Вентиляція й освітлення підземних гірничих виробок

Загальні відомості. Вентиляція, або провітрювання — це раці­ональне забезпечення підземних. виробок свіжим потоком повітря.

Призначення вентиляції — очищення рудникового повітря від пилу, шкідливих і небезпечних газів; постачання в підземні виробки свіжого повітря для дихання людей; зниження температури в глибоких виробках.

Рудникове повітря. За вимогами техніки безпеки повітря робочих виробок має містити не менше як 20 % кисню й не більше як 0,5 % вуглекислого газу за об'ємом. Повітря в діючих виробках може містити різні, в тому числі й отруйні, гази: оксид азоту, оксид вуглецю, сірководень, сірчистий газ, метан, компресорні гази тощо.

Вуглекислий газ (СО2) — прозорий, без запаху, слабокислий на смак. Концентрується у нижніх шарах виробки (питома вага 1,52). Утворюється за рахунок гниття кріпильного лісу, розкладання органічних речовин, виділення з гірських порід тощо. При вмісті СО2 6 % за об'ємом у людини з'являється задуха та слабкість, а при 10 % — стан паморочення.

Діоксид азоту (NO2) — жовто-бура пара інтенсивного забарвлення має різкий характерний запах; при з'єднанні з вологою утворюється азотна й азотиста кислота. Діоксид азоту дуже отруйний, утворюється при підривних роботах. Руйнує слизову оболонку очей, рота й бронхів.

Сірководень (H2S) — прозорий газ, який має запах тухлих яєць. Дуже отруйний, утворюється при гнитті органічних речовин (дерева тощо), розкладання водою сірчаного колчедану та гіпсу, виділення з мінеральних джерел тощо. Сильно діє на слизову оболонку очей і дихальних шляхів.

Оксид вуглецю (CO) — прозорий газ, без запаху, горить синім полум'ям. Отруйний — утворюється в результаті підривних робіт, підземних пожеж, роботи двигунів внутрішнього згоряння. Спричиняє отруєння людини навіть при незначних концентраціях.

Сірчистий газ (SO2) — без кольору, з різким запахом, сильно дратує слизову оболонку очей і дихальних шляхів. Утворюється в небезпечній кількості при підривних роботах на багатих сіркою родовищах тощо.

Метан (рудниковий газ) (СН4) — прозорий, без запаху. Концентрується у верхніх частинах виробки (питома вага 0,554). Трапляється в чистому вигляді або з домішками СО2 і CO. Метан виділяється в деяких сірчаних, залізних, вугільних, свинцевих, поліметалевих рудниках і золотоносних розсипах. Горить і утворює з повітрям небезпечну вибухову суміш. Вибух досягає максимальної сили за вмісту в повітрі близько 9,5 % метану. Правилами техніки безпеки дозволяється його вміст у загальному струмені, що виходить із шахти, не вище ніж 0,75 %, а в струмені, що виходить із кожної шахтної ділянки, — не більше ніж 1 %. В разі виявлення вмісту метану в окремій виробці близько 2 % і більше необхідно звідти вивести робітників і вимкнути електроенергію. Підривні ж роботи дозволяється проводити лише тоді, коли у вибої та в місці встановлення джерела електроенергії для вибуху вміст метану не перевищує 1 %. Вміст метану визначається спеціальними приладами й за допомогою шахтарської лампи.

Допустима концентрація отруйних газів у рудниковому повітрі не повинна перевищувати 0,008 % за об'ємом у перерахунку на умовний окис вуглецю.

Швидкість руху потоку повітря в підземних виробках має бути при температурі 15°С не нижче ніж 15 м/с, а при вищій температурі вона визначається за проектом. Швидкість руху потоку не повинна перевищувати таких норм: у стовпах, якими здійснюється спуск або підйом людей, — 8 м/с; у вентиляційних свердловинах — не обмежується; в решті виробок — 6 м/с. Температура повітря в підземних виробках має не перевищувати 26°С.

