Факторы определяющие климат в горных выработках. Требования ПБ к ограничению температуры, влажности и скорости движения воздуха
Свойства, источники образования и предельно допустимые нормы концентрации углекислого газа и окиси углерода
Углекислый газ (СОа ) бесцветен, обладает слабокислым вкусом, не горит и не поддерживает горения, нормальная плотность — 1,98 кг/м*. Из-за высокой плотности этот газ скапливается у почвы выработок, в нижней части шурфов, в уклонах и зумпфах, поэтому замеры содержания С02 необходимо производить у почвы (особенно это касается старых заброшенных выработок). Сам по себе этот газ слабо ядовит и в небольших количествах он необходим для стимулирования дыхания.
При содержании в воздухе 3 % С02 дыхание человека учащается в два раза, 5 % — учащается в три раза и становится тяжелым, 6 % — появляются сильная одышка и слабость, 10 % — наступает обморочное состояние, 20—25 % — возможно смертельное отравление.
По ПБ содержание С02 в действующих выработках не должно превышать 0,5 %, в исходящей струе воздуха шахты — 0,75 %.
Углекислый газ в шахте обычно образуется при гниении крепежного леса, в результате медленного окисления угля; кроме того, он выделяется непосредственно из горных пород и угля. Второстепенные источники образования С02 —• дыхание людей, взрывные работы. Большое количество С02 выделяется после взрывов рудничного газа и пыли, а также при пожарах.
Оксид углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха, нормальная плотность — 1,25 кг/м3. Длительная работа человека в атмосфере, содержащей 0,01 % СО, вызывает хроническое заболевание с тяжелыми последствиями. Содержание в атмосфере 0,4 % СО считается смертельно опасным, при 1 % СО человек теряет сознание после нескольких вдохов. Оксид углерода горит и взрывается при концентрации его в воздухе 16,2— 75 %, наиболее сильный взрыв возникает при концентрации 30 °'ii, температура воспламенения газовоздушной смеси в этом случае 630—810 °С. Согласно ПВ допускается содержание СО в рудничном воздухе не свыше 0,0017 %. Главные источники образования СО в шахтах — рудничные пожары, взрывы метана или угольной пыли (при взрыве 1 кг угольной пыли образуется 1,5 м8 СО), оксид углерода образуется также при взрывных работах.
Факторы определяющие климат в горных выработках. Требования ПБ к ограничению температуры, влажности и скорости движения воздуха
Климатические условия в горных выработках определяются температурой, влажностью и скоростью движения воздушной струи. Температура и влажность атмосферного воздуха изменяются в результате прохождения — его по горным выработкам.
На суточные и годовые колебания температуры воздуха в шахте влияют следующие факторы.
1. Нагревание воздуха в результате сжатия при его движении вниз по стволу. При этом на каждые 100 м происходит повышение температуры на 1 °С.
При движении воздуха вверх по стволу происходит его расширение, которое сопровождается поглощением тепла, причем на 100 м температура воздуха понижается на 9,8—0,9 °С.
2. Температура горных пород и теплообмен между породами и воздухом. На расстоянии до 25—30 м от земной поверхности температура горных пород зависит от колебаний температуры атмосферного воздуха. На глубине 25—30 м температура пород остается в течение года постоянной, на 1,5—2 °С превышающей среднегодовую температуру данной местности. При дальнейшем углублении под влиянием внутреннего тепла Земли температура горных пород повышается.
Показателем интенсивности увеличения температуры с глубиной является геотермическая ступень, т. е. расстояние в метрах, при углублении на которое температура пород повышается на 1 С С. Величину геотермической ступени для угленосных отложений принимают 35—45 м.
Количество тепла, отдаваемое горными породами движущемуся воздуху, зависит от разности температур пород и воздуха, от коэффициента теплоотдачи пород, скорости воздуха и других факторов.
Вследствие того, что воздух, проходя по выработкам, изменяет температуру горных пород, вокруг выработки с течением времени образуется зона, в пределах которой температура отличается от температуры пород в глубине массива. Эта зона называется «тепловыравнивающей рубашкой». Толщина этой зоны зависит от времени эксплуатации выработки и разности температур воздуха и пород, скорости и количества проходящего воздуха и теплопроводности пород.
3. Экзотермические (тепловыделяющие) и эндотермические (теплопоглощающие) процессы в горных выработках.
К экзотермическим процессам, в результате которых температура воздуха может значительно повыситься, относятся окисление угля и гниение дерева.
Наряду с этим в шахте протекают и эндотермические процессы (испарение воды), они понижают температуру шахтного воздуха.
4. Температура воздуха на земной поверхности. Температура воздуха зимой в начале лавы на 3—5 С С меньше, чем летом. На глубоких шахтах эта разница меньше.
5. Работа машин и механизмов, взрывные работы, тепловыделение людей.
Влажность шахтного воздуха зависит от влажности поступающего атмосферного воздуха, обводненности выработок и от температурных условий.
Различают абсолютную и относительную влажность воздуха.
Абсолютная влажность f — количество водяных паров, г, содержащихся в 1 м3 воздуха. При данной температуре в воздухе может содержаться только определенное количество F ( t ) водяного пара. Такой воздух называется насыщенным.
Относительная влажность — отношение количества водяных паров, содержащихся в каком-либо объеме, к максимально возможному их содержанию при данной температуре. Количество водяных паров в насыщенном воздухе зависит от температуры: чем она ниже, тем меньше влажность.
В зимнее время холодный атмосферный воздух содержит незначительное абсолютное количество влаги f , И, когда такой воздух проходит по сухим выработкам, с повышенной температурой, относительная влажность его снижается, так как увеличивается F. Наибольшая относительная влажность (до 90-100 %) обычно наблюдается на исходящей струе.