад.

6 Що значить свіже повітря, забруднене повітря?

7 Який струмінь повітря в шахті називають вхідним, а який вихідним?

8 Які гази входять до головних складових шахтного повітря?

9 Назвіть все що ви знаєте про кисень і азот.

10 Назвіть властивості, джерела утворення і допустимі концентрації вуглекислого газу.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 3-10

Тема 1.1 Шахтне повітря.

Головні отруйні і вибухові домішки шахтного повітря, їх властивості, джерела виникнення, допустимі концентрації.

Мета заняття: ознайомити студентів з властивостями, джерелами виникнення і допустимими концентраціями головних отруйних і вибухових домішків шахтного повітря.

План заняття № 2

1 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація оксиду вуглецю.

2 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація сірководню.

3 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація сірчистого ангідриду.

4 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація оксидів азоту.

5 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація водню.

До головних отруйних і вибухових домішків шахтного повітря відносяться оксид вуглецю, сірководень, сірчистий ангідрид, оксиди азоту, водень і інші.

О к с и д в у г л е ц ю (СО) – отруйний газ без кольору і запаху, відносна щільність 0,97. Тривала робота людини в атмосфері, яка складає 0.01 % оксиду вуглецю,викликає захворювання з тяжкими наслідками.

Вміст в атмосфері 0,4 % оксиду вуглецю є смертельно небезпечним.

При 1 % СО людина губить свідомість після декількох вдихань.

Правилами безпеки допускається вміст СО в рудничному повітрі 0,0017 %.

Головними джерелами утворення СО в шахтах є рудникові пожежі, вибухи метану або вугільного пилу. СО утворюється також при вибухових роботах.

 

С і р к о в о д е н ь (H2S) – газ без кольору, з характерним запахом тухлих яєць і солодкуватим смаком, нормальна щільність його 1,53 кг/м3. Має значні отруйні властивості.

За характерним запахом сірководень легко виявити навіть тоді, коли вміст його в повітрі дуже незначний і не погрожує здоров’ю людини. При значних концентраціях Н2S у повітрі його запах не відчувається, що збільшує його небезпечність.

Сірководень утворюється при розкладі органічних речовин, при вибухових роботах, особливо у випадках неповного згоряння вибухових речовин, при горінні вугілля, вміщуючого піріт, а також виділяється з тріщин вугільних пластів і порід, іноді сумісно з метаном.

Сірководень горить і при концентрації у повітрі 6 % вибухає, температура спалаху 290 - 487°С.

Сірководень добре розчиняється у воді. Так, за нормального атмосферного тиску і температури +15°С в 1 л води розчиняється 3,23 л Н2S. Якщо зкаламутити воду, насичену Н2S, то з неї може виділитися небезпечна для життя кількість газу. Тому, в виробки, де є скупчення води і відчувається запах сірководню, не слід заходити без ізолюючих респіраторів. Граничний вміст Н2S в шахтному повітрі – 0,00071 %.

С і р ч и с т и й а н г і д р и д (SO2)газ без кольору, з гострим смаком і запахом. Надто отруйний. Відносна щільність - 2,2.

Присутність SO2 навіть в незначній кількості призводить до розїдання слизових оболонок очей, носа.

Короткочасне перебування людини в атмосфері з 0,05 % SO2 небезпечне для життя.

Граничний вміст SО2 в шахтному повітрі – 0,00038 %.

В шахті SО2 утворюється при вибухових роботах, горінні вугільних пластів які містять сірку, а також виділяється з вугілля і породи.

 

О к с и д и а з о т у (NO, N2O5, NO2, N2O4) утворюються в шахті при вибухових роботах. Найбільше стійкий діоксид азоту NO2 – газ червоно – бурого кольору, і легко може бути виявленим по різкому запаху задовго до небезпечної концентрації.

 Оксиди азоту добре розчиняються у воді, в одному об’ємі води при 20°С розчиняється 67 об’ємів N2O5, тому у вологих виробках вони поглинаються вологою повітря. У якості ефективного заходу боротьби з ними застосовують зрошення.

Оксиди азоту дуже отруйні. Небезпечність погіршується ще й тим, що токсична дія їх на організм людини проявляється через 6, а іноді і 40 годин після отруєння. Смертельна концентрація оксидів азоту при короткочасному вдиханні - 0,025 %. Вміст оксидів азоту в повітрі діючих виробок вугільних шахт не повинен перевищувати 0,00026 % у перерахуванні на NO2.

В о д е н ь (Н2) – газ без кольору з відносною щільністю 0,07. Розчинність у воді за температури 0°С і тиску 101 МПа 2,1 %, маса 1 л за нормальних умов 0,09г. Горить і вибухає за вмістом його в повітрі від 4 до 74 %; температура спалаху на 100 - 200 °С нижча, за температуру спалаху метана. Виділяється з порід, калійних пластів і вугілля середнього ступеню метаморфізму, утворюється під час заряджування акумуляторних батарей. Рудні шахти, в яких хоча б на одному пласті виявлено водень, відносяться до небезпечних за газом і поділяються на чотири категорії.

Об’ємна доля водню в зарядних камерах не повинна перевищувати 0,5 %.

Запитання для закріплення матеріалу:

Назвіть властивості, джерела виникнення, допустимі концентрації:

-оксиду вуглецю;

-сірководню;

-сірчистого ангідриду;

-оксидів азоту;

-водню

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 3-10

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Властивості метану. Виникнення та форми збереження метану. Види виділення метану в шахті.

Мета заняття: ознайомити студентів з властивостями, формами збереження і видами виділення метану.

План заняття № 3

1 Властивості метану.

2 Виникнення та форми збереження метану.

3 Види виділення метану.

1 Властивості метану.

Із газів, які виділяються в шахті, метан найбільш небезпечний.

М е т а н (СН4) – газ без кольору, запаху і смаку, приблизно у 2 рази легше за повітря, нормальна щільність 0.72 кг/м3. Метан не отруйний, однак при збільшенні концентрації його у повітрі, він витісняє кисень.Вдихання повітря, яке містить 50-80% метану за нормальної кількості кисню, викликає сильний головний біль і сонливість. Метан не добре розчиняється у воді (при температурі 20°С і тискові 101,3 кПа розчиняється не більше 3,5 об’єму газу на 1000 об’ємів води). В звичайних умовах (при нормальній температурі і тискові) метан хімічно інертний і з’єднується тільки з галоїдами.

Характерна властивість метану – його здібність горіти і у суміші з повітрям вибухати, при цьому він, з’єднуючись з киснем повітря, переходить у вуглекислий газ і воду. У підземних виробках горіння і вибух метану часто відбуваються в умовах недостатку кисню, що приводить до утворення оксиду вуглецю.

 

Температура спалаху метану зазвичай дорівнює 650 – 750 °С. Дотикаючись до джерела тепла метан спалахує з деяким запізненням, яке називається періодом індукції. Так при температурі 650°С період індукції досягає 10 с, при 1000 °С він падає до 0,1 с. Ця властивість використовується при веденні вибухових робіт з використанням запобіжних вибухових речовин. При цьому термін, необхідний для охолодження продуктів вибуху до температури, при якій метан не вибухає, повинен бути менше періоду індукції.

В залежності від концентрації метану в повітрі розрізнюють слідуючі горючі і вибухові суміші повітря з метаном: при концентрації метана до 5 % суміш може горіти за наявності джерела спалаху; 5 -14 % - суміш вибухає; більше 14 % - суміш горить за умови притоку свіжого повітря (рис.6.1) Найбільшої сили вибух відбувається при концентрації метану 9,5 %, оскільки при цьому кисень, який міститься у повітрі згоряє повністю.

При концентрації СН4 понад 9,5 % під час вибуху згоряє не весь метан і тому після проходження хвилі полум’я в напрямку прямого удару (первинне полум’я) може виникнути хвиля полум’я у напрямку зворотнього удару (вторинне полум’я).

 

Рисунок 6.1 – Межі вибуховості сумішів метану з повітрям

2 Виникнення та форми збереження метану.

Метан утворився разом з вугільними пластами внаслідок метаморфізму первинної органічної маси без доступу кисню. Суттєва роль при цьому належала процесам бродіння, викликаємим діяльністю анаеробних бактерій. В залежності від властивостей покриваючих наносів і їх потужності метан міг виходити на поверхню або залишатися у вугіллі.

Слід відзначити, що всі наноси в якійсь мірі пропускають метан, тому при розробці вугільних пластів на верхніх горизонтах метану небагато або він зовсім відсутній; при заглибленні гірничих робіт кількість метану збільшується.

В гірських породах і пластах вугілля метан знаходиться у вигляді свободного і сорбірованого (звязаного) газу. Розрізняють три форми сорбірованого газу: адсорбірований - згущений на поверхні пор вугілля; абсорбірований – утворений з вугіллям як твердий розчин; хемсорбірований – хімічно з’єднаний з вугіллям.

З поглибленням кількість свободного газу зменшується через зниження об’єму пор, а кількість сорбірованого газу збільшується.

3 Види виділення метану.

Розрізняють три види виділень метану в гірничі виробки: звичайне, суфлярне і раптове.

З в и ч а й н е виділення метану проходить повільно і рівномірно із всієї оголеної поверхні вугілля і порід.

С у ф л я р н е – метан виділяється з великих тріщин у вугіллі, або з просвердлених свердловин. Часто виділення супроводжується шипінням або свистом.

Р а п т о в и й в и к и д вугілля і газу – швидке руйнування вугільного масиву гірничим і газовим тиском попереду вибою гірничої виробки, винесення і викид зруйнованого вугілля газом. При цьому вугілля в роздрібненому стані з великою силою викидається на значну відстань.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть основні властивості метану.

2 Що таке період індукції і як він використовується при вибухових роботах?

3 Користуючись діаграмою вибуховості сумішів метану з повітрям, зазначте вірогідність вибуху при наступних співвідношеннях:

- 8 % і 5 %, відповідно;

- 12 % і 20 %;

- 12 % і 16 %;

- 16 % і 20 %.

4 Назвіть гіпотезу виникнення метану.

5 Чому при заглибленні гірничих робіт кількість метану у вугільних пластах збільшується?

6 Назвіть форми збереження метану у вугільному пласті.

7 Назвіть і охарактеризуйте види виділення метану в гірничі виробки.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 10 -15

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Метанообільність. Порядок встановлення метанообільності шахти. Категорії шахт по метанообільності. Газовий баланс шахти. Неприпустимі концентрації метану. Небезпечні скупчення метану.

Мета заняття: ознайомити студентів з порядком встановлення метанообільності шахти, розподілом шахт на категорії по метанообільності, неприпустимими концентраціями і небезпечними скупченнями метану в виробках.

План заняття № 4

1 Метанообільність.

2 Порядок встановлення метанообільності шахти.

3 Категорії шахт по метанообільності.

4 Газовий баланс шахти.

5 Неприпустимі концентрації метану.

6 Небезпечні скупчення метану

1 Метанообільність.

Кількість метану, який виділяється в шахті за одиницю часу, називається м е т а н о о б і л ь н і с т ю шахти. Відрізняють метанообільність абсолютну і відносну.

А б с о л ю т н а м е т а н о о б і л ь н і с т ь - кількість метану, яка виділяється в шахті на протязі доби, м3.

В і д н о с н а м е т а н о о б і л ь н і с т ь – кількість метану, яка виділяється в шахті на протязі доби на 1 т добового видобутку вугілля, м3/т.

2 Порядок встановлення метанообільності шахти.

Відносна метанообільність діючої шахти встановлюється у січні кожного року за результатами обробки вимірів кількості проб повітря і вмісту в них метану, здійснюваних щомісячно на протязі року у відповідності до вимог ПБ.

Відносна метанообільність шахти, горизонта, пласта, крила, дільниці визначається за формулою

 

де nі - кількість місяців роботи об’єкта за рік;

 Іі - газовиділення на об’єкті (дільниці, крилі, шахті), м3/хв.;

 Nі - число фактично відпрацьованих днів в місяці по видобутку вугілля;

 Аі - місячний видобуток вугілля на об’єкті у минулому році, т;

 kз - відношення середньої фактичної зольності гірничої маси до зольності вугільних пачок пласта.

Категорія діючої шахти по метану приймається за найбільшою відносною метанообільністю дільниці, шахто пласта чи шахти в цілому.

3 Категорії шахт по метанообільності.

За величиною відносної метанообільності і видом виділення метану (суфлярне, раптовий викид) шахти поділяють на категорії

КАТЕГОРІЯ ШАХТ

ПО МЕТАНУ

ВІДНОСНА МЕТАНООБІЛЬНІСТЬ ШАХТИ,

м3/т

І

ІІ

ІІІ

Понадкатегорні

Небезпечні за раптовими

викидами

Більше 5

Від 5 до 10

Від 10 до 15

Більше 15; шахти небезпечні за суфлярними виділеннями

Шахти, які розроблюють пласти, небезпечні за раптовими

викидами вугілля і газу; шахти з викидами породи.

4 Газовий баланс шахти.

Г а з о в и м б а л а н с о м шахти зветься її абсолютне метановиділення (м3/хв), яке дорівнює сумі метановиділень окремих джерел метановиділення

Іш = І1 + І2 + І3 +  + Іn

Знання газового балансу необхідне для правильного визначення кількості повітря, яке повинно подаватися в шахту.

5 Неприпустимі концентрації метану.

Правилами безпеки встановлені слідуючі граничні норми вмісту метану.

ВЕНТИЛЯЦІЙНИЙ СТРУМІНЬ

НЕДОПУСТИМА

КОНЦЕНТРАЦІЯ СН4

Вихідний з очисних або тупикових виробок, камер, дільниць.

Вихідний з шахти або крила шахти.

Вхідний в виймальні дільниці, підготовчі виробки, камери.

Місцеві скупчення метану в очисних, підготовчих і інших виробках.

На виході із змішувальних камер

Трубопроводи для ізольованого відведення метану за допомогою вентиляторів (ежекторів)

Дегазаційні трубопроводи

 

більше 1 %

більше 0,75 %

більше 0,5 %

2 % і більше

2 % і більше

більше 3,5 %

від 3,5 до 25 %

6 Небезпечні скупчення метану

О небезпечних скупчень метану в гірничих виробках відносяться місцеві і шарові скупчення.

М і с ц е в і с к у п ч е н н я – це скупчення метану в очисних, підготовчих і інших виробках біля виконавчих органів комбайнів, бурових станків тощо, під час їх роботи.

Ш а р о в і с к у п ч е н н я – це скупчення СН4 вздовж покрівлі виробки в результаті недостатнього провітрювання виробки, або суфлярного виділення СН4.

Концентрація метану в шарових скупченнях може досягати 2 – 90 %, а товщина шару до 70 см, його протяжність вздовж виробки від 2 м до декількох десятків метрів.

Для ліквідації місцевих скупчень метану на гірничих машинах встановлюють водоповітряні е ж е к т о р и.

Мірою боротьби з шаровими скупченнями СН4 є збільшення швидкості руху повітря до величини, яка визначається у відповідності з «Інструкцією по розгазуванню виробок і боротьбі з шаровими і місцевими скупченнями метану».

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Дати визначення абсолютній і відносній метанообільностям.

2 Як встановлюється метанообільність шахти?

3 Як розподіляються шахти за категоріями в залежності від величини метанообільності і виду виділення метану?

4 Що таке газовий баланс шахти і його застосування у розрахунках кількості повітря для шахти.?

5 Назвати неприпустимі концентрації метану в виробках згідно ПБ.

6 Які Ви знаєте небезпечні скупчення метану і боротьба з ними?

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 16 -18

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Керівництво газовиділенням.

Мета заняття: ознайомити студентів з комплексною схемою керівництва метановиділенням на виймальній дільниці.

План заняття № 5

1 Керівництво газовиділенням.

2 Дегазація шахт (загальні положення).

3 Фізичні способи дегазації.

4 Фізико – хімічні способи дегазації.

5 Біохімічні способи дегазації.

6 Дегазація виробленого простору.

7 Дегазація наближених пластів.

8 Дегазація розроблюваних пластів.

1 Керівництво газовиділенням.

Керувати метановиділення в гірничі виробки можна шляхом:

  •  вибору раціональної схеми провітрювання виємочної дільниці, від якої суттєво залежить її газовий баланс;
  •  способу управління покрівлею, від якого залежить рівень метановиділення з наближених пластів і вміщуючи порід;
  •  послідовності відпрацювання пластів у свиті;
  •  регулювання інтенсивності очисної виїмки вугілля;
  •  підведення до джерел інтенсивного виділення метану підсвіжуючих струменів повітря;
  •  ізольованого відведення метаноповітряних сумішей через спеціальні дренажні виробки;
  •  дегазація джерел виділення метану.

Широко застосовуваним активним способом управління метановиділенням в гірничі виробки є дегазація.

Д е г а з а ц і я - це комплекс технологічних процесів, направлених на запобігання виділенню метану у виробки шляхом його вилучення, уловлювання і ізольованого відведення трубами шахтної дегазаційної системи, нейтралізації і зв’язування метану у вугільній товщі.

Дегазація передбачується у випадках, коли з пласту або з виробленого простору виділяється більше 2 м3/хв. Метану на тонких пластах, більше 3 м3/хв. – на пластах середньої потужності і більше 3,5 м3/хв. – на потужних пластах, а засобами вентиляції забезпечити вміст метану у повітрі в межах встановлених норм неможливо.

2 Дегазація шахт (загальні положення).

Існує три групи способів дегазації: фізичні, фізико-хімічні і біохімічні.

В межах кожної групи, вони відрізняються за енергією дієвості на вугільний масив.

Найбільш ефективно дегазація вугільного пласту здійснюється у випадку, коли в колекторі газу порушується природній рівноважний стан системи вугілля-метан і утворюється штучна тріщинуватість пласта.

Крім того, СН4 може вилучатися із не розвантажених вугільних пластів за рахунок їх природного г а з о п р о н и к н е н н я, а також деякого розвантаження пласта дегазаційними свердловинами.

3 Фізичні способи дегазації.

Їх сутність полягає в порушенні рівноважного стану вугільного масиву, викликаного прикладанням механічної енергії. В результаті цього підвищується газопроникнення вугільного масиву і формується напрямок руху десорбованого метану в діючі виробки і газоуловлюючі свердловини.

Енергія впливу на вугільну товщу може бути отримана в результаті п і д р о б к и або н а д р о б к и вугільних пластів, н а г н і т а н н я в о д и в пласт через свердловини, б у р о – в и б у х о в и х робіт і ін..

4 Фізико – хімічні способи дегазації.

Ці способи засновані на а к т и в і з а ц і ї г а з о в и д і л е н н я з вугільного масиву, або б л о к у в а н н я г а з о п р о в і д н и х к а н а л і в в пласті з підвищенням остатньої газоносності вугілля.

До цих способів відносяться:

  •  зволоження вугільних пластів;
  •  обробка пластів водними розчинами соляної кислоти;
  •  нагнітання в пласт різних полімерних матеріалів.

5 Біохімічні способи дегазації.

Засновані на мікробіологічному зв’язуванні метану у вугільному масиві.

За терміном проведення дегазаційних робіт процес дегазації може бути попереднім і поточним.

6 Дегазація виробленого простору.

Дегазація виробленого простору діючого очисного вибою здійснюється за допомогою газопроводу 1, (рис.5.1), прокладеного у вентиляційному штреку. На кінці закріплюється усмоктувальний патрубок 2, який проходить крізь переносну перемичку 3. Газопровід зєднано з вентилятором, який подає метано-повітряну суміш в змішувальну камеру або до магістрального газопроводу, і далі на поверхню.

Коефіцієнт ефективності дегазації – відношення кількості вилученого метану до загального метановиділення з виробленого простору

k = 0,3 – 0,5

7 Дегазація наближених пластів.

Дегазація наближених пластів здійснюється за допомогою свердловин, які

Свердловини діаметром 80 -100 мм свердлять у покрівлі або підошві пласту.Устя кожної свердловини герметизують на довжину 4 – 8 м цементною пробкою, в якій встановлюють вивідну трубу. По мірі посування очисного вибою газова проникливість наближених (підроблюваних або надроблюваних ) пластів і порід збільшується внаслідок підробки і метан починає інтенсивно вступати в свердловини.

Свердловини свердлять з нахилом до виробленого простору (кут нахилу визначається дослідним шляхом) на відстані 20 – 100 м. Глибина свердловин 20–90 м при підробці, і 15 – 25 м при надробці.

Коефіцієнт ефективності дегазації k = 0,6 – 0,7.

8 Дегазація розроблюваних пластів.

Із виробок виймальної дільниці (штреків або лави) свердлять свердловини по пласту і через трубопроводи підключають їх до вакуумних насосів. Діаметри свердловин 80 – 100 мм, відстань між ними 15 -25 м.

Коефіцієнт ефектвності дегазації k = 0,25 – 0,3.

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним. Заходи боротьби з раптовими викидами вугілля і газу.

Мета заняття: ознайомити студентів з заходами боротьби з раптовими викидами вугілля і газу.

План заняття № 6

1 Сутність раптового викиду вугілля і газу.

2 Заходи боротьби з раптовими викидами:

- випереджаюча розробка захисних пластів;

- попередня дегазація вугільного масиву;

- профілактичне зволоження або розрихлення пласта;

- гідравлічне рихлення вугільного масиву;

- низьконапірне зволоження вугілля;

- гідравлічний віджим;

3 Заходи по забезпеченню безпеки для працюючих.

 

1 Сутність раптового викиду вугілля і газу.

Раптовий викид вугілля і газу представляє собою небезпечне і складне газодинамічне явище, виникаюче в газоносних вугільних пластах і породах, яке характеризується швидким розвитком руйнації масиву з відкиданням (зміщенням) гірничої маси і виділенням газу в гірничу виробку.

Явище викиду обумовлене тиском гірських порід і заключеного у вугіллі газу.

Кількість вугілля, яке викидається в виробку може бути від декількох тон до декількох тисяч тон, а метану – від десятків м3 до сотень тисяч м3.

Пласти, схильні до раптових викидів вугілля і газу діляться на небезпечні і погрожуючі:

н е б е з п е ч н і - пласти, на яких в межах шахтного поля мали місце викиди на даному або нижче лежачих горизонтах;

п о г р о ж у ю ч і – пласти, які розроблюються на горизонтах, в межах яких на сусідніх шахтах мали місце викиди вугілля і газу.

2 Заходи боротьби з раптовими викидами:

Заходи, які застосовуються для боротьби з раптовими викидами вугілля і газу ділять на регіональні і локальні.

Р е г і о н а л ь н і способи призначені для попередньої обробки вугільного масиву попереду очисного і підготовчого вибоїв.

До регіональних способів відносяться: випереджаюча розробка захисних пластів, дегазація вугільних пластів, зволоження вугільних пластів.

Л о к а л ь н і способи призначені для приведення привибійної частини вугільного масиву до викидобезпечного стану. Їх здійснюють з боку очисного або підготовчого вибоїв.

До локальних способів відносяться: гідравлічне рихлення, низьконапірне зволоження, гідравлічний віджим.

Випереджаюча розробка захисних пластів.

Випереджаюча розробка захисних пластів заклечається в тому, що якщо частина наближених пластів схильна до раптових викидів, то спочатку відпрацьовують пласти, не схильні до викидів. В результаті небезпечні пласти, будучи підпрацьованими або надпрацьованими, розвантажуються від гірничого тиску і частково дегазуються, частково або повністю втрачаючи схильність до викидів. У цьому випадку наближені безпечні пласти, випереджаюча розробка яких створює захист від викидів, називаються з а х и с н и м и. . Захисна дія пластів проявляється: при підробці – до 100 м, при надробці – до 60 м, у випадку залягання між пластами пісковиків – до 40 м.

Випереджуюча розробка захисних пластів є самим надійним методом попередження раптового викиду вугілля і газу. На жаль цей метод можна використовувати лише за наявності захисних пластів, які самими не являються небезпечними.

Дегазація вугільних пластів.

Дегазація вугільних пластів проводиться з метою зниження газоносності вугільних пластів. Для цього свердлять свердловини і через них за допомогою вакуумних насосів здійснюють відкачування метану. Застосовуються різноманітні схеми розташування дегазаційних свердловин. Свердловини можуть свердлитися з поверхні, з відкаточних горизонтів, з виємочних штреків, в пласт і вміщуючі породи.

Діаметр свердловин 80 -100 мм, їх довжина, відстань між ними і кут нахилу визначаються дослідним шляхом для кожного конкретного випадку.

Зволоження вугільних пластів.

Також надійним методом попередження раптового викиду вугілля і газу є мікрокапілярне зволоження пласту.

Вода, яка нагнітається у вугільний пласт переміщується під дією напору, утворюваного насосом, а також капілярними силами, виникаючими в порах вугілля при проникненні в них рідин. Переміщенню води протидіє тиск газу, заточеного в тріщинах і порах пласту. Із зменшенням розміру пор збільшується їх опір рухові води, але зростають і капілярні сили, сприяючі цьому рухові. Так вода, яка нагнітається в пласт, переміщуючись по тріщинах, охоплює з усіх боків куски вугілля, відділені тріщинами. Нейтралізувати заточений у вугіллі газ, як джерело енергії, приймаючої участь у розвитку раптового викиду, можна створивши умови, за яких стане неймовірною швидка і лавинна реалізація його енергії. Вода, яка знаходиться в макро- і мікропорах, перекриває їх переріз і за рахунок мікрокапілярних сил натягнення рідинної поверхні, перешкоджає рухові газу. Найдрібніші обєми метану виявляються замкненими в окремих «кімнатах-порах» і тому не можуть приймати участі в процесі розвитку раптового викиду.

Гідравлічне рихлення вугільного масиву.

Гідравлічне рихлення засноване на високо напірному нагнітанні води у вугільні пласти через свердловини, просвердлені із вибою гірничої виробки. Сутність способу заключається в руйнуванні вугілля у нутрі масиву водою під тиском, в результаті чого розвантажується і дегазується привибійна частина пласту (Рис. 6.1).

Діаметр свердловин 42 – 45 мм, довжина свердловини lС = 6 – 9 м, глибина герметизації lГ = 4 – 7 м.

Низьконапірне зволоження вугілля.

Цей спосіб застосовується при проведені підготовчих виробок. При цьому діаметр свердловин складає 45 або 60 мм, довжина свердловин не обмежується. Глибина герметизації повинна складати не менше 5 м, а незнижуюче випередження зволоженої зони – не менше 5 м.

Гідравлічний віджим.

На шахтах Донбасу при проходці горизонтальних виробок в небезпечних вибоях застосовують гідравлічний віджим.

Сутність цього способу полягає у тому, що за допомогою високо напірного насосу в шпури, пробурені у вибої по вугіллю, бід високим тиском нагнітається вода. Нагнітання здійснюється через гідро затвори герметизуючи шпури на потрібній глибині. Тиском нагнітаємої води розтрісканий вугільний масив при гідровіджимі підсувається у бік виробки більш інтенсивно, аніж за природного віджиму. При цьому стається зниження напруженого стану привибійної зони вугільного пласту, зростання опускання покрівлі і перенесення опірного тиску в глибину масиву.

Гідровіджим сприяє частковій дегазації пласту і зволоженню вугільного масиву, тому його розглядають не тільки як метод боротьби з раптовими викидами вугілля і газу, але і як захід пилоподавлення і часткової дегазації масиву.

3 Заходи по забезпеченню безпеки для працюючих

Перед розкриттям пластів,небезпечних за раптовими викидами, здійснюють дегазацію розкриваємого пласта свердловинами або застосовують вимивання вугілля розкриваємого пласта гідромонітором в межах площі вибою розкриваючої виробки через свердловини.

При проведенні горизонтальних підготовчих виробок свердлять випереджуючі дренажні свердловини діаметром від 120 до 300 мм (рис. 6.2), які дренують пласт і змінюють напружений стан масиву. Радіус дренування залежить від газопроникненності вугілля. Зазвичай кількість і кут нахилу свердловин визначають досвідним шляхом.

Рисунок 6.2 – Схема розташування дренажних свердловин

Гірничі роботи на викидонебезпечних пластах, вибухові роботи по вугіллю повинні вестись у режимі струсного вибухання.

Сутність його полягає в тому, що розташування шпурів і величина зарядів розраховуються так, щоб відбійка вугілля здійснювалась по усьому вибою, і якщо є умови для раптового викиду, то він повинен статися в період вибуху. Під час струсного вибухання люди на дільниці відсутні, вибухівець знаходиться на відстані не ближче 600 м від вибою, рахуючи по свіжому струмені повітря.

Недоліком способу є те, що штучно викликані раптові викиди ускладнюють проведення виробки, оскільки необхідно ліквідувати наслідки викидів. Крім того, інколи здійснюються запізнілі викиди, які можуть виникати через деякий час з моменту вибуху.

Очисні і підготовчі вибої , в яких застосовують струсне вибухання повинні бути оснащені апаратурою АКМ з передачею телевимірів на самопишучий прилад.

Майстер вибухівець, особа надзору і робочі, направлені для виробництва струсного вибуху повинні мати метан-сигналізатори, сумісні з головними світильниками.

Проведення висхідних виробок на крутих пластах повинно здійснюватись з передуючим бурінням свердловин діаметром не менше 250 мм на всю висоту поверху.

При веденні очисних робіт необхідно не допускати концентрації гірничого тиску в окремих місцях вугільного вибою, для чого очисний вибій повинен бути прямолінійним, управління покрівлею слід здійснювати на пологих і похилих пластах повним обрушенням, на крутих - повним закладаанням, застосовувати вузькозахватну виємку, як правило, стругову.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Сутність раптового викиду вугілля і газу.

2 Які заходи боротьби з раптовими викидами Вам відомі?

- випереджаюча розробка захисних пластів;

- попередня дегазація вугільного масиву;

- профілактичне зволоження або розрихлення пласта;

- гідравлічне рихлення вугільного масиву;

- низьконапірне зволоження вугілля;

- гідравлічний віджим;

3 Заходи по забезпеченню безпеки для працюючих.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 22 -23

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Види загазувань виробок. Заходи щодо запобігання та ліквідації загазувань виробок.

Мета заняття: ознайомити студентів з видами загазувань виробок і заходами щодо їх запобігання та ліквідації.

План заняття № 7

1 Визначення загазувань виробок.

2 Види загазувань виробок за місцем утворення:

- місцеві;

- шарові;

- загальні.

за причинами виникнення:

- аварійні;

- технологічні.

3 Заходи щодо запобігання загазувань в гірничих виробках.

 

1 Визначення загазувань виробок.

До загазувань відносяться усі випадки перевищення норм концентрації метану у виробках.

При відсутності даних про фактичну концентрацію метану загазованими також треба рахувати:

в шахтах І і ІІ категорії по метану – тупикові виробки, в яких є виділення метану, за відсутності за відсутності їх провітрювання 30 хв і більше;

в шахтах ІІІ категорії, надкатегорних і небезпечних за раптовими викидами - тупикові виробки, в яких виділяється метан, за відсутності їх провітрювання 5 хв і більше.

2 Види загазувань виробок за місцем утворення:

Загазування виробок поділяють на місцеві, шарові і загальні

Місцеві загазування – скупчення СН4 в окремих місцях виробок, у тому числі біля бурових станків, комбайнів і врубових машин, у відкритих не закладених породою куполах, з концентрацією 2 % і більше.

Шарове загазування – скупчення СН4 у вигляді шару в виробках, на ділянках довжиною понад 2 м з концентрацією 2 % і більше.

Загальне загазування – перевищення норми, середньої по перерізу виробки, концентрації СН4.

За причинами виникнення загазування можуть бути аварійні і технологічні.

 

Аварійні загазування – це загазування спричинені порушенням нормального провітрювання, (відказ ВМП; роз’єднані, відстають від вибою або пошкоджені вентиляційні труби; пошкоджені вентиляційні споруди; завал виробок; аварійне відключення джерел енергопостачання, тощо).

Технологічні загазування – це загазування обумовлені виконанням гірничих робіт згідно з технологією (викиди вугілля і газу при струсному вибуханні; роботи по розрихленню і зволоженню вугільного масиву викидонебезпечних пластів; відбивання вугілля вибуховим способом, виємка вугілля комбайном, планова зупинка ВМП або ВГП, тощо)

3 Заходи щодо запобігання загазувань в гірничих виробках.

Основними заходами попередження загазувань гірничих виробок є:

- загальне або місцеве (біля джерел газовиділення) збільшення швидкості повітря;

- зменшення і перерозподіл газовиділення у гірничі виробки шляхом зміни схем, способів провітрювання і дегазації вугільних пластів і бокових порід.

Якщо не вдається забезпечити необхідної для розбавлення шарових і місцевих скупчень метану середньої швидкості повітря на небезпечних ділянках виробок, повинні застосовуватись способи місцевого збільшення швидкості ( встановлення додаткових ВМП, ежекторів, перемичок (вітрил), похилих щитів, завихруючих трубопроводів, тощо).

Для запобігання місцевих загазувань при комбайновому способі проведення виробки треба застосовувати е ж е к т о р и (повітряні або водо-повітряні) або допоміжні малогабаритні вентилятори з пневматичним або гідравлічним приводом. Ежектор (вентилятор) встановлюється на корпусі комбайна, і повітря подається до виконавчого органу у привибійну частину виробки.

Попередження і ліквідацію скупчень СН4 в очисних виробках біля комбайнів необхідно здійснювати за рахунок загального збільшення швидкості повітря в виробці, або місцевого (біля комбайна) перерозподілу повітряного потоку у робочому просторі лави за допомогою додаткових джерел тяги (ежекторів, малогабаритних вентиляторів).

Для попередження і ліквідації місцевих скупчень СН4 на спряженнях очисних виробок з вентиляційними штреками необхідно застосовувати один із слідуючих заходів:

- зміна схеми провітрювання виємочної дільниці (наприклад, при зворотньому порядку відпрацювання виємочного поля, замість зворотньоточної на ціляк схеми, застосовувати прямоточну схему провітрювання з випусканням вихідного струменю на вироблений простір) таким чином, щоб тупик погашуваної вентиляційної виробки провітрювався за рахунок загально шахтної депресії;

- використання для відводу СН4, який виділяється з виробленого простору, дренажних штреків, не підтримуваних виробок і вироблених просторів вище розташованих відпрацьованих виємочних дільниць;

- ізольований відвід метану із виробленого простору жорсткими трубопроводами за допомогою вентиляторів і ежекторів;

- подача повітря в погашуваний тупик за допомогою ВМП, встановленого у виробці зі свіжим струменем;

- відведення СН4 з погашуваного тупика за допомогою ВМП (ежектора) коротким трубопроводом з випусканням суміші, яка відводиться в вентиляційну виробку дільниці;

Для попередження спалаху метану іскрами від розрядження статичної електрики всі трубопроводи, які підводять повітря до скупчень метану, необхідно заземлювати у відповідності з «Інструкцією по устрою, огляду і виміру опору шахтних заземлень»

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Визначення загазування виробки.

2 Місцеве загазування.

3 Шарове загазування.

4 Загалне загазування

5 Аварійне загазування.

6 Технологічне загазування.

7 Заходи щодо запобігання загазувань:

- при комбайновому способі проведення виробки;

- в очисних виробках біля комбайнів;

- на спряженнях лав з вентиляційними штреками.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 18 -21

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним

Контроль за складом шахтного повітря. Види контролю. Відбір проб повітря.

Мета заняття: ознайомити студентів з видами контролю за складом шахтного повітря.

План заняття № 8

1 Види контролю за складом шахтного повітря.

2 Відбір проб шахтного повітря.

3 Кожнозмінний контроль наглядом дільниці ВТБ і інших дільниць.

4 Контроль за допомогою апаратури автоматичного газового захисту (АГЗ).

1 Види контролю за складом шахтного повітря.

У вугільних шахтах контроль за складом атмосфери гірничих вробок здійснюється слідуючими службами:

- газоаналитичними лабораторіями ДВГРС, які здійснюють періодичний відбір проб шахтного повітря для лабораторного аналізу;

- наглядом дільниці вентиляції і техніки безпеки (ВТБ) шахти, а також наглядом експлуатаційних і прохідницьких дільниць, які проводять кожнозмінні вимірами вмісту метану, вуглекислого газу, оксиду вуглецю і інших шкідливих газів, переносними приладами;

диспетчерською службою, яка здійснює ценралізований телеметричний контроль вмісту СН4 і СО2, який виконується за допомогою апаратури автоматичного газового захисту.

2 Відбір проб шахтного повітря.

Відбір проб шахтного повітря здійснюється за квартальними планами, затвердженими головним інженером шахти і узгодженими з ДВГРС, а також додатково, поза планом, у разі необхідності. В планах вказуються місця і періодичність відбору проб, а також види аналізів (проби аналізують на склад СО2, СН4, О2).

Проби, відібрані у вихідному струмені дільниць які розроблюють пласти схильні до самозаймання, додатково аналізують на СО і Н.

Періодичність відбору проб

Згідно з ПБ в негазових шахтах і в шахтах І і ІІ категорій за метаном проби повітря повинні відбиратися 1 раз на місяць,

в шахтах ІІІ категорії і розроблюючих пласти вугілля, схильного до самозаймання – 2 рази на місяць,

понадкатегорних і небезпечних за раптовими викидами -3 рази на місяць.

Відбором планових проб повітря контролюються також склад водню (Н) в зарядних камерах депо акумуляторних електровозів, а також склад повітря після вибухових робіт (додатково визначається склад оксидів азоту).

Способи відбору проб.

Відбір проб повітря здійснюється, як правило «сухим способом» в газонепроникаючі гумові кулі ручними насосами або аспіраторами.

Для визначення складу газів, які слабо поглинаються водою (О2, N2, СО, СН4, Н2) застосовується «мокрий спосіб» відбору проб шахтного повітря у пляшки із безколірного скла вмістимістю 0,25 або 0,5 л, повністю заповнені некип’яченою питною водою, попередньо не менше 2 годин відстояною у відкритій ємкості. На місці відбору проби повітря воду виливають з пляшки, залишивши таку кількість води яка необхідна для утвореннягідрозатвору висотою 10 – 15 мм над пробкою. Пляшка заповнюється повітрям, яке підлягає хімічному аналізу, потім щільно закривається пробкою, перевертається догори дном і зберігається у такому положенні до здачі в лабораторію.

3 Кожнозмінний контроль наглядом дільниці ВТБ і інших дільниць.

Кожнозмінні виміри переноснии приладами здійснюються особами змінного нагляду дільниць і робітниками дільниці ВТБ в усіх виробках, де може бути виділення, або накопичування СН4 і СО2.

Місця і періодичність контролю встановлює начальник дільниці ВТБ і затверджує головний інженер шахти. Результати вимірів заносяться на спеціальні дошки вимірів концентрації СН4 і СО2, які встановлюються в місцях вимірів і в вентиляційний журнал.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть, які служби на шахті здійснюють контроль за складом атмосфери гірничих виробок?

2 У чому полягає сутність відбору проб шахтного повітря?

3 Періодичність відбору проб згідно з ПБ?

4 Розкажіть про способи відбору проб шахтного повітря?

5 Контроль за складом шахтного повітря робітниками дільниці ВТБ?

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 24 - 36

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Прилади визначення газів.

Мета заняття: ознайомити студентів з приладами визначення газів.

План заняття № 9

1 Хімічні газовизначники.

2 Термокаталітичні газовизначники.

3 Індивідуальний автоматичний сигналізатор метану СМС.

4 Місця встановлення засобів АГЗ в виробках.

5 Система автоматичного газового контролю.

6 Інтерференційні (оптичні) газовизначники.

1 Хімічні газовизначники.

У вугільній промисловості в якості визначників газів застосовують хімічні, термокаталітичні і інтерференційні (оптичні) прилади.

Дія х і м і ч н и х г а з о в и з н а ч н и к і в заснована на безпосередній хімічній реакції між газом і індикаторною речовиною, яка змінює забарвлення. В якості вимірювального елемента використовуються індикаторні трубки, крізь які прокачують певний обєм повітря. По довжині стовпчика, який змінив забарвлення індикаторної маси, заповнюючої скляну трубку, встановлюють концентрацію вимірюваного газу.

У вугільних шахтах із приладів цього типу найбільше поширення отримали газовизначники типу ГХ -4, ГХ-5, ГХ-М, які складаються з індикаторних трубок для визначення СО, NO+NO2, Н2S, SO2, О2 і аспіратора – приладу для прокачування повітря крізь індикаторні трубки.

2 Термокаталітичні газовизначники.

Принцип дії т е р м о к а т а л і т и ч н и х г а з о в и з н а ч н и к і в заснований на низькотемпературному згорянні пальних складових частин (СН4) повітря, яке подається на підігріту до 350 - 450°С поверхню каталізатора і вимірі утворюваної кількості тепла, яка і є у цьому випадку мірою концентрації пального компоненту. Кількість тепла визначається за допомогою вимірювального мосту, порушення рівноваги якого реєструється приладом, від градуйованим в обємних відсотках вмісту метану.

До приладів цього типу відносяться переносні сигналізатори метану і датчики метану типу ДМТ системи автоматичного газового захисту і централізованого телеметричного контролю.

3 Індивідуальний автоматичний сигналізатор метану СМС.

(В шахтах, небезпечних за раптовими викидами вугілля і газу майстер вибухівець, особа надзору і робочі, направлені для виробництва струсного вибуху, а також усі працівники очисних і тупикових виробок повинні мати метан-сигналізатори, сумісні з головними світильниками, ПБ п. 3.7.4).

Індивідуальний автоматичний сигналізатор метану СМС («Маяк»), суміщено з головним світильником. Термокаталітичний чутливий елемент розміщено в гідро ізольований ковпачок з міцного високопористого матеріалу. Його захищено і закріплено на фарі світильника. За небезпечної концентрації метану мостова схема приладу вмикає сигнальний устрій, який переводить лампу світильника до режиму миготінння.

Поріг зпрацювання сигналізації 1,0; 1,5 і 2,0 %, інертність зпрацювання не більше 15 с, термін безперервної роботи – 9 годин. При швидкому нарощуванні концентрації метану, коли необхідно вмикатися в саморятівник, частота мигань світильника різко збільшується.

На очисних і прохідницьких комбайнах (ш. ІІІ кат, і вище) встановлюється метан-реле, яке при концентрації метану 2 % подає звуковий і світловий сигнали і вимикає електроенергію.

4 Місця встановлення засобів АГЗ в виробках.

Згідно з ПБ в шахтах ІІІ категорії, надкатегорних і небезпечних за раптовими викидами вугілля і газу повинні застосовуватися засоби автоматичного газового захисту (АГЗ) в слідуючих місцях гірничих виробок:

  •  у привибійних просторах тупикових виробок довжиною понад 10 м, в яких використовується електроенергія і виділяється метан і на вихідних струменях при довжині виробки більше 50 м;
  •  біля ВМП з електричними двигунами при розробці пластів, небезпечних за раптовими викидами, а також при встановленні вентиляторів в виробках з вихідним струменем з очисних або тупикових виробок;
  •  у вихідних струменях очисних виробок виємочних дільниць, на яких застосовується електроенергія.

Для цього на вугільних шахтах застосовують апаратуру АГЗ «Метан»

5 Система автоматичного газового контролю.

На рисунку 9.1 показана типова схема розміщення апаратури АГЗ. Датчики Д1И і Д2 контролюють вміст метану у вихідних струменях дільниці і лави і при досягненні гранично допустимої концентрації газу надають команду (АС - 6) на вимкнення електроенергії в лаві. На відстані не ближче 50 м від лави в нижньому штреку встановлюється датчик Д3, вимикаючий електроенергію при раптовому викиді. Апарат сигналізації АС – 5 цього комплекту встановлюється на дільничній підстанції і при спрацюванні датчика Д3, вимикає низьковольтний розподільчий пункт, залишаючи ввімкненим датчик Д3. Телевиміри диспетчеру надходять тільки від датчика Д1И.

6 Інтерференційні (оптичні) газовизначники.

Інтерференційні (оптичні) газовизначники служать для виміру вмісту СН4 і СО2 в шахтному повітрі. Дія цих приладів заснована на визначенні зміщення інтерференційної картини, яке здійснюється через зміну складу досліджуваної проби шахтного повітря, яке знаходиться на шляху одного з двох променів.

Зміщення інтерференційної картини відносно її нульового положення пропорційне різниці між показниками переломлення світла досліджуваної газової суміші і чистого атмосферного повітря. Це переломлення, в свою чергу, пропорційне відсотковому вмісту метану (вуглекислого газу) у суміші.

На сьогоднішній день на шахтах застосовують інтерферометри ШІ – 3 і ШІ – 11 для визначення СН4 і СО2 від 0 до 6 %, а також інтерферометр ШІ – 6 (ІГА), пристосований для виміру вмісту в повітрі СН4, СО2 і О2.

В газоаналітичних лабораторіях ДВГРС основним газовизначником є прилад ООГ-2 (обємно-оптичний газовизнвчник). Цей прилад призначається для визначення концентрації СН4, СО2, О2 і Н2 в пробах шахтного повітря.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть принцип дії хімічних газовизначників?

2 Назвіть принцип дії термокаталітичних газовизначників?

3 Призначення і робота індивідуального сигналізатора метану СМС?

4 Що таке система АГЗ і як вона працює?

5 Назвіть принцип дії інтерференційних газовизначників?

Література:Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.24 - 36

Тема 1.3 Шахтний пил та боротьба з ним.

Поняття про шахтний пил. Професійна шкідливість. Допустимі санітарні норми пилу. Заходи з комплексного знепилення повітря.

Мета заняття: ознайомити студентів з професійною шкідливістю шахтного пилу, допустимими санітарними нормами пилу і заходами з комплексного знесилення повітря.

План заняття № 12

1 Поняття про шахтний пил.

2 Професійна шкідливість.

3 Допустимі санітарні норми пилу.

4 Заходи з комплексного знепилення повітря.

- попереднє зволоження вугільного масиву;

- провітрювання з оптимальною швидкістю;

- зрошення водою;

- очищення повітря водяними завісами;

 

1 Поняття про шахтний пил.

Шахтним пилом називаються найдрібніші часточки вугілля і породи, вивішені в атмосфері гірничих виробок або осідлі на їх підошві, покрівлі і стінах.

 Шахтний пил небезпечний у двох відношеннях:

  •  він може стати причиною захворювань шахтарів пневмоконіозами;
  •  він може утворювати з повітрям вибухову суміш.

Шахтний пил утворюється під час виробничих процесів, повязаних з руйнуванням вугілля, породи і їх транспортуванням обота комбайна,навантажувальної машини, буріння, вибухання, транспортування гірничої маси).

Вміст пилу в повітрі, або запиленість повітря, характеризується масою пилу, вивішеною в одиниці обєму повітря (мг\м3).

2 Професійна шкідливість.

Породний і вугільний пил, забруднюючи атмосферу, може викликати легеневі захворювання, - пневмоконіоизи.

Пневмоконіоз, викликаний пилом, у складі якого міститься вільний діоксин кремнію SiO2 називають сілікозом.

Пневмоконіоз, викликаний вугільним пилом, називають антракозом.

Антракосілікоз – займає проміжне місце.

Профілактика пневмоконіозів ведеться у напрямку раннього їх виявлення і переведення людей з виявленими початковими прикметами захворювання на роботу, не повязану з пилом.

Небезпечність захворювання пневмоконіозами знаходиться у прямій залежності від кількості пилу, який вдихається.

3 Допустимі санітарні норми пилу.

Санітарними Правилами встановлені слідуючі гранично допустимі концентрації (ГДК) пилу, вивішеного в атмосфері підземних виробок, в залежності від вмісту SiO2.

При 70% і більше вільного діоксиду кремнію - 1 мг/м3

При 10 – 70% вільного діоксиду кремнію - 2 мг/м3

До 10% вільного діоксиду кремнію - 4 мг/м3

При відсутності вільного діоксиду кремнію у вугільному пилу - 10 мг/м3

4 Заходи з комплексного знепилення повітря.

Ефективна боротьба з пилом ймовірна тільки при комплексному застосуванні різних заходів і способів знесилення.

Згідно з ПБ на кожній шахті повинні здійснюватися заходи по знесиленню повітря у відповідності до «Інструкції по комплексному знесиленню повітря…» затвердженої наказом ДНОП від 18.01.1996 р. № 7.

До комплексу протипилових заходів, які здійснюються в очисному вибої входять:

- попереднє зволоження вугільного масиву;

  •  провітрювання з оптимальною швидкістю повітря в очисному вибої;
  •  зрошення;
  •  пилоуловлювання;
  •  очищення від пилу повітря водяними завісами.

Попереднє зволоження вугільного масиву – один з найбільш ефективних заходів боротьби з пилом. Дозволяє зменшити пилоутворення на 50 – 90 %.

Сутність заходу заклечається в тому, що у вугільний масив нагнітається по свердловинах вода, яка проникаючи тріщинами і порами, зволожує вугілля.

Свердловини свердлять з підготовчих виробок, або з очисного вибою.

Тиск нагнітання рідини складає 15 – 200 кгс/см2 при темпі нагнітання 5-30 л/хв..

Провітрювання вибоїв очисних і підготовчих виробок сумісно з іншими заходами забезпечує зниження запиленості до значень, наближених до ГДК. При цьому повинні дотримуватися оптимальні по пиловому фактору швидкості руху повітря:

- у підготовчих вибоях – 0,4 – 0,6 м/с;

- в очисних вибоях - 1,6 м/с.

Провітрювання виробок зі швидкостями, не досягаючими оптимальних значень або перевищуючими їх, призводить до значного збільшення запиленості:

  •  при недостатній швидкості – не забезпечується ефективне винесення і видалення пилу з місць пилоутворення;
  •  при перебільшенні швидкості – відбувається здування пилу, який раніше осів на стінки і підошву виробки.

Зрошення водою – є одним з основних засобів пилоподавлення при роботі комбайна, навантаженні і транспортуванні відбитої гірничої маси, при вибухових роботах і т. п.

На сьогодні усі виймальні і прохідницькі машини комплектуються зрошувальними пристроями на заводі.

ПБ забороняється робота обладнання без діючих засобів пилоподавлення і при відсутності блокування, перешкоджаючого пуску цього обладнання при непрацюючих засобах пилоподавлення.

Для ефективного подавлення пилу, знижуючого запиленість на 80 – 90 % при роботі виємочних машин необхідно витрачати не менше 30 – 40 л води на 1 т вугілля.

Тиск води повинен бути не менше 4 кгс/см2. Для зрошення місць навантаження і транспортування зазвичай застосовують парасоликові форсунки. Витрати води залежать від вологості вугілля і для сухого вугілля складають до 25 л на 1 т.

Пил деяких марок вугілля гідрофобний (погано змочується водою). Щоб покращити змочуваність пилу застосовують змочувач ДБ (дибутил). Його добавляють до води в концентрації 0,1 – 0,2 %. Застосування ДБ на 30 – 50 % підвищує ефективність подавлення пилу.

Очищення від пилу повітря водяними завісами.

 Для осідання з повітря вивішеного в ньому пилу застосовують водяні з а в і с и, утворювані групою форсунок, які розміщуються по периметру виробки так, що бризки води покривають весь переріз виробки і осаджують пил з повітря.

Витрати води складають 0,6 л на 1 м3 очищеного повітря.

Боротьба з пилом при вибухових роботах 

Для боротьби з пилом при вибухових роботах застосовують поліетиленові посудини з водою, гідрозабійку шпурів, водяні завіси, утворювані за допомогою форсунок і туманоутворювачів (Рисунок 12.1)

Засоби індивідуального захисту від пилу.

Згідно з ПБ, в тих випадках, коли технічними заходами не вдається зменшити запиленість повітря на робочих місцях до ГДК, роботи повинні виконуватися в протипилових респіраторах.

«Астра – 2» - застосовується при запиленні до 300 мг/м3;

Ф – 62 Ш - застосовується при запиленні до 100 мг/м3 – мають змінні фільтри, клапани вдихання і видихання.

У -2К - застосовується при запиленні до 25 мг/м3.

ШБ -1 «Лепесток» - для захисту органів дихання від радіоактивного і токсичного пилу, мікроорганізмів і вірусів.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Поняття про шахтний пил.

2 Професійна шкідливість.

3 Допустимі санітарні норми пилу.

4 Заходи з комплексного знепилення повітря.

- попереднє зволоження вугільного масиву;

- провітрювання з оптимальною швидкістю;

- зрошення водою;

- очищення повітря водяними завісами;

- боротьба з пилом при вибухових роботах.

Література:Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.36 - 46

Тема 1.3 Шахтний пил та боротьба з ним.

Вибухові властивості пилу. Заходи по локалізації та попередженню вибуху пилу. Сланцьові і водяні заслони. Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

Мета заняття: ознайомити студентів з вибуховими властивостями вугільного пилу і заходами по ліквідації та попередженню вибуху вугільного пилу.

План заняття № 13

1 Вибухові властивості вугільного пилу

2 Заходи по локалізації та попередженню вибуху пилу.

3 Водяні і сланцьові заслони.

4 Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

1 Вибухові властивості вугільного пилу.

Вугільний пил має вибухові властивості. При наявності відкритого полумя

(t =700 – 800 °C) і концентрації 11 – 400 г/м3 він вибухає. При цьому, спочатку спалахують летючі горючі речовини, які виділяються при нагріванні пилинок, а потім тверді рештки пилу.

Головними факторами, впливаючими на вибуховість вугільного пилу є:

  •  вихід летючих речовин;
  •  зольність вугілля;
  •  склад шахтної атмосфери;
  •  концентрація вугільного пилу;
  •  вологість вугільного пилу.

До небезпечних по вибуху пилу відносяться пласти вугілля з виходом летючих речовин 15 % і більше.

Підвищення зольності вугільного пилу сприяє зниженню його вибуховості. Вугільний пил не вибухає при вмісту в ньому 60 – 70 % золи. Ця обставина служить підставою для використання сланцьового пилу у якості засобу боротьби з вибухами вугільного пилу.

При наявності в шахтній атмосфері метану, ступінь вибуховості пилу підвищується, (табл..13.1).

Таблиця 13.1 – Вплив вмісту метану на вибуховість пилу.

ВМІСТ СН4 В ШАХТНІЙ АТМОСФЕРІ, %

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

НИЖНЯ МЕЖА ВИБУХОНЕБЕЗ-

ПЕЧНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ ПИЛУ, г/м3

30

25

15

10

8

5

У вибухі приймає участь пил з розміром часток менше 100 мкм. Осідлий на стіни виробки пил небезпечний тим, що при вибухі він здіймається в повітря і утворює концентрацію, яка може вибухнути повторно.

Підвищення вологості також знижує вибуховість вугільного пилу. Пил рахується не вибуховим при вологості 100 %.

Під час вибуху вугільного пилу утворюється багато оксиду вуглецю (СО), тоді як під час вибуху метану (СН4) – багато вуглекислого газу (СО2).

Причинами вибуху вугільного пилу можуть явитися відкрите полум’я, вибух метану, вибухові роботи,електричні іскри і дуги.

Вибуховість пилу встановлюють лабораторним аналізом. Якщо пил вибуховий, то такий пласт відносять до небезпечних по пилу і шахту переводять на пиловий режим.

2 Заходи по локалізації та попередженню вибуху пилу.

Заходи по попередженню і локалізації вибуху вугільного пилу діляться на заходи, основані на використанні в о д и і заходи, основані на використанні

і н е р т н о г о п и л у.

До заходів, основаних на використанні води відносяться: п о б і л к а виробок вапняно – цементним розчином, о б м и в к а виробок водою або розчинами змочувачів, з в’ я з у в а н н я осідлого вугільного пилу змочувально – зв’язуючим розчином або пастою, зв’язування звішеного і осідлого пилу туманоутворюючими і водяними завісами, а також встановлення водяних заслонів.

До заходів, основаних на використанні інертного пилу, відносяться осланцювання гірничих виробок і встановлення сланцьових заслонів.

Побілку виробок здійснюють вапняно – цементним розчином, який складається із однієї частини цементу, двох частин вапна і тридцяти частин води (Ц:В:В = 1:2:30). Витрати розчину складають 0,7 – 0,8 л на 1 м2 поверхні виробки. Побіленню підлягають боки і покрівля виробки біля стовбурових дворів і інші капітальні виробки, в яких інтенсивність пиловідкладення не перевищує 0,4 г/м3 за добу.

Обмивання виробок здійснюється водою, а в місцях інтенсивного пиловідкладення – 0,1 % розчином змочувача, Витрати рідини на обмивання складають 1,5 – 1,8 л на 1 м2 поверхні виробки. Обмиванню водою підлягають виробки зі свіжим і відпрацьованим струменями повітря при пиловідкладенні до 1,2 г/м3 за добу. Ділянки вентиляційних штреків, примикаючи до лав, довжиною 200м при пиловідкладенні до 50 г/м3 за добу обмивають розчином змочувача, а при більш інтенсивному пиловідкладенні повинні встановлюватися безперервно діючі туманоутворюючі завіси. Періодичність обмивання – один раз за зміну або добу.

Для зв’язування відкладеного вугільного пилу застосовують змочувально – зв’язувальні склади у вигляді рідких розчинів або паст. Їх доцільно використовувати при відносній вологості повітря в гірничих виробках 85 % і більше.

Рідкі розчини складаються із змочувача ДБ і гігроскопічної солі – хлористого кальцію. Концентрація змочувача ДБ застосовується рівною 1 %, хлористого кальцію – повинна складати 25 % при відносній вологості повітря 85 – 95 % і 20 %, якщо відносна вологість повітря вище 95 %. При концентрації 20 % середня щільність водного розчину хлористого кальція (t=20°С) складає 1180 кг/м3, при концентрації 25 % - 1230 кг/м3. Вміст хлористого кальцію контролюється ареометром.

Пасту виготовляють шляхом добавлення до рідкого змочувально –зв’язуючого розчину гідрата оксида магнія (згущувач) у кількості 5 – 6 %. Підвищена в’язкість пасти дозволяє наносити її на поверхню виробки шаром до 3 мм, що дозволяє збільшенню терміну її захисної дії.

Сутність осланцювання полягає в збільшенні вмісту негорючих речовин у вугільному пилу шляхом добавки інертного пилу, отриманого від розмелення негорючих порід. Матеріалами для виготовлення його служать глинисті сланці, вапняки і доломіти.

Осланцюванню підлягають всі поверхні гірничих виробок: боки, покрівля, підошва. Осланцювання здійснюють так, щоб вугільний пил був повністю покритий шаром інертного.

Витрати інертного пилу на осланцювання, кг/м, розраховуються за нижньою межею вибуховості пилу і нормі осланцювання, встановленими для кожного шахто пласта у каталозі шахтопластів за вибуховими властивостями вугільного пилу.

 ,

де  нижня межа вибуховості відклавшогося вугільного пилу, г/м3;

 S - площа поперечного перерізу виробки у світлі, м2;

 Nс - норма осланцювання, %.

3 Водяні і сланцьові заслони.

Водяні заслони представляють собою ряд перевертаємих металевих, дерев’яних або пластмасових посудин вмістимістю не більше 80 л кожний, які встановлюються під покрівлею поперек виробки. Поперечний переріз посудин повинен мати форму трапеції з шириною нижньої основи 150 мм, верхньої 300 мм. Посудини встановлюються на рівній відстані, але не менше чим через 0.5 м. Кількість води і кількість посудин в заслоні визначають із розрахунку 400 л на 1 м2 перерізу виробки, причому, з урахуванням випарювання води, а також перекіс посудин, кількість води приймається на 10 % більше. Посудини розміщують на продольних рейках, які вкладають на кронштейни або навішують на гачки. Загальна довжина водяного заслону повинна бути не менше 30 м.

Сланцьові заслони представляють собою ряд дерев’яних полиць, встановлених під покрівлею виробки, на які насипають інертний пил. Конструкція полиць така, що вони можуть легко перекидатися під дією повітряної хвилі.

Дія водяного або сланцьового заслону основана на тому, що випереджаюча повітряна ударна хвиля, яка виникає при вибухові метану або пилу, скидає, перевертає або руйнує посудини з водою або полиці з інертним пилом, і утворена хмара розпиленої води або інертного пилу охолоджує і гасить полум’я. В той же час через маси води або інертного пилу значно зменшується швидкість розповсюдження повітряної хвилі (від 80 – 100 до 20 – 30 м/с), що ускладнює здіймання і перехід у вивішений стан осідлого вугільного пилу за межами заслону.

4 Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

Кількість інертного пилу для заслону

Qз = 400 ∙ Sсв ∙ k = 400 ∙ 8 ∙1,1 = 3520кг,

де 400 – норма інертного пилу на 1м2 виробки, кг;

 Sсв - переріз виробки у світлі, м2

Кількість інертного пилу для однієї полиці

 Qп =

де bширина полиці, дм (250-500 мм жорстка конструкція, 600-800 мм – вільний настил);

 lдовжина полиці, дм (≥ 0,5 ширини виробки на рівні висоти рухомого складу потягу);

 d щільність інертного пилу, кг/дм3; (d = 0,9 кг/дм3);

 φ кут природного відкосу інертного пилу, градус, φ = 34°, tg φ = 0,67.

Висота пилу на полиці

Кількість полиць в заслоні

Довжина сланцьового заслону

де а - відстань між полицями, м

Повинна виконуватися вимога ПБ:

Якщо умова не виконується, необхідно збільшити відстань між полицями.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть вибухові властивості вугільного пилу

2 Які Ви знаєте заходи по локалізації та попередженню вибуху вугільного пилу?

3 Призначення і устрій водяних і сланцьових заслонів?

4 Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

Література: Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.51 - 58

Тема 1.3 Шахтний пил та боротьба з ним.

Пиловий контроль на шахті. Прилади пилового контролю. Контроль пиловибухобезпечності гірничих виробок.

Мета заняття: ознайомити студентів з пиловим контролем на шахті.

План заняття № 14

1 Пиловий контроль на шахті.

2 Прилади пилового контролю (ДПВ-1, ФЕЦП, ПКО-1М)

3 Контроль пиловибухонебезпечності гірничих виробок.

4 Лабораторний контроль проб вугільного пилу.

1 Пиловий контроль на шахті.

Пиловий контроль у вугільних шахтах включає:

  •  систематичне визначення запиленості повітря в гірничих виробках при виконанні різноманітних виробничих процесів (здійснюється робітниками газоаналітичних лабораторій ДВГРС і дільниць ВТБ шахт);
  •  вимір вмісту вільного діоксиду кремнію SіО2 у складі пилу (виконується у спеціальних лабораторіях).

Контроль пиловибухонебезпечності повинен здійснюватись візуально, лабораторним аналізом проб і за допомогою приладів.

Поточна перевірка запиленості повітря повинна здійснюватися робітниками дільниці ВТБ шахти не менше одного разу за 10 днів експрес-методом за допомогою приладу ДПВ-1.

2 Прилади пилового контролю.

Дія приладу ДПВ-1 (денсіометричний пиломір Вост.НИИ) заснована на визначенні ступеню зміни оптичної щільності фільтрувальної тканини після просмоктування крізь неї звісного об’єму запиленого повітря. Оцінка ступеню затемнення фільтра здійснюється ф о т о е л е к т р и ч н и м с п о с о б о м і реєструється стрічковим приладом – мікроамперметром, відградуйованим в одиницях масової запиленості. Для просмоктування повітря використовують міховий аспіратор АМ-3. Стрічка фільтрувальної тканини протягується після кожного виміру і перемотується з котушки на котушку храповим механізмом. Одного заряду стрічки достатньо на 30 вимірів. Прилад ДПВ-1 дозволяє визначати загальне запилення повітря і вміст дрібнодисперсних фракцій (з розмірами часток менше 7 мкм).

На вугільних шахтах застосовуються оптичні пиломіри з цифровою індикацією типу ФЄЦП (фотоелектричний цифровий пиломір). Пил не просмоктується крізь прилад, і проби запиленого повітря не відбираються. Межі виміру 1,0 – 1000 мг/м3, маса прилада 0,6 кг.

Не менше одного разу в квартал здійснюється відбір проб осланцьованого пилу для перевірки в лабораторії ДВГРС відповідності вмісту в них негорючих речовин встановленій нормі. Дослідження здійснюється на приладі ПКО -1м, у якому навіска пилу (6,6 г), просіяна крізь сито № 6, подається у розпиленому стані на розкалену до 1150°С спіраль. Пил признається не вибуховим, якщо при п’яти дослідженнях він ніразу не спалахне.

3 Контроль пиловибухобнеезпечності гірничих виробок.

Контроль виконання заходів по попередженню і локалізації вибухів вугільного пилу здійснюється:

- щозміни – наглядом експлуатаційної дільниці;

- щодоби – ІТР дільниці ВТБ;

- щоквартально – підрозділами ДВГРС.

Виробка, в якій попередження вибухів вугільного пилу здійснюється способами, заснованими на застосуванні води, рахується пиловибухонебезпечною якщо:

- на бокових поверхнях виробки мають місце відкладення сухого пилу;

- під дією повітряного струменю від насосу чи груши буде здійматися помітна для ока пилова хмара.

На дільницях виробки з інтенсивним пило відкладенням вологість вугільного пилу повинна бути не менше 12 %. При цьому дрібна вугільна маса, стиснута в руці, повинна комкуватися.

При застосуванні осланцювання виробка рахується вибухонебезпечною якщо в ній:

  •  відсутні поверхні не покриті інертним пилом;
  •  зверху інертного пилу немає вибухонебезпечного накопичення вугільного пилу.

Якщо на всій поверхні виробки, або окремих її площинах утворились темні налети, крізь які інертний пил ледь проглядається або зовсім не проглядається, то така виробка являється пиловибухонебезпечною і підлягає негайному осланцюванню.

4 Лабораторний контроль проб вугільного пилу.

Лабораторний контроль проб вугільного пилу проводиться з метою визначення в них зовнішньої в о л о г и або н е г о р ю ч и х р е ч о в и н не менше 1 разу в квартал. При цьому відбір проб пилу здійснюється перед черговим заходом, але не більше як за 1 – 2 дні за спеціальним графіком.

Для контролю вмісту вологи проби відбираються на початку, в середині і в кінці дільниці інтенсивного пиловідкладення, а у виробках з конвеєрним транспортуванням вугілля – біля навантажувальних пунктів і через кожні 100 м довжини виробки.

Проби осланцьованого пилу відбираються по всій мережі осланцьованих виробок через кожні 300 м, але не менше однієї проби в кожній виробці.

Вміст негорючих речовин в суміші вугільного і інертного пилу в пробах, відібраних в осланцьованих виробках, повинен бути не нижче встановленої норми Nс, яка приймається по «Каталогу шахтопластів по вибуховим властивостям вугільного пилу»

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Ким здійснюється пиловий контроль на шахті?

2 Які існують прилади і для яких видів пилового контролю?

3 Контроль пиловибухонебезпечності гірничих виробок.

4 Лабораторний контроль проб вугільного пилу.

Література: Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.47 - 51

Тема 1.4 Кліматичні умови в гірничих виробках.

Параметри, які визначають шахтний клімат. Вимоги ПБ до кліматичних умов в виробках. Прилади контролю вологості і швидкості повітря. Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

Мета заняття: ознайомити студентів з параметрами, які визначають шахтний клімат і вимогами ПБ до кліматичних умов в виробках.

План заняття № 15

1 Параметри, які визначають шахтний клімат.

2 Вимоги ПБ до кліматичних умов в виробках.

3 Контроль вологості і швидкості повітря.

4 Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

1 Параметри, які визначають шахтний клімат.

Кліматичні умови в гірничих виробках визначаються температурою, вологістю і швидкістю руху повітряного струменю. Температура і вологість атмосферного повітря змінюються в результаті проходження його гірничими виробками.

Температура шахтного повітря.

 На добові і річні коливання температури повітря у шахті впливають слідуючі фактори:

- нагрівання повітря в результаті стиснення при його рухові донизу стовбуром; при цьому на кожні 100 м здійснюється підвищення температури на 1°С. При рухові повітря стовбуром догори здійснюється його розширення, яке супроводжується поглинанням тепла, причому на 100 м температура повітря знижується на 0,8 – 0,9°С;

- температура гірничих порід і теплообмін між породами і повітрям. На відстані до 25 – 30 м від земної поверхні температура гірничих порід залежить від коливань температури атмосферного повітря. На глибині 25 – 30 м температура порід залишається на протязі року постійною, на 1,5 - 2°С перевищуючою середньорічну температуру даної місцевості. При подальшому заглибленні під впливом внутрішнього тепла Землі температура гірничих порід підвищується;

Показником інтенсивності збільшення температури з заглибленням є геотермічна ступінь, т. є. відстань у метрах, при заглибленні на яку температура порід підвищується на 1°С. Величину геотермічної ступені для вугленосних відкладень приймають рівною 35 – 45 м.

Для орієнтовних розрахунків температуру tп, °С, в умовах Донбасу можна визначити за формулою

 

де tср.год - середньорічна температура повітря для Донбасу (+8°С); °С;

 Н - глибина залягання порід, для яких визначається температура, м;

 hср.год -глибина зони з середньою річною температурою (для Донбасу 25–30 м);

  1.  - геотермічна ступінь, м.

Кількість тепла, яке віддається гірничими породами рухаючомуся повітрю, залежить від різниці температур порід і повітря, від коефіцієнта тепловіддачі порід, швидкості повітря і інших факторів.

Внаслідок того, що повітря, проходячи виробками, змінює температуру гірничих порід, навколо виробки черз деякий час утворюється зона, в межах якої температура відрізняється від температури порід в глибині масиву. Ця зона називається «тепловирівнюючою сорочкою». Товщина цієї зони залежить від терміну експлуатації виробки і різниці температур повітря і порід, швидкості і кількості про ходячого повітря і теплопровідності порід.

- екзотермічні (тепловиділяючі) і ендотермічні (теплопоглинаючі) процеси в гірничих виробках.

До екзотермічних процесів, в результаті яких температура повітря може значно підвищитись, відносяться окислення вугілля і гниття деревини. Поряд з цим в шахті мають місце і ендотермічні процеси (випарювання води), вони знижують температуру шахтного повітря.

- температура повітря на земній поверхні. Температура повітря взимку на початку лави на 3 - 5°С менше, аніж літом. На глибоких шахтах ця різниця є меншою.

- робота машин і механізмів, вибухові роботи, тепловиділення людей.

Тепловиділення різними джерелами за спостереженням А.Н.Щербаня на шахтах Донбасу при глибині 1000 м слідуюче, %:

 - гірничими породами - 48,5;

- при окисленні вугілля і деревини - 28,8;

- при охолодженні видобутого вугілля – 9;

- в результаті роботи механізмів і електроустаткування – 8,5;

- іншими джерелами – 5,2.

 Вологість шахтного повітря залежить від вологості поступаючого атмосферного повітря, обводненості виробок і від температурних умов.

Відрізняють абсолютну і відносну вологість повітря.

Абсолютна вологість f – кількість водяних парів, г , які містяться в 1 м3 повітря. За даної температури в повітрі може міститися тільки визначена кількість F(t) водяного пару. Таке повітря називається насиченим.

Відносна вологість – відношення кількості водяних парів, які містяться в будь-якому об’ємі, до максимально можливого їх вмісту за даної температури. Відносна вологість hв, %, визначається за формулою

 

Кількість водяних парів в насиченому повітрі залежить від температури: чим вона нижче, тим менше вологість. Наприклад, при t = +5°C кількість пару в повітрі F(t)= 6,8 г/м3, при t = +25°CF(t)=23 г/м3. В зимовий період холодне атмосферне повітря містить незначну абсолютну кількість вологи f, і, коли таке повітря проходить сухими виробками з підвищеною температурою, відносна вологість його знижується, оскільки збільшується F(t).

Найбільша відносна вологість (до 90 – 100%) зазвичай спостерігається у вентиляційних виробках у вихідному струмені.

Швидкість руху повітряного струменя.

Із збільшенням швидкості руху повітря, його температура зменшується. Охолоджуюча дія струменя повітря особливо проявляється при збільшенні швидкості від 0,5 до 4,0 м/с. Однак збільшення швидкості не може бути нескінченним.

2 Вимоги ПБ до кліматичних умов в виробках.

В шахтах Правилами безпеки встановлені обмеження швидкості руху повітря.

 Max допустимі швидкості:

- стовбури для спуску-підйому вантажів  – 12 м/с;

- стовбури для спуску-під’йому людей і вантажів,

квершлаги, головні відкаточні і вентиляційні штреки,

капітальні і панельні бремсберги і похили  – 8 м/с;

- привибійні простори очисних і тупикових виробок – 4 м/с;

- в очисних вибоях, обладнаних механізованими комплексами

на пластах з природною вологістю вугілля більше 8 %, допускається – 6 м/с;

- інші підготовчі виробки   – 6 м/с.

 Min допустимі швидкості:

- привибійні простори очисних виробок всіх шахт і

тупикових виробок газових шахт  - 0,25 м/с;

- на шахтах ІІІ категорії і вище в тупикових виробках – 0,5 м/с;

- в очисних вибоях, обладнаних механізованими комплексами

на пластах з природною вологістю вугілля більше 8 %, допускається

У виробках де постійно знаходяться люди, температура повітря, в залежності від його швидкості і відносної вологості повинна відповідати нормам, наведеним у табл.. 15.1.

Таблиця 15.1 – Допустима ПБ швидкість руху повітря. в залежності від його температури і відносної вологості

ШВИДКІСТЬ РУХУ

ПОВІТРЯ, м/с

ДОПУСТИМА ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ВІДНОСНІЙ

ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ, °С

60-75

76-90

>90

До 0,25

0,26 – 0,50

0,51 – 1,0

1,01 і більше

24

25

26

26

23

24

25

26

22

23

24

25

3 Контроль вологості і швидкості повітря.

Для виміру вологості повітря в шахтних умовах користуються приладами, які називаються психрометрами (рисунок 15.1).

П с и х р о м е т р складається з двох термометрів 1, розміщених у металевих трубах 2. У верхній частині прилада встановлено осьовий вентилятор 3 з електроприводом (велика модель) або з пружиною (мала модель). Повітря засмоктується знизу через трубки, обтікає термометри і викидається вентилятором через прорізи.

Резервуар одного із термометрів (мокрого термометра) покритий марльовим тампоном, який змочують водою перед виміром.

Якщо відносна вологість повітря менше 100 %, то ртуть додатково охолоджується через випарення вологи марльового тампону. Тому температура мокрого термометра tМ буде нижчою, ніж сухого tC. Знаючи температуру по сухому термометру tC і різницю між tМ і tC, по спеціальній психрометричній таблиці знаходять відносну вологість повітря.

4 Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

Для зниження температури повітря, особливо на глибоких горизонтах, широко використовують к о н д и ц і ю в а н н я повітря.

Кондиціювання повітря – це штучне охолодження перегрітого повітря і підігрівання переохолодженого повітря.

Холодильне устаткування (кондиціонери) працюють на принципі безперервного процесу випарення холодоагенту (аміак, фреон і ін.) в системі холодильної машини.

В системі кондиціювання шахтного повітря використовують стаціонарні холодильні машини загальнопромислового значення ХТМФ-248-4000 і інші.

В якості підземних стаціонарних холодильних машин, які встановлюються в камерах, використовують устаткування

ШХТМ -1300 з холодопродуктивністю 1,5 МВт

ХТМФ-235 М-2000 з холодопродуктивністю 2,3 МВт

ХТМФ-248-4000 з холодопродуктивністю 4,6 МВт.

Для місцевого кондиціювання шахтного повітря у вибоях використовують пересувні кондиціонери ВК-230 (0,23 МВт), КПШ-3 (0,1 МВт), КПШ-40П (0,05 МВт), а також повітряохолоджувачі конструкції Мак.НДІ АРВЕ і АЕРП до 0,3 МВт.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвыть параметри, які визначають шахтний клімат.

2 Які фактори впливають на коливання температури повітря в виробках?

3 Від яких факторів залежить вологість повітря у виробках? Види вологості.

4 Назвіть мінімально і максимально допустимі ПБ швидкості повітря в виробках.

5 Контроль вологості і швидкості повітря.

6 Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.304 - 310

 

Тема 1.5 Організація роботи дільниці вентиляції та техніки безпеки.

Задачі та структура дільниці. Організація роботи дільниці. Документація, прилади, обладнання дільниці.

Мета заняття: ознайомити студентів з організацією роботи дільниці вентиляції та техніки безпеки (ВТБ).

План заняття № 16

1 Задачі та структура дільниці.

2 Організація роботи дільниці.

3 Документація, прилади, обладнання дільниці.

1 Задачі та структура дільниці.

На кожній шахті повинна бути організована дільниця вентиляції і техніки безпеки (ВТБ). Дільницю ВТБ очолює начальник вентиляції, який підпорядковується безпосередньо головному інженеру шахти. У розпорядженні начальника вентиляції знаходяться заступник, механік, помічники його по автоматизованій системі контролю СН4 і автоматичному газовому захисту (АГЗ), по контролю за станом очисних і підготовчих виробок, по протипожежному захисту і вибухових роботах, гірничі майстри, майстер і робітники лампової, робочі.

Освіта і стаж ІТР необхідні для займання посад на дільниці ВТБ, регламентовані ПБ, а їх обов’язки, права і відповідальність – посадовими інструкціями ІТР і службовців шахт.

В якості прикладу наведемо коло обовязків гірничого майстра. На закріпленій за ним дільниці гірничий майстер контролює стан:

провітрювання гірничих виробок і вибоїв, вентиляційних устаткувань і споруд, шахтної атмосфери в гірничих виробках і вибоях (виміром вмісту газів, пилу і температури);

 - гірничих виробок, запасних виходів і кріпленя очисних і підготовчих вибоїв;

 - засобів пилоподавлення і пилогазозахисту; 

 - засобів протипожежного захисту;

 - вибухобезпечного електрообладнання, захисних заземлень і дію реле витоків струму.

 Крім того, гірничий майстер здійснює слідуючий контроль:

 - виконання заходів по попередженню раптових викидів вугілля і газу, гірничих ударів, проривання води, пульпи і газів із старих виробок;

 - правильність встановлення і роботу ВМП і апаратури контролю кількості повітря;

 - дію і правильність показників стаціонарних газоаналізаторів;

- дотримання паспортів управління покрівлею, кріплення гірничих виробок і буро вибухових робіт.

Документація.

В е н т и л я ц і й н и й п л а н представляє собою схему гірничих виробок, на якій нанесені умовними позначеннями всі вентиляційні пристрої і направлення вентиляційних струменів.

 Біля кожної станції виміру на вентиляційних планах позначаються: швидкість повітряного струменю у виробці, м/с; витрати повітря, м3/мин, і площа перерізу виробки у світлі, м2; біля вентилятора головного і місцевого провітрювання – тип вентилятора, його подача і депресія.

Вентиляційний план повинна мати кожна шахта. Усі зміни, які трапляються в розміщенні вентиляційних пристроїв, а також в направленні вентиляційних струменів, повинні відмічатися на вентиляційних планах не пізніше, як за добу.

 До вентиляційного плану повинні також додаватися пояснювальна записка, перелік заходів по забезпеченню провітрювання шахти і схеми вентиляційних зєднань.

 Звітність по вентиляції шахти, згідно з ПБ, включає слідуючі основні журнали і книги:

книгу вимірів метану і обліку загазувань (підвищених концентрацій вуглекислого газу);

журнал обліку результатів анализів проб повітря на запиленість;

книгу обліку роботи вентиляційного устаткування.

Прилади, обладнання дільниці.

На шахтах має застосування система автоматичного газового захисту (АГЗ), телевиміру концентрації СН4 і витрат повітря «АТМОС». Система складається з двох структурно і функціонально взаємно повязаних частин:

  •  підземної апаратури і каналів звязку;
  •  пульту збору і обробки інформації.

Підземна апаратура містить однакові комплекти, кожний з яких забезпечує телевимір, а також газовий захист з вимірної станції, розміщеної у вихідному вентиляційному струмені відповідної виємочної дільниці.

На поверхні, у приміщенні диспетчерської шахти, встановлено пульт збору і обробки інформації.

Така автоматизована система забезпечує:

  •  збір, накопичення і обробку інформації про концентрацію СН4 і витрати повітря у вихідному струмені виємочних дільниць;
  •  розрахунок необхідних витрат повітря;
  •  дистанційне управління аеродинамічними опорами дільничних і групових регуляторів витрат повітря;
  •  дистанційне управління продуктивністю ВГП;
  •  видачу контрольної інформації про стан провітрювання виємочних дільниць після переходу на новий режим провітрювання.

Система «АТМОС» призначена для покращення контролю за станом провітрювання гірничих виробок.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть структуру дільниці ВТБ на шахті?

2 У чому полягають задачі перед дільницею ВТБ?

3 Назвіть функціональні обов’язки гірничого майстра дільниці ВТБ?

4 Яка документація ведеться на дільниці ВТБ?.

5 Які функції виконує система АГЗ?

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.373 - 376

 

Модуль 2. Проектування вентиляції шахти.

Тема 2.1 Кількість повітря, необхідного для провітрювання шахти

Зміст проектів вентиляції шахти. Керівні матеріали. Визначення необхідної кількості повітря для провітрювання очисного вибою

Мета заняття: ознайомити студентів з порядком розрахунку необхідної кількості повітря для провітрювання очисного вибою.

План заняття № 17

1 Зміст проектів вентиляції шахти.

2 Вибір схеми провітрювання виймальної дільниці.

3 Розрахунок витрат повітря для шахти.

1 Зміст проектів вентиляції шахти.

Проектування вентиляції виконується у слідкуючій послідовності:

  •  вибір схеми провітрювання виймальної дільниці;
  •  вибір схеми і способу провітрювання шахти;
  •  розрахунок необхідних витрат повітря для провітрювання шахти;
  •  розрахунок загальношахтної депресії;
  •  вибір ВГП і місця його встановлення;
  •  розрахунок економічних показників вентиляції.

2 Вибір схеми провітрювання виймальної дільниці.

Схема провітрювання виймальної дільниці повинна виключати ймовірність утворення підвищеної концентрації СН4 на спряженнях лав з вентиляційними виробками і забезпечити:

  •  на газових шахтах відокремлене розбавлення шкідливостей (гази, пил, тепло);
  •  стале провітрювання як при нормальному, так і при аварійних режимах.

При відпрацюванні пластів вугілля. Схильних до самозаймання, схема повинна забезпечити:

  •  мінімальну ширину провітрюваної зони виробленого простору з тим, щоб час її провітрювання був менше терміну інкубаційного періоду самозаймання вугілля;
  •  надійну ізоляцію виробленого простору;
  •  ймовірність виключення у випадку виникнення пожежі на дільниці з загальної мережі гірничих виробок.

Розрізняють зворотньоточні і прямоточні схеми провітрювання виймальних дільниць (рисунок 17.1)

Схема а – зворотньоточна при суцільній системі розробки.

Недоліки: - значні витоки повітря; - необхідність послідовного провітрювання вибою транспортної виробки і лави.

Схема б – зворотньоточна при стовповій системі розробки.

Недолік: - ймовірність утворення небезпечних скупчень СН4 на спряженні лави з вентиляційним штреком, куди газ потрапляє з виробленого простору.

Схема в – прямоточна при стовповій системі розробки.

Витоки повітря через вироблений простір разом з метаном потрапляють безпосередньо в вентиляційну виробку. Тому на спряженні лави з вентиляційною виробкою відсутні небезпечні скупчення СН4.

Зворотньоточну схему доцільно застосовувати на пластах з метановиділенням виймальної дільниці до 10 м3/т. При більшому метановиділенні застосовується прямоточна схема провітрювання.

3 Розрахунок витрат повітря для шахти.

Витрати повітря для провітрювання шахти визначаються як сума витрат повітря, необхідного для провітрювання усих

- очисних вибоїв і дільниць;

- підготовчих вибоїв і виробок;

- відокремлено провітрюваних камер;

- погашуваних і підтримуваних виробок, а також

- витоків повітря через вентиляційні споруди.

Витрати повітря для провітрювання очисних і підготовчих вибоїв визначаються:

  •  по виділенню СН4 або СО2;
  •  по виділенню газів, які утворюються при вибухових роботах;
  •  по кількості людей;
  •  по пиловиділенню;
  •  по кліматичних умовах.

Остаточно приймається найбільший результат.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Визначте зміст проекту вентиляції шахти.

2 Назвіть вимоги до схеми провітрювання виймальної дільниці.

3 Які Ви знаєте схеми провітрювання виймальних дільниць?

4 Назвіть недоліки і достоїнства, а також область застосування схем?

5 Як розраховуються витрати повітря для шахти?

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.363 - 366

Модуль 3. Закони руху повітря в гірничих виробках.

Тема 3.1 Контроль кількості повітря, яке проходить по виробці з застосуванням анемометра.

Мета заняття: ознайомити студентів з порядком визначення швидкості руху повітря у виробці і його витрат.

План заняття № 23

1 Визначення витрат повітря.

2 Вимір швидкості руху повітря взагалі.

3 Вимір швидкості руху повітря способом «перед собою».

4 Вимір швидкості руху повітря способом «у перерізі».

5 Чашковий анемометр.

6 Устрій вимірної станції.

1 Визначення витрат повітря.

Для визначення кількості повітря Q вимірюють середню швидкість його руху v, м/с і переріз виробки у світлі S, м2. Витрати повітря Q, м3/с визначають за формулою

 

2 Вимір швидкості руху повітря взагалі.

 Швидкість руху повітря в виробках вимірюють крилечним або чашковим анемометрами.

Крилечний анемометр застосовують для вимірів швидкості повітря 0,3 - 5,0 м/c/

При вимірі беруть початковий відлік n1 по лічильнику анемометра, потім містять анемометр в повітряний потік і одночасно вмикають прилад і секундомір.

Після закінчення часу виміру t (100 с) одночасно зупиняють секундомір і анемометр, беруть відлік n2, потім визначають кількість поділів (ділень) n за 1с по формулі

Виміри здійснюють 3 рази.

Для визначення швидкості руху повітря за одиницю часу кожний анемометр постачається тарировочною прямою, яка відображає залежність між числом поділів n за 1с і швидкістю v. Періодично анемометр підлягає тарируванню.

Вимір швидкості анемометрами можна здійснювати двома способами: «перед собою» - в виробках висотою не більше 2 м і «у перерізі».

3 Вимір швидкості руху повітря способом «перед собою».

При вимірі способом «перед собою» вимірник стає обличчям назустріч потоку повітря і обводить переріз виробки анемометром, держачи його у витягнутій поперед себе руці.

Оскільки вентиляційний струмінь у цьому випадку вдаряється об вимірника, він гальмується, і показники анемометра стають зниженими. Тому для отримання істиної середньої швидкості потоку, необхідно швидкість, отриману по тарировочній прямій, перемножити на поправний коефіцієнт k = 1,14. Таким чином, істині витрати повітря визначаються виразом

 

4 Вимір швидкості руху повітря способом «у перерізі».

При вимірі способом «у перерізі» вимірник стоїть боком до потоку повітря і тримаючи анемометр у витягнутій руці перед собою, обводить переріз. Через те, що переріз зтиснутий самим замірником, швидкість повітря у перерізі збільшується. Для отримання істиної швидкості необхідно вводити поправний коефіцієнт k, розмір якого визначається за формулою

,

де 0,4 – середня площа, яку займає вимірник у перерізі виробки. м2.

5 Чашковий анемометр призначений для виміру великих швидкостей руху повітря (1 – 20 м/c). Він відрізняється від крилечного тільки тим, що сприймаючою частиною приладу являються 4 напівсферичних чашки, закріплені на двох взаємно перпендикулярних стержнях.

6 Устрій вимірної станції.

Споруджується на прямій дільниці виробки, на відстані не менше 15,0 м від повороту. Довжина не менше 4,0 м, обшивається дошками. На початку і в кінці деревяні розтруби.

Встановлено дошку: виробка, Sсв,м2; v/с; Qроз,м3/c; Qф,м3/с; дата; підпис. 

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть формулу для визначення витрат повітря.

2 Як здійснюється вимір швидкості руху повітря анемометром?

3 Сутність виміру швидкості руху повітря способом «перед собою»?

4 Сутність виміру швидкості руху повітря способом «у перерізі»?

5 Призначення і устрій станції виміру витрат повітря?

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.322 – 324.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Статичний та швидкісний тиск. Депресія повітряних потоків. Вимір депресії. Умови руху повітря. Режими руху повітря.

Мета заняття: ознайомити студентів з законами руху повітря в гірничих виробках.

План заняття № 25

1 Статичний та швидкісний тиск.

2 Депресія повітряних потоків та її вимір

3 Умови руху повітря в гірничих виробках.

4 Режими руху повітря в гірничих виробках.

1 Статичний та швидкісний тиск.

Стан повітря в виробках підпорядковується загальним законам аеростатики (наука про рівновагу газів) і аеродинаміки (наука про рух повітря).

В вентиляційних потоках відрізняють статичний, динамічний (швидкісний) і повний тиск повітря.

Статичний – тиск на одиницю поверхні стінок виробки; він чисельно дорівнює потенційній енергії одиниці об’єму повітря і діє у всіх напрямках.

де  атмосферний тиск, Па;

 середня щільність повітря у виробці, кг/м3; (при Ра = 101,1кПа і

 t = 18°C, ρ = 1,21 кг/м3);

  прискорення вільного падіння, м/с2 (9,81)

Н - глибина залягання виробки, м.

Динамічний тиск визначає кінетичну енергію одиниці об’єму повітря і діє у напрямку швидкості повітряного потоку

де v – швидкість повітряного потоку, м/с.

Повний тиск повітряного потоку

Р = Рст + Рдин, Па

2 Депресія повітряних потоків та її вимір.

Депресією називається різниця тисків потоку повітря між двома перерізами виробки.

Для вимірів депресії користуються депресіометрами (або мікроманометрами).

1 – вимір статичної депресії hст.;

2 – вимір повної депресії h;

3 – вимір швидкісної депресії hдин.

Рис.25.1 – Схема до виміру депресії.

Водяний депресіометр складається з U – подібної скляної трубки, закріпленої на шкалі з поділами через 1 мм.

Трубку заливають дисцилірованою водою до відмітки «0». На обидва кінці депресіометравдівають гумові трубки, які поміщають у ті перерізи потоку, між якими вимірюють різницю тисків.

3 Умови руху повітря в гірничих виробках.

Рух повітря в виробках підпорядковується закону збереження маси і закону збереження енергії.

Закон збереження маси означає, що при повітрянепроникаючих боках виробок маса любого обєму повітря залишається постійною у процесі його руху.

Закон збереження енергії означає, що для адіабатичного потоку повітря, енергія поступаючи в потік від зовнішніх джерел (наприклад від ВГП) повністю витрачається на подолання всих опорів на шляху пересування повітря.

Закон збереження енергії потоку повітря (рис.25.2) описується рівнянням Д.Бернуллі (1738 р.).

де  - різниця статичних тисків повітря в перерізах І - І і ІІ – ІІ;

 - різниця тисків двох стовпів повітря, маючих висоту z1 і z2 і

 щільність ρ1 і ρ2;

різниця швидкісних тисків у перерізах І - І і ІІ – ІІ;

hробота усіх зовнішніх сил (ВГП) по пересуванню даного об’єму повітря із перерізу І - І до перерізу ІІ – ІІ.

Рис. 25.2 – Елементарна струминка потоку.

У рівнянні Бернуллі перші два додатки представляють собою зміну потенційної енергії потоку; третій – зміну кінетичної енергії. Зміна повної енергії потоку між двома перерізами виробки дорівнює енергії, витраченої на подолання опорів руху повітря на цій дільниці.

Різниця статичних тисків являється слідством роботи вентилятора hв. Додаткова різниця тисків  утворюється різноманітністю фізичного стану повітря в вертикальних і похилих виробках (температури, вологості, хімічного складу) і називається депресією природної тяги hе.

Тоді

hв ± hе ± рск = h,

де hв ± рск - зміна отримуваної від вентилятора енергії потоку між перерізами

І - І і ІІ – ІІ;

Вагомим слідством рівняння Бернуллі є положення про взаємозв’язок статичного і швидкісного тисків у повітряному потоці. При h = Const збільшення швидкості руху повітря у перерізі (наприклад через його зменшення) приводить до зменшення статичного тиску і навпаки.

З рівняння також слідує, що витрата тиску на подолання усіх опорів дорівнює різниці повних депресій в початковому і кінцевому перерізах потоку.

4 Режими руху повітря в гірничих виробках.

Рух повітря у виробках може проходити спокійно, коли окремі струмки повітря рухаються паралельно один одному, не змішуючись. Такий рух повітря називається ламінарним. Якщо ж окремі струмки повітря безперервно перемішуються, утворюючи вихри, то такий рух називається турбулентним.

Щоб визначити режим руху повітря, необхідно підрахувати значення безрозмірного параметра, який називається числом Рейнольдса Rе.

Для гірничих виробок число Рейнольдса визначається за формулою

де S - площа поперечного перерізу виробки у світлі, м2;

 v - середня швидкість руху повітря, м/с;

 P – периметр виробки, м;

 υ - кінематична вязкість повітря (для рудничного повітря дорівнює

15·10-6 м2/с).

В гірничих виробках перехід від ламінарного руху до турбулентного здійснюється при Rе = 1300.

Швидкість повітряного струменю, при якій ламінарний рух переходить до турбулентного, називається критичною і визначається за формулою

,

Розрахунки за цією формулою показують, що в гірничих виробках перерізом 1,5 – 12 м2 критична швидкість дорівнює 0,02 – 0,006 м/с.

Згідно з ПБ, швидкість руху повітря в гірничих виробках повинна бути не менше 0,25 м/с, тому у провітрюваних виробках рух повітря завжди турбулентний.

В шахтах ламінарний рух спостерігається тільки при просмоктуванні повітря через ущільнений закладу вальний масив і через перемички.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть сутність статичного і динамічного тисків вентиляційного потоку.

2 Дати визначення: депресія виробки; загальношахтна депресія.

3 Вимір депресії водяним депресіометром.

4 Назвіть режими руху повітря в гірничих виробках

5 Число Рейнольдса, його сутність і визначення.

6 Критична швидкість повітря в виробках; її визначення.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.311 – 316.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Опір виробок рухові повітря. Опір тертя. Місцевий опір. Лобовий опір. Опір каналів вентиляторів. Еквівалентний отвір.

Мета заняття: ознайомити студентів з законами руху повітря в гірничих виробках.

План заняття № 26

1 Опір виробок рухові повітря.

2 Опір тертя.

3 Місцеві опори..

4 Лобовий опір.

5 Опір каналів вентиляторів.

6 Еквівалентний отвір.

1 Опір виробок рухові повітря.

Повітря, проходячи по виробках, долає опір тертя об боки, підошву, покрівлю виробки і місцеві опори, до яких відносяться повороти, раптові звуження виробок, їх спряження і інше.

2 Опір тертя.

Під законом опору розуміється залежність між депресією h і середньою швидкістю (або витратами Q) повітря в виробці.

Експериментально встановлено, що ця залежність має вигляд

h = R1 Vn =R2 Qn,

де R1 і R2 - коефіцієнти опору;

 n - показник ступеню, який залежить від режиму руху (при турбулентному режимі n=2, при ламінарному n=1).

Депресія, яка необхідна для подолання опору тертя при рухові повітря по виробках, визначається за формулою

 

де kн.р.в. – коефіцієнт нерівномірності розподілу повітря по виробках;

 L - довжина виробки, м;

 P - периметр виробки, м;

 Q - витрати повітря, м3/c; 

 S - переріз виробки у світлі, м2;

 α - коефіцієнт опору тертя, визначається досвідним або розрахунковим

шляхом; його розмірність

Для визначення коефіцієнта α виробки необхідно зробити вимір депресії h між початковим і кінцевим перерізами вибраної дільниці виробки, знайти середні площу S і периметр Р поперечного перерізу дільниці виробки, визначити довжину дільниці L і вимірити кількість повітря Q.

Значення коефіцієнта α для різних виробок наведені у додатку .

Величина  називається аеродинамічним опором тертя і позначається буквою R.

Тоді формулу депресії можна представити у вигляді

відкіля  .

Розмірність опору  Одиниця опору R називається кіломюргом, κμ.

Опір R характеризує складність провітрювання виробки.

Для зниження коефіцієнта тертя застосовують обшивання рамного кріплення дошками, заповнення простору між рамами деревяними чурками, бетонними плитами, збільшення перерізу виробки.

3 Місцеві опори.

Місцеві опори в шахті зустрічаються у вигляді поворотів, раптових розширень і звужень, зливання і розгалуження струменів, нерухомих і рухомих вагонеток і потягів. Велике значення мають місцеві опори в каналах вентиляторів, в кросингах і вентиляційних вікнах.

Депресія, необхідна для подолання місцевих опорів, визначаються за формулою

де  - коефіцієнт місцевого опору, визначається досвідним шляхом для кожного

опору при конкретних швидкостях повітряного струменю;

υ – середня швидкість руху повітря до і після місцевого опору, м/с.

4 Лобовий опір - це опір потоку повітря тілом, яке знаходиться в ньому і розміри якого поперек потоку значно перевищують розміри виступів шорсткості (елементів кріплення), (опір армування шахтних стовбурів, стійок кріплення в лавах, вагонеток, обладнання)

5 Опір каналів вентиляторів – складається із опору повороту струменя з одночасним звуженням, опору тертя об стінки канала і його поворота до вентилятора.

6 Еквівалентний отвір.

Для характеристики аеродинамічного опору мережі виробок використовується узагальнений показник - еквівалентний отвір.

Еквівалентний отвір – це умовний круглий отвір у тонкій стінці з опором, який дорівнює загальному опору усієї мережі виробок.

Еквівалентний отвір

 

Оскільки

 звідки

де Qвитрати повітря, м3/c;

 R опір шахти,

 ρщільність повітря, кг/м3;

 h - депресія виробок, Па.

При А > 2 м2 – мережа легко провітрювана;

При А = 1 – 2 м – мережа середньої складності провітрювання;

При А < 1м2 - мережа має складне провітрювання.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Охарактеризувати опори тертя і місцеві опори виробок рухові повітря.

2 Записати формулу депресії виробки і дати розшифрування.

3 Як визначається коефіцієнт опору тертя виробки і його розмірність?.

4 Дати визначення еквівалентному отвору.

5 Формула еквівалентного отвору і визначення складності провітрювання мережі..

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.316 – 322.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Поняття про вентиляційну мережу.

Послідовне, паралельне, діагональне сполучення виробок.

Мета заняття: ознайомити студентів з законами руху повітря в гірничих виробках.

План заняття № 27

1 Поняття про вентиляційну мережу.

2 Послідовне сполучення виробок.

3 Паралельне сполучення виробок.

4 Діагональне сполучення виробок.

1 Поняття про вентиляційну мережу.

Повітря, поступаючи в шахту, рухається вентиляційною мережею, яка складається із пов’язаних між собою гірничих виробок. Зєднання цих виробок може бути послідовним, паралельним, діагональним і комбінованим.

2 Послідовне сполучення виробок.

Якщо виробки, по яких проходить шахтне повітря, розміщені безпосередньо одна за другою і не розгалужуються, то таке сполучення називається послідовним.

АБ – головний стовбур;

БВ - головний відкаточний штрек;

ВГ - похил;

ГД - конвеєрний штрек;

ДЕ - лава;

ЕЖ - вентиляційний штрек;

ЖЗ - хідник;

ЗИ - головний вентиляційний штрек;

ИК - вентиляційний стовбур і канал.

  Рис. 27.1 – Послідовне зєднання

   виробок.

На рисунку 27.1 зображення вентиляційного плану послідовно з’єднаних виробок, на якому позначені направлення вентиляційного струменю, вентиляційні пристрої, вентилятор.

Для аналізу послідовно з’єднаних виробок складається вентиляційна схема у вигляді прямої лінії, поділеної на дільниці відповідно виробкам вентиляційного плану.

 

Позначимо опори послідовно зєднаних виробок через R1, R2, . . . , Rn

Загальний опір послідовно зєднаних виробок дорівнює сумі опорів окремих виробок, т. є.

 

Rобщ = R1 + R2 + . . . + Rn.

Оскільки  то .

Витрати повітря в послідовно зєднаних виробках постійні, (Q = Const).

Загальна депресія послідовно з’єднаних виробок дорівнює сумі депресій окремих виробок.

hобщ = h1 + h2 + . . . + hn

3 Паралельне сполучення виробок.

Якщо дві або декілька виробок у якомусь місці розгалужуються, а потім вже в іншому місці знову з’єднуються, то таке з’єднання виробок називається паралельним.

Рис. 27.2 – Паралельне зєднання виробок: а – вентиляційний план;

б –схема вентиляційних з’эднань.

На рисунку 27.2 надана схема паралельного зєэднання виробок, де А – точка розгалуження, В – точка з’єднання виробок.

Важливіша властивість паралельних з’єднань: незалежно від їх довжини, опору і витрат повітря їх депресії рівні між собою.

Для схеми на рисунку 27.2

hАБВ = hАГВ = hобщ

Загальний еквівалентний отвір Аобщ для паралельного зєднання виробок складає

Аобщ = А1 + А2 + . . . + Аn 

Загальний опір ,

Витрати повітря в паралельних гілках

4 Діагональне сполучення виробок.

У найпростішому випадку це таке з’єднання, в якому дві паралельні гілки з’єднані між собою додатковою виробкоюі, яка називається діагоналлю.

Загальний опір діагонального зєднання

визначається за формулою

.

Рис. 27.2 – Діагональне зєднання виробок

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть види зєднання виробок у вентиляційній мережі.

2 Сутність послідовного зєднання виробок.

3 Розрахунок загального опору, загальної депресії і витрат повітря при

послідовному зєднанні виробок

4 Сутність паралельного зєднання виробок.

5 Розрахунок загального опору, загальної депресії, витрат повітря і

загального еквівалентного отвору при паралельному зєднанні виробок.

6 Діагональне зєднання виробок. Розрахунок загального опору.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.324 – 327.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Розробка вентиляційної та розрахункової схеми провітрювання шахти

Мета заняття: ознайомити студентів з розробкою вентиляційного плану шахти і побудовою за ним схеми вентиляційних сполучень

План заняття № 28 (Семінар)

Роздавальний матеріал:

- заготівка вентиляційної схеми шахти;

- лінійка;

- авторучки червоного і блакитного кольору;

- умовні позначення на вентиляційних планах згідно ГОСТ.

1 Зробити підписи аркушів: вентиляційний план шахти, група, ПІБ. 

2 Після доповіді студента про напрямок руху повітря по виробках, позначити його на схемі з дотриманням кольору для різних струменів (ГОСТ); при цьому урахувати витоки повітря через вентиляційні споруди.

3 Розбити схему на дільниці і заповнити таблицю найменувань виробок.

4 Позначити на схемі вентиляційні споруди, станції виміру витрат повітря, водяні або сланцьові заслони згідно з умовними позначеннями.

5 Умовні позначення, які були використані на вентиляційному плані відобразити на аркуші.

6 Після доповіді студента виконати схему вентиляційних сполучень.

7 Здати роботи на перевірку.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Поняття про депресійні зйомки.

Природна вентиляція.

Провітрювання з застосуванням вентиляторів.

Спільна робота вентиляторів.

Мета заняття: ознайомити студентів з законами руху повітря в гірничих виробках.

План заняття № 29

1. Поняття про депресійні зйомки.

2 Природна вентиляція 

3 Провітрювання з застосуванням вентиляторів.

4 Спільна робота вентиляторів.

  1.  Поняття про депресійні зйомки.

Депресійні з’йомки – це комплекс робіт, які виконуються для встановлення розподілу депресії (h) і витрат повітря (Q) в мережі підземних виробок.

Мета: - отримання даних для визначення аеродинамічного опору окремих дільниць або всієї мережі;

- встановлення причин великих втрат тиску повітря на тих чи інших дільницях мережі.

Депресійна з’йомка полягає у послідовному вимірі тиску повітря (барометри – анероїди, депресіометри, мікроманометри) у виробках вентиляційної мережі від пункта входу в шахту, до пункта виходу струменю на поверхню.

Депресія по маршруту визначається як сума депресій між пунктами виміру.

Аналіз результатів депресійних з’йомок дозволяє встановити виробки, в яких доцільно зменшити аеродинамічний опір і ступінь цього зменшення.

2 Природня вентиляція 

Повітря в підземних виробках рухається за рахунок різниці тисків, яка утворюється в результаті:

  •  природної тяги, під впливом зміни температури повітря в шахті через теплообмін з породами;
  •  роботи вентилятора;
  •  сумісної роботи вентилятора і природної тяги.

Взимку більш важке холодне зовнішнє повітря заходить в штольню, а більш легке, підігріте підіймається стовбуром і виходить на поверхню землі (Рис. 29.1).

Через різну масу стовбурів повітря утворюється тяга у бік стовбура шахти, яка називається природною тягою і позначається hе, Па.

де Н – глибина стовбура шахти, м;

ρн і ρш - середня щільність, відповідно, зовнішнього повітря і повітря у стовбурі шахти, кг/м3.

Рис. 29.1 – Напрямок природної тяги при розкритті пласта штольнею.

Літом зовнішнє повітря тепліше, отже і легше за повітря у стовбурі шахти, тому напрямок природної тяги зміниться на протилежний. Навесні і восени відмінність між температурою зовнішнього і підземного повітря незначна, тому природня тяга слабка і не стійка.

Згідно з ПБ, не допускається провітрювання шахт тільки за рахунок природної тяги. Однак при проектуванні вентиляції необхідно ураховувати ймовірний вплив природної тяги на роботу вентилятора .

Взагалі hе не перевищує 250 – 300 Па, в глибоких шахтах (800 – 1000 м) досягає 500 – 600 Па.

3 Провітрювання з застосуванням вентиляторів.

За призначенням розрізняють вентилятори головного провітрювання (ВГП), місцевого провітрювання (ВМП) і допоміжні.  

ВГП обслуговують усю шахту, блок або крило; допоміжні – одну або декілька дільниць; ВМП – виробки, які проводяться.

Залежність депресії вентилятора hв від кількості повітря, яке проходить через нього виражається кривою 1 (Рис. 29.2), яка називається аеродинамічною характеристикою вентилятора.

По характеристиці вентилятора можна визначити кількість повітря, яке подається в шахту, маючи опір R. Для цього слід на одному графіку в одному масштабі побудувати характеристики вентилятора 1 і шахти 2 (Рис.29.2). Точка перетину кривих Рис. 29.2 - Аеродинамічна

А визначить продуктивність і депресію ВГП. характеристика ВГП (1)

   і вентиляційної мережі

   шахти (2).

4 Спільна робота вентиляторів.

Провітрювання шахт часто здійснюється за допомогою декількох вентиляторів, які можуть бути з’єднані між собою послідовно, паралельно і комбіновано, (Рис.29.3)

Рис. 29.3 – Спільна робота вентиляторів:

а – нагнітальне провітрювання двома послідовно зєднаними вентиляторами;

б - нагнітально – усмоктувальне провітрювання;

в - усмоктувальне провітрювання двома паралельно розташованими

вентиляторами;

г - флангова схема при усмоктувальному способі провітрювання;

д - флангова схема при нагнітально – усмоктувальному способі провітрювання.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Що таке депресійна зйомка? Її мета і порядок проведення.

2 Природня тяга, умови її виникнення і вплив на роботу вентилятора.

3 Провітрювання виробок вентиляторами; які бувають вентилятори по

застосуванню?

4 Спільна робота вентиляторів.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.328 – 331.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Схеми і способи провітрювання шахти.

Мета заняття: ознайомити студентів зі схемами і способами провітрювання шахти.

План заняття № 30

1. Єдина і секційна схеми провітрювання.

2 Центральна схема провітрювання.

3 Флангова схема провітрювання.

4 Комбінована схема провітрювання.

5 Способи провітрювання шахт.

1. Єдина і секційна схеми провітрювання.

В залежності від взаємного зв’язку повітряподаючого і вентиляцыйного шахтних стовбурів, розрізняють єдину і секційну схеми провітрювання.

При єдиній схемі повітряподаючий стовбур має зв’язок з усіма вентиляційними стовбурами, розкриваючими шахтне поле.

При секційній схемі вентиляційна мережа шахти поділяється на декілька незалежних секцій, кожна з яких обслуговується своїм вентилятором головного провітрювання (ВГП) і зв’язана з земною поверхнею блоковими повітряподаючим і повітрявідводячим стовбурами.

Секційну схему провітрювання застосовують на крупних шахтах з видобутком вугілля понад 5000 т/добу при метановиділенні більше 15 м3/т і довжині шахтного поля по простяганню більше 6000 м.

2 Центральна схема провітрювання

В межах як єдиної, так і секційної схем провітрювання розрізняють, в залежності від напрямку руху повітря, центральну, флангову і комбіновану схеми провітрювання.

При центральній схемі провітрювання, шахтні стовбури розташовані в центрі шахтного поля. Свіже повітря надходить допоміжним стовбуром, провітрює очисні
і підготовчі вибої і виходить крізь вентиляційний або скіповий стовбур.
Рисунок 1 – Центральна схема провітрювання.
Достойністю схеми є концентрація всіх поверхневих споруд, наявність тільки одного ВГП, легкість реверсування струменю. Однак, при центральній схемі свіжий і вихідний струмені пересуваються паралельно один одному, і тому шлях пересування повітря значний, що призводить до більших витоків повітря і більшої депресії, (Рисунок 30.1).

Центральну схему провітрювання доцільно застосовувати для розробки відносно невеликих шахтних полів (до 6 км по простяганню) на шахтах не вище ІІ категорії по метану.

  1.  Флангова схема провітрювання

При фланговій схемі провітрювання, один стовбур розташований в центрі, а два стовбури, або шурфи – біля меж шахтного поля, (рисунок 2).

Рисунок 2 – Флангова схема провітрювання шахти

Вентилятори встановлюють на флангових стовбурах, повітря пересувається тільки в одному напрямку – від центрального стовбура до флангового.

Флангова схема провітрювання характеризується меншими витоками повітря, меншою депресією, внаслідок чого, вентилятор працює з високим ККД, відсутня безпека виникнення “коротких токів” в підземних виробках.

Недоліком схеми є наявність двох, або декількох ВГП, що ускладнює нагляд за ними і реверсування повітряного струменю.

Флангову схему рекомендується застосовувати при розробці верхніх горизонтів шахтного поля, де провітрювання здійснюється крізь флангові шурфи, а також на шахтах, небезпечних по метану при розмірах шахтних полів по простяганню від 4 до 6 км.

4 Комбінована схема провітрювання.

При комбінованій схемі провітрювання дільниці, розташовані біля центральних стовбурів, провітрюються по центральній схемі, а дільниці ближче меж шахтного поля – по фланговій (рис. 2.1, в).

Рисунок 3 – Комбінована схема провітрювання шахти.

Комбіновану схему рекомендується застосовувати на крупних шахтах, розробляючих пласти на декількох горизонтах, для роздільного провітрювання підготовчих виробок нового горизонту і очисних виробок старих горизонтів.

5 Способи провітрювання шахт

Взагалі, на шахтах застосовують усмоктувальний спосіб провітрювання. При цьому вентилятор, з’єднаний зі стовбуром шахти вентиляційним каналом, і шахтне повітря, виходить в атмосферу через дифузор вентилятора. В газових шахтах при усмоктувальному провітрюванні у випадку зупинки вентилятора, тиск повітря в шахті збільшується, а виділення метану в виробки – зменшується. При цьому, зменшується небезпека загазування виробок при аварії.

При нагнітальному способі провітрювання у випадку зупинки вентилятора тиск повітря в шахті зменшується, а виділення метану у виробки підсилюється. Тому нагнітальне провітрювання дозволяється тільки на верхніх горизонтах шахт, а також на шахтах з виділенням вуглекислого газу. При нагнітальному провітрюванні верхнього горизонту не відбувається засмоктування повітря з атмосфери через вироблений простір, внаслідок чого зменшуються витоки повітря, знижується пожежна небезпека при розробці пластів, схильних до самозаймання.

Нагнітально-усмоктувальний спосіб провітрювання дозволяється для шахт, розробляючих пласти, схильні до самозаймання на верхніх горизонтах при великому аеродинамічному опорі мережі виробок. При цьому повинна застосовуватися флангова схема провітрювання з головним нагнітальним і допоміжними усмоктувальними вентиляторами.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Єдина і секційна схеми провітрювання.

2 Центральна схема провітрювання; достоїнства, недоліки, область застосування.

3 Флангова схема провітрювання; достоїнства, недоліки, область застосування.

4 Комбінована схема провітрювання; достоїнства, недоліки, область

застосування.

5 Способи провітрювання шахт; області застосування.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.331 – 335.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Напрямок повітряного струменю.

Поділ шахти на вентиляційні дільниці.

Мета заняття: ознайомити студентів з напрямками повітряного струменю.

План заняття № 30

1. Напрямок повітряного струменю.

2 Поділ шахти на вентиляційні дільниці..

1. Напрямок повітряного струменю.

В очисних виробках нахилених пластів, а також в нахилених підготовчих виробках розрізняють висхідний і нисхідний напрямки повітряного струменю.

При висхідному русі напрямок повітряного струменю співпадає з напрямком природної тяги (від нагрівання повітря у лаві) і домішками до нього СН4.

У разі зупинки вентилятора інтенсивність провітрювання зменшиться, але повітря буде поступати в виробки за рахунок природної тяги. 

Тому, згідно з ПБ очисні виробки в газових шахтах при куті падіння пласта більше 10° повинні провітрюватися висхідним струменем.

Нисхідне провітрювання лави допускається при швидкості руху повітря по лаві більше 1 м/с і подачі до лави свіжого повітря по двох виробках.

При виникненні підземної пожежі нисхідне провітрювання не забезпечить постійного напрямку руху вентиляційного струменя, оскільки нагріте від пожежі повітря здіймається догори і обертає струмінь.

2 Поділ шахти на вентиляційні дільниці.

Вентиляційна мережа шахт поділяється на відокремлено провітрювані вентиляційні дільниці. Вентиляційна дільниця зазвичай співпадає з виймальною дільницею.

Згідно з ПБ, кожний очисний вибій повинен провітрюватися відокремленим струменем свіжого повітря.

Послідовне провітрювання декількох діючих очисних вибоїв допускається тільки на шахтах, розробляючи пласти, безпечні за раптовими викидами вугілля і газу, і суфлярними виділеннями газу. При цьому повітря, яке поступає в лаву, не повинно містити більше 0,5 % СН4.

Незалежне провітрювання виймальних дільниць має слідуючі переваги:

  •  підвищується безпека робіт, оскільки у вибої поступає свіже повітря;
  •  під час вибуху або пожару на одній дільниці, отруйні гази не будуть поступати на інші дільниці;
  •  депресія шахти знижується внаслідок розгалуження струменю.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Напрямок повітряного струменю згідно з ПБ.

2 Відокремлене провітрювання дільниць; вимоги ПБ, переваги.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.331 – 335.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Витоки повітря.

Шкідливий вплив витоків.

Заходи по зниженню витоків.

Мета заняття: ознайомити студентів з шкідливим впливом витоків повітря і заходами по їх зниженню.

План заняття № 32

1. Витоки повітря.

2 Шкідливий вплив витоків.

3 Заходи по зниженню витоків.

1. Витоки повітря.

Витоки повітря діляться на поверхневі і підземні. Поверхневі (зовнішні) витоки повітря відбуваються в каналі вентилятора через нещільності в спорудах, які закривають устя вентиляційного стовбура.

 Підземні (внутрішні) витоки відбуваються внаслідок просмоктування повітря через вентиляційні пристрої (перемички, двері, кросинги), через закладу вальний масив або обрушені породи у виробленому просторі, через порушені ціляки вугілля.

2 Шкідливий вплив витоків.

Витоки порушують провітрювання вибоїв, викликають самозаймання вугілля при просмоктуванні повітря через вироблений простір або порушені ціляки вугілля.

Підсмоктування повітря з поверхні викликає зовсім безкорисні витрати енергії при роботі вентилятора і приводить до зменшення кількості повітря, поступаючого в

шахту.

Рисунок 1 – Схема розподілу витоків повітря в шахті

Підрахунок витоків в діючій шахті здійснюється за результатами вимірів кількості повітря, (Рисунок 1).

Позначимо: Qв, - кількість повітря, яке проходить по каналу вентилятора;

Qз – поступаюче в очисні і підготовчі вибої;

 Qш - поступаюче в шахту.

Витоки, %, віднесені до продуктивності вентилятора, визначаються із виразів:

Підсмоктування повітря з поверхні  

Підземні витоки

Загальні витоки

Витоки через двері, перемички, кросинги залежать від аеродинамічного опору цих споруд і перепаду тиску через них. При проектуванні вентиляції шахти, чисельні значення витоків приймаються з таблиць норм витоків.

  1.  Заходи по зниженню витоків:
  •  зниження загальношахтної депресії, якій пропорційні загальношахтні витоки повітря;
  •  застосування флангової схеми провітрювання, утворення вентиляційних горизонтів, відокремлених від відкатних;
  •  контроль і ремонт вентиляційних споруд;
  •  використання полімерів, герметизуючи боки виробок.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Поверхневі витоки, їх шкідливий вплив на провітрювання шахти..

2 Підземні витоки, їх шкідливий вплив на провітрювання шахти..

3 Як здійснюється підрахунок витоків в діючій шахті.

4 Як здійснюється підрахунок витоків при проектуванні вентиляції шахти.

5 Заходи по зниженню витоків повітря.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.336 – 339.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Регулювання витрат повітря

Мета заняття: ознайомити студентів з методами регулювання витрат повітря.

План заняття № 33

1. Регулювання витрат повітря

2 Перерозподіл витрат повітря між дільницями..

3 Регулювання витрат повітря вікнами

4 Регулювання за допомогою повітряних завіс

5 Явище «короткого току».

1. Регулювання витрат повітря

За розвитком мережі гірничих виробок з’являється необхідність у зміні загальної кількості повітря, поступаючого в шахту, і у перерозподілі його між окремими дільницями.

Регулювання витрат повітря досягається:

  •  зміною частоти обертів робочого колеса вентилятора;
  •  поворотом його лопаток (у осьових);
  •  збільшити витрати можна зменшенням опору шахти перекріпленням виробок, заміною одного виду кріплення іншим, збільшенням перерізів кросингів і каналів вентиляторів, скороченням довжини виробок, розділенням повітряного струменю на якомога більше число паралельних струменів

  1.  Перерозподіл витрат повітря між дільницями здійснюється:
  •  встановленням вентиляційних дверей з вікнами на шляху пересування струменів, дебіт яких повинен бути зменшеним;
  •  зменшенням опору виробок, в які необхідно збільшити подачу повітря;
  •  встановленням допоміжного вентилятора (у виробці, де струмінь повинен бути підсиленим);
  •  повітряними завісами.

  1.  Регулювання витрат повітря

вікнами

Встановлення у виробці вентиляційних дверей з вікном приводить до збільшення опору виробки і зменшення кількості про ходячого по ній повітря.

Розглянемо паралельне з’єднання з двома гілками (Рисунок 1), у якому кількість повітря, проходячого по

виробці АБВ, дорівнює Q1, а по 

АГВ – Q2, причому Q1 > Q2. Рисунок 1 – Схема | | з’єднання

 Депресія | | з’єднання у цьому виробок з вентиляційним вікном

 випадку складе  

За умовами провітрювання необхідно зменшити кількість повітря, про ходячого по виробці АБВ, до Q. Для цього у виробці АБВ слід встановити вікно з опором R0. Тоді депресія | | з’єднання з вікном буде

,

де Q - кількість повітря, проходячого по виробці АБВ після встановлення

вікна.

Далі можна записати

Площу вікна S0 доцільно визначати попередньо розрахунком. Для цього повинні бути відомі депресія у вікні h0, кількість повітря, яке повинно проходити по виробці після встановлення вікна, Q і переріз виробки S.

Депресія h0 у вікні обумовлена раптовим розширенням струменю при виході з нього і може бути визначена за формулою

,

де υ1 і υ2 - швидкості руху повітря, відповідно після виходу з вікна в найбільше звуженій частині повітряного струменю і у виробці, м/с.

Швидкості руху повітря можна визначити за формулами

 

де φ - коефіцієнт стиснення струменю у вікні, φ = 0,65;

 S0 -площа перерізу вікна, м2.

Якщо в формулу депресії у вікні h0 підставити значення v1 і v2, ρ=1,2 кг/м3;

φ = 0,65 і вирішити рівняння відносно S0, то  

При відношенні  більш правильний результат дає формула

Недоліком цього способу є збільшення загального опору | | з’єднання і опору шахти в цілому.

4 Регулювання за допомогою повітряних завіс

Рисунок 2 – Реглювання повітряними завісами

Сутність цього способу заклечається в тому, що в місці розгалуження 2-х виробок встановлюють плоску форсунку 3, з якої випускають струмінь повітря під кутом α = 45-60° назустріч потоку (рисунок 1). В результаті взаємодії двох потоків повітря струмінь завіси вигинається, і перекриваючи частково устя виробки АВ направляє більшу частину повітря в виробку АБ. Для створення повітряної завіси використовується ВМП 1, зєднаний з форсункою трубопроводом 2. Форсунка має щілину шириною 50 -100 мм і висотою, яка дорівнює висоті виробки.

Повітряні завіси дозволяють не встановлювати вентиляційні двері, що полегшує роботу транспорту.

5 Явище «короткого току».

У виробках які з’єднують свіжі і відпрацьовані струмені повітря встановлюють вентиляційні двері або перемички. У випадку розрушення дверей більша частина повітря піде по короткому шляху, минувши очисний вибій. Це явище носить назву «короткого току».

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Регулювання витрат повітря вікнами.

2 Регулювання за допомогою повітряних завіс.

3 Явище короткого току.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.339 – 343.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Вентиляційні устрої і споруди

Мета заняття: ознайомити студентів з вентиляційними устроями і спорудами.

План заняття № 34

1. Устрої для перетину руху повітря:

- перемички;

- вентиляційні двері;

- шлюзи;

- герметичні надшахтні споруди вентиляційних стовбурів.

2 Устрої для пропускання ними повітря:

- кросинги;

- канали вентиляторів;

- устрої для зміни напрямку руху повітря.

Перемички – споруджують в збійках, з’єднуючих | | виробки зі свіжим і відпрацьованим струменями, а також для ізоляції відпрацьованих дільниць. В залежності від терміну дії і призначення розрізняють тимчасові і постійні перемички.

Тимчасові перемички споруджують з об гумованих тканин або дошок і встановлюють на термін до зведення постійних перемичок.

Постійні перемички споруджують з дерев’яних чураків, шлакоблоків, каміння або бетону.

Для усунення просмоктування повітря по контуру перемички її встановлюють у вруб глибиною 0,5 м у породі і 1,0 м у вугіллі.

Чуракові перемички зводять з обрізків старих стійок l = 0,5 – 1,2 м на глиняному, вапняному або цементному розчині, штукатурять або герметизують латексом. Недолік: через гниття деревини мають обмежений термін дії.

Шлако – і бутобетонні – для ізоляції пожежних дільниць.

Вентиляційні двері – встановлюють в перемичках для забезпечення проходу людей і вантажів.

Для регулювання витрат повітря іноді встановлюють регулюючі двері, які мають вікно з засувкою, якою можна змінювати площу перерізу вікна.

Двері бувають деревяні або металеві. Деревяні збивають з одного ряду дощок, зєднаних в шпунт і герметизують стальним листом. В залежності від перерізу виробки двері можуть бути одно - або двохстворчатими.

Для самозакриття дверей деревяну раму ставлять під кутом 80° до підошви виробки або ж постачають їх пружиною чи противагою.

Металеві двері виготовляють з листової сталі товщиною 3 мм і для жорсткості підсилюють вертикальними і горизонтальними смугами з кутової сталі Головна перевага - вогнестійкість. 

В горизонтальних виробках повинні встановлюватися автоматичні двері. Вони мають гвинтомоторний привід, світлову і звукову сигналізацію.

Кросинг – споруда для розділення потоків повітря в місцях перетину виробок зі свіжим і відпрацьованим струменями.

Рисунок 1 – Деревяні двері Рисунок 2 – Автоматичні

оббиті сталевим листом. вентиляційні двері типу ляди.

Рисунок 3 – Загальний вид трубчатого кросингу.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Назвіть вентиляційні устрої, призначені для перетину руху повітря.

2 Назвіть все, що вам відомо про перемички.

3 Вентиляційні двері; призначення, види.

4 Призначення і види кросингів.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.345 – 349.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Герметизація вентиляційних стовбурів і надшахтних будівель.

Канали і реверсивні пристрої вентиляторних устаткувань.

Мета заняття: ознайомити студентів з герметизацією устя вентиляційного стовбура, каналами і реверсивними пристроями вентиляторних устаткувань..

План заняття № 33

1 Герметизація вентиляційних стовбурів і надшахтних будівель.

2 Канали і реверсивні пристрої вентиляторних устаткувань.

1 Герметизація вентиляційних стовбурів і надшахтних будівель.

Устя вентиляційного стовбура, на якому встановлено вентилятор, повинно бути герметично зачинене для усунення «короткого току» між вентилятором і атмосферою.

Рисунок 1 – Схеми герметичних надшахтних споруд:

а – блок споруд на скіповому вентиляційному стовбурі з металевим копром; б – залізобетонний укісний копер; в – залізобетонний баштовий копер; г металевий баштовий копер; д – металевий копер зі шлюзовими приміщеннями; 1 – герметичний станок копра; 2 – приміщення розвантаження скіпів; 3 – бункер для вугілля і породи; 4 – шлюзи приміщення; 5 – надшахтна будівля.

Якщо вентиляційний стовбур або шурф не використовують для підйому, устя його перекривають глухою перемичкою.

Над устями вертикальних вентиляційних стовбурів, якими здійснюється підйом, споруджують герметичні надшахтні споруди (Рисунок 1). Устя стовбура при цьому відкрите, а надшахтна будівля, яка прилягає до шахтного стовбура, герметично закрита і сполучується з атмосферним повітрям через повітряні шлюзи. Людський шлюз складається з двох – чотирьох металевих дверей.

При скіповому під’йомі герметизують копер і бункери, в які розвантажується вугілля із скіпів.

2 Канали і реверсивні пристрої вентиляторних устаткувань.

Вентилятор зазвичай встановлюють на деякій відстані від стовбура і зєднують з ним каналом. Канал вентилятора представляє собою виробку прямокутного перерізу, закріплену бетоном. Спряження канала зі стовбуром виконують у вигляді нахиленого хідника, розташованого під кутом 45 - 60° до осі стовбура, або у вигляді плавного повороту (Рисунок 2). Якщо встановлюються два вентилятори, канал біля них розгалужується.

Стіни канала повинні бути не проникаючими до повітря і мати мінімальний опір. Для цього небхідна наявність:

  •  перерізу канала достатніх розмірів і швидкості руху повітря, яка не перевищує 15 м/с;
  •  мінімальної довжини канала;
  •  плавного спряження канала зі стовбуром (не допускаються його раптове звуження і розширення, повороти з гострими ребрами);
  •  гладких і герметичних стінок канала;
  •  лаза 1 (Рисунок 2) з двома лядами для огляду, чистки канала і виміру витрат повітря.

При аваріях в шахтах (підземних пожежах, вибухах) може зявитися необхідність у зміні направлення вентиляційного струменю (реверсуванню). Рисунок 2 – Канал вентилятора.

Головні вентилятори повинні мати устрої, які

дозволяють, в разі необхідності, у 10 - хвилинний термін перевести вентиляційне устаткування на реверсивний режим роботи.

При центробіжних вентиляторах реверсування струменю здійснюється за

рахунок обвідного каналу, ляд і шиберів в каналі і в дифузорі вентилятора без зміни напрямку обертання робочого колеса вентилятора.

При усмоктувальному провітрюванні повітря з шахтного стовбура 1 (Рис.3) через канал вентилятора 2 потрапляє в центробіжний вентилятор 5 і через диффузор 6 викидається в атмосферу. При реверсуванні струменю атмосферне повітря через відкриту ляду 4 при зачиненому шибері 3 потрапляє в вентилятор 5 і через обвідний канал 7 в шахтний стовбур. Устя дифузора при цьому зачинене.

Реверсування струменю можна здійснювати з тимчасовою зупинкою або без зупинки вентилятора, в останньому випадку ляди і шибери переставляють в потрібне положення за допомогою лебідок дистанційного керування.

Рисунок 3 – Схема головного вентиляційного устаткування

з двома центр обіжними вентиляторами.

При осьових вентиляторах реверсування струменю можна здійснювати зміною напрямку обертання робочого колеса без застосування ляд і обвідних каналів. Цей спосіб значно надійніший і простіший, однак застосовувати його можна лише при осьових вентиляторах спеціальних конструкцій.

Щомісяця повинна здійснюватись перевірка справності реверсивних пристроїв і два рази на рік – пробне реверсування струменю. Результати перевірки записуються в Книгу огляду вентиляційних устаткувань і перевірки реверсування.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Як герметизують устя вентиляційних стовбурів?

2 Призначення і устрій канала вентилятора.

3 Реверсивні пристрої вентиляторних устаткувань.

4 Реверсування струменю при центробіжних вентиляторах.

5 Реверсування струменю при осьових вентиляторах.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.349 – 353.

Тема 3.1 Закони руху повітря в гірничих виробках.

Способи провітрювання виробок за допомогою ВМП

Мета заняття: ознайомити студентів зі способами провітрювання виробок за допомогою ВМП.

План заняття № 33

1 Паспорт провітрювання виробки.

2 Нагнітальний спосіб провітрювання; застосування, достоїнства, недоліки.

3 Усмоктувальний спосіб провітрювання; застосування, достоїнства, недоліки.

4 Комбінований спосіб провітрювання; застосування, достоїнства, недоліки.

5 Провітрювання з застосуванням агрегата пилоуловлювання АПУ.

6 Вентилятори місцевого провітрювання.

1 Паспорт провітрювання виробки.

При проведенні виробок застосовують ВМП, які здійснюють подачу свіжого повітря по трубопроводу.

У паспорті проведення і кріплення виробок повинен бути складений розділ, в якому передбачається:

- спосіб і схема провітрювання;

- розрахунок кількості повітря, необхідного для провітрювання виробки;

- тип трубопроводу і вентилятора.

Провітрювання тупикової виробки може здійснюватися трьома способами: нагнітальним, усмоктувальним і комбінованим.

2 Нагнітальний спосіб провітрювання; застосування, достоїнства, недоліки.

Нагнітальний спосіб отримав найбільш широке застосування на шахтах.

Рисунок 1 – Нагнітальний спосіб провітрювання

В газових шахтах при проведенні виробок по вугіллю, метан, який виділяється із боків на всьому протязі виробки, не потрапляє у вибій. Однак недоліком цього способу являється те, що гази і пил видаляються з вибою по виробці. Відстань від кінця трубопроводу до вибою lтр не повинна перевищувати, згідно з ПБ, 8 м, оскільки при більшому віддаленні біля вибою виникає застійна зона (рис. 2), в якій накопичуються гази.

Вентилятор встановлюється на свіжому струмені на відстані не менше 10 м від устя виробки, яка провітрюється. Продуктивність його не повинна перевищувати 70 % кількості повітря, яке рухається виробкою за рахунок загальношахтної депресії. При більшій продуктивності вентилятор може почати засмоктувати повітря із забрудненого газами і пилом вихідного струменю.

Рисунок 2 – Утворювання застійної зони у виробці

при нагнітальному провітрюванні.

3 Усмоктувальний спосіб провітрювання; застосування, достоїнства,

недоліки.

При усмоктувальному способі провітрювання, т.є при відсмоктуванні повітря із вибою по трубопроводу (рис. 3), гази і пил, які утворюються в результаті вибуху, не йдуть по всій виробці, як при нагнітальному провітрюванні, а поступають безпосередньо у трубопровід.

Рисунок 3 – Усмоктувальний спосіб провітрювання.

Однак при цьому способі на відстані 1 – 2 м від кінця трубопроводу у бік вибою помітний рух повітря не відбувається. Тому відстань від кінця трубопроводу до вибою повинна бути мінімальною і відповідати умові

 

 ,м

 На газових пластах, при проведенні виробок по вугіллю, усмоктувальне провітрювання не допускається, оскільки метан, який виділяється з боків виробки, потрапляє у вибій разом із свіжим повітрям.

4 Комбінований спосіб провітрювання; застосування, достоїнства, недоліки.

При комбінованому способі провітрювання один вентилятор нагнітає повітря у вибій, а інший усмоктує.

 Нагнітальний вентилятор знаходиться на відстані 50 – 100 м від вибою і через кожні 50 м його пересування переноситься. Відстань між кінцем усмоктувального трубопроводу і нагнітальним вентилятором складає 10 – 15 м.

 Комбінований спосіб забезпечує швидке провітрювання тупикової виробки і, зазвичай, застосовується при швидкісному проведенні виробок по породі.

 В газових шахтах, при проведенні виробок по вугіллю, комбіноване провітрювання не допускається, оскільки нагнітальний вентилятор буде подавати у вибій повітря, до складу якого буде входити метан.

5 Провітрювання з застосуванням агрегата пилоуловлювання АПУ.

При проведенні виробок по вугіллю комбайнами доцільно застосовувати схему провітрювання (рис. 4) при якій у виробці встановлюється пилоуловлюючий агрегат типу АПУ 1, відсмоктуючий по трубопроводу 2 запилене повітря. Свіжий струмінь нагнітається у вибій вентилятором по трубопроводу 3 з повітрявипускним клапаном 4.

 3

 1  2

Рисунок 4 – Комбінований спосіб провітрювання

з застосуванням АПУ при проведенні виробки комбайном.

Витрати повітря перед повітря випускним клапаном повинні бути Qн´ ≥ 1,2Qз, витрати повітря через повітрявипускний клапан – (1-λ)Qз = (0,75)Qн´. Подача пилоуловлюючого устаткування – Qп.у =1,2Qз.

 Продуктивність агрегату АПУ – 250 м3/хв., маса – 1600 кг. Пилоуловлююче устаткування сумісно з системою вибухозахисного зрошення забезпечує зниження запиленості повітря з 3000 до 10 мг/м3.

 

 6 Вентилятори місцевого провітрювання.

Для провітрювання підготовчих виробок використовують осьові одноступеневі вентилятори і центробіжні вентилятори ВМЦ-8.

Центробіжні вентилятори через великі розміри і масу використовують для провітрювання виробок значної довжини (1000 м і більше) і великого перерізу.

 Осьові вентилятори на шахтах, небезпечних по газу і пилу, повинні працювати тільки на нагнітання, щоб повітря з підвищеним складом метану і вугільного пилу не проходило через корпус вентилятора, де встановлений електродвигун.

Вентилятори з електричним приводом на шахтах, небезпечних по газу, слід застосовувати тільки з блокувальним пристроєм (АПТВ), вимикаючим електроенергію при зупинці вентилятора або зменшенні (проти заданої) кількості повітря, яке подається у вибій.

 На газових шахтах необхідно для провітрювання тупикових виробок мати резервний вентилятор.

При проведенні виробок, вентилятор встановлюють на полиці у верхньому куті виробки або на її підошві.

Запитання для закріплення матеріалу.

1 Зміст паспорта провітрювання виробки?

2 Нагнітальний спосіб провітрювання, достоїнства і недоліки, застосування?

3 Усмоктувальний спосіб провітрювання, достоїнства і недоліки, застосування?

4 Комбінований спосіб провітрювання, достоїнства і недоліки, застосування?

5 Провітрювання з застосуванням агрегата пилоуловлювання АПУ.

6 Вентилятори місцевого провітрювання.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.355 – 357.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СЕЛИДІВСЬКИЙ ГІРНИЧИЙ ТЕХНІКУМ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни “_АЕРОЛОГІЯ ВИРОБОК”

спеціальностей 5.05030102 Підземна розробка корисних копалин

 5.05030104 Шахтне і підземне будівництво

Підготував викладач

Мустафаєв А.Г.

2010

Конспект лекцій

з дисципліни: « Аерологія виробок»

Підготував А.Г. Мустафаєв, викладач з дисципліни аерологія виробок

Селидівського гірничого технікуму

Для викладачів з аерології виробок вищих навчальних закладів 1-2 рівнів акредитації.

Рецензент:

Моніч М.Л. викладач аерології виробок Горлівського технікуму ДонНУ

 Розглянуто та схвалено

на засіданні циклової комісії

гірничобудівельних дисциплін

Селидівського гірничого технікуму

Голова комісії _________________

Протокол № ____ від ___________ р.

Блок «Аерологія виробок» ПП03.08; ПП11.

Модуль 1. Шахтне повітря, кліматичні умови, пилогазовий режим та його

контроль.

 Вступ. Призначення та задачі шахтної вентиляції по створенню безпечних умов праці шахтарів. Мета та задачі дисципліни.

Тема 1.1 Шахтне повітря. Поняття «шахтне повітря». Головні складові шахтного повітря, їх властивості і джерела виникнення.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.с. 3-10  

 План

1 Атмосферне повітря. Склад атмосферного повітря.

2 Шахтна атмосфера; фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери.

3 Терміни: свіже і забруднене повітря, вхідний і вихідний струмені.

4 Головні складові шахтного повітря, їх властивості і джерела виникнення.

Вступ. Призначення та задачі шахтної вентиляції по створенню безпечних умов праці шахтарів. Мета та задачі дисципліни.

А е р о л о г і я – від грецької аеро (повітря).

Дисципліна «аерологія виробок» є розділом гірничої справи і має тісний зв’язок з іншими дисциплінами гірничого циклу, такими як:

«Основи гірничого виробництва».

«Руйнування гірничих порід».

«Спорудження гірничих виробок».

«Охорона праці» і іншими.

Метою дисципліни «Аерологія виробок» є придбання студентами теоретичних знань і практичних навичок по забезпеченню гірничих робіт достатньою кількістю свіжого повітря.

Ш а х т н а в е н т и л я ц і я – це галузь гірничої справи, яка втілює в собі наукові основи і технічні засоби по забезпеченню обміну забрудненого повітря в підземних виробках, чистим атмосферним повітрям.

Обмін повітря в шахтах, який здійснюється під впливом природніх факторів (температура, тиск і ін..) називається п р и р о д н ь о ю в е н т и л я ц і є ю.

Якщо для цього застосовують спеціальні технічні засоби (вентилятори), то він зветься ш т у ч н о ю в е н т и л я ц і є ю, або ш т у ч н и м п р о в і т р ю в а н н я м

Значне поглиблення гірничих робіт створює передумови до зростання газовиділення пластів, підвищення температури рудникового повітря, зростання інтенсивності пилоутворення.

Правилами безпеки строго регламентовані умови, за яких дозволяється робота в шахтах.

Першочергове значення в створенні цих умов має руднична вентиляція, тому вона є одним з головних виробничих процесів в шахтах

1 Атмосферне повітря. Склад атмосферного повітря.

А т м о с ф е р н е п о в і т р я - це газоподібна оболонка, яка огортає Земну поверхню. Приблизний склад атмосферного повітря на рівні моря (% до обєму) складає:

Азот    78,08

Кисень    20,95

Аргон    0,93

Вуглекислий газ   0,03

Гелій, неон, криптон, озон, радон, водень, ксенон, аміак, йод 0,01

2 Шахтна атмосфера; фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери.

Шахтна атмосфера (шахтне повітря) – повітряне середовище шахти, яке відрізняється від атмосферного.

Фактори, які впливають на склад шахтної атмосфери:

-поглинання кисню О2;

-виділення шкідливих газів (СО2, СН4, Н2S, SО2 і ін..);

-приєднання газів, які утворюються при вибухових роботах (NО2, N2О5 і ін.);

-утворення рудничного пилу;

-зміна фізичних параметрів повітря (температура, вологість, тиск, щільність).

3 Терміни: свіже і забруднене повітря, вхідний і вихідний струмені.

Якщо шахтне повітря за своїм складом не відрізняється від атмосферного, або різниця незначна, воно зветься с в і ж и м.

Якщо різниця значна, то шахтне повітря називають з а б р у д н е н и м.

Повітряний струмінь, який рухається від повітряподаючого стовбура до вибоїв виробок, називають в х і д н и м, а від вибоїв до повітрявідводячого стовбура –

в и х і д н и м с т р у м е н е м.

4 Головні складові шахтного повітря, їх властивості і джерела виникнення, допустимі концентрації згідно ПБ.

До головних складових шахтного повітря відносяться кисень, азот і вуглекислий газ.

К и с е н ь (О2) – газ без кольору і запаху, нормальна щільність 1,43 кг/м3. Хімічно дуже активний, легко з’єднується з простими і складними газами, підтримує горіння. Розчинність кисню у воді незначна (5 % до об’єму при 0°С).

Кисень потрібен для дихання людей. Згідно ПБ, вміст його в повітрі виробки, в якій знаходяться, або можуть знаходитися люди, потрібен бути не менше 20 %. При зниженні вмісту кисню в повітрі до 17 % у людини спостерігається віддишка і серцебиття.

Кількість кисню, сприймаємого організмом, залежить від парціального тиску О2 в повітрі, яке вдихається. На рівні моря воно складає 21,3 кПа. В цих умовах кисень засвоюється найбільш повно. Але слід відмітити, що завдяки пристосуванню людського організму дихання ймовірне і за меншого парціального тиску. Так, мешканці високогірних районів почувають себе нормально навіть на висоті 5 км над рівнем моря, де парціальний тиск дорівнює 12 кПа..

Причини зниження вмісту кисню в шахтному повітрі: виділення інших газів (метан, вуглекислий газ і ін..),окислення гірничих порід, вугілля і дерева, виділення газів при веденні вибухових робіт і інших виробничих процесах, за меншою мірою – дихання людей. Різке зниження вмісту кисню спостерігається при шахтних пожежах, вибухах метану і вугільного пилу.

А з о т ( N2 ) – газ без кольору, запаху і смаку, нормальна щільність його 1,25 кг/м3, дихання і горіння не підтримує. В шахтах азот утворюється при вибухових роботах, гнитті органічних речовин, інколи виділяється з пластів вугілля і гірничих порід.

В у г л е к и с л и й г а з - (СО2) – без кольору, має слабкий кислий смак, не горить і не підтримує горіння, нормальна щільність -1,98 кг/м3. Через високу щільність цей газ накопичується біля підошви виробки, в нижній частині шурфів, в похилах і зумпфах, тому виміри вмісту СО2 треба здійснювати біля підошви (особливо це стосується старих покинутих виробок). Сам по собі цей газ слабко отруйний і в невеликих кількостях він потрібен для стимулювання дихання.

При вмісті в повітрі 3 % СО2дихання людини частішає удвічі, 5 % - частішає втричі і стає важким, 6 % - з’являється сильна віддишка і слабкість, 10 % - настає обморочний стан, 20 – 25 % - ймовірне смертельне отруєння.

За Правилами безпеки вміст СО2 в діючих виробках не повинен перевищувати 0,5 %, у вихідному струмені повітря шахти - 0,75 %, при проходженні виробок по завалу -1 %.

Вуглекислий газ в шахті зазвичай утворюється при гнитті кріпильної деревини, в результаті повільного окислення вугілля; окрім того, він виділяється безпосередньо з гірничих порід і вугілля. Другорядні джерела утворення СО2 – дихання людей, вибухові роботи. Велика кількість СО2 виділяється після вибухів рудничного газу і пилу, а також при пожежах.

В залежності від кількості виділяємого в шахті СО2 визначається вуглекислотообільність шахт. Розрізняють абсолютну і відносну вуглекислотообільність. А б с о л ю т н о ю вуглекислотообільністю називається кількість СО2 , яка виділяється в шахті за одиницю часу. В і д н о с н о ю - на 1 т добового вуглевидобутку.

Питання для самоконтролю:

1 Що таке вентиляція гірничих виробок?

2 Що таке штучна і природня вентиляція виробок?

3 Значення рудничної вентиляції в створенні безпечних умов праці?

4 Дати визначення атмосферного повітря, назвати його склад.

5 Дати визначення шахтної атмосфери, назвати фактори, які впливають на її склад.

6 Що значить свіже повітря, забруднене повітря?

7 Який струмінь повітря в шахті називають вхідним, а який вихідним?

8 Які гази входять до головних складових шахтного повітря?

9 Назвіть все що ви знаєте про кисень і азот.

10 Назвіть властивості, джерела утворення і допустимі концентрації вуглекислого газу.

Тема 1.1 Шахтне повітря.

Головні отруйні і вибухові домішки шахтного повітря, їх властивості, джерела виникнення, допустимі концентрації.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 3-10

План № 2

1 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація оксиду вуглецю.

2 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація сірководню.

3 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація сірчистого ангідриду.

4 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація оксидів азоту.

5 Властивості, джерела виникнення, допустима концентрація водню.

До головних отруйних і вибухових домішків шахтного повітря відносяться оксид вуглецю, сірководень, сірчистий ангідрид, оксиди азоту, водень і інші.

О к с и д в у г л е ц ю (СО) – отруйний газ без кольору і запаху, відносна щільність 0,97. Тривала робота людини в атмосфері, яка складає 0.01 % оксиду вуглецю,викликає захворювання з тяжкими наслідками.

Вміст в атмосфері 0,4 % оксиду вуглецю є смертельно небезпечним.

При 1 % СО людина губить свідомість після декількох вдихань.

Правилами безпеки допускається вміст СО в рудничному повітрі 0,0017 %.

Головними джерелами утворення СО в шахтах є рудникові пожежі, вибухи метану або вугільного пилу. СО утворюється також при вибухових роботах.

 

С і р к о в о д е н ь (H2S) – газ без кольору, з характерним запахом тухлих яєць і солодкуватим смаком, нормальна щільність його 1,53 кг/м3. Має значні отруйні властивості.

За характерним запахом сірководень легко виявити навіть тоді, коли вміст його в повітрі дуже незначний і не погрожує здоров’ю людини. При значних концентраціях Н2S у повітрі його запах не відчувається, що збільшує його небезпечність.

Сірководень утворюється при розкладі органічних речовин, при вибухових роботах, особливо у випадках неповного згоряння вибухових речовин, при горінні вугілля, вміщуючого піріт, а також виділяється з тріщин вугільних пластів і порід, іноді сумісно з метаном.

Сірководень горить і при концентрації у повітрі 6 % вибухає, температура спалаху 290 - 487°С.

Сірководень добре розчиняється у воді. Так, за нормального атмосферного тиску і температури +15°С в 1 л води розчиняється 3,23 л Н2S. Якщо зкаламутити воду, насичену Н2S, то з неї може виділитися небезпечна для життя кількість газу. Тому, в виробки, де є скупчення води і відчувається запах сірководню, не слід заходити без ізолюючих респіраторів. Граничний вміст Н2S в шахтному повітрі – 0,00071 %.

С і р ч и с т и й а н г і д р и д (SO2)газ без кольору, з гострим смаком і запахом. Надто отруйний. Відносна щільність - 2,2.

Присутність SO2 навіть в незначній кількості призводить до розїдання слизових оболонок очей, носа.

Короткочасне перебування людини в атмосфері з 0,05 % SO2 небезпечне для життя.

Граничний вміст SО2 в шахтному повітрі – 0,00038 %.

В шахті SО2 утворюється при вибухових роботах, горінні вугільних пластів які містять сірку, а також виділяється з вугілля і породи.

 

О к с и д и а з о т у (NO, N2O5, NO2, N2O4) утворюються в шахті при вибухових роботах. Найбільше стійкий діоксид азоту NO2 – газ червоно – бурого кольору, і легко може бути виявленим по різкому запаху задовго до небезпечної концентрації.

 Оксиди азоту добре розчиняються у воді, в одному об’ємі води при 20°С розчиняється 67 об’ємів N2O5, тому у вологих виробках вони поглинаються вологою повітря. У якості ефективного заходу боротьби з ними застосовують зрошення.

Оксиди азоту дуже отруйні. Небезпечність погіршується ще й тим, що токсична дія їх на організм людини проявляється через 6, а іноді і 40 годин після отруєння. Смертельна концентрація оксидів азоту при короткочасному вдиханні - 0,025 %. Вміст оксидів азоту в повітрі діючих виробок вугільних шахт не повинен перевищувати 0,00026 % у перерахуванні на NO2.

В о д е н ь (Н2) – газ без кольору з відносною щільністю 0,07. Розчинність у воді за температури 0°С і тиску 101 МПа 2,1 %, маса 1 л за нормальних умов 0,09г. Горить і вибухає за вмістом його в повітрі від 4 до 74 %; температура спалаху на 100 - 200 °С нижча, за температуру спалаху метана. Виділяється з порід, калійних пластів і вугілля середнього ступеню метаморфізму, утворюється під час заряджування акумуляторних батарей. Рудні шахти, в яких хоча б на одному пласті виявлено водень, відносяться до небезпечних за газом і поділяються на чотири категорії.

Об’ємна доля водню в зарядних камерах не повинна перевищувати 0,5 %.

Питання для самоконтролю:

Назвіть властивості, джерела виникнення, допустимі концентрації:

-оксиду вуглецю;

-сірководню;

-сірчистого ангідриду;

-оксидів азоту;

-водню

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Властивості метану. Виникнення та форми збереження метану. Види виділення метану в шахті.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 10 -15

План № 3

1 Властивості метану.

2 Виникнення та форми збереження метану.

3 Види виділення метану.

1 Властивості метану.

Із газів, які виділяються в шахті, метан найбільш небезпечний.

М е т а н (СН4) – газ без кольору, запаху і смаку, приблизно у 2 рази легше за повітря, нормальна щільність 0.72 кг/м3. Метан не отруйний, однак при збільшенні концентрації його у повітрі, він витісняє кисень.Вдихання повітря, яке містить 50-80% метану за нормальної кількості кисню, викликає сильний головний біль і сонливість. Метан не добре розчиняється у воді (при температурі 20°С і тискові 101,3 кПа розчиняється не більше 3,5 об’єму газу на 1000 об’ємів води). В звичайних умовах (при нормальній температурі і тискові) метан хімічно інертний і з’єднується тільки з галоїдами.

Характерна властивість метану – його здібність горіти і у суміші з повітрям вибухати, при цьому він, з’єднуючись з киснем повітря, переходить у вуглекислий газ і воду. У підземних виробках горіння і вибух метану часто відбуваються в умовах недостатку кисню, що приводить до утворення оксиду вуглецю.

 

Температура спалаху метану зазвичай дорівнює 650 – 750 °С. Дотикаючись до джерела тепла метан спалахує з деяким запізненням, яке називається періодом індукції. Так при температурі 650°С період індукції досягає 10 с, при 1000 °С він падає до 0,1 с. Ця властивість використовується при веденні вибухових робіт з використанням запобіжних вибухових речовин. При цьому термін, необхідний для охолодження продуктів вибуху до температури, при якій метан не вибухає, повинен бути менше періоду індукції.

В залежності від концентрації метану в повітрі розрізнюють слідуючі горючі і вибухові суміші повітря з метаном: при концентрації метана до 5 % суміш може горіти за наявності джерела спалаху; 5 -14 % - суміш вибухає; більше 14 % - суміш горить за умови притоку свіжого повітря (рис.6.1) Найбільшої сили вибух відбувається при концентрації метану 9,5 %, оскільки при цьому кисень, який міститься у повітрі згоряє повністю.

При концентрації СН4 понад 9,5 % під час вибуху згоряє не весь метан і тому після проходження хвилі полум’я в напрямку прямого удару (первинне полум’я) може виникнути хвиля полум’я у напрямку зворотнього удару (вторинне полум’я).

 

Рисунок 6.1 – Межі вибуховості сумішів метану з повітрям

2 Виникнення та форми збереження метану.

Метан утворився разом з вугільними пластами внаслідок метаморфізму первинної органічної маси без доступу кисню. Суттєва роль при цьому належала процесам бродіння, викликаємим діяльністю анаеробних бактерій. В залежності від властивостей покриваючих наносів і їх потужності метан міг виходити на поверхню або залишатися у вугіллі.

Слід відзначити, що всі наноси в якійсь мірі пропускають метан, тому при розробці вугільних пластів на верхніх горизонтах метану небагато або він зовсім відсутній; при заглибленні гірничих робіт кількість метану збільшується.

В гірських породах і пластах вугілля метан знаходиться у вигляді свободного і сорбірованого (звязаного) газу. Розрізняють три форми сорбірованого газу: адсорбірований - згущений на поверхні пор вугілля; абсорбірований – утворений з вугіллям як твердий розчин; хемсорбірований – хімічно з’єднаний з вугіллям.

З поглибленням кількість свободного газу зменшується через зниження об’єму пор, а кількість сорбірованого газу збільшується.

3 Види виділення метану.

Розрізняють три види виділень метану в гірничі виробки: звичайне, суфлярне і раптове.

З в и ч а й н е виділення метану проходить повільно і рівномірно із всієї оголеної поверхні вугілля і порід.

С у ф л я р н е – метан виділяється з великих тріщин у вугіллі, або з просвердлених свердловин. Часто виділення супроводжується шипінням або свистом.

Р а п т о в и й в и к и д вугілля і газу – швидке руйнування вугільного масиву гірничим і газовим тиском попереду вибою гірничої виробки, винесення і викид зруйнованого вугілля газом. При цьому вугілля в роздрібненому стані з великою силою викидається на значну відстань.

Питання для самоконтролю:

1 Назвіть основні властивості метану.

2 Що таке період індукції і як він використовується при вибухових роботах?

3 Користуючись діаграмою вибуховості сумішів метану з повітрям, зазначте вірогідність вибуху при наступних співвідношеннях:

- 8 % і 5 %, відповідно;

- 12 % і 20 %;

- 12 % і 16 %;

- 16 % і 20 %.

4 Назвіть гіпотезу виникнення метану.

5 Чому при заглибленні гірничих робіт кількість метану у вугільних пластах збільшується?

6 Назвіть форми збереження метану у вугільному пласті.

7 Назвіть і охарактеризуйте види виділення метану в гірничі виробки.

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Метанообільність. Порядок встановлення метанообільності шахти. Категорії шахт по метанообільності. Газовий баланс шахти. Неприпустимі концентрації метану. Небезпечні скупчення метану.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 16 -18

План № 4

1 Метанообільність.

2 Порядок встановлення метанообільності шахти.

3 Категорії шахт по метанообільності.

4 Газовий баланс шахти.

5 Неприпустимі концентрації метану.

6 Небезпечні скупчення метану

1 Метанообільність.

Кількість метану, який виділяється в шахті за одиницю часу, називається м е т а н о о б і л ь н і с т ю шахти. Відрізняють метанообільність абсолютну і відносну.

А б с о л ю т н а м е т а н о о б і л ь н і с т ь - кількість метану, яка виділяється в шахті на протязі доби, м3.

В і д н о с н а м е т а н о о б і л ь н і с т ь – кількість метану, яка виділяється в шахті на протязі доби на 1 т добового видобутку вугілля, м3/т.

2 Порядок встановлення метанообільності шахти.

Відносна метанообільність діючої шахти встановлюється у січні кожного року за результатами обробки вимірів кількості проб повітря і вмісту в них метану, здійснюваних щомісячно на протязі року у відповідності до вимог ПБ.

Відносна метанообільність шахти, горизонта, пласта, крила, дільниці визначається за формулою

 

де nі - кількість місяців роботи об’єкта за рік;

 Іі - газовиділення на об’єкті (дільниці, крилі, шахті), м3/хв.;

 Nі - число фактично відпрацьованих днів в місяці по видобутку вугілля;

 Аі - місячний видобуток вугілля на об’єкті у минулому році, т;

 kз - відношення середньої фактичної зольності гірничої маси до зольності вугільних пачок пласта.

Категорія діючої шахти по метану приймається за найбільшою відносною метанообільністю дільниці, шахто пласта чи шахти в цілому.

3 Категорії шахт по метанообільності.

За величиною відносної метанообільності і видом виділення метану (суфлярне, раптовий викид) шахти поділяють на категорії

КАТЕГОРІЯ ШАХТ

ПО МЕТАНУ

ВІДНОСНА МЕТАНООБІЛЬНІСТЬ ШАХТИ,

м3/т

І

ІІ

ІІІ

Понадкатегорні

Небезпечні за раптовими

викидами

Більше 5

Від 5 до 10

Від 10 до 15

Більше 15; шахти небезпечні за суфлярними виділеннями

Шахти, які розроблюють пласти, небезпечні за раптовими

Викидами вугілля і газу; шахти з викидами породи.

4 Газовий баланс шахти.

Г а з о в и м б а л а н с о м шахти зветься її абсолютне метановиділення (м3/хв), яке дорівнює сумі метановиділень окремих джерел метановиділення

Іш = І1 + І2 + І3 +  + Іn

Знання газового балансу необхідне для правильного визначення кількості повітря, яке повинно подаватися в шахту.

5 Неприпустимі концентрації метану.

Правилами безпеки встановлені слідуючі граничні норми вмісту метану.

ВЕНТИЛЯЦІЙНИЙ СТРУМІНЬ

НЕДОПУСТИМА

КОНЦЕНТРАЦІЯ СН4

Вихідний з очисних або тупикових виробок, камер, дільниць.

Вихідний з шахти або крила шахти.

Вхідний в виймальні дільниці, підготовчі виробки, камери.

Місцеві скупчення метану в очисних, підготовчих і інших виробках.

На виході із змішувальних камер

Трубопроводи для ізольованого відведення метану за допомогою вентиляторів (ежекторів)

Дегазаційні трубопроводи

 

більше 1 %

більше 0,75 %

більше 0,5 %

2 % і більше

2 % і більше

більше 3,5 %

від 3,5 до 25 %

6 Небезпечні скупчення метану

О небезпечних скупчень метану в гірничих виробках відносяться місцеві і шарові скупчення.

М і с ц е в і с к у п ч е н н я – це скупчення метану в очисних, підготовчих і інших виробках біля виконавчих органів комбайнів, бурових станків тощо, під час їх роботи.

Ш а р о в і с к у п ч е н н я – це скупчення СН4 вздовж покрівлі виробки в результаті недостатнього провітрювання виробки, або суфлярного виділення СН4.

Концентрація метану в шарових скупченнях може досягати 2 – 90 %, а товщина шару до 70 см, його протяжність вздовж виробки від 2 м до декількох десятків метрів.

Для ліквідації місцевих скупчень метану на гірничих машинах встановлюють водоповітряні е ж е к т о р и.

Мірою боротьби з шаровими скупченнями СН4 є збільшення швидкості руху повітря до величини, яка визначається у відповідності з «Інструкцією по розгазуванню виробок і боротьбі з шаровими і місцевими скупченнями метану».

Питання для самоконтролю:

1 Дати визначення абсолютній і відносній метанообільностям.

2 Як встановлюється метанообільність шахти?

3 Як розподіляються шахти за категоріями в залежності від величини метанообільності і виду виділення метану?

4 Що таке газовий баланс шахти і його застосування у розрахунках кількості повітря для шахти.?

5 Назвати неприпустимі концентрації метану в виробках згідно ПБ.

6 Які Ви знаєте небезпечні скупчення метану і боротьба з ними?

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Керівництво газовиділенням.

План № 5

1 Керівництво газовиділенням.

2 Дегазація шахт (загальні положення).

3 Фізичні способи дегазації.

4 Фізико – хімічні способи дегазації.

5 Біохімічні способи дегазації.

6 Дегазація виробленого простору.

7 Дегазація наближених пластів.

8 Дегазація розроблюваних пластів.

1 Керівництво газовиділенням.

Керувати метановиділення в гірничі виробки можна шляхом:

  •  вибору раціональної схеми провітрювання виємочної дільниці, від якої суттєво залежить її газовий баланс;
  •  способу управління покрівлею, від якого залежить рівень метановиділення з наближених пластів і вміщуючи порід;
  •  послідовності відпрацювання пластів у свиті;
  •  регулювання інтенсивності очисної виїмки вугілля;
  •  підведення до джерел інтенсивного виділення метану підсвіжуючих струменів повітря;
  •  ізольованого відведення метаноповітряних сумішей через спеціальні дренажні виробки;
  •  дегазація джерел виділення метану.

Широко застосовуваним активним способом управління метановиділенням в гірничі виробки є дегазація.

Д е г а з а ц і я - це комплекс технологічних процесів, направлених на запобігання виділенню метану у виробки шляхом його вилучення, уловлювання і ізольованого відведення трубами шахтної дегазаційної системи, нейтралізації і зв’язування метану у вугільній товщі.

Дегазація передбачується у випадках, коли з пласту або з виробленого простору виділяється більше 2 м3/хв. Метану на тонких пластах, більше 3 м3/хв. – на пластах середньої потужності і більше 3,5 м3/хв. – на потужних пластах, а засобами вентиляції забезпечити вміст метану у повітрі в межах встановлених норм неможливо.

2 Дегазація шахт (загальні положення).

Існує три групи способів дегазації: фізичні, фізико-хімічні і біохімічні.

В межах кожної групи, вони відрізняються за енергією дієвості на вугільний масив.

Найбільш ефективно дегазація вугільного пласту здійснюється у випадку, коли в колекторі газу порушується природній рівноважний стан системи вугілля-метан і утворюється штучна тріщинуватість пласта.

Крім того, СН4 може вилучатися із не розвантажених вугільних пластів за рахунок їх природного г а з о п р о н и к н е н н я, а також деякого розвантаження пласта дегазаційними свердловинами.

3 Фізичні способи дегазації.

Їх сутність полягає в порушенні рівноважного стану вугільного масиву, викликаного прикладанням механічної енергії. В результаті цього підвищується газопроникнення вугільного масиву і формується напрямок руху десорбованого метану в діючі виробки і газоуловлюючі свердловини.

Енергія впливу на вугільну товщу може бути отримана в результаті п і д р о б к и або н а д р о б к и вугільних пластів, н а г н і т а н н я в о д и в пласт через свердловини, б у р о – в и б у х о в и х робіт і ін..

4 Фізико – хімічні способи дегазації.

Ці способи засновані на а к т и в і з а ц і ї г а з о в и д і л е н н я з вугільного масиву, або б л о к у в а н н я г а з о п р о в і д н и х к а н а л і в в пласті з підвищенням остатньої газоносності вугілля.

До цих способів відносяться:

  •  зволоження вугільних пластів;
  •  обробка пластів водними розчинами соляної кислоти;
  •  нагнітання в пласт різних полімерних матеріалів.

5 Біохімічні способи дегазації.

Засновані на мікробіологічному зв’язуванні метану у вугільному масиві.

За терміном проведення дегазаційних робіт процес дегазації може бути попереднім і поточним.

6 Дегазація виробленого простору.

Дегазація виробленого простору діючого очисного вибою здійснюється за допомогою газопроводу 1, (рис.5.1), прокладеного у вентиляційному штреку. На кінці закріплюється усмоктувальний патрубок 2, який проходить крізь переносну перемичку 3. Газопровід зєднано з вентилятором, який подає метано-повітряну суміш в змішувальну камеру або до магістрального газопроводу, і далі на поверхню.

Коефіцієнт ефективності дегазації – відношення кількості вилученого метану до загального метановиділення з виробленого простору

k = 0,3 – 0,5

7 Дегазація наближених пластів.

Дегазація наближених пластів здійснюється за допомогою свердловин, які свердлять з виробок розроблюваного пласту (рис. 5.2).

Свердловини діаметром 80 -100 мм свердлять у покрівлі або підошві пласту.Устя кожної свердловини герметизують на довжину 4 – 8 м цементною пробкою, в якій встановлюють вивідну трубу. По мірі посування очисного вибою газова проникливість наближених (підроблюваних або надроблюваних ) пластів і порід збільшується внаслідок підробки і метан починає інтенсивно вступати в свердловини.

Свердловини свердлять з нахилом до виробленого простору (кут нахилу визначається дослідним шляхом) на відстані 20 – 100 м. Глибина свердловин 20–90 м при підробці, і 15 – 25 м при надробці.

Коефіцієнт ефективності дегазації k = 0,6 – 0,7.

8 Дегазація розроблюваних пластів.

Із виробок виймальної дільниці (штреків або лави) свердлять свердловини по пласту і через трубопроводи підключають їх до вакуумних насосів. Діаметри свердловин 80 – 100 мм, відстань між ними 15 -25 м.

Коефіцієнт ефектвності дегазації k = 0,25 – 0,3.

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним. Заходи боротьби з раптовими викидами вугілля і газу.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 22 -23

План № 6

1 Сутність раптового викиду вугілля і газу.

2 Заходи боротьби з раптовими викидами:

- випереджаюча розробка захисних пластів;

- попередня дегазація вугільного масиву;

- профілактичне зволоження або розрихлення пласта;

- гідравлічне рихлення вугільного масиву;

- низьконапірне зволоження вугілля;

- гідравлічний віджим;

3 Заходи по забезпеченню безпеки для працюючих.

 

1 Сутність раптового викиду вугілля і газу.

Раптовий викид вугілля і газу представляє собою небезпечне і складне газодинамічне явище, виникаюче в газоносних вугільних пластах і породах, яке характеризується швидким розвитком руйнації масиву з відкиданням (зміщенням) гірничої маси і виділенням газу в гірничу виробку.

Явище викиду обумовлене тиском гірських порід і заключеного у вугіллі газу.

Кількість вугілля, яке викидається в виробку може бути від декількох тон до декількох тисяч тон, а метану – від десятків м3 до сотень тисяч м3.

Пласти, схильні до раптових викидів вугілля і газу діляться на небезпечні і погрожуючі:

н е б е з п е ч н і - пласти, на яких в межах шахтного поля мали місце викиди на даному або нижче лежачих горизонтах;

п о г р о ж у ю ч і – пласти, які розроблюються на горизонтах, в межах яких на сусідніх шахтах мали місце викиди вугілля і газу.

2 Заходи боротьби з раптовими викидами:

Заходи, які застосовуються для боротьби з раптовими викидами вугілля і газу ділять на регіональні і локальні.

Р е г і о н а л ь н і способи призначені для попередньої обробки вугільного масиву попереду очисного і підготовчого вибоїв.

До регіональних способів відносяться: випереджаюча розробка захисних пластів, дегазація вугільних пластів, зволоження вугільних пластів.

Л о к а л ь н і способи призначені для приведення привибійної частини вугільного масиву до викидобезпечного стану. Їх здійснюють з боку очисного або підготовчого вибоїв.

До локальних способів відносяться: гідравлічне рихлення, низьконапірне зволоження, гідравлічний віджим.

Випереджаюча розробка захисних пластів.

Випереджаюча розробка захисних пластів заклечається в тому, що якщо частина наближених пластів схильна до раптових викидів, то спочатку відпрацьовують пласти, не схильні до викидів. В результаті небезпечні пласти, будучи підпрацьованими або надпрацьованими, розвантажуються від гірничого тиску і частково дегазуються, частково або повністю втрачаючи схильність до викидів. У цьому випадку наближені безпечні пласти, випереджаюча розробка яких створює захист від викидів, називаються з а х и с н и м и. . Захисна дія пластів проявляється: при підробці – до 100 м, при надробці – до 60 м, у випадку залягання між пластами пісковиків – до 40 м.

Випереджуюча розробка захисних пластів є самим надійним методом попередження раптового викиду вугілля і газу. На жаль цей метод можна використовувати лише за наявності захисних пластів, які самими не являються небезпечними.

Дегазація вугільних пластів.

Дегазація вугільних пластів проводиться з метою зниження газоносності вугільних пластів. Для цього свердлять свердловини і через них за допомогою вакуумних насосів здійснюють відкачування метану. Застосовуються різноманітні схеми розташування дегазаційних свердловин. Свердловини можуть свердлитися з поверхні, з відкаточних горизонтів, з виємочних штреків, в пласт і вміщуючі породи.

Діаметр свердловин 80 -100 мм, їх довжина, відстань між ними і кут нахилу визначаються дослідним шляхом для кожного конкретного випадку.

Зволоження вугільних пластів.

Також надійним методом попередження раптового викиду вугілля і газу є мікрокапілярне зволоження пласту.

Вода, яка нагнітається у вугільний пласт переміщується під дією напору, утворюваного насосом, а також капілярними силами, виникаючими в порах вугілля при проникненні в них рідин. Переміщенню води протидіє тиск газу, заточеного в тріщинах і порах пласту. Із зменшенням розміру пор збільшується їх опір рухові води, але зростають і капілярні сили, сприяючі цьому рухові. Так вода, яка нагнітається в пласт, переміщуючись по тріщинах, охоплює з усіх боків куски вугілля, відділені тріщинами. Нейтралізувати заточений у вугіллі газ, як джерело енергії, приймаючої участь у розвитку раптового викиду, можна створивши умови, за яких стане неймовірною швидка і лавинна реалізація його енергії. Вода, яка знаходиться в макро- і мікропорах, перекриває їх переріз і за рахунок мікрокапілярних сил натягнення рідинної поверхні, перешкоджає рухові газу. Найдрібніші обєми метану виявляються замкненими в окремих «кімнатах-порах» і тому не можуть приймати участі в процесі розвитку раптового викиду.

Гідравлічне рихлення вугільного масиву.

Гідравлічне рихлення засноване на високо напірному нагнітанні води у вугільні пласти через свердловини, просвердлені із вибою гірничої виробки. Сутність способу заключається в руйнуванні вугілля у нутрі масиву водою під тиском, в результаті чого розвантажується і дегазується привибійна частина пласту (Рис. 6.1).

Діаметр свердловин 42 – 45 мм, довжина свердловини lС = 6 – 9 м, глибина герметизації lГ = 4 – 7 м.

Низьконапірне зволоження вугілля.

Цей спосіб застосовується при проведені підготовчих виробок. При цьому діаметр свердловин складає 45 або 60 мм, довжина свердловин не обмежується. Глибина герметизації повинна складати не менше 5 м, а незнижуюче випередження зволоженої зони – не менше 5 м.

Гідравлічний віджим.

На шахтах Донбасу при проходці горизонтальних виробок в небезпечних вибоях застосовують гідравлічний віджим.

Сутність цього способу полягає у тому, що за допомогою високо напірного насосу в шпури, пробурені у вибої по вугіллю, бід високим тиском нагнітається вода. Нагнітання здійснюється через гідро затвори герметизуючи шпури на потрібній глибині. Тиском нагнітаємої води розтрісканий вугільний масив при гідровіджимі підсувається у бік виробки більш інтенсивно, аніж за природного віджиму. При цьому стається зниження напруженого стану привибійної зони вугільного пласту, зростання опускання покрівлі і перенесення опірного тиску в глибину масиву.

Гідровіджим сприяє частковій дегазації пласту і зволоженню вугільного масиву, тому його розглядають не тільки як метод боротьби з раптовими викидами вугілля і газу, але і як захід пилоподавлення і часткової дегазації масиву.

3 Заходи по забезпеченню безпеки для працюючих

Перед розкриттям пластів,небезпечних за раптовими викидами, здійснюють дегазацію розкриваємого пласта свердловинами або застосовують вимивання вугілля розкриваємого пласта гідромонітором в межах площі вибою розкриваючої виробки через свердловини.

При проведенні горизонтальних підготовчих виробок свердлять випереджуючі дренажні свердловини діаметром від 120 до 300 мм (рис. 6.2), які дренують пласт і змінюють напружений стан масиву. Радіус дренування залежить від газопроникненності вугілля. Зазвичай кількість і кут нахилу свердловин визначають досвідним шляхом.

Рисунок 6.2 – Схема розташування дренажних свердловин

Гірничі роботи на викидонебезпечних пластах, вибухові роботи по вугіллю повинні вестись у режимі струсного вибухання.

Сутність його полягає в тому, що розташування шпурів і величина зарядів розраховуються так, щоб відбійка вугілля здійснювалась по усьому вибою, і якщо є умови для раптового викиду, то він повинен статися в період вибуху. Під час струсного вибухання люди на дільниці відсутні, вибухівець знаходиться на відстані не ближче 600 м від вибою, рахуючи по свіжому струмені повітря.

Недоліком способу є те, що штучно викликані раптові викиди ускладнюють проведення виробки, оскільки необхідно ліквідувати наслідки викидів. Крім того, інколи здійснюються запізнілі викиди, які можуть виникати через деякий час з моменту вибуху.

Очисні і підготовчі вибої , в яких застосовують струсне вибухання повинні бути оснащені апаратурою АКМ з передачею телевимірів на самопишучий прилад.

Майстер вибухівець, особа надзору і робочі, направлені для виробництва струсного вибуху повинні мати метан-сигналізатори, сумісні з головними світильниками.

Проведення висхідних виробок на крутих пластах повинно здійснюватись з передуючим бурінням свердловин діаметром не менше 250 мм на всю висоту поверху.

При веденні очисних робіт необхідно не допускати концентрації гірничого тиску в окремих місцях вугільного вибою, для чого очисний вибій повинен бути прямолінійним, управління покрівлею слід здійснювати на пологих і похилих пластах повним обрушенням, на крутих - повним закладаанням, застосовувати вузькозахватну виємку, як правило, стругову.

Питання для самоконтролю:

1 Сутність раптового викиду вугілля і газу.

2 Які заходи боротьби з раптовими викидами Вам відомі?

- випереджаюча розробка захисних пластів;

- попередня дегазація вугільного масиву;

- профілактичне зволоження або розрихлення пласта;

- гідравлічне рихлення вугільного масиву;

- низьконапірне зволоження вугілля;

- гідравлічний віджим;

3 Заходи по забезпеченню безпеки для працюючих.

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Види загазувань виробок. Заходи щодо запобігання та ліквідації загазувань виробок.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 18 -21

План № 7

1 Визначення загазувань виробок.

2 Види загазувань виробок за місцем утворення:

- місцеві;

- шарові;

- загальні.

за причинами виникнення:

- аварійні;

- технологічні.

3 Заходи щодо запобігання загазувань в гірничих виробках.

 

1 Визначення загазувань виробок.

До загазувань відносяться усі випадки перевищення норм концентрації метану у виробках.

При відсутності даних про фактичну концентрацію метану загазованими також треба рахувати:

в шахтах І і ІІ категорії по метану – тупикові виробки, в яких є виділення метану, за відсутності за відсутності їх провітрювання 30 хв і більше;

в шахтах ІІІ категорії, надкатегорних і небезпечних за раптовими викидами - тупикові виробки, в яких виділяється метан, за відсутності їх провітрювання 5 хв і більше.

2 Види загазувань виробок за місцем утворення:

Загазування виробок поділяють на місцеві, шарові і загальні

Місцеві загазування – скупчення СН4 в окремих місцях виробок, у тому числі біля бурових станків, комбайнів і врубових машин, у відкритих не закладених породою куполах, з концентрацією 2 % і більше.

Шарове загазування – скупчення СН4 у вигляді шару в виробках, на ділянках довжиною понад 2 м з концентрацією 2 % і більше.

Загальне загазування – перевищення норми, середньої по перерізу виробки, концентрації СН4.

За причинами виникнення загазування можуть бути аварійні і технологічні.

 

Аварійні загазування – це загазування спричинені порушенням нормального провітрювання, (відказ ВМП; роз’єднані, відстають від вибою або пошкоджені вентиляційні труби; пошкоджені вентиляційні споруди; завал виробок; аварійне відключення джерел енергопостачання, тощо).

Технологічні загазування – це загазування обумовлені виконанням гірничих робіт згідно з технологією (викиди вугілля і газу при струсному вибуханні; роботи по розрихленню і зволоженню вугільного масиву викидонебезпечних пластів; відбивання вугілля вибуховим способом, виємка вугілля комбайном, планова зупинка ВМП або ВГП, тощо)

3 Заходи щодо запобігання загазувань в гірничих виробках.

Основними заходами попередження загазувань гірничих виробок є:

- загальне або місцеве (біля джерел газовиділення) збільшення швидкості повітря;

- зменшення і перерозподіл газовиділення у гірничі виробки шляхом зміни схем, способів провітрювання і дегазації вугільних пластів і бокових порід.

Якщо не вдається забезпечити необхідної для розбавлення шарових і місцевих скупчень метану середньої швидкості повітря на небезпечних ділянках виробок, повинні застосовуватись способи місцевого збільшення швидкості ( встановлення додаткових ВМП, ежекторів, перемичок (вітрил), похилих щитів, завихруючих трубопроводів, тощо).

Для запобігання місцевих загазувань при комбайновому способі проведення виробки треба застосовувати е ж е к т о р и (повітряні або водо-повітряні) або допоміжні малогабаритні вентилятори з пневматичним або гідравлічним приводом. Ежектор (вентилятор) встановлюється на корпусі комбайна, і повітря подається до виконавчого органу у привибійну частину виробки.

Попередження і ліквідацію скупчень СН4 в очисних виробках біля комбайнів необхідно здійснювати за рахунок загального збільшення швидкості повітря в виробці, або місцевого (біля комбайна) перерозподілу повітряного потоку у робочому просторі лави за допомогою додаткових джерел тяги (ежекторів, малогабаритних вентиляторів).

Для попередження і ліквідації місцевих скупчень СН4 на спряженнях очисних виробок з вентиляційними штреками необхідно застосовувати один із слідуючих заходів:

- зміна схеми провітрювання виємочної дільниці (наприклад, при зворотньому порядку відпрацювання виємочного поля, замість зворотньоточної на ціляк схеми, застосовувати прямоточну схему провітрювання з випусканням вихідного струменю на вироблений простір) таким чином, щоб тупик погашуваної вентиляційної виробки провітрювався за рахунок загально шахтної депресії;

- використання для відводу СН4, який виділяється з виробленого простору, дренажних штреків, не підтримуваних виробок і вироблених просторів вище розташованих відпрацьованих виємочних дільниць;

- ізольований відвід метану із виробленого простору жорсткими трубопроводами за допомогою вентиляторів і ежекторів;

- подача повітря в погашуваний тупик за допомогою ВМП, встановленого у виробці зі свіжим струменем;

- відведення СН4 з погашуваного тупика за допомогою ВМП (ежектора) коротким трубопроводом з випусканням суміші, яка відводиться в вентиляційну виробку дільниці;

Для попередження спалаху метану іскрами від розрядження статичної електрики всі трубопроводи, які підводять повітря до скупчень метану, необхідно заземлювати у відповідності з «Інструкцією по устрою, огляду і виміру опору шахтних заземлень»

Питання для самоконтролю:

1 Визначення загазування виробки.

2 Місцеве загазування.

3 Шарове загазування.

4 Загалне загазування

5 Аварійне загазування.

6 Технологічне загазування.

7 Заходи щодо запобігання загазувань:

- при комбайновому способі проведення виробки;

- в очисних виробках біля комбайнів;

- на спряженнях лав з вентиляційними штреками.

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним

Контроль за складом шахтного повітря. Види контролю. Відбір проб повітря.

Література:

Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело.

с. 24 - 36

План № 8

1 Види контролю за складом шахтного повітря.

2 Відбір проб шахтного повітря.

3 Кожнозмінний контроль наглядом дільниці ВТБ і інших дільниць.

4 Контроль за допомогою апаратури автоматичного газового захисту (АГЗ).

1 Види контролю за складом шахтного повітря.

У вугільних шахтах контроль за складом атмосфери гірничих вробок здійснюється слідуючими службами:

- газоаналитичними лабораторіями ДВГРС, які здійснюють періодичний відбір проб шахтного повітря для лабораторного аналізу;

- наглядом дільниці вентиляції і техніки безпеки (ВТБ) шахти, а також наглядом експлуатаційних і прохідницьких дільниць, які проводять кожнозмінні вимірами вмісту метану, вуглекислого газу, оксиду вуглецю і інших шкідливих газів, переносними приладами;

диспетчерською службою, яка здійснює ценралізований телеметричний контроль вмісту СН4 і СО2, який виконується за допомогою апаратури автоматичного газового захисту.

2 Відбір проб шахтного повітря.

Відбір проб шахтного повітря здійснюється за квартальними планами, затвердженими головним інженером шахти і узгодженими з ДВГРС, а також додатково, поза планом, у разі необхідності. В планах вказуються місця і періодичність відбору проб, а також види аналізів (проби аналізують на склад СО2, СН4, О2).

Проби, відібрані у вихідному струмені дільниць які розроблюють пласти схильні до самозаймання, додатково аналізують на СО і Н.

Періодичність відбору проб

Згідно з ПБ в негазових шахтах і в шахтах І і ІІ категорій за метаном проби повітря повинні відбиратися 1 раз на місяць,

в шахтах ІІІ категорії і розроблюючих пласти вугілля, схильного до самозаймання – 2 рази на місяць,

понадкатегорних і небезпечних за раптовими викидами -3 рази на місяць.

Відбором планових проб повітря контролюються також склад водню (Н) в зарядних камерах депо акумуляторних електровозів, а також склад повітря після вибухових робіт (додатково визначається склад оксидів азоту).

Способи відбору проб.

Відбір проб повітря здійснюється, як правило «сухим способом» в газонепроникаючі гумові кулі ручними насосами або аспіраторами.

Для визначення складу газів, які слабо поглинаються водою (О2, N2, СО, СН4, Н2) застосовується «мокрий спосіб» відбору проб шахтного повітря у пляшки із безколірного скла вмістимістю 0,25 або 0,5 л, повністю заповнені некип’яченою питною водою, попередньо не менше 2 годин відстояною у відкритій ємкості. На місці відбору проби повітря воду виливають з пляшки, залишивши таку кількість води яка необхідна для утвореннягідрозатвору висотою 10 – 15 мм над пробкою. Пляшка заповнюється повітрям, яке підлягає хімічному аналізу, потім щільно закривається пробкою, перевертається догори дном і зберігається у такому положенні до здачі в лабораторію.

3 Кожнозмінний контроль наглядом дільниці ВТБ і інших дільниць.

Кожнозмінні виміри переноснии приладами здійснюються особами змінного нагляду дільниць і робітниками дільниці ВТБ в усіх виробках, де може бути виділення, або накопичування СН4 і СО2.

Місця і періодичність контролю встановлює начальник дільниці ВТБ і затверджує головний інженер шахти. Результати вимірів заносяться на спеціальні дошки вимірів концентрації СН4 і СО2, які встановлюються в місцях вимірів і в вентиляційний журнал.

Питання для самоконтролю:

1 Назвіть, які служби на шахті здійснюють контроль за складом атмосфери гірничих виробок?

2 У чому полягає сутність відбору проб шахтного повітря?

3 Періодичність відбору проб згідно з ПБ?

4 Розкажіть про способи відбору проб шахтного повітря?

5 Контроль за складом шахтного повітря робітниками дільниці ВТБ?

Тема 1.2 Метан та боротьба з ним.

Прилади визначення газів.

Література:Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.24 - 36

План № 9

1 Хімічні газовизначники.

2 Термокаталітичні газовизначники.

3 Індивідуальний автоматичний сигналізатор метану СМС.

4 Місця встановлення засобів АГЗ в виробках.

5 Система автоматичного газового контролю.

6 Інтерференційні (оптичні) газовизначники.

1 Хімічні газовизначники.

У вугільній промисловості в якості визначників газів застосовують хімічні, термокаталітичні і інтерференційні (оптичні) прилади.

Дія х і м і ч н и х г а з о в и з н а ч н и к і в заснована на безпосередній хімічній реакції між газом і індикаторною речовиною, яка змінює забарвлення. В якості вимірювального елемента використовуються індикаторні трубки, крізь які прокачують певний обєм повітря. По довжині стовпчика, який змінив забарвлення індикаторної маси, заповнюючої скляну трубку, встановлюють концентрацію вимірюваного газу.

У вугільних шахтах із приладів цього типу найбільше поширення отримали газовизначники типу ГХ -4, ГХ-5, ГХ-М, які складаються з індикаторних трубок для визначення СО, NO+NO2, Н2S, SO2, О2 і аспіратора – приладу для прокачування повітря крізь індикаторні трубки.

2 Термокаталітичні газовизначники.

Принцип дії т е р м о к а т а л і т и ч н и х г а з о в и з н а ч н и к і в заснований на низькотемпературному згорянні пальних складових частин (СН4) повітря, яке подається на підігріту до 350 - 450°С поверхню каталізатора і вимірі утворюваної кількості тепла, яка і є у цьому випадку мірою концентрації пального компоненту. Кількість тепла визначається за допомогою вимірювального мосту, порушення рівноваги якого реєструється приладом, від градуйованим в обємних відсотках вмісту метану.

До приладів цього типу відносяться переносні сигналізатори метану і датчики метану типу ДМТ системи автоматичного газового захисту і централізованого телеметричного контролю.

3 Індивідуальний автоматичний сигналізатор метану СМС.

(В шахтах, небезпечних за раптовими викидами вугілля і газу майстер вибухівець, особа надзору і робочі, направлені для виробництва струсного вибуху, а також усі працівники очисних і тупикових виробок повинні мати метан-сигналізатори, сумісні з головними світильниками, ПБ п. 3.7.4).

Індивідуальний автоматичний сигналізатор метану СМС («Маяк»), суміщено з головним світильником. Термокаталітичний чутливий елемент розміщено в гідро ізольований ковпачок з міцного високопористого матеріалу. Його захищено і закріплено на фарі світильника. За небезпечної концентрації метану мостова схема приладу вмикає сигнальний устрій, який переводить лампу світильника до режиму миготінння.

Поріг зпрацювання сигналізації 1,0; 1,5 і 2,0 %, інертність зпрацювання не більше 15 с, термін безперервної роботи – 9 годин. При швидкому нарощуванні концентрації метану, коли необхідно вмикатися в саморятівник, частота мигань світильника різко збільшується.

На очисних і прохідницьких комбайнах (ш. ІІІ кат, і вище) встановлюється метан-реле, яке при концентрації метану 2 % подає звуковий і світловий сигнали і вимикає електроенергію.

4 Місця встановлення засобів АГЗ в виробках.

Згідно з ПБ в шахтах ІІІ категорії, надкатегорних і небезпечних за раптовими викидами вугілля і газу повинні застосовуватися засоби автоматичного газового захисту (АГЗ) в слідуючих місцях гірничих виробок:

  •  у привибійних просторах тупикових виробок довжиною понад 10 м, в яких використовується електроенергія і виділяється метан і на вихідних струменях при довжині виробки більше 50 м;
  •  біля ВМП з електричними двигунами при розробці пластів, небезпечних за раптовими викидами, а також при встановленні вентиляторів в виробках з вихідним струменем з очисних або тупикових виробок;
  •  у вихідних струменях очисних виробок виємочних дільниць, на яких застосовується електроенергія.

Для цього на вугільних шахтах застосовують апаратуру АГЗ «Метан»

5 Система автоматичного газового контролю.

На рисунку 9.1 показана типова схема розміщення апаратури АГЗ. Датчики Д1И і Д2 контролюють вміст метану у вихідних струменях дільниці і лави і при досягненні гранично допустимої концентрації газу надають команду (АС - 6) на вимкнення електроенергії в лаві. На відстані не ближче 50 м від лави в нижньому штреку встановлюється датчик Д3, вимикаючий електроенергію при раптовому викиді. Апарат сигналізації АС – 5 цього комплекту встановлюється на дільничній підстанції і при спрацюванні датчика Д3, вимикає низьковольтний розподільчий пункт, залишаючи ввімкненим датчик Д3. Телевиміри диспетчеру надходять тільки від датчика Д1И.

6 Інтерференційні (оптичні) газовизначники.

Інтерференційні (оптичні) газовизначники служать для виміру вмісту СН4 і СО2 в шахтному повітрі. Дія цих приладів заснована на визначенні зміщення інтерференційної картини, яке здійснюється через зміну складу досліджуваної проби шахтного повітря, яке знаходиться на шляху одного з двох променів.

Зміщення інтерференційної картини відносно її нульового положення пропорційне різниці між показниками переломлення світла досліджуваної газової суміші і чистого атмосферного повітря. Це переломлення, в свою чергу, пропорційне відсотковому вмісту метану (вуглекислого газу) у суміші.

На сьогоднішній день на шахтах застосовують інтерферометри ШІ – 3 і ШІ – 11 для визначення СН4 і СО2 від 0 до 6 %, а також інтерферометр ШІ – 6 (ІГА), пристосований для виміру вмісту в повітрі СН4, СО2 і О2.

В газоаналітичних лабораторіях ДВГРС основним газовизначником є прилад ООГ-2 (обємно-оптичний газовизнвчник). Цей прилад призначається для визначення концентрації СН4, СО2, О2 і Н2 в пробах шахтного повітря.

Питання для самоконтролю:

1 Назвіть принцип дії хімічних газовизначників?

2 Назвіть принцип дії термокаталітичних газовизначників?

3 Призначення і робота індивідуального сигналізатора метану СМС?

4 Що таке система АГЗ і як вона працює?

5 Назвіть принцип дії інтерференційних газовизначників?

Тема 1.3 Шахтний пил та боротьба з ним.

Поняття про шахтний пил. Професійна шкідливість. Допустимі санітарні норми пилу. Заходи з комплексного знепилення повітря.

Література:Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.36 - 46

План № 12

1 Поняття про шахтний пил.

2 Професійна шкідливість.

3 Допустимі санітарні норми пилу.

4 Заходи з комплексного знепилення повітря.

- попереднє зволоження вугільного масиву;

- провітрювання з оптимальною швидкістю;

- зрошення водою;

- очищення повітря водяними завісами;

 

1 Поняття про шахтний пил.

Шахтним пилом називаються найдрібніші часточки вугілля і породи, вивішені в атмосфері гірничих виробок або осідлі на їх підошві, покрівлі і стінах.

 Шахтний пил небезпечний у двох відношеннях:

  •  він може стати причиною захворювань шахтарів пневмоконіозами;
  •  він може утворювати з повітрям вибухову суміш.

Шахтний пил утворюється під час виробничих процесів, повязаних з руйнуванням вугілля, породи і їх транспортуванням обота комбайна,навантажувальної машини, буріння, вибухання, транспортування гірничої маси).

Вміст пилу в повітрі, або запиленість повітря, характеризується масою пилу, вивішеною в одиниці обєму повітря (мг\м3).

2 Професійна шкідливість.

Породний і вугільний пил, забруднюючи атмосферу, може викликати легеневі захворювання, - пневмоконіоизи.

Пневмоконіоз, викликаний пилом, у складі якого міститься вільний діоксин кремнію SiO2 називають сілікозом.

Пневмоконіоз, викликаний вугільним пилом, називають антракозом.

Антракосілікоз – займає проміжне місце.

Профілактика пневмоконіозів ведеться у напрямку раннього їх виявлення і переведення людей з виявленими початковими прикметами захворювання на роботу, не повязану з пилом.

Небезпечність захворювання пневмоконіозами знаходиться у прямій залежності від кількості пилу, який вдихається.

3 Допустимі санітарні норми пилу.

Санітарними Правилами встановлені слідуючі гранично допустимі концентрації (ГДК) пилу, вивішеного в атмосфері підземних виробок, в залежності від вмісту SiO2.

При 70% і більше вільного діоксиду кремнію - 1 мг/м3

При 10 – 70% вільного діоксиду кремнію - 2 мг/м3

До 10% вільного діоксиду кремнію - 4 мг/м3

При відсутності вільного діоксиду кремнію у вугільному пилу - 10 мг/м3

4 Заходи з комплексного знепилення повітря.

Ефективна боротьба з пилом ймовірна тільки при комплексному застосуванні різних заходів і способів знесилення.

Згідно з ПБ на кожній шахті повинні здійснюватися заходи по знесиленню повітря у відповідності до «Інструкції по комплексному знесиленню повітря…» затвердженої наказом ДНОП від 18.01.1996 р. № 7.

До комплексу протипилових заходів, які здійснюються в очисному вибої входять:

- попереднє зволоження вугільного масиву;

  •  провітрювання з оптимальною швидкістю повітря в очисному вибої;
  •  зрошення;
  •  пилоуловлювання;
  •  очищення від пилу повітря водяними завісами.

Попереднє зволоження вугільного масиву – один з найбільш ефективних заходів боротьби з пилом. Дозволяє зменшити пилоутворення на 50 – 90 %.

Сутність заходу заклечається в тому, що у вугільний масив нагнітається по свердловинах вода, яка проникаючи тріщинами і порами, зволожує вугілля.

Свердловини свердлять з підготовчих виробок, або з очисного вибою.

Тиск нагнітання рідини складає 15 – 200 кгс/см2 при темпі нагнітання 5-30 л/хв..

Провітрювання вибоїв очисних і підготовчих виробок сумісно з іншими заходами забезпечує зниження запиленості до значень, наближених до ГДК. При цьому повинні дотримуватися оптимальні по пиловому фактору швидкості руху повітря:

- у підготовчих вибоях – 0,4 – 0,6 м/с;

- в очисних вибоях - 1,6 м/с.

Провітрювання виробок зі швидкостями, не досягаючими оптимальних значень або перевищуючими їх, призводить до значного збільшення запиленості:

  •  при недостатній швидкості – не забезпечується ефективне винесення і видалення пилу з місць пилоутворення;
  •  при перебільшенні швидкості – відбувається здування пилу, який раніше осів на стінки і підошву виробки.

Зрошення водою – є одним з основних засобів пилоподавлення при роботі комбайна, навантаженні і транспортуванні відбитої гірничої маси, при вибухових роботах і т. п.

На сьогодні усі виймальні і прохідницькі машини комплектуються зрошувальними пристроями на заводі.

ПБ забороняється робота обладнання без діючих засобів пилоподавлення і при відсутності блокування, перешкоджаючого пуску цього обладнання при непрацюючих засобах пилоподавлення.

Для ефективного подавлення пилу, знижуючого запиленість на 80 – 90 % при роботі виємочних машин необхідно витрачати не менше 30 – 40 л води на 1 т вугілля.

Тиск води повинен бути не менше 4 кгс/см2. Для зрошення місць навантаження і транспортування зазвичай застосовують парасоликові форсунки. Витрати води залежать від вологості вугілля і для сухого вугілля складають до 25 л на 1 т.

Пил деяких марок вугілля гідрофобний (погано змочується водою). Щоб покращити змочуваність пилу застосовують змочувач ДБ (дибутил). Його добавляють до води в концентрації 0,1 – 0,2 %. Застосування ДБ на 30 – 50 % підвищує ефективність подавлення пилу.

Очищення від пилу повітря водяними завісами.

 Для осідання з повітря вивішеного в ньому пилу застосовують водяні з а в і с и, утворювані групою форсунок, які розміщуються по периметру виробки так, що бризки води покривають весь переріз виробки і осаджують пил з повітря.

Витрати води складають 0,6 л на 1 м3 очищеного повітря.

Боротьба з пилом при вибухових роботах 

Для боротьби з пилом при вибухових роботах застосовують поліетиленові посудини з водою, гідрозабійку шпурів, водяні завіси, утворювані за допомогою форсунок і туманоутворювачів (Рисунок 12.1)

Засоби індивідуального захисту від пилу.

Згідно з ПБ, в тих випадках, коли технічними заходами не вдається зменшити запиленість повітря на робочих місцях до ГДК, роботи повинні виконуватися в протипилових респіраторах.

«Астра – 2» - застосовується при запиленні до 300 мг/м3;

Ф – 62 Ш - застосовується при запиленні до 100 мг/м3 – мають змінні фільтри, клапани вдихання і видихання.

У -2К - застосовується при запиленні до 25 мг/м3.

ШБ -1 «Лепесток» - для захисту органів дихання від радіоактивного і токсичного пилу, мікроорганізмів і вірусів.

Питання для самоконтролю:

1 Поняття про шахтний пил.

2 Професійна шкідливість.

3 Допустимі санітарні норми пилу.

4 Заходи з комплексного знепилення повітря.

- попереднє зволоження вугільного масиву;

- провітрювання з оптимальною швидкістю;

- зрошення водою;

- очищення повітря водяними завісами;

- боротьба з пилом при вибухових роботах.

Тема 1.3 Шахтний пил та боротьба з ним.

Вибухові властивості пилу. Заходи по локалізації та попередженню вибуху пилу. Сланцьові і водяні заслони. Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

Література: Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.51 – 58

План № 13

1 Вибухові властивості вугільного пилу

2 Заходи по локалізації та попередженню вибуху пилу.

3 Водяні і сланцьові заслони.

4 Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

1 Вибухові властивості вугільного пилу.

Вугільний пил має вибухові властивості. При наявності відкритого полумя

(t =700 – 800 °C) і концентрації 11 – 400 г/м3 він вибухає. При цьому, спочатку спалахують летючі горючі речовини, які виділяються при нагріванні пилинок, а потім тверді рештки пилу.

Головними факторами, впливаючими на вибуховість вугільного пилу є:

  •  вихід летючих речовин;
  •  зольність вугілля;
  •  склад шахтної атмосфери;
  •  концентрація вугільного пилу;
  •  вологість вугільного пилу.

До небезпечних по вибуху пилу відносяться пласти вугілля з виходом летючих речовин 15 % і більше.

Підвищення зольності вугільного пилу сприяє зниженню його вибуховості. Вугільний пил не вибухає при вмісту в ньому 60 – 70 % золи. Ця обставина служить підставою для використання сланцьового пилу у якості засобу боротьби з вибухами вугільного пилу.

При наявності в шахтній атмосфері метану, ступінь вибуховості пилу підвищується, (табл..13.1).

Таблиця 13.1 – Вплив вмісту метану на вибуховість пилу.

ВМІСТ СН4 В ШАХТНІЙ АТМОСФЕРІ, %

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

НИЖНЯ МЕЖА ВИБУХОНЕБЕЗ-

ПЕЧНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ ПИЛУ, г/м3

30

25

15

10

8

5

У вибухі приймає участь пил з розміром часток менше 100 мкм. Осідлий на стіни виробки пил небезпечний тим, що при вибухі він здіймається в повітря і утворює концентрацію, яка може вибухнути повторно.

Підвищення вологості також знижує вибуховість вугільного пилу. Пил рахується не вибуховим при вологості 100 %.

Під час вибуху вугільного пилу утворюється багато оксиду вуглецю (СО), тоді як під час вибуху метану (СН4) – багато вуглекислого газу (СО2).

Причинами вибуху вугільного пилу можуть явитися відкрите полум’я, вибух метану, вибухові роботи,електричні іскри і дуги.

Вибуховість пилу встановлюють лабораторним аналізом. Якщо пил вибуховий, то такий пласт відносять до небезпечних по пилу і шахту переводять на пиловий режим.

2 Заходи по локалізації та попередженню вибуху пилу.

Заходи по попередженню і локалізації вибуху вугільного пилу діляться на заходи, основані на використанні в о д и і заходи, основані на використанні

і н е р т н о г о п и л у.

До заходів, основаних на використанні води відносяться: п о б і л к а виробок вапняно – цементним розчином, о б м и в к а виробок водою або розчинами змочувачів, з в’ я з у в а н н я осідлого вугільного пилу змочувально – зв’язуючим розчином або пастою, зв’язування звішеного і осідлого пилу туманоутворюючими і водяними завісами, а також встановлення водяних заслонів.

До заходів, основаних на використанні інертного пилу, відносяться осланцювання гірничих виробок і встановлення сланцьових заслонів.

Побілку виробок здійснюють вапняно – цементним розчином, який складається із однієї частини цементу, двох частин вапна і тридцяти частин води (Ц:В:В = 1:2:30). Витрати розчину складають 0,7 – 0,8 л на 1 м2 поверхні виробки. Побіленню підлягають боки і покрівля виробки біля стовбурових дворів і інші капітальні виробки, в яких інтенсивність пиловідкладення не перевищує 0,4 г/м3 за добу.

Обмивання виробок здійснюється водою, а в місцях інтенсивного пиловідкладення – 0,1 % розчином змочувача, Витрати рідини на обмивання складають 1,5 – 1,8 л на 1 м2 поверхні виробки. Обмиванню водою підлягають виробки зі свіжим і відпрацьованим струменями повітря при пиловідкладенні до 1,2 г/м3 за добу. Ділянки вентиляційних штреків, примикаючи до лав, довжиною 200м при пиловідкладенні до 50 г/м3 за добу обмивають розчином змочувача, а при більш інтенсивному пиловідкладенні повинні встановлюватися безперервно діючі туманоутворюючі завіси. Періодичність обмивання – один раз за зміну або добу.

Для зв’язування відкладеного вугільного пилу застосовують змочувально – зв’язувальні склади у вигляді рідких розчинів або паст. Їх доцільно використовувати при відносній вологості повітря в гірничих виробках 85 % і більше.

Рідкі розчини складаються із змочувача ДБ і гігроскопічної солі – хлористого кальцію. Концентрація змочувача ДБ застосовується рівною 1 %, хлористого кальцію – повинна складати 25 % при відносній вологості повітря 85 – 95 % і 20 %, якщо відносна вологість повітря вище 95 %. При концентрації 20 % середня щільність водного розчину хлористого кальція (t=20°С) складає 1180 кг/м3, при концентрації 25 % - 1230 кг/м3. Вміст хлористого кальцію контролюється ареометром.

Пасту виготовляють шляхом добавлення до рідкого змочувально –зв’язуючого розчину гідрата оксида магнія (згущувач) у кількості 5 – 6 %. Підвищена в’язкість пасти дозволяє наносити її на поверхню виробки шаром до 3 мм, що дозволяє збільшенню терміну її захисної дії.

Сутність осланцювання полягає в збільшенні вмісту негорючих речовин у вугільному пилу шляхом добавки інертного пилу, отриманого від розмелення негорючих порід. Матеріалами для виготовлення його служать глинисті сланці, вапняки і доломіти.

Осланцюванню підлягають всі поверхні гірничих виробок: боки, покрівля, підошва. Осланцювання здійснюють так, щоб вугільний пил був повністю покритий шаром інертного.

Витрати інертного пилу на осланцювання, кг/м, розраховуються за нижньою межею вибуховості пилу і нормі осланцювання, встановленими для кожного шахто пласта у каталозі шахтопластів за вибуховими властивостями вугільного пилу.

 ,

де  нижня межа вибуховості відклавшогося вугільного пилу, г/м3;

 S - площа поперечного перерізу виробки у світлі, м2;

 Nс - норма осланцювання, %.

3 Водяні і сланцьові заслони.

Водяні заслони представляють собою ряд перевертаємих металевих, дерев’яних або пластмасових посудин вмістимістю не більше 80 л кожний, які встановлюються під покрівлею поперек виробки. Поперечний переріз посудин повинен мати форму трапеції з шириною нижньої основи 150 мм, верхньої 300 мм. Посудини встановлюються на рівній відстані, але не менше чим через 0.5 м. Кількість води і кількість посудин в заслоні визначають із розрахунку 400 л на 1 м2 перерізу виробки, причому, з урахуванням випарювання води, а також перекіс посудин, кількість води приймається на 10 % більше. Посудини розміщують на продольних рейках, які вкладають на кронштейни або навішують на гачки. Загальна довжина водяного заслону повинна бути не менше 30 м.

Сланцьові заслони представляють собою ряд дерев’яних полиць, встановлених під покрівлею виробки, на які насипають інертний пил. Конструкція полиць така, що вони можуть легко перекидатися під дією повітряної хвилі.

Дія водяного або сланцьового заслону основана на тому, що випереджаюча повітряна ударна хвиля, яка виникає при вибухові метану або пилу, скидає, перевертає або руйнує посудини з водою або полиці з інертним пилом, і утворена хмара розпиленої води або інертного пилу охолоджує і гасить полум’я. В той же час через маси води або інертного пилу значно зменшується швидкість розповсюдження повітряної хвилі (від 80 – 100 до 20 – 30 м/с), що ускладнює здіймання і перехід у вивішений стан осідлого вугільного пилу за межами заслону.

4 Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

Кількість інертного пилу для заслону

Qз = 400 ∙ Sсв ∙ k = 400 ∙ 8 ∙1,1 = 3520кг,

де 400 – норма інертного пилу на 1м2 виробки, кг;

 Sсв - переріз виробки у світлі, м2

Кількість інертного пилу для однієї полиці

 Qп =

де bширина полиці, дм (250-500 мм жорстка конструкція, 600-800 мм – вільний настил);

 lдовжина полиці, дм (≥ 0,5 ширини виробки на рівні висоти рухомого складу потягу);

 d щільність інертного пилу, кг/дм3; (d = 0,9 кг/дм3);

 φ кут природного відкосу інертного пилу, градус, φ = 34°, tg φ = 0,67.

Висота пилу на полиці

Кількість полиць в заслоні

Довжина сланцьового заслону

де а - відстань між полицями, м

Повинна виконуватися вимога ПБ:

Якщо умова не виконується, необхідно збільшити відстань між полицями.

Питання для самоконтролю:

1 Назвіть вибухові властивості вугільного пилу

2 Які Ви знаєте заходи по локалізації та попередженню вибуху вугільного пилу?

3 Призначення і устрій водяних і сланцьових заслонів?

4 Розрахунок сланцьових і водяних заслонів.

Тема 1.3 Шахтний пил та боротьба з ним.

Пиловий контроль на шахті. Прилади пилового контролю. Контроль пиловибухобезпечності гірничих виробок.

Література: Игнатенко К.П. и др. Вентиляция, подземные пожары и горноспасательное дело. с.47 - 51

План № 14

1 Пиловий контроль на шахті.

2 Прилади пилового контролю (ДПВ-1, ФЕЦП, ПКО-1М)

3 Контроль пиловибухонебезпечності гірничих виробок.

4 Лабораторний контроль проб вугільного пилу.

1 Пиловий контроль на шахті.

Пиловий контроль у вугільних шахтах включає:

  •  систематичне визначення запиленості повітря в гірничих виробках при виконанні різноманітних виробничих процесів (здійснюється робітниками газоаналітичних лабораторій ДВГРС і дільниць ВТБ шахт);
  •  вимір вмісту вільного діоксиду кремнію SіО2 у складі пилу (виконується у спеціальних лабораторіях).

Контроль пиловибухонебезпечності повинен здійснюватись візуально, лабораторним аналізом проб і за допомогою приладів.

Поточна перевірка запиленості повітря повинна здійснюватися робітниками дільниці ВТБ шахти не менше одного разу за 10 днів експрес-методом за допомогою приладу ДПВ-1.

2 Прилади пилового контролю.

Дія приладу ДПВ-1 (денсіометричний пиломір Вост.НИИ) заснована на визначенні ступеню зміни оптичної щільності фільтрувальної тканини після просмоктування крізь неї звісного об’єму запиленого повітря. Оцінка ступеню затемнення фільтра здійснюється ф о т о е л е к т р и ч н и м с п о с о б о м і реєструється стрічковим приладом – мікроамперметром, відградуйованим в одиницях масової запиленості. Для просмоктування повітря використовують міховий аспіратор АМ-3. Стрічка фільтрувальної тканини протягується після кожного виміру і перемотується з котушки на котушку храповим механізмом. Одного заряду стрічки достатньо на 30 вимірів. Прилад ДПВ-1 дозволяє визначати загальне запилення повітря і вміст дрібнодисперсних фракцій (з розмірами часток менше 7 мкм).

На вугільних шахтах застосовуються оптичні пиломіри з цифровою індикацією типу ФЄЦП (фотоелектричний цифровий пиломір). Пил не просмоктується крізь прилад, і проби запиленого повітря не відбираються. Межі виміру 1,0 – 1000 мг/м3, маса прилада 0,6 кг.

Не менше одного разу в квартал здійснюється відбір проб осланцьованого пилу для перевірки в лабораторії ДВГРС відповідності вмісту в них негорючих речовин встановленій нормі. Дослідження здійснюється на приладі ПКО -1м, у якому навіска пилу (6,6 г), просіяна крізь сито № 6, подається у розпиленому стані на розкалену до 1150°С спіраль. Пил признається не вибуховим, якщо при п’яти дослідженнях він ніразу не спалахне.

3 Контроль пиловибухобнеезпечності гірничих виробок.

Контроль виконання заходів по попередженню і локалізації вибухів вугільного пилу здійснюється:

- щозміни – наглядом експлуатаційної дільниці;

- щодоби – ІТР дільниці ВТБ;

- щоквартально – підрозділами ДВГРС.

Виробка, в якій попередження вибухів вугільного пилу здійснюється способами, заснованими на застосуванні води, рахується пиловибухонебезпечною якщо:

- на бокових поверхнях виробки мають місце відкладення сухого пилу;

- під дією повітряного струменю від насосу чи груши буде здійматися помітна для ока пилова хмара.

На дільницях виробки з інтенсивним пило відкладенням вологість вугільного пилу повинна бути не менше 12 %. При цьому дрібна вугільна маса, стиснута в руці, повинна комкуватися.

При застосуванні осланцювання виробка рахується вибухонебезпечною якщо в ній:

  •  відсутні поверхні не покриті інертним пилом;
  •  зверху інертного пилу немає вибухонебезпечного накопичення вугільного пилу.

Якщо на всій поверхні виробки, або окремих її площинах утворились темні налети, крізь які інертний пил ледь проглядається або зовсім не проглядається, то така виробка являється пиловибухонебезпечною і підлягає негайному осланцюванню.

4 Лабораторний контроль проб вугільного пилу.

Лабораторний контроль проб вугільного пилу проводиться з метою визначення в них зовнішньої в о л о г и або н е г о р ю ч и х р е ч о в и н не менше 1 разу в квартал. При цьому відбір проб пилу здійснюється перед черговим заходом, але не більше як за 1 – 2 дні за спеціальним графіком.

Для контролю вмісту вологи проби відбираються на початку, в середині і в кінці дільниці інтенсивного пиловідкладення, а у виробках з конвеєрним транспортуванням вугілля – біля навантажувальних пунктів і через кожні 100 м довжини виробки.

Проби осланцьованого пилу відбираються по всій мережі осланцьованих виробок через кожні 300 м, але не менше однієї проби в кожній виробці.

Вміст негорючих речовин в суміші вугільного і інертного пилу в пробах, відібраних в осланцьованих виробках, повинен бути не нижче встановленої норми Nс, яка приймається по «Каталогу шахтопластів по вибуховим властивостям вугільного пилу»

Питання для самоконтролю:

1 Ким здійснюється пиловий контроль на шахті?

2 Які існують прилади і для яких видів пилового контролю?

3 Контроль пиловибухонебезпечності гірничих виробок.

4 Лабораторний контроль проб вугільного пилу.

Тема 1.4 Кліматичні умови в гірничих виробках.

Параметри, які визначають шахтний клімат. Вимоги ПБ до кліматичних умов в виробках. Прилади контролю вологості і швидкості повітря. Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

Література: А.П.Килячков, А.В.Брайцев «Горное дело» с.304 - 310

План № 15

1 Параметри, які визначають шахтний клімат.

2 Вимоги ПБ до кліматичних умов в виробках.

3 Контроль вологості і швидкості повітря.

4 Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

1 Параметри, які визначають шахтний клімат.

Кліматичні умови в гірничих виробках визначаються температурою, вологістю і швидкістю руху повітряного струменю. Температура і вологість атмосферного повітря змінюються в результаті проходження його гірничими виробками.

Температура шахтного повітря.

 На добові і річні коливання температури повітря у шахті впливають слідуючі фактори:

- нагрівання повітря в результаті стиснення при його рухові донизу стовбуром; при цьому на кожні 100 м здійснюється підвищення температури на 1°С. При рухові повітря стовбуром догори здійснюється його розширення, яке супроводжується поглинанням тепла, причому на 100 м температура повітря знижується на 0,8 – 0,9°С;

- температура гірничих порід і теплообмін між породами і повітрям. На відстані до 25 – 30 м від земної поверхні температура гірничих порід залежить від коливань температури атмосферного повітря. На глибині 25 – 30 м температура порід залишається на протязі року постійною, на 1,5 - 2°С перевищуючою середньорічну температуру даної місцевості. При подальшому заглибленні під впливом внутрішнього тепла Землі температура гірничих порід підвищується;

Показником інтенсивності збільшення температури з заглибленням є геотермічна ступінь, т. є. відстань у метрах, при заглибленні на яку температура порід підвищується на 1°С. Величину геотермічної ступені для вугленосних відкладень приймають рівною 35 – 45 м.

Для орієнтовних розрахунків температуру tп, °С, в умовах Донбасу можна визначити за формулою

 

де tср.год - середньорічна температура повітря для Донбасу (+8°С); °С;

 Н - глибина залягання порід, для яких визначається температура, м;

 hср.год -глибина зони з середньою річною температурою (для Донбасу 25–30 м);

  1.  - геотермічна ступінь, м.

Кількість тепла, яке віддається гірничими породами рухаючомуся повітрю, залежить від різниці температур порід і повітря, від коефіцієнта тепловіддачі порід, швидкості повітря і інших факторів.

Внаслідок того, що повітря, проходячи виробками, змінює температуру гірничих порід, навколо виробки черз деякий час утворюється зона, в межах якої температура відрізняється від температури порід в глибині масиву. Ця зона називається «тепловирівнюючою сорочкою». Товщина цієї зони залежить від терміну експлуатації виробки і різниці температур повітря і порід, швидкості і кількості про ходячого повітря і теплопровідності порід.

- екзотермічні (тепловиділяючі) і ендотермічні (теплопоглинаючі) процеси в гірничих виробках.

До екзотермічних процесів, в результаті яких температура повітря може значно підвищитись, відносяться окислення вугілля і гниття деревини. Поряд з цим в шахті мають місце і ендотермічні процеси (випарювання води), вони знижують температуру шахтного повітря.

- температура повітря на земній поверхні. Температура повітря взимку на початку лави на 3 - 5°С менше, аніж літом. На глибоких шахтах ця різниця є меншою.

- робота машин і механізмів, вибухові роботи, тепловиділення людей.

Тепловиділення різними джерелами за спостереженням А.Н.Щербаня на шахтах Донбасу при глибині 1000 м слідуюче, %:

 - гірничими породами - 48,5;

- при окисленні вугілля і деревини - 28,8;

- при охолодженні видобутого вугілля – 9;

- в результаті роботи механізмів і електроустаткування – 8,5;

- іншими джерелами – 5,2.

 Вологість шахтного повітря залежить від вологості поступаючого атмосферного повітря, обводненості виробок і від температурних умов.

Відрізняють абсолютну і відносну вологість повітря.

Абсолютна вологість f – кількість водяних парів, г , які містяться в 1 м3 повітря. За даної температури в повітрі може міститися тільки визначена кількість F(t) водяного пару. Таке повітря називається насиченим.

Відносна вологість – відношення кількості водяних парів, які містяться в будь-якому об’ємі, до максимально можливого їх вмісту за даної температури. Відносна вологість hв, %, визначається за формулою

 

Кількість водяних парів в насиченому повітрі залежить від температури: чим вона нижче, тим менше вологість. Наприклад, при t = +5°C кількість пару в повітрі F(t)= 6,8 г/м3, при t = +25°CF(t)=23 г/м3. В зимовий період холодне атмосферне повітря містить незначну абсолютну кількість вологи f, і, коли таке повітря проходить сухими виробками з підвищеною температурою, відносна вологість його знижується, оскільки збільшується F(t).

Найбільша відносна вологість (до 90 – 100%) зазвичай спостерігається у вентиляційних виробках у вихідному струмені.

Швидкість руху повітряного струменя.

Із збільшенням швидкості руху повітря, його температура зменшується. Охолоджуюча дія струменя повітря особливо проявляється при збільшенні швидкості від 0,5 до 4,0 м/с. Однак збільшення швидкості не може бути нескінченним.

2 Вимоги ПБ до кліматичних умов в виробках.

В шахтах Правилами безпеки встановлені обмеження швидкості руху повітря.

 Max допустимі швидкості:

- стовбури для спуску-підйому вантажів  – 12 м/с;

- стовбури для спуску-під’йому людей і вантажів,

квершлаги, головні відкаточні і вентиляційні штреки,

капітальні і панельні бремсберги і похили  – 8 м/с;

- привибійні простори очисних і тупикових виробок – 4 м/с;

- в очисних вибоях, обладнаних механізованими комплексами

на пластах з природною вологістю вугілля більше 8 %, допускається – 6 м/с;

- інші підготовчі виробки   – 6 м/с.

 Min допустимі швидкості:

- привибійні простори очисних виробок всіх шахт і

тупикових виробок газових шахт  - 0,25 м/с;

- на шахтах ІІІ категорії і вище в тупикових виробках – 0,5 м/с;

- в очисних вибоях, обладнаних механізованими комплексами

на пластах з природною вологістю вугілля більше 8 %, допускається

У виробках де постійно знаходяться люди, температура повітря, в залежності від його швидкості і відносної вологості повинна відповідати нормам, наведеним у табл.. 15.1.

Таблиця 15.1 – Допустима ПБ швидкість руху повітря. в залежності від його температури і відносної вологості

ШВИДКІСТЬ РУХУ

ПОВІТРЯ, м/с

ДОПУСТИМА ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ВІДНОСНІЙ

ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ, °С

60-75

76-90

>90

До 0,25

0,26 – 0,50

0,51 – 1,0

1,01 і більше

24

25

26

26

23

24

25

26

22

23

24

25

3 Контроль вологості і швидкості повітря.

Для виміру вологості повітря в шахтних умовах користуються приладами, які називаються психрометрами (рисунок 15.1).

П с и х р о м е т р складається з двох термометрів 1, розміщених у металевих трубах 2. У верхній частині прилада встановлено осьовий вентилятор 3 з електроприводом (велика модель) або з пружиною (мала модель). Повітря засмоктується знизу через трубки, обтікає термометри і викидається вентилятором через прорізи.

Резервуар одного із термометрів (мокрого термометра) покритий марльовим тампоном, який змочують водою перед виміром.

Якщо відносна вологість повітря менше 100 %, то ртуть додатково охолоджується через випарення вологи марльового тампону. Тому температура мокрого термометра tМ буде нижчою, ніж сухого tC. Знаючи температуру по сухому термометру tC і різницю між tМ і tC, по спеціальній психрометричній таблиці знаходять відносну вологість повітря.

4 Регулювання шахтного клімату, кондиціювання повітря.

Для зниження температури повітря, особливо на глибоких горизонтах, широко використовують к о н д и ц і ю в а н н я повітря.

Кондиціювання повітря – це штучне охолодження перегрітого повітря і підігрівання переохолодженого повітря.

Холодильне устаткування (кондиціонери) працюють на принципі безперервного процесу випарення холодоагенту (аміак, фреон і ін.) в системі холодильної машини.

В системі кондиціювання шахтного повітря використовують стаціонарні холодильні машини загальнопромислового значення ХТМФ-248-4000 і інші.

В якості підземних стаціонарних холодильних машин, які встановлюються в камерах, використовують устаткування

ШХТМ -1300 з холодопродуктивністю 1,5 МВт

ХТМФ-235 М-2000 з холодопродуктивністю 2,3 МВт

ХТМФ-248-4000 з холодопродуктивністю 4,6 МВт.

Для місцевого кондиціювання шахтного повітря у вибоях використовують пересувні кондиціонери ВК-230 (0,23 МВт), КПШ-3 (0,1 МВт), КПШ-40П (0,05 МВт), а також повітряохолоджувачі конструкції Мак.НДІ АРВЕ і АЕРП до 0,3 МВт.

Питання для самоконтролю:

1 Назвыть параметри, які визначають шахтний клімат.

2 Які фактори впливають на коливання температури повітря в виробках?

3 Від яких факторів залежить вологість повітря у виробках? Види вологості.