Главные составные части рудничного воздуха.

Кислород (О₂) лучше всего усваивается кровью человека при его содержании 20,94%. При содержании кислорода в воздухе 18-19% наблюдается слабая одышка, при снижении до 17% - сильная одышка и сердцебиение, при 12% - обморочное состояние, при 9% - смерть. Согласно требованиям ЕПБ содержание кислорода в рудничном воздухе должно быть не ниже 20%. Причины снижения содержания кислорода в рудничном воздухе являются: окисление горной массы и древесины, рудничные пожары и взрывы метановоздушной массы и пыли, работа оборудования с ДВС, производство взрывных работ.

Азот (N₂) химически инертный газ, не поддерживает горения и окислительных процессов, однако, при высоких температурах (электросварка, взрывные работы) азот способен окисляться, образуя ядовитые NO и NO₂. Содержание азота в рудничном воздухе не нормируется.

Углекислый газ (СО₂) – без цвета, запаха, со слабым кисловатым вкусом, не горит и не поддерживает горения и дыхания, плотность ρ = 1.965 кг/м³. Растворимость в воде достаточно высокая, при температуре 20⁰ С – 88% (т.е. в 100 объемах воды растворяется 88 объемов СО₂). Газ СО₂ слабо ядовит, но раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, рта и носа при содержании его в воздухе 5-10%, скапливается у почвы выработок. При содержании СО₂ в воздухе равном 3% дыхание человека учащается в 2 раза и наступает одышка, при 5% - дыхание учащается в 3 раза и становится тяжелым, при 6-8% - сильная одышка, слабость и потеря трудоспособности, при 10% - обморочное состояние, при 15-20% - смерть. Согласно требованиям ЕПБ предельно допустимая концентрация (ПДК) СО₂ – 0,5%. Источники повышения содержания СО₂ в рудничном воздухе являются: взрывные работы, пожары, работа оборудования с ДВС, окисление древесины и других органических веществ, выделение из шахтных вод и горной массы.

Основные вредные примеси в атмосфере горных выработок: оксиды углерода и азота, диоксид серы, сероводород и пыль, при работе дизельной техники – альдегиды (акролеин и формальдегид), сажа.

Окись углерода (СО) – газ очень ядовитый, без цвета, вкуса, запаха, называется также угарным газом, его плотность ρ = 1.25 кг/м³, растворимость в воде слабая – 3.3% при 20^оС. Образуется СО в рудниках при производстве взрывных работ, тлении и горении горючих веществ, рудничных пожарах, взрывах метана и пыли, при работе ДВС. При концентрациях 0,01-0,015% СО шум в ушах, головная боль, учащение дыхания проявляются через 2-3 часа, при концентрации 0,05% - эти симптомы появляются через 40-50 мин. При концентрации 0,12% СО через 25-30 мин боль мышц рук и ног, сонливость, расстройство памяти, отсутствие способности стоять и передвигаться. При концентрации СО 0,4% - судороги, потеря сознания, наступающие через 4-6 мин. При концентрации!% СО смертельное отравление после 2-3 вдохов газа. ПДК СО в воздухе – 0,0017% (20 мг/м³) в пересчете на условную окись углерода. Условная окись углерода – суммарный объем всех ядовитых газов, пересчитанных в объем газа СО по коэффициентам токсичности 1 л NO₂ = 6,5 л СО; 1 л Н₂S = 2,5 л СО; 1 л SО₂ = 2,5 л СО. При концентрации условной окиси углерода равной 0,008% (100 мг/м³) разрешен допуск людей в забой после взрывных работ при условии, что в течение 2 часов в него будет подано то же количество свежего воздуха, что и перед допуском туда людей, при этом содержание условной окиси углерода СО должно снизиться до 0,0017%.

Сероводород (Н₂S) – сильно ядовитый газ, без цвета, сладковатого вкуса, с запахом тухлых яиц, который ощутим при достижении концентрации Н₂S 0,0001% (1,4 мг/м³), плотность этого газа 1,52 кг/м³. Сероводород интенсивно поглощается водой: на 1 объем воды при 20^оС приходится 2,5 объема Н₂S. Последствиями острых отравлений могут быть хронические головные боли, понижение интеллекта, заболевание печени, легких. Тяжелое отравление наступает при концентрации 0,01% Н₂S в течение 2 часов, при 0,02% Н₂S в течение 1 часа – смертельное отравление. Предельно допустимая концентрация в выработках составляет 0,00071% (10 мг/м³).

