Охлаждающее действие атмосферы

Количество тепла, образующееся в человеческом организме, пропорционально интенсивности работы и колеблется в пределах 60—400 ккал/ч. Для поддержания постоянной температуры тела все образующееся тепло должно отводиться в окружающую среду. Если теплоотдача недостаточна, возникает перегрев тела, а если слишком велика, то переохлаждение.

Теплоотдача происходит за счет лучеиспускания, конвекции и испарения пота.

Потеря тепла за счет лучеиспускания зависит от разности темпера­тур человеческого тела и окружающей среды, причем, если температура последней равна около 30^о, потеря тепла лучеиспусканием близка к нулю.

Теплоотдача, обусловленная испарением пота, приобретает осо­бенно большое значение при высокой температуре на рабочем месте и вызывается тем, что на испарение 1 г влаги затрачи­вается около 0,6 ккал тепла.

Интенсивность испарения пота зависит от относительной влажности воздуха и уменьшается с ее увеличением.

Очень большое значение для охлаждения организма имеет скорость движения воздуха.

Количественная оценка охлаждающего действия ат­мосферы за счет совместного воздействия температуры, влажности и скорости движения воздуха может быть произведена специальным прибором — кататермометром (рис. 7). Этот простой прибор, представляет собой спир­товой термометр, имеющий вверху уширение 1. Шкала прибора обычно имеет две отметки: верхняя соответствует температуре спирта 38° С, нижняя 35^о С. Для пользова­ния прибором необходимо знать его фактор F, который определяется на заводе-изготовителе и равен количеству тепла в милликалориях. выделяющемуся с 1 см² поверх­ности резервуара кататермометра при охлаждении его от 38 до 35°.

Охлаждающее действие определяется в катаградусах, которые получаются как частное от деления фак­тора F на время S в секундах, за которое прибор охлаж­дается от 38 до 35^е. Для замера катаградусов резер­вуар кататермометра 2 погружают в сосуд с водой, нагретой до +80°, и ждут, пока спирт заполнит на ¹/₃ высоты резервуар 1. После этого прибор вытирают сухой тряпкой, вешают и издали, с подве­тренной по отношению к кататермометру стороны, наблюдают за падением столбика, замеряя время падения от 38 до 35° секундо­мером. Такие катаградусы называют «сухими» Н_с, они фиксируют охлаждающее действие за счет лучеиспускания и конвекции. При же­лании учесть влияние испарения влаги спиртовой резервуар прибора покрывают батистовым или марлевым колпачком, который после извлечения резервуара из горячей воды отжимают.

Испарение влаги с колпачка создает дополнительное охлаждение спирта, вследствие чего величина S уменьшается, а значение катаградусов по мокрому кататермометру Н_м всегда выше Н_с. причем разница между ними тем больше, чем суше воздух. Согласно проведенным наблюдениям, чело­век, выполняя легкую работу, чувствует себя хорошо, если на рабо­чем месте охлаждающее действие по сухому кататермометру равно 6 катаградусам, а по мокрому 18. При выполнении работы средней тяжести следует стремиться к Н_с > 8. а Н_м > 25 и при тяжелой работе к Н_с = 10 и Н_м = 30.

Температура и скорость движения воздуха в шахтах нормируются Правилами безопасности. Так температура воздуха в подготовительных, очистных и других действующих выработках не должна превышать 26° С. При температуре свыше 26° С должны приниматься специальные меры по ее снижению.

Минимальные скорости движения воздуха в рабочих простран­ствах у очистных забоев равны: 0,25 м!сек при t до 15° С; 0,6 м/сек при t = 15 - 20° С; 1м/сек при t = 20 - 22° С; 1,5 м/сек при t = 22 -- 24° С и 2 м/сек при t = 24 -- 26° С. Принятые скорости, как показывает подсчет, обеспечивают при данной температуре охлаждающее действие атмосферы по сухому кататермометру в пределах 8 —10 катаградусов.

С момента поступления вентиляционной струи в шахту в ней протекают тепловые и термодинамические процессы, которые не прекращаются до момента выхода струи в атмосферу.

В зимний период, поступающий в шахту холодный воздух начинает нагреваться; в летнее время температура поступающего нагретого воздуха сперва несколько снижается, а затем также начинает повы­шаться. Повышение температуры происходит вследствие тепловыделе­ния из окружающих выработки пород, сжатия воздушной струи при движении вниз по стволам, окислительных процессов, работы механизмов, охлаждения добытого полезного ископаемого и шахтных вод и т. п. Соотношение между тепловыделением от различных источ­ников с глубиной разработки меняется и при глубинах порядка 1000 м для шахт может быть принято, по А. Н. Щербаню, следующим: тепловыделение из пород 50%, от окисления угля и древесины 25 %, от добытого полезного ископаемого 10 %, от работы двигателей и электрических приводов и кабелей 8 %, от остальных источников 7%. Тепловой баланс глубоких криворожских рудников, установленный работами НИИ, несколько иной. В частности, тепло­выделение из пород не выходит за пределы 30%, а тепловыделение от местных источников составляет 70%.

Несмотря на то, что в современных шахтах от устья воздухоподающего ствола до очистных выработок расстояние измеряется кило­метрами и температура воздуха в очистных забоях близка к темпера­туре пород, сезонные колебания температуры наружного воздуха все же отражаются на температуре его в очистных забоях, которая в зимнее время ниже на 3—4^о С, чем в летнее. Даже суточные колеба­ния температуры ощущаются в подземных выработках и на расстоя­нии 2,9 км от устья воздухоподающего ствола достигают в ряде слу­чаев 2—2,3° С, а на расстоянии 3,5 км 0,8—0,9° С.

При проектировании глубоких шахт необходимо производить тепловой расчет для определения ожидаемой температуры воздуха в сети подземных выработок, и особенно в очистных и подготовитель­ных забоях, а также для установления необходимости искусствен­ного охлаждения воздуха и величины этого охлаждения.

Научные основы тепловых расчетов глубоких шахт, расположен­ных в области положительных среднегодовых температур, разрабо­таны ИТФ АН Украины и применены для шахт Донбасса. Дальней­шее развитие разработанная методика применительно к шахтам Кривого Рога получила в работах ДГИ и применительно к шах­там, расположенным в области вечной мерзлоты, в работах ЛГИ.

Разработанные способы тепловых расчетов крайне сложны, и хотя предложены так называемые упрощенные методы, они также весьма трудоемки.

Для снижения температуры воздуха в глубоких шахтах выпол­няется ряд горнотехнических мероприятий или производится искус­ственное охлаждение воздуха с помощью холодильных машин.

К мероприятиям горнотехнического характера относятся: сниже­ние интенсивности нагревания вентиляционной струи путем увели­чения скорости движения ее по горным выработкам; отказ от широ­кого применения деревянной крепи, гниение которой способствует повышению температуры рудничного воздуха; применение теплоизо­ляции водоотливных канавок и стен выработок там, где это возможно. Можно также отводить тепло от работающих машин и механизмов непосредственно в исходящие струи. Некоторый эффект может быть достигнут применением нисходящего проветривания очистных забоев, однако при этом движение воздуха вдоль очистного забоя не совпа­дает с естественным стремлением метана вверх, вследствие малого его удельного веса, поэтому возникает опасность метановых ско­плений.

Наиболее надежным способом снижения температуры воздуха является применение холодильных установок. Последние могут быть центральными, обслуживающими всю шахту; групповыми, предна­значенными для группы пластов или шахтного крыла; и местными — для одного-двух очистных и подготовительных забоев.

Если в 1967 г. в Донбассе было 23 шахты с температурой воздуха свыше нормы, то к 1970 г. число таких шахт превысило 50. На таких шахтах, как 17 — 17 бис, № 1 — 5 «Кочегарка», им. Дзержинского, температура воздуха достигает +35° С. За последние годы на 16 шах­тах с высокой температурой введены в действие передвижные холо­дильные установки, однако работа по кондиционированию все еще недостаточна: из 209 забоев и камер, где температура превышает нормы, охлаждение воздуха производится только в 35.

Центральные холодильные установки запроектированы в Дон­бассе на шахтах «Кочегарка», «Бутовская-Глубокая», им. Румянцева и др. Местные установки запроектированы на шахтах № 17—17бис, № 1 — 2 им. Мельникова и др.

Применение местной холодильной установки на шахте им. XXII съезда КПСС обеспечило снижение температуры в лаве пласта К₄ на 3—4,5° С, производительность труда при этом возросла на 10%, а себестоимость угля снизилась на 9%.

Кондиционирование воздуха заключается не только в охлажде­нии его при работе на больших глубинах, но и в подогреве в зимнее время. В соответствии с ПБ, поступающий воздух должен подо­греваться калориферами до температуры +2^о С.

Несмотря на принимаемые меры в зимнее время в результате поступления в каналы вентиляторов холодного наружного воздуха происходит их обмерзание. Это приводит к уменьшению сечения кана­лов, повышению их сопротивления, снижению дебита вентилятора.

Обмерзание происходит вследствие сублимации пара и кристал­лизации влаги, находящейся в воздухе в переохлажденном состоянии. При резком понижении температуры наружного воздуха ледонакопление в каналах происходит очень интенсивно, и имели место случаи, когда оно достигло 1,5 т за 12 ч, лед перекрывал канал на ¹/₃ его сечения, депрессия канала возросла на 32 мм вод. ст., а сопротивление увеличилось почти в 2 раза.

Тепловой режим шахт, расположенных в северных и северо­восточных областях нашей страны, определяется тем, что полезное ископаемое залегает в вечно мерзлых породах. В этих условиях в выработках в течение всего года должна поддерживаться отрица­тельная температура для предотвращения оттаивания мерзлых пород_, так как этот процесс обычно сопровождается усилением давления на крепь со всеми вытекающими отсюда последствиями. Низкая температура наружного воздуха, доходящая зимой до —50° С, тре­бует подогрева поступающего воздуха, но с таким расчетом, чтобы температура его оставалась в пределах от —3 до —10° С. В летнее время, наоборот, поступающий воздух должен охлаждаться до тем­пературы (—3) -- (—6° С).

Особенности температурного режима шахт области вечной мерз­лоты приводят к тому, что рекомендуемые Правилами безопасности допустимые скорости движения воздушной струи, установленные в зависимости от температуры воздуха, для этих шахт неприменимы. Первые рекомендации по установлению особых норм скоростей воз­духа для рассматриваемых шахт были даны в 1938 г. А. А. Гескиным, который предлагал следующие их максимальные значения: для ство­лов, по которым производится подъем людей, 3 м^/сек, для штреков, бремсбергов, уклонов 2 м/сек: для очистных выработок 1 —1,5 м/сек.

Ю. Д. Дядькии рекомендовал определять предельно допу­стимую температуру рудничного воздуха в забоях тупиковых выра­боток и камерах в зависимости от скорости по формуле

t = 2v — 8, °С,

а в остальных подземных выработках

t = 2v -- 15. ^оС,

где v — скорость движения вентиляционной струи, м1сек.