Требование к тепловому режиму в подземных выработках

Тепловой режим в подземных выработках характеризуется совокупностью термодинамических параметров воздуха, окружающего массив горной массы, машин и людей. Как показывает практика, в настоящее время при глубинах подземных разработок свыше 900-1000 м искусственное охлаждение и осушение рудничного воздуха практически неизбежно. В условиях же разработки многолетнемерзлых пород, наоборот, необходимо подогреть рудничный воздух. Тепловой режим шахт и рудников определяется температурой, влагосодержанием рудничного воздуха и скоростью его движения в подземных выработках. Таким образом, как в одном, так и в другом случаях возникает необходимость регулирования теплового режима в подземных выработках.

Тепловой режим в подземных выработках должен обеспечивать комфортные условия труда человека, при которых бы он отдавал в окружающую среду столько тепла, сколько выделяется в его организме. В том случае, когда теплопотери человека больше, чем количество тепла, вырабатываемого в организме, ему холодно, и наоборот. Следовательно, температура воздуха, его влажность и скорость в подземных выработках должны быть такими, при которых бы существовало равновесие между теплом, вырабатываемым в организме человека, и теплом, отдаваемым им в окружающую среду.

В организме человека в спокойном состоянии вырабатывается энергии около 320 кДж/ч (~90 Вт), при физической нагрузке средней напряженности - около 800 кДж/ч (~220 Вт) и при тяжелой физи­ческой нагрузке - до 1600кДж/ч (~440 Вт).

Теплоотвод от человека через дыхание составляет 10%, а теплоотвод через кожу — 90% общего. Теплоотвод через кожу происхо­дит путем лучеиспускания, конвекции и испарения пота.

Если температура воздуха выше температуры тела человека, то вдыхаемый воздух охлаждается в организме, отдавая ему часть сво­его тепла, и наоборот. В первом случае, дыхание затрудняет тепло­обмен между человеком и окружающей средой. Во втором случае, особенно при температуре воздуха ниже допустимой, может насту­пить переохлаждение организма.

Теплообмен организма человека с окружающей средой путем лучеиспускания может происходить только в том случае, если тем­пература стенок выработки ниже температуры его кожи, то есть 34-36°С. В противном случае лучеиспускание противо­действует теплообмену.

Удельный тепловой поток, отдаваемый кожей человека в окру­жающую среду конвекцией, пропорционален скорости движения воздуха и разности между его температурой и температурой кожи человека. Из этого следует, что для обеспечения теплообмена кон­векцией необходимо регулировать температуру и скорость движения рудничного воздуха.

Равнозначным в количественном отношении с теплообменом конвекцией является отвод тепла из организма человека путем потовыделения. При выделении человеком 1 кг пота он теряет около 2260 кДж тепла и 8 г соли.

Потовыделение происходит только в том случае, когда влаж­ность воздуха не выше влажности насыщения. В противном случае теплообмен путем потовыделения прекращается. Из этого следует, что регулирование влажности шахтного воздуха является одним из основных каналов управления тепловым режимом в подземных вы­работках.

Тепловой режим в подземных выработках должен поддержи­ваться таким, чтобы обеспечивался нормальный теплообмен орга­низма человека с окружающей средой по всем четырем каналам: дыханием, лучеиспусканием, конвекцией и потовыделением. Канал теплообмена дыханием реализуется, когда температура воздуха ни­же 37°С. Канал теплообмена лучеиспусканием — когда тем­пература стенок выработок ниже 34°С. Так как температура воздуха в выработке на 2-3 градуса ниже температуры стенок, то температура шахтного воздуха по условиям теплообмена лучеиспу­сканием должна быть ниже 31-32⁰С.

Если закрыты все четыре канала теплообмена человека с окру­жающей средой в течение длительного времени, то наступает тепло­вая смерть.