Сернистый газ (SO₂) – сильно ядовитый, без цвета, кисловатого вкуса с раздражающим запахом, плотность ρ = 2,861 кг/м³, хорошо поглощается водой: на 1 объем воды при 20^оС приходится 40 объемов SO₂. Присутствие SO₂ в воздухе вызывает сильное раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, в тяжелых случаях вызывает воспаление бронхов, отек гортани и легких. Запах SO₂ ощущается при содержании его в воздухе 0,0002% (6 мг/м³). Смертельно опасная концентрация SO₂ составляет 0,05% даже при кратковременном вдыхании газа. Допустимое содержание SO₂ в воздухе, установленное ЕПБ не должно превышать 0,00038% (10 мг/м³). Газ SO₂ присутствует в основном при отработке серосодержащих руд.

Двуокись азота (NO₂) - сильно ядовитый газ красно-бурого цвета, без вкуса, с резким характерным запахом чеснока. Плотность газа ρ = 2,056 кг/м³, хорошо растворим в воде: на 1 объем воды при 20^оС приходится 67 объемовNO₂. Двуокись азота образуется в шахте вследствие взрывных работ, азот, соединяясь с кислородом, при высокой температуре образует неустойчивую окись азота NO, которая переходит в NO_2. Кроме тоговыделяются и другие окислы (N₂O, N₂O₄, N₂O₃, N₂O₅), но преобладающим является газ NO₂. Отравление газом NO₂ обладает скрытым (кумулятивным) характером воздействия, в тяжелых случаях наступает отек легких через 6-30 часов после отравления. При вдыхании воздуха, содержащего 0,0006% NO₂ через 20 минут начинаются кашель и боль в груди, при концентрации 0,01-0,015 NO₂ симптомы тяжелого отравления проявляются через незначительный промежуток времени, а при концентрации 0,025% отравление наступает немедленно. ПДК NO₂ в воздухе не должно быть более 0,00026% (5 мг/м³).

Акролеин (С₃Н₄О) – бесцветная, легко испаряющаяся жидкость с неприятным запахом пригорелых жиров. Пары акролеина имеют плотность ρ = 2,51 кг/м³; хорошо растворимы в воде, очень ядовиты, вызывают воспаление слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, головокружение, боли в желудке, рвоту, оказывает общетоксичное действие на кровь. Содержание акролеина 0,014% (350 мг/м³) смертельно для жизни. Акролеин образуется при разложении дизельного топлива под действием высокой температуры. ПДК составляет 0,000009% (0,2 мг/м³).

Формальдегид (СН₂О) – очень ядовитый газ образуется при работе ДВС, он раздражает слизистую оболочку глаз, органов дыхания, действует угнетающе на центральную нервную систему. ПДК формальдегида составляет 0,00004% (0,5 мг/м³).

Метан (СН₄) – газ без цвета, запаха и вкуса, плотность его ρ = 0,716 кг/м³. В основном выделяется в больших количествах в угольных шахтах. По величине относительной метанообильности шахты делятся на 4 категории в зависимости от объема горючих газов (метан + водород), выделившихся в сутки на 1 м³ среднесуточной добычи горной массы (от 7 до 21 и выше м³/м³). Допустимая концентрация метана 1% для исходящей струи, а в поступающей свежей струе концентрация не должна превышать 0,5%. Метан весьма горючий газ, воспламеняется при температуре 635^O С и более. При концентрации СН₄ менее 5% метановоздушная смесь горит голубым пламенем и не взрывается, при концентрации 5-16% СН₄ – взрывается, при концентрации метана более 16% горит, но не взрывается, поскольку избыток метана из-за его высокой теплоемкости действует на метановоздушную смесь охлаждающе. Взрывоопасные концентрации метана в шахтах возникают в основном из-за неудовлетворительного проветривания и внезапных выбросов газа.

Рудничной пылью называются мелкие и мельчайшие частицы твердого минерального вещества, способные длительное время находиться в рудничной атмосфере во взвешенном состоянии. Так пылевые частицы кварца мельче 0,2 мкм не осаждаются из неподвижного воздуха, при размере частиц δ = 10 мкм за 2 с с высоты 1 м, при δ = 5 мкм за 9 мин, а при δ = 1 мкм за 3 часа. Запыленность воздуха оценивается концентрацией. Массовая концентрация – масса витающей пыли в единице объема воздуха, выражается в мг/м³, принята в качестве основного параметра запыленности и по нему устанавливается норматив запыленности. ПДК пыли установлены правилами безопасности различными для месторождений в зависимости от содержания в ней свободной двуокиси кремния SiO₂. Так пыль апатитовых рудников содержащая SiO₂ менее 10% ПДК = 6 мг/м³, угольная пыль, не содержащая SiO₂ – 10 мг/м³ пыль гранита, содержащая до 70% SiO₂ - 2 мг/м³.