Рудниковий пил у виробці створюється при буропідривних роботах, відбої й транспортуванні породи. Він негативно діє на організм людини. Може бути причиною вибуху. Буває отруйний (свинцевий, ртутний, миш'яковий) і шкідливий (кварцевий, вугільний тощо), який складається з частинок діаметром 10—15 мк, а найбільш шкідливий — 1—2 мк.

Найбільш шкідливий пил (1—2 мк) потрапляє в легені, решта затримується в носовому проході. Шкідливий пил, якщо не вживають заходів до його видалення з повітря, спричиняє різні легеневі захворювання — пневмоконіоз тощо. Коли пневмоконіоз є наслідком вдихання кремнієвого пилу, то захворювання називають силікозом; вугільного — антракозом, азбестового — азбестозом, пилу оксиду заліза — сидерозом. Особливо шкідливий пил кремнієвий, кварцевий, пісковиковий і гранітний; менше — пил із польових шпатів і тальку, а найменш шкідливий — вапняний і вугільний.

Допустима границя кількості пилу в повітрі регламентується санітарними нормами. Залежно від ступеня шкідливості пилу для людини норма коливається від 1 до 10 мг/м3.

Для боротьби з пилом застосовують активне провітрювання, зрошення, білення стінок виробок, очищення виробок від пилу.

Встановлено, що при подаванні повітря у виробки зі швидкістю 0,35 м/с вміст пилу у вибої не перевищує 0,6 мг/м3.

Необхідна кількість повітря для провітрювання тупикових виробок обчислюється як 0,35 S м3/с, де 0,35 — мінімальна допустима швидкість руху повітря, м/с; S — площа перерізу виробки, м.

Для провітрювання тупикових виробок перерізом 2,7—5,8 м2 треба подавати повітря від 1 до 2 м3/с. При цьому людина забезпечується необхідною кількістю повітря (з розрахунку 6 м3/хв на 1 людину), а також протягом не більше як 30 хв видаляються з вибою отруйні гази після вибуху.

Вентилятори й ежектори. Вентилятор є повітродувною машиною, яка створює надлишковий тиск до 9800 Па, переміщуючи на відстань повітря або газ.

Вентилятори застосовуються для провітрювання гірничорозві­дувальних виробок, промислових і житлових споруд, відсмоктування шкідливих газів, диму тощо.

Вентилятори, які застосовуються для провітрювання гірничих виробок, поділяються на вентилятори головної вентиляції, допоміжні (дільничні) й часткової вентиляції. Перші призначені для провіт­рювання шахт; другі використовуються як доповнення до перших на окремих ділянках шахти; треті — для провітрювання глухих вибоїв за допомогою вентиляційних трубопроводів або інших пристосувань.

Гірничорозвідувальні виробки, як правило, є тупиковими й провітрюються за третім способом.

Кожний вентилятор може працювати як усмоктувальний і як нагнітальний. У першому випадку трубопровід приєднується до патрубка, що всмоктує; в іншому навпаки — патрубок, що всмоктує, з'єднується з атмосферою, а патрубок, що нагнітає, — з трубопро­водом. Розрідження повітря в першому випадку дорівнює тискові в другому.

Продуктивність вентилятора вимірюється в м3 /хв, м3 /с, м3 /год (для невеликих вентиляторів). Напір вимірюється в Па.

За величиною напору вентилятори поділяються на три групи: низького тиску (до 980 Па); середнього тиску (від 980 до 2940 Па); високого тиску (від 2940 до 9800 Па).

За принципом дії вентилятори поділяються на дві групи: відцентрові та осьові (рис. 43).

Принцип дії відцентрового вентилятора такий: при обертанні вала повітря, що міститься між лопатками, стискується внаслідок дії відцентрової сили й викидається крізь дифузор. При цьому між лопатками створюється розрідження, тому повітря назовні через усмоктувальний патрубок надходить у вентилятор, внаслідок чого в патрубку, що всмоктує, спостерігається розрідження відносно зовнішньої атмосфери, а в дифузорі підвищується тиск; ця різниця тиску забезпечує подачу у виробки відповідної кількості повітря з допустимою швидкістю, а також із подоланням усіх опорів на шляху його руху.

Робота осьового вентилятора аналогічна роботі пропелера. При виході з робочого колеса повітря утворює вихровий потік, який складається з окремих радіальних вихорів за кількістю лопаток. От­же, для осьового вентилятора повітряний потік можна уявити як систему радіальних вихорів, які скручуються в загальний осьовий центральний вихровий шнур. В осьовому вентиляторі потік повіт­ря, не змінюючи свого напрямку, проходить каналом вентилятора паралельного до осі обертання ро­бочого колеса.

Повітря при вході в робоче колесо та при виході з нього має свій напрям, унаслідок чого такі вентилятори дістали назву осьових. Осьові вентилятори бувають: одноступеневі (одноколісні) та двосту­пеневі (двоколісні).

Осьові вентилятори мають переваги над відцентровими: простіша будова; вищий ККД; більша надійність при паралельній роботі; не перевантажуються в разі дії коротких потоків повітря, наприклад при пошкодженні трубопроводу (короткий потік — рух повітря по найкоротшому шляху).

Як двигуни застосовуються електромотори та пневмодвигуни. Привод від двигунів ремінний або жорсткий (на одному валі).

Для провітрювання виробок великої довжини застосовуються як осьові вентилятори серії ВМ-5, ВМ-6, так і відцентрові вентилятори ВЦО-1.

Виробки невеликої довжини перерізу (менше ніж 5 м2) про­вітрюються вентиляторами з електромоторами й пневмодвигунами. Вентилятори з пневматичними приводами неекономічні, тому для геологорозвідувальних робіт їх застосовувати не рекомендується.

До вентиляторів нового типу відносять портативний вентилятор ОВЦ-4А для провітрювання шурфів.

Вентилятор випускається в трьох взаємозамінних модифікаціях: з електродвигуном, бензодвигуном і ручним приводом (потужністю відповідно 0,3; 0,3 і 0,075 кВт). Продуктивність і напір вентилятора з електро- й бензодвигуном — 1060 м3/г і 372,4 Па, при ручному приводі — 660 м3/год і 147 Па.

Вентилятор портативний, легко розбирається на транспортабельні блоки, придатні до перенесення вручну та перевезення. Максимальна маса блока 16,5 кг. Маса вентилятора з будь-яким приводом становить 25—30 кг.

Вентилятор з ручним приводом продуктивністю 15 м3/хв (50 об/хв рукоятки) при напорі 147 Па застосовується для виробок граничною довжиною (глибиною) до 50 м. Вентиляційні труби тканинні.

Крім вентиляторів для провітрювання використовують енергію стисненого повітря при витіканні зі спеціальних апаратів, які називаються ежекторами (рис. 44).

У цьому разі свіже повітря надхо­дить до вибою шляхом усмоктування його ежектором у вентиляційну трубу з виробки. Ежектор складається з сопла подвійного розтруба. Сопло — це короткий металевий патрубок (140—180 мм) з конічним внутрішнім каналом, який має вихідний отвір діаметром 4—5 мм. Розтруб виготов­ляється з заліза завтовшки 1 мм.

Підключення ежектора у вентиляційний трубопровід виконується або на початку вентиляційної труби, або в середній її частині; в іншому випадку може бути встановлено послідовно кілька ежекторів. Виготовляють ежектори шести номерів. Діаметр повітропроводу становить 27 мм.

Перевага ежекторів — компактність і простота, надійність у роботі; недоліки — низький ККД, невелика продуктивність, пода­вання повітря на короткі відстані. На довгих трубопроводах ежектори встановлюються через кожні 36—50 м.

Вентиляційні пристрої. Рух повітря в підземних виробках здійснюється за рахунок природного або штучного напору. Залежно від цього розрізняють природну й штучну вентиляцію рудника.

При штучній вентиляції рух певної кількості повітря по виробках забезпечується створенням відповідного тиску (напору). При про­вітрюванні рудника повітря надходить по вентиляційній шахті до вентилятора. Як правило, при загальнорудниковому провітрюванні вентилятор усмоктує повітря з шахти.

При природній вентиляції величина тяги залежить від густини повітря, яке входить до рудника й виходить з нього, а густина — від температури.

Провітрювання шурфів на глибинах 4—6 м, інколи й більше, здійснюється за рахунок обміну повітря — дифузії. Зі збільшенням глибини майже завжди застосову­ють відповідні способи провітрю­вання, починаючи з найпростіших і закінчуючи найсклад­нішими — застосуванням вен­тиляторів для місцевого провітрювання.

У деяких випадках провіт­рювання вибою шурфу досягається шляхом опускання в нього вентиляційної труби (рис. 45, а), яка має вгорі поворотний розтруб. Рух повітря в шурфі показано на рисунку стрілками.

На відкритих степових міс­цевостях з допоміжними сильними вітрами інколи для вентиляції глибоких шурфів (10 м і більше) досить встановити над шурфом (рис. 45, б) проти вітру щит; тоді відбите від щита повітря буде спрямоване в шурф.

При нагнітальному способі про­вітрювання свіже повітря, що ви­ходить із кінця трубопроводу з великою швидкістю, інтенсивно провітрює вибій, вилучає шкідливі гази й породний пил. До недоліків цього способу відносять: забруднення атмосфери, малу швидкість руху повітря по провіт­рюваній виробці.

При всмоктувальному способі по вентиляційному трубопроводу з вибою відсмоктується газ і пил, а атмосфера провітрюваної виробки залишається чистою. Але через те, що зона активного всмоктування повітря невелика, у привибійному просторі накопичується газ і пил. При цьому способі повітропровід має бути розташований на відстані не більше як 10 м від вибою. Необхідно передбачити застосування турбулізатора (ежектора, або іншого пристрою, який забезпечує турбулізацію переміщення повітря привибійного простору).

Комбіноване провітрювання здійснюється двома вентиляторами — всмоктувальним і нагнітальним. Нагнітальний вентилятор виконує допоміжну роль. Його призначення — інтенсивне переміщення (турбулізація) вибійного повітря та наближення його до кінця всмоктувального повітропроводу.

Кінець повітропроводу не повинен розміщуватися більше як на 10 м від вибою при комбінованому й на 15 м при нагнітальному способі провітрювання.

У гірничих виробках великої довжини рекомендується бурити вентиляційні свердловини діаметром 300 мм.

Вентиляційні труби можуть бути: дерев'яними (фанерними), металевими (сталевими) та прогумованими типу М (М1, М2, М3 і М4; цифри 3, 4, 5 і 6 відповідають діаметру труб 300, 400, 500 і 600 мм). Фанерні труби стійкі до дії кислої води. Аеродинамічний опір близький за значенням до опору металевих повітропроводі в.

Металеві труби діаметром 300—600 мм і завдовжки від 2 до 7 м виготовляються з листової сталі завтовшки 2—3 мм. Такі труби піддаються корозії, особливо за наявності кислої води.

Труби з прогумованої тканини типу М використовуються для подавання до 2,5 м3/с повітря на відстань до 1500 м.

При провітрюванні шурфів рекомендується застосовувати брезен­тові труби діаметром 200—220 мм. На поверхні в трубопровід встановлюється металевий каркас діаметром 190 мм, який не дає змоги перетискуватися повітропроводу. Такими трубами можна подавати в шурф 0,5—0,7 м /с повітря. Кінець трубопроводу не повинен знаходитись від вибою далі ніж на 1,5 м.

Також є приклади використання паперово-бакелітових труб, діаметром 470 і 600 м. Для з'єднання труб у повітропроводі застосовують гумові муфти завширшки 300 мм, завтовшки 3 мм.

При виборі діаметра металевих вентиляційних труб слід урахо­вувати, що їхній діаметр суттєво впливає на аеродинамічний опір повітропроводу.

При використанні тканинних, прогумованих, пластикатних, тек­стовінітових та інших труб опір змінюється на 8—25 %. Для визначення витрат напору в металевих трубах слід ураховувати коефіцієнт аеродинамічного опору.

Герметизація повітропроводу мас першорядне значення при експлуатації. Найкращим ущільненням стиків трубопроводу с з'єд­нання за допомогою гумової муфти. Спосіб простий і забезпечує добре ущільнення.

Комплекс засобів боротьби Із запиленням повітря у вибої тупикових виробок. Для зниження вмісту рудникового пилу у вибої тупикових виробок, крім активного провітрювання, застосовуються туманоутворювачі, зрошувачі, пиловловлювачі тощо.

Туманоутворювачі ТУН-5, рудниковий та інші зрошувачі забез­печують зрошення вибою та виробки водою. Коли немає води або її використання небажане, в зоні багатолітньо-мерзлих порід застосовують сухі способи боротьби з пилом.

Перфоратор ПРО-24ЛУ в комплекті з пиловловлювачем П0-4М, а також сухі пиловловлювачі ПО-4М, СПАР-4 і ВНІІ-Ш-61 широко застосовуються при проходці гірничорозвідувальних виробок.

Принцип відсосу пилу при бурінні шпурів з відсосом і вловлюванням пилу полягає в тому, що під дією вакууму, що утворюється аспіраційним приладом (вакуум-насосом або ежектором), який встановлено в систему пиловловлювання, пил підхоплюється з-під леза коронки струменем повітря й транспортується крізь її отвір у канал бурової штанги у пиловідвідну трубку. З неї крізь патрубок (ніпель) і пиловідвідний шланг пил транспортується в пиловловлювальний пристрій.

При електрообертальному бурінні застосовується електровакуумна пиловловлювальна установка.

До індивідуальних засобів пилозахисту належать протипилові респіратори ШБ-1 "Пелюстка" (найдосконаліший) та У-2К.

Для видалення пилу, що осів, слід використовувати поливальні машини, які встановлюються на скатах рудних вагонеток.

При розвідці радіоактивних руд виникає радіоактивне забруднення атмосфери підземних виробок радоном і продуктами його короткотри­валого розпаду. Радон трапляється в небезпечних концентраціях у гірничих виробках, які проходять при розвідці не тільки радіоактивних руд, а й руд кольорових металів, золота, флюориту, вугілля тощо. З інженерних засобів охорони найефективнішим є вентиляція з достатньою для певних умов кратністю повітрообміну. За інтенсивної вентиляції зниження концентрації радону і продуктів його розпаду відбувається внаслідок винесення матеріальної речовини, що запобігає осіданню її по стінах, на грунті й стелі виробок, тобто за рахунок так званого «стінового ефекту».

Розробляються методи вловлювання радону хімічними способами, досліджується спосіб його вловлювання за допомогою спеціальних газових центрифуг тощо. З метою зменшення виділення радону й продуктів його розпаду зі стінок гірничих виробок їх покривають епоксидними смолами, латексом, поліестером тощо. Покриття стінок виробок латексом, а потім — технічною сумішшю двох видів епоксидних смол на водяній основі знижує виділення більше ніж на 60 %.

Для захисту органів дихання людини від радіоактивного пилу та інших продуктів розпаду (ДПР) радону в окремих випадках можуть бути застосовані індивідуальні засоби захисту. Це респіратори ШБ «Пелюстка», які залежно від призначення та експлуатаційних характеристик поділяються на три типи: ШБ-1 «Пелюстка-200», ШБ-1 «Пелюстка-40», ШБ-1 «Пелюстка-5». Числа 200, 40, 5 відповідають максимальній можливості перевищення допустимих концентрацій високодисперсних аерозолів, при яких рекомендується застосовувати респіратори.

