Аэрология

6£

источников, тепловой баланс угольной шахты на глубине 1000 м следующий; тепловыделения от пород, в результате процессов окисления, работы машин равны соответственно 48,5; 28,8; 8,5%. С увеличением глубины шахт возрастает доля тепловыделений из пород и за счет термодинамического эффекта от сжатия и расши­рения воздуха. На глубине 1000—2000 м доля тепловыделений за счет термодинамического эффекта достигает 30%. Прирост теп­ловой энергии по направлению движения вентиляционного по­тока между двумя его поперечными сечениями определяется по формуле
A^-pQCA-A), (4.23)
где /_ь /₂ — энтальпия (теплосодержание) воздуха соответственно в первом и втором сечениях, Дж/кг.
Из выражений (4.23) и (4.8) получим уравнение теплового ба­ланса вентиляционного потока при процессах тепломассообмена
2ф = р0с_п.д(*₂—*0 + pQ'(X*—*i). (4-24)
где 2if> — результирующий тепловой поток, Вт; Х_и Х% — влагосо-держание воздуха соответственно в первом и втором сечениях, кг/кг; г — скрытая удельная теплота парообразования, Дж/кг.
Уравнение (4.24) показывает, что результирующий тепловой поток оказывает влияние на температуру воздуха (явную теп­лоту) и на его влажность (скрытую теплоту). Во влажных горных выработках наблюдается интенсивное испарение воды и уменьшение прироста температуры. В результате насыщения вод­ным паром замедляется рост влажности и увеличивается количе­ство явной теплоты.
Тепловой балацс вентиляционных потоков определяется для отдельных выработок и участков вентиляционной сети или для шахты на основе измеренных или прогнозных значений темпера­туры, давления и относительной влажности воздуха.
4.5. Кондиционирование шахтного воздуха
При температуре шахтного воздуха, не соответствующей сани­тарно-гигиеническим требованиям, возникает необходимость регу­лирования теплового режима шахты. Совокупность мероприятий, изменяющих термовлажностное состояние воздуха, называется тепловым кондиционированием воздуха. Последнее осу­ществляется путем интенсивной вентиляции горных выработок, ограничивания притока тепла к воздуху, искусственного охлаж­дения и осушения воздуха и искусственного подогрева посту­пающего в шахту воздуха. Интенсивная вентиляция горных вы­работок достигается увеличением скорости вентиляционного по­тока. Охлаждающий эффект вентиляционного потока интенсивно проявляется при увеличении его скорости с 0,5 до 4 м/с. При дальнейшем увеличении скорости потока интенсивность уменьше­ния температуры воздуха снижается, т. е. температура воздуха
66
асимптотически приближается к некоторой постоянной темпера­туре. Если последняя выше допустимой максимальной темпера­туры, то наряду с интенсивной вентиляцией следует применить искусственное охлаждение воздуха.
Теплопоступление к воздуху ограничивается с помощью тепло­изоляции поверхности выработок и трубопроводов, ограничения низкотемпературного окисления угля и древесины, уменьшения числа и мощности местных теплоисточников, обособленного про­ветривания мощных теплоисточников (камер с трансформаторами, насосных станций, подъемных установок и др.), охлаждения сжа­того воздуха перед подачей его в шахтные трубопроводы, выбора рационального движения поступающих вентиляционных потоков. Практика показывает, что целесообразно осуществлять теплоизо­ляцию вновь пройденных выработок в породах с температурой ."10 °С. Викруг старых горных выработок имеется уже охлаж­денный слой пород, выполняющий роль теплоизоляции. Теплоизо­ляция поверхности призабойного пространства, где породы наибо­лее интенсивно отдают тепло, практически невозможна. Теплоизо­ляция трубопроводов применяется успешно (теплопоступления от них уменьшаются в 4—5 раз). Теплоизоляционными считаются материалы, для которых ^=0,25 Вт/(м«К). Кроме того, они должны быть дешевыми, легкими, компактными, гигроскопиче­скими, безопасными в отношении пожаров. Этим условиям отве­чают доменные и котельные шлаки, для которых % = 0,17-1-0,29. В настоящее время на шахтах все более широкое применение на­ходят пенопласты (Я = 3,5—5,8) из-за сравнительно легкого меха­низированного нанесения их на поверхность выработок и повы­шенной устойчивости к воздействию шахтной атмосферы. Тепло­изоляция позволяет уменьшить необходимую для поддержания определенной температуры скорость вентиляционного потока. Од­нако для каждого конкретного случая необходимо делать технико-экономическое сравнение вариантов с вентиляцией и теплоизо­ляцией.
Тепловыделение в результате процессов окисления можно сократить путем уменьшения количества угольной пыли и мелочи и выработках, изоляции поверхностей угля с помощью слоя глины пли других материалов, уменьшения продолжительности откатки добытого угля, отказа от применения деревянной крепи или им-прегиирования древесины растворами, препятствующими гниению.
Вентиляционные схемы при высокой температуре пород оказы­вают существенное влияние на нагрев и увлажнение воздуха при его движении от дневной поверхности до рабочих мест с учетом естественных и горнотехнических условий в выработках, длины пути вентиляционных потоков, продолжительности вентиляции вы­работок, потерь воздуха в вентиляционной сети. Кроме того, тем­пература шахтного воздуха зависит от степени концентрации и интенсификации горных работ. Выбор рациональной схемы венти­ляции по тепловому фактору необходимо осуществлять одновре­менно с выбором системы разработки. Эта задача решается также
67

на базе многовариантных технико-экономических расчетов включающих все технические средства регулирования теплового режима шахты (в том числе средства искусственного охлаждения воздуха).
Искусственное охлаждение и осушение воздуха осуществля­ется путем пропуска воздушного потока через каналы и сооруже­ния, имеющие сравнительно большую поверхность контакта с воз­духом и меньшую температуру по сравнению с температурой воз­духа (воздухоохладители):
Афох- — Р<3(Сп.дЛ*о_х + >-АХ), (4.25)
где Дфох — общая мощность воздухоохладителей, Вт; Л/_ох — глу­бина охлаждения, °С; АХ — уменьшение влагосодержания, кг/кг.
Охлаждение позволяет уменьшить явную теплоту воздуха и по­высить его относительную влажность до 100%. При дальнейшем уменьшении температуры воздуха наступает конденсация водяных паров на холодных стенах (потение и стекание воды), что спо­собствует осушению воздуха. Для поддерживания процесса ох­лаждения во внутреннем пространстве воздухоохладителей осу­ществляется движение холодной воды. Поток воды находится в открытом цикле (при наличии достаточного количества холод­ной воды) или в замкнутом. В случае замкнутого цикла вода ох­лаждается с помощью холодильных машин. Искусственное охлаж­дение шахтного воздуха возможно путем пропускания его через охлажденные и обмерзшие каналы, испарения жидкого воздуха, расширения сжатого воздуха, использования водяных завес и др. Способ охлаждения воздуха путем пропускания его через охлаж­денные каналы может найти применение в северных районах.
Искусственный подогрев подаваемого в шахту воздуха осуще­ствляется с помощью паровых, водяных или электрических кало­риферов. Калориферы располагаются в специальных каналах, че­рез которые пропускается часть подаваемого в шахту воздуха. Подогретый воздух подается в шахтный ствол с помощью венти­лятора через отверстия, расположенные на расстоянии 1,5—2 м от дневной поверхности. Для лучшего смешивания с поступающим через устье шахтного ствола холодным воздухом теплый воздух направляется под углом к поперечному сечению шахтного ствола.
Мощность калориферной установки определяется следующими зависимостями:
А^кал = PlQlCn. д (*1 — *п); (4-26)
где Агркал — теплопроизводительность калориферной установки, Вт; Qi и Q₂ — соответственно общий дебит вентиляционного и подогреваемого потоков, м³/с; t_u t₂ — температура воздуха соот­ветственно после смешивания с общим потоком и в потоке за
68
калориферами, °С; р_ь р₂ — плотность воздуха в тех же местах, кг/м³; t_n— температура воздуха на поверхности, °С.
Температура t₂ по технико-экономическим обоснованиям при­нимается в пределах 60—70 °С, температура воздуха после сме­шивания t\ должна быть ^2 °С.