Рудничная пыль опасна в двух отношениях: как причина заболевания и как причина взрыва (для угольных шахт). Чаще всего встречается заболевание легких – пневмокониоз (силикоз и антракоз). Если запыленность воздуха не превышает нормативов ПДК пыли в воздухе, то пневмокониоз не возникает. Существует много технических средств борьбы с пылью, но наиболее эффективным является применение вентиляции в сочетании с увлажнением горной массы, а также использование индивидуальных противопылевых средств защиты органов дыхания (респираторы). Основным показателем пылевой обстановки, используемым для вентиляционных расчетов, является интенсивность пылепоступления, которая измеряется в мг/м³.

Интенсивность пылепоступления при различных технологических операциях в значительной мере зависит от применения орошения водой. Так использование воды при бурении ведет к снижению пылепоступления в 5 раз, на запыленность влияет и обводненность выработок, в сильно обводненной выработке интенсивность пылепоступления снижена в 3-5 раз. Орошение горной массы при ее погрузке ведет к снижению запыленности в 2 раза.

Минимальная, оптимальная по выносу пыли, скорость воздуха в выработках составляет 0,25 м/с.

 

Режимы движения воздуха в воздуховодах разделяются на ламинарный и турбулентный.

Ламинарный режим характеризуется тем, что отдельные струйки и целые слои воздуха в потоке движутся параллельно, не перемешиваясь между собой. В рудниках встречается крайне редко.

Турбулентный режим движения характеризуется тем, что отдельные частицы и массы воздуха движутся по сложным траекториям, интенсивно перемешиваются. В шахтах практически повсеместно встречается турбулентное движение. Возникновение того или иного режима движения воздуха происходит при определенных значениях числа Рейнольдса, равного:

R =

где v - средняя скорость потока, м/с;

d_г - гидравлический диаметр воздуховода, м;

υ - кинематическая вязкость среды, м²/с

или R =

Установлено, что

при Re < 2000 устойчивый ламинарный режим

при Re > 2320 устойчивый турбулентный режим

при Re = 2000-2320 – переходной режим.

У стенки трубопровода образуется тонкий слой неподвижного воздуха, получивший название ламинарной пленки, толщина которой незначительна, около 1 мм, в практических расчетах этим параметром можно пренебречь.

 

Движение воздуха в горных выработках, воздуховодах встречает сопротивление поверхности выработок, преодоление которого движущимся потоком вызывает потерю давления. Они эквивалентны сопротивлению выработок или их депрессии, поэтому могут называться сопротивлением или депрессией выработок. Различают три вида сопротивления выработок: сопротивление трению, местные сопротивления и лобовые сопротивления.

Сопротивление трению – часть потерь энергии (статического давления) потока воздуха, которая вызывается трением частиц воздуха о стенки выработки трением одних слоев и струек воздуха о другие и ударами одних частиц о другие. Сопротивление трению h, Па, при турбулентном режиме выражается формулой

 

h = α · L · P · Q²/ S³, Па

где α – коэффициент аэродинамического сопротивления, значение которого принимается по таблицам, Н ·с²/ м⁴;

L – длина участка выработки, воздуховода, м;

Р – периметр воздуховода;

Q – расход воздуха, м³/с (при ламинарном режиме расход Q принимается в первой степени);

S – площадь сечения воздуховода, м².

Местные сопротивления дополняют сопротивления трению, обусловлены изменением скорости потока по величине или направлению. К ним относятся: внезапные и плавные расширения и сужения воздуховодов, вентиляционные окна в перемычках и дверях, диафрагмы, диффузоры, решетки в канавах, колена (повороты) под различными углами, кроссинги и т.п. На долю местных сопротивлений приходится в рудничной вентиляции 10-25 % общего сопротивления.

Местные сопротивления статического давления определяются по формуле

h_м.с. = ξ · v ² ·γ /(2g), Па (11)

где ξ – коэффициент местного сопротивления определяется из опыта, берется из таблиц.

Лобовые сопротивления представляют собой объекты, загромождающие выработки и оказывающие сопротивление в лоб набегающему потоку: вагонетка в выработке, клеть в стволе, ремонтины и т. п.

h_л.б. = [C_x·S_м /(S - S_м)][ v ²·γ /(2g)], Па (12)

где C_x – коэффициент лобового сопротивления, берется из таблиц;

S_м – сечение тела, оказывающего лобовое сопротивление, м²;

S – сечение воздуховода, м²;

v – скорость потока в сечении перед объектом, м/с;

γ – удельный вес воздуха, Н/м³.

Суммарное сопротивление, общешахтные потери статического давления, определяются следующим образом

h_общ = ∑ h_i +∑ h_м.с. + ∑ h_л.б.

В формуле сопротивления трению отношение α·L·P/S³ является постоянной величиной для каждой отдельной выработки, называемой также большой единицей сопротивления

R = α·L·P/S³, Н·с²/м⁸

т.е. h = R·Q² .

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: