Кліматичні умови в гірничих виробках

Важливою особливістю праці людини під землею є його знаходження в специфічних кліматичних умовах. В гірничих виробках вони визначаються температурою вологістю, швидкістю руху повітряного струмені і його тиском. Температура і вологість атмосферного повітря змінюється в результаті проходження його по гірничим виробкам.

На добові і річні коливання температури повітря в шахті впливають такі фактори:

Нагрівання повітря в результаті стискування під час його руху вниз по стволу. При цьому на кожні 100 м підвищення температури здійснюється на 1 °С. Під час руху повітря вверх по стволу здійснюється його розширення, яке супроводжується поглинанням тепла (на 100м температура знижується на 0,8—0,9 °С.

Температура гірничих порід і теплообмін між породами і повітрям. На відстані до 25—30м від земної поверхні температура гірничих порід залежить від коливань температури атмосферного повітря. На глибині 25-30м температура порід залишається на протязі року постійною, причому на 1,5-2 °С вище за середньорічну температуру даної місцевості.

При дальшому поглибленні температура гірничих порід підвищується під впливом внутрішнього тепла Землі.

Показником інтенсивності збільшення температури з глибиною є геотермічна ступінь, тобто відстань в метрах, на яку необхідно поглибитись, щоб температура порід підвищилась на 1 ºС. Величину геотермічної ступені для вугленосних відкладень приймають 35-45 м.

Кількість тепла, яке віддається гірничими породами рухомому повітрю, залежить від різниці температури порід і повітря, від коефіцієнта тепловіддачі порід, швидкості руху повітря і інших факторів.

Внаслідок того, що повітря, проходячи виробками, змінює температуру гірничих порід, навколо виробки з часом створюється зона, в межах якої температура відрізняється від температури порід в глибині масиву. Ця зона має назву «тепловирівнюючої сорочки». Товщина цієї зони залежить від часу експлуатації виробки і різниці температури повітря і порід, швидкості і кількості повітря, яке проходить виробкою, теплопровідності порід.

Екзотермічні (тепловиділяючі) і ендотермічні (теплопоглинаючі) процеси в гірничих виробках. До екзотермічних процесів відноситься окислення вугілля і лісних матеріалів, а до ендотермічних – випарування води.

Температура повітря на земній поверхні. А в глибоких шахтах, де формується власний клімат, цей вплив незначний.

Робота машин і механізмів, вибухові роботи, тепловиділення від людей.

За даними А. Н. Щербаня тепловиділення на глибині 1000 м із різних джерел шахт Донбасу такі (%):

гірничі породи – 48,5;

при окисленні вугілля і дерева – 28,8;

при охолодженні добутого вугілля і породи – 9;

в результаті роботи механізмів і електрообладнання – 8,5;

інших джерел – 5,2.

Вологість шахтного повітря залежить від вологості атмосферного повітря, яке надходить в шахту, обводненості виробок і від температурних умов.

Відрізняють абсолютну і відносну вологість.

Абсолютна вологість f – це кількість водяної пари, г, яка міститься в 1м³ повітря. При даній температурі в повітрі може міститись тільки певна кількість F (t) водяної пари. Таке повітря називають насиченим.

Відносна вологість – це відношення кількості водяної пари, яка міститься в якому-небудь об’ємі, до максимально можливої її кількості при даній температурі.

Кількість водяної пари в насиченому повітрі залежить від температури і чим вона нижче, тим менше вологість. Взимку холодне атмосферне повітря містить незначну абсолютну кількість вологи f, і, коли таке повітря проходить сухими виробками з підвищеною температурою, відносна вологість його знижується, так як збільшується F_t. Найбільша відносна вологість (до 90-100 %) спостерігається, як правило, в вихідному струмені.

Встановлено, що навіть при інтенсивному провітрюванні гірничих виробок на глибині більше 1000м трудно створити кліматичні умови, які забезпечували продуктивність і разом з тим комфортні умови праці.

Підвищення швидкості руху повітря погіршує самопочуття, так як сприяє підсиленню конвективного теплообміну та процесу тепловіддачі при випаровуванні поту із організму людини, а при підвищенні температури повітря мають місце зворотні явища. Так при температурі повітря понад 30 ºС працездатність людини починає падати. Тривалий вплив високої температури у поєднанні зі значною вологістю може призвести до накопичення теплоти в організмі і до гіпертермії – тобто стану, при якому температура тіла людини піднімається до 38…40°С і, як наслідок, наступає тепловий удар, спостерігається головний біль, запаморочення та інші негативні явища.

Тому, поряд з роботами по підтриманню певного хімічного складу повітря, в шахті необхідно підтримувати і певну температуру, вологість і швидкість руху повітря.

Температура повітря в гірничих виробках не повинна перевищувати +26 ºС при швидкості повітряного струменя не менше 2 м/с і відносній вологості повітря до 90%, і +25°С при вологості повітря більше 90 %.

Для зниження температури повітря в гірничих виробках глибоких шахт необхідно використовувати кондиціонування повітря, тобто штучне охолодження і осушення перегрітого повітря.

Для контролю за температурою і відносною вологістю повітря в шахтах використовують психрометри, а для заміру швидкості руху повітря – анемометри.

Питання для самоконтролю.

1. Що таке руднична атмосфера і які її особливості?

2. Які компоненти забруднюють шахтне повітря?

3. Що таке абсолютна і відносна метанобагатість?

4. Чим обґрунтовується сталість хімічного складу атмосферного повітря?

5. Назвіть причину зменшення вмісту кисню в гірничій атмосфері.

6. Розкажіть про розподіл шахт на категорії за метанобагатістю і видом виділення метану.

7. Вкажіть на гранично допустимі норми вмісту метану в атмосфері гірничих виробок.

8. Дайте визначення вуглекислотобагатості виробок.

9. Вкажіть на гранично допустимі норми вмісту вуглекислого газу в атмосфері гірничих виробок.

10. Перерахуйте джерела пилоутворення.

11. Вкажіть на норми запиленості шахтної атмосфери.

12. Розкажіть про професійні захворювання, викликані вдиханням виробничого пилу.

13. Розкажіть про вибухові особливості вугільного пилу.

14. Що розуміють під пилогазовим режимом?

15. Перерахувати і пояснити заходи, направлені на боротьбу з пилом.

16. Перерахувати параметри, якими характеризується мікроклімат в гірничих виробках, і пояснити їх вплив на організм людини.