Освітлення підземних виробок. Добре освітлення робочого місця підвищує безпеку робіт, покращує умови росту продуктивності праці.

Ступінь освітленості залежить від потужності світлового потоку. Одиницею світлового потоку є люмен (лм), точне значення якого визначається за еталонними електричними лампами. За одиницю освітленості приймається люкс (лк). 1 лк відповідає густині світлового потоку, який утворюється розподіленням 1 лм на площі 1 м2:

де І — сила світла; R — відстань, що освітлюється від джерела світла. За правилами техніки безпеки освітленість у виробках повинна становити: у вибоях — 30 лк, на складах ВМ — 50, у розминках — 10, у насосних камерах — 10 лк. Гірничі виробки освітлюються стаціонарними та переносними джерелами світла (світильниками). При електричному стаціонарному освітленні правилами техніки безпеки допускається напруга 127 В. Відстань між стаціонарними світильниками 6—15 м.

Для стаціонарного освітлення застосовують електричні світильники: рудникові в нормальному виконанні РН — для виробок, безпечних щодо газу та пилу; рудникові підвищеної надійності РП — для виробок, небезпечних щодо газу та пилу; у вибухобезпечному виконанні ВЗ — для шахт, особливо небезпечних щодо газу, нафтовиділення та пилу.

Широко застосовуються також люмінесцентні світильники: нормальні РНЛ, вибухобезпечні РВЛА. Люмінесцентні лампи мають добру світловіддачу, тривалий строк служби (до 2500 %), помірну яскравість, потребують менше електроенергії порівняно з лампами розжарювання.

Недоліками люмінесцентних ламп є складність і чутливість до коливання напруги в мережі. Люмінесцентні лампи випускаються потужністю від 15 до 40 Вт для напруги від 58 до 108 В.

Для освітлення прохідницьких вибоїв застосовуються також лам­пи низької напруги — 12 і 36 В, потужністю 11—50 Вт.

До переносних світильників належать: ацетиленові, бензинові й акумуляторні. Для шахт, небез­печних щодо газу й пилу, пере­носні світильники випускаються у спеціальному вибухобезпечному виконанні.

Ацетиленові лампи зручні при проведенні геологорозвідувальних підземних виробок: прості за конструкцією й не потребують спеціального пристрою для їх заряджання. Паливом слугує ацетилен, який виділяється в результаті дії води на карбід кальцію.

Запобіжна шахтарська лампа використовується для визначення за висотою полум'я процентного вмісту метану (рис. 46) у рудниковому повітрі.

Для індивідуального освітлення найчастіше застосовують акуму­ляторні лампи: ручні та наголовні.

Наприклад, ручна акумуляторна лампа ЛАУ-4 складається з резервуара, в якому розміщується акумулятор і електрична лампа в скляному ковпаці. Термін використання лампочки — 150 год, сила світла — 0,8 лк. Наголовна акумуляторна лампа ЛАГ-1 складається з окремих акумуляторів і лампочки з рефлектором, з'єднаних шнуром завдовжки 1,25 м. Сила світла в 10 разів більша, ніж у ручної лампи.

Випускаються наголовні акумуляторні світильники СГШ-3 і «Кузбас» із пластмасовим корпусом, а також ручний люмінесцентний акумуляторний світильник ЛAC-3.

Переносні світильники видаються кожному робітникові, який опускається в підземну виробку. Якщо розвідувальна виробка не містить метану, то звичайно застосовуються карбідні лампи.

Прийом, видача, ремонт і зберігання ламп мають відбуватися у ламповій. Лампове приміщення будується з вогнестійкого матеріалу, не ближче ніж за 25 м від устя виробки й 20 м від інших споруд.

Заряджання акумуляторів (постійний струм 2,3 А) здійснюється в спеціальному приміщенні. Напруга джерела визначається з розрахунку 4 В на одну батарею. Тривалість заряджання — 6 год.

Поиск по сайту: