Температура воздуха

Тепловой режим шахт определяется температурой и влажностью рудничного воздуха. В свою очередь, температура воздуха в выработ­ках угольных шахт и рудников зависит от температуры пород, изме­няющейся с глубиной разработки; от особенностей климата мест­ности, в которой расположена шахта; теплофизических свойств гор­ных пород; тепла, выделяющегося при работе механизмов, и от ряда других факторов.

Температурные наблюдения в шахтах проводились еще в начале прошлого века. Они были вызваны отчасти тем, что проветривание шахт осуществлялось естественной тягой, величина которой зависит от температурного режима шахт, а отчасти повышением темпера­туры пород в связи с углублением горных работ в Англии, Франции, Бельгии и других странах.

Однако связь между температурой воздуха и пород в то время не была еще твердо установлена.

Во второй половине прошлого столетия возрастание температуры пород с глубиной уже ни у кого не вызывало сомнения, и на основа­нии многочисленных наблюдений в ряде промышленных областей Западной Европы была определена геотермическая ступень, т. е. то расстояние в метрах, при углублении на которое температура пород возрастает на 1* С.

Отсчет температуры при этом ведется от нейтрального слоя, расположенного на глубине 20—40 м. темпера­тура которого в течение года не изменяется и равна среднегодовойв данной местности. В конце прошлого века делались попытки опре­делить предельную глубину, до которой можно вести горные работы по тепловому фактору. Так в 70-х годах в Англии работала специаль­ная Королевская комиссия, которая определила, что в связи с повы­шением температуры по мере углубления в землю вести работы ниже 1200 м опасно.

Большой материал по геотермии был получен при проведении тоннелей, в частности Сент-Готардского, причем было установлено, что под вершинами геотермическая ступень значительно больше, чем под долинами; в первом случае она была равна 56 м, а во втором 29 м.

В настоящее время геотермия горнопромышленных районов России изучена довольно полно до глубины порядка 3000 м. Геотермическая ступень H_t изменяется в весьма широких пределах — от 12 (Керчен­ский полуостров) до 120 м (Украинский кристаллический щит). В Донбассе на глубинах 700—800 м в шахтах Горловского района Н_t равна 32,3—35,2 м, в районе г. Донецка 30 м, в Кадиевском районе 34,8 м, в районе г. Шахты 37,5—38,3 м. В Чистяковском районе на глубине порядка 400 м Н_t = 33,4 м. Для глубоких Криво­рожских рудников Н_t при тепловых расчетах можно принимать равной 60—70 м.

В 90-х годах девятнадцатого века появляются первые работы, посвященные предварительному расчету температурного режима шахт с учетом теп­лоотдачи горных пород, а также выделения тепла людьми, лошадьми и горящими рудничными лампо­чками.

Необходимость глубокого изучения вопросов теплообмена в горных выработках в России возникла сравнительно недавно, в годы после Великой Отече­ственной войны, в связи с проектированием шахт на глубину 1300—1500 м. Несмотря на новизну вопроса за короткий отрезок времени в результате усилий ряда научных учреждений, и в первую очередь Института теплоэнергетики АН России, соз­даны основы теории и разработаны методы тепловых расчетов глубоких рудников.

Исследование температурного режима в горных выработках тре­бует прежде всего замера температуры и влажности воздуха. Для этого обычно применяют психрометр Ассмана (рис. 6). Прибор состоит из двух ртутных термометров 1, ртутные шарики которых заключены в металлические трубки 2. Один ртутный шарик закрыт мокрым марлевым колпачком, и если влажность атмосферы меньше 100%, ртуть в этом шарике испытывает добавочное охлаждение за счет испарения влаги с марлевого колпачка. Показания этого термометра t_м при этом будут ниже показаний другого — t_с. В верх­ней части прибора установлен вентилятор 3 с пружинным 4 или электрическим приводом, который создает тягу воздуха по трубкам. По разности показаний температур t_c и t_M по психрометрическим таб­лицам определяются относительная и абсолютная влажность воздуха.

Для правильного замера средней температуры воздуха в вер­тикальной выработке (с погрешностью не более ±10%) психрометр

при измерении необходимо помещать на расстояние от стенки, где R — радиус выработки в свету.

В горизонтальных выработках высотой h и шириной А среднее значение температуры дает термометр, установленный на расстоянии (0,3 - 0,35) А от стенки и 0,4 h от почвы.

В очистном забое при ширине рабочего пространства А для получе­ния среднего значения температуры необходимо термометр помещать на высоте, равной 0,5 мощности пласта, на расстоянии 0,44 от забоя.

Что касается влажности рудничного воздуха, то уже в воздухо-подающем стволе, в котором обычно наблюдается сильный капеж воды, влажность иногда достигает 90%, в дальнейшем она может еще более повышаться, вплоть до 100%. Наиболее высоких значений она достигает в вентиляционных стволах.

В калийных рудниках влажность рудничного воздуха в значи­тельной мере определяется влажностью воздуха, подаваемого с по­верхности для их проветривания. Летом поступающий в рудник теп­лый влажный воздух, охлаждаясь в выработках, вызывает конденса­цию влаги на стенках, и в жаркие дни в районе околоствольного двора наблюдается туманообразование. В глубоких калийных и каменно-соляных рудниках при температуре воздуха более 20° С наблюдается низкая относительная влажность.

Необходимость изучения теплового режима шахт и в ряде слу­чаев активного воздействия на него обусловлена влиянием теплового режима, как на здоровье трудящихся, так и на производительность труда. По современным данным Донецкого института физиологии труда и профзаболеваний, при температуре воздуха свыше +28° С производительность труда шахтеров снижается на 30—40%.Работа в условиях высоких температур действует изнуряюще, вызывает чувство разбитости, сонливости, снижает внимание и осторожность. Гигиенистами установлено, что самочувствие трудящихся зависит не только от температуры, но и от соотношения между температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, которые определяют охлаждающее действие атмосферы.