Климатические условия

Климатические условия (тепловой режим) горных предприятий оказывают большое влияние на самочувствие человека, его производительность труда, на уровень травматизма. Кроме того, они оказывают влияние на работу оборудования, поддержание выработок, состояние вентиляционных сооружений.

Температура и влажность воздуха в подземных выработках зависят от таковых на поверхности.

При движении воздуха по подземным выработкам его температура и влажность изменяются.

Зимой воздух, поступающий в шахту, охлаждает стенки воздухо-подающих выработок, а сам нагревается. Летом воздух нагревает стенки выработок, а сам охлаждается. Теплообмен происходит наиболее интенсивно в воздухоподающих выработках и на некотором расстоянии от их устья затухает, а температура воздуха становится близкой к температуре пород.

Слой породы, температура которого меняется в течение года, называется тепловыравнивающей рубашкой (оболочкой). Протяженность ее зависит от количества воздуха, размеров выработки, теплофизических параметров горных пород.

Относительная влажность воздуха зависит от влажности атмосферного воздуха и обводненности пород.

В летнее время при поступлении в горные выработки воздух с большим влагосодержанием охлаждается, а избыток влаги выпадает из воздуха и конденсируется на стенках выработок. Относительная влажность может достигать 100%.

В зимнее время происходит обратный процесс. При поступлении воздуха в шахту выработки осушаются, вода выносится из выработок на поверхность.

Основными факторами, определяющими температуру воздуха в подземных горных выработках, являются:

1. Тепло- и массообмен с горными породами.

2. Естественное сжатие воздуха при его движении вниз по вертикальным или наклонным выработкам.

3. Окисление горных пород и материалов крепи.

4. Охлаждение горной массы при ее транспортировании по выработкам.

5. Процессы массообмена между воздухом и водой.

6. Тепловыделение при работе машин и механизмов.

7. Тепловыделение людей, охлаждение электрических кабелей, трубопроводов, горение светильников и пр.

Меры борьбы с высокими температурами в подземных горных выработках:

1. Теплоизолирующие покрытия выработок.

2. Сокращение пути движения воздуха к местам потребления.

3. Увеличение количества воздуха.

4. Замена деревянной крепи металлической.

5. Уменьшение времени нахождения горной массы в подземных выработках.

6. Охлаждение воздуха без применения холодильных машин (при помощи льда, использование холодной воды рек и сжатого воздуха).

7. Охлаждение воздуха с помощью холодильных машин (кондиционирование).

Правилами безопасности регламентированы температура и скорость движения воздуха на рабочих местах и в выработках.

Так, температура воздуха в подземных выработках не должна превышать 26^оС (при влажности <90%).

Максимально допустимая скорость движения воздуха в различных выработках колеблется от 4 м/с (в призабойных пространствах) до 15 м/с (в вентиляционных стволах, не оборудованных подъемом).

Воздух, подаваемый в подземные выработки в зимнее время, должен подогреваться до температуры +2^оС (в 5 м от сопряжения канала калорифера со стволом).

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений (в т.ч. и обогатительных фабрик) приведены в ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН – 2.2.4.548-96.

Оптимальные микроклиматические условия – такие сочетания метеорологических параметров, которые обеспечивают ощущение теплового комфорта.

Допустимые – такие сочетания метеорологических параметров, при которых не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья.

Указанными выше нормативными документами установлены оптимальные и допустимые нормы метеорологических параметров для холодного (и переходного) периода года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10^оС) и теплого периодов года, а также для различных категорий работ по тяжести физического труда (I – легкая, II – средней тяжести, III – тяжелая).

Так, допустимый диапазон температур в холодный период года для работ I категории тяжести составляет 19-25^оