Тепловой режим шахт и рудников. Регулирование теплового режима шахт и рудников

Температура воздуха в подземных горных выработках зависит от температуры окружающих выработку пород, с которыми воздух контактирует. Горные породы, близко расположенные к земной поверхности, изменяют свою температуру в течение года в зависимости от температуры воздуха на поверхности. С глубиной это изменение становится менее заметным и, наконец, на определенной глубине Н₁ температура пород становится постоянной, равной среднегодовой для данной местности t_ср. При дальнейшем углублении температура пород повышается, при этом повышение температуры на один градус происходит через определенное расстояние, которое для разных районов земного шара разное. Это расстояние называется геотермической ступенью. Чем больше теплопроводность горных пород, тем больше величина геотермической ступени.

Величина геотермической ступени (а) для некоторых районов добычи руд составляет: в Криворожском бассейне около 70 м, на Уральских медных рудниках (Дегтярка) 39 м, в Кочканарском золото-рудном районе от 26 до 40 м, на калийных рудниках Урала 24-33 м. Если значение геотермической ступени известно, то температура пород на глубине Н от поверхности определяется по формуле t_н = t_ср + (H - H₁)/a.

Факторы, влияющие на температуру воздуха в горных выработках: 1) теплообмен с горными породами (основной фактор); 2) нагревание воздуха в результате сжатия его при поступлении с поверхности в рудник (примерно на 0,45 - 0,81 ⁰С на каждые 100 м по вертикали); 3) окислитель-ные процессы (окисление руд, гниение деревянной крепи); 4) работа машин и механизмов, дыхание людей, взрывные работы и т.д. Степень влияния перечисленных факторов на температуру воздуха горных выработок разная. К примеру, в среднем в угольной шахте на глубине 1000 м 48,5 % от всех тепловыделений приходится на тепловыделения от пород; 28,8 % - от процессов окисления; 8,5 % - от работы машин и механизмов. В угольных шахтах Донбасса: тепловыделения от горных пород на глубине 900 м 45 %, на глубине 1100 м 52 %; при окислении угля и деревянной крепи 26-31 %; тепловыделения от отбитого взрывом угля 8-9 %; от машин и механизмов 8-9 %; от прочих 5-6 %.

Наряду с факторами, вызывающими нагревание рудничного воздуха в горных выработках, существуют факторы, вызывающие его охлаждение - это процесс испарения воды (1 г воды, испаряясь,

поглощает около 0,59 ккал тепла, что достаточно для понижения температуры 1 м³ воздуха на 1,5 ⁰С). Кроме того, рудничный воздух охлаждается при подъеме из рудника на поверхность (примерно на 0,83 - 0,99 ⁰С на каждые 100 м по вертикали).

Поскольку наибольшее влияние на температуру воздуха оказывает тепловыделение из пород, а расстояние от воздухоподающих стволов до забоев достигает нескольких километров, то температура воздуха в них близка к температуре пород. Значительные суточные колебания температуры воздуха на поверхности уже в выработках околоствольного двора сглаживаются, а в удаленных забоях незаметны совсем. Так как в удаленных забоях температура воздуха и пород почти одинакова, то на глубоких горизонтах могут создаться дискомфортные условия, характеризующиеся высокой температурой. Температура воздуха в подготовительных, очистных и других действующих выработках, согласно [10], не должна превышать 26 ⁰C. При температуре свыше 26 ⁰C должны приниматься специальные меры по ее снижению.

Регулирование теплового режима шахт и рудников заключается в снижении высоких температур воздуха с помощью горнотехнических мероприятий и искусственного охлаждения воздуха. Горнотехнические мероприятия сводятся к улучшению вентиляции, борьбе с тепловыделе-ниями, применению схем вскрытия, при которых нагревание вентиляцион-ных струй будет минимальным.

Улучшение вентиляции обычно сводится к увеличению подачи воздуха по горным выработкам и, следовательно, к увеличению скорости прохождения вентиляционной струи. Однако возможности увеличения подачи воздуха в шахты ограничены тем, что на современных глубоких газовых шахтах скорости движения струй по горным выработкам близки к предельно допустимым. Варианты подачи воздуха по вентиляционным горизонтам с последующим нисходящим проветриванием очистных забоев может снизить температуру воздуха в них на 2 - 2,5 ⁰C.

Уменьшение выделения тепла, связанного с окислительными процессами, может быть достигнуто снижением запыленности выработок, сокращением применения деревянной крепи и затяжек, покрытием поверхностей выработок специальными составами (пенополиуретаном, к примеру). В рудниках и шахтах, применяющих пневмоэнергию, сжатый воздух с температурой 70-80 ⁰C обычно подается по трубопроводам, проложенным в воздухоподающих стволах, что приводит к повышению температуры подаваемого в рудник воздуха. Поэтому желательно сжатый воздух охлаждать или, если это не вызывает особых технических затруднений, прокладывать трубопроводы с сжатым воздухом по стволам с исходящей струей и выработкам вентиляционного горизонта.

Что касается схем вскрытия, то необходимо стремиться к тому, чтобы сократить до минимума путь движения свежего воздуха от поверхности до забоев, применяя различные варианты флангового расположения стволов.

Иногда увеличение охлаждающего действия атмосферы можно достичь увеличением скорости потока воздуха на рабочих местах.

Перечисленные мероприятия, направлен-ные на снижение температуры воздуха в рабочих зонах, желательно применять во всех случаях работы на глубоких горизонтах. Если выполнение этих мероприятий не может обеспечить снижение температуры до нормальной, должно применяться искусствен-ное охлаждение воздуха.

Воздухоохладительные установки размещаются на поверхности или в подземных выработках. При размещении на поверхности охлаждается весь поступающий в рудник или шахту воздух. Как показывают расчеты, в условиях глубоких шахт воздух должен охлаждаться до отрицательных температур, чтобы условия работы в забоях были нормальными, но это приводит к обмерзанию стволов. Кроме того, часть холодного воздуха в виде утечек теряется в околоствольных дворах и главных выработках, что увеличивает стоимость обработки воздуха. Поэтому чаще всего в практике кондиционирования воздуха холодильные установки размещаются в выработках горизонтов или перед рабочими забоями.

Холодильная установка размещается в расширении на откаточном горизонте (рис.1.19). Охлаждение струи происходит за счет контактирования воздуха с распыленной холодной водой в охладителе 1. В охладитель 1 холодная вода поступает из испарителя 2 холодильной машины. Из компрессора 5 хладагент под давлением в парообразном состоянии поступает в конденсатор 3, в котором

происходит конденсация этих паров. Тепло, образующееся при конденсации, отводится водой в воздухоохладитель 4, расположенный в вентиляционном штреке. Из конденсатора жидкий хладагент поступает в испаритель 2, в котором под действием разрежения, создаваемого компрессором при всасывании, он

	вскипает, потребляя большое количество тепла. По испарителю циркулирует вода (или рассолы, т.к. вода при глубоком охлаждении застывает), которая, охлаждаясь там, поступает затем в воздухо-охладитель 1. Для уменьшения потерь холода вместе с утечками воздуха, холодильные установки обычно размещают как можно ближе к рабочим зонам (подготовительным или очистным забоям).
Рис. 1.21. Схема установки калорифера на стволе	В большинстве районов России шахты и рудники имеют сравнительно малую глубину и в кондиционировании рудничного воздуха не нуждаются. Однако в средних и северных районах, где наружная температура воздуха зимой отрицательная, требуется подогрев посту-пающего в рудники воздуха, для чего используются калориферы. Нагретый калорифером воздух подается по каналу (рис. 1.21) в воздухоподающий ствол, где смешивается с холодным воздухом. Минимальная температура смешанного воздуха в 5 м ниже канала калорифера должна быть не менее +2 0С [10, 35].