Способы и устройства местного охлаждения в рабочих зонах

    МЕТОДЫ  НОРМАЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА 

    Местное охлаждение воздуха в рабочих зонах необходимо для теплового баланса, так как существуют источники тепловыделения которые нарушают нормальную работу горнорабочих и может привести к процессу сорбции метана угольных и углевмещающих пластах. Повышение температуры рудничного воздуха сопровождается увеличением его запыленности в результате процессов разрушения горных пород. Это приводит к накоплению «рыхлой» пыли на выработке и сужает возможности регулирования скорости движения воздуха.

    Тепловой  режим один из важнейших параметров в шахте, так как тепловой режим  сказывается на производительность труда горнорабочих, обеспечение безопасности, поддержание устойчивости горных выработок и технологии разработки месторождения. Тепловой режим сказывается на газовом режиме, так же сказывается на запыленности воздуха, влияет на самовозгорание угля и на надежность работы оборудования в шахте. Повышение температуры приводит к разрыхлению пород, что приводит к запыленности. Основными источниками тепла в шахте являются:

1. Тепловыделение при охлаждении горных пород массива в процессе движения воздуха по выработкам.
2. Суммарное тепловыделение при окислении угля, угольной пыли и крепежного леса.
3. Тепловыделение местных источников:

-от электродвигателей  горнопроходческого оборудования.

-от освещения.

-при подъеме  груза лебедкой.

-при спуске  груза лебедкой.

-при работе  трансформатора.

-при работе  контактного электровоза.

-при работе  водоотливных насосов.

-при работе  механизмов с пневмодвигателями. 

-при работе  людей.

-при охлаждении  шахтной воды в открытой канавке.

-при охлаждении  шахтной воды в закрытой канавке.

-при сжатии  или расширении воздуха при  его движении по вертикальным  или наклонным горным выработкам.

4.    Тепловыделение  при работе конвейеров:

-ленточного.

-скребкового или  пластинчатого.

5.    Тепловыделение  при транспортировании полезного  ископаемого в вагонетках.

6.    Тепловыделение  при транспортировании полезного  ископаемого конвейерами.

7.    Тепловыделение  при аварийных ситуациях(пожары).

Мероприятия по нормализации температурного режима рудничного воздуха  можно разделить на два типа: 1)теплотехнические, основанные на применении различных  технических средств  для понижения или повышения температуры воздуха, подаваемого в подземные выработки; 2)горнотехнические, основанные на нормализации температурного режима рудничного воздуха путем применения соответствующих схем вскрытия месторождений, вентиляции, системы разработки, параметров воздушной струи и мероприятий по управлению интенсивностью тепловыделения различными источниками тепла.

К горнотехническим мероприятиям относятся:

-изменение скорости  и расхода рудничного воздуха.

-выбор рациональной  схемы проветривания.

-изоляция свежей  вентиляционной струи от некоторых  местных источников тепла.

-уменьшение интенсивности  или полное устранение источников  тепла и влаги.

-выбор рациональной  системы разработки и технологии  ведения очистных работ.  

Сбалансировать  теплообмен и тепловыделение человека в шахте можно осуществить  двумя способами:

-сокращение тепловыделения  человеком, за счет увеличения  перерыва в работе, что ведет  к снижению труда.

-изменение температурного  режима до нормативных значений, ведет к увеличению стоимости  добычи.

    Теплотехнические  средства для понижения или повышения  температуры воздуха отличаются друг от друга как по конструктивному исполнению, так и по схеме их расположения на поверхности и в подземных выработках.

    Все воздухоохладительные установки можно разделить на следующие четыре типа: монтируемые  на поверхности для охлаждения и подачи в шахту воздуха; с размещением холодильного оборудования на поверхности, а воздухоохладителей под землей; с размещением холодильного оборудования и воздухоохладителей под землей и отводом тепла конденсации на поверхность; комбинированные.

    Охлаждение  воздуха осуществляют в теплообменнике (воздухоохладителе), состоящем из системы трубопроводов, по которым циркулирует хладагент, а между ними продувается вентилятором атмосферный или рудничный воздух. В качестве хладоносителя применяют рассолы, для нагревания рудничного воздуха — калориферные установки.

    Так как  теплотехнические мероприятия весьма дорогостоящие, то использовать их следует только в том случае, когда исчерпаны возможности горно-технических мероприятий, к которым относятся:

• изменение скорости и расхода рудничного воздуха;
• выбор рациональной схемы проветривания;
• изоляция свежей вентиляционной струи от некоторых местных источников тепла;
• уменьшение интенсивности или полное устранение источников тепла и влаги;
• выбор рациональной системы разработки и технологии ведения очистных работ.

             Целесообразность применения того или иного горно-техни- ческого мероприятия определяется его эффективностью и экономическими показателями. В большинстве же случаев наибольшая эффективность достигается совокупным использованием нескольких мероприятий с учетом конкретных условий.

    Наиболее  распространенный метод понижения  температуры рудничного воздуха  — увеличение его расхода, что, естественно, связано с повышением скорости его движения по выработкам. При этом количество тепла, выделяемого в подземных выработках, приходится на большее количество воздуха, что способствует снижению его теплосодержания и температуры. Однако при этом увеличиваются коэффициент теплообмена и тепловыделение с поверхности горных выработок, поэтому эффективность этого метода зависит от начальной скорости движения воздуха. При скорости воздуха > 7—8 м/с снижение его температуры из-за увеличения расхода компенсируется ростом его температуры за счет повышения коэффициента теплообмена и тепловыделения с поверхности горных выработок. Снижение температуры рудничного воздуха путем увеличения его расхода целесообразно применять, если при этом скорость воздушной струи не превышает 7—8 м/с. Оптимальная скорость воздуха в выработках с экономической точки зрения составляет 4—5 м/с, а в очистных забоях — 3—4 м/с.

    В ряде случаев, когда технически сложно или  же экономически нецелесообразно обеспечить снижение температуры рудничного воздуха, можно использовать простое воздушное душирование рабочих мест, которое интенсифицирует отбор тепла с поверхности тела горнорабочих и в ряде случаев позволяет обеспечить баланс между тепловыделением человека и его теплопотерями.

    Применительно к разработке месторождений в  условиях многолетней мерзлоты необходимо, наоборот, стремиться уменьшить скорость движения рудничного воздуха для  предотвращения обмораживания и переохлаждения горнорабочих, уменьшения ореола оттайки горных выработок и повышения их устойчивости. Для этого максимальное количество воздуха к рабочим местам подают лишь для проветривания после взрывных работ, а в остальное время расход и скорость рудничного воздуха снижают до минимально необходимых значений.

    Снизить температуру рудничного воздуха  можно посредством применении такой схемы проветривания рабочих мест, которая обеспечивала бы сокращение пути движения воздуха к очистным забоям или переход к нисходящему проветриванию. Сокращение пути движения свежего воздуха можем быть обеспечено при его подаче по специальным скважинам большого диаметра, пробуренным с поверхности, к очистным забоям. Этот метод хорошо себя зарекомендовал при разработке глубоких горизонтов на шахтах Рура. При нисходящем проветривании свежий воздух поступает к рабочим местам по выработкам верхних горизонтов, где температура и влажность окружающего выработки массива значительно ниже, чем на более глубоких горизонтах. Загрязненная струя воздуха из очистных забоев подастся к вентиляционному стволу по откаточным выработкам. Этот метод сравнительно широко применяется как в России, как и за рубежом и позволяет, по сравнению с восходящим проветриванием, снизить температуру в очистных забоях на 1,5—2 °С.

    Нисходящая  схема проветривания имеет положительные  стороны и применительно к разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты. При этом создаются более благоприятные температурные условия для рабочих откаточного горизонта, сохраняется мерзлое состояние и устойчивость пород окружающих выработок, снижается возможность смерзания полезного ископаемого и интенсивность его газовыделения при транспортировании по выработкам.

    Изоляция  свежей вентиляционной струи от местных источников тепла может быть достигнута различными способами Один из них — нисходящее проветривание при обычной схеме транспортирования горной массы или же, наоборот, восходящее проветривание при транспортировании горной массы по вентиляционному горизонту (возможность реализации последнего весьма ограничена).

    Весьма  существенным резервом в снижении температуры рудничного воздуха является изоляция свежей струн от контакта 1 магистральными трубопроводами сжатого воздуха, теплыми

    подземными  водами и транспортеруемой горной массой. Для этого трубопроводы располагают в вентиляционных стволах и выработках вентиляционного горизонта, водоотливные канавки оборудуют перекрытиями, а время выдачи полезного ископаемого из очистных забоев на поверхность сокращают до минимума. Для изоляции свежей струи от инженерных стационарных источников тепловыделения (подъемные и водоотливные установки, трансформаторы, комбайны и другие машины и механизмы) осуществляют обособленное проветривание машинных камер и подстанций с отводом отработанного воздуха на вентиляционный горизонт.

    Уменьшение  интенсивности шахтных источников тепла и влаги происходит при  замене электрического и дизельного привода горных машин на пневматический, осушении и охлаждении воздуха, подаваемого в подземные выработки с поверхности, замене конвейерного транспорта рельсовым с применением большегрузных вагонеток, устранении капежа в выработках и изоляции водоотливных канавок от прямого контакта с рудничным воздухом, понижении интенсивности окислительных процессов при разработке сульфидных руд и угля путем снижения запыленности воздуха и скоплений пыли, а также замене деревянной крепи и затяжки железобетонной или металлической.

    Понижение температуры рудничного воздуха  за счет выбора рациональной системы разработки и технологии ведения очистных работ можно достичь сокращением длины очистных выработок или выемочных блоков, переходом к обратной схеме их отработки, применением безлюдной выемки, закладкой выработанного пространства с отвердителями, имеющими минимальную теплоту гидратации, и другими способами.

    Инженерные  расчеты и практический опыт показывают, что совокупность горно-технических  мероприятий позволяет снизить температуру рудничного воздуха в условиях шахт Донбасса на 3,5—6,5 °С перед лавами и на 2—2,2 °С в их конце.

    Если  она не обеспечивает нормативный  температурный режим рудничного воздуха, то применяют теплотехнические мероприятия, которые, как правило, значительно повышают стоимость горных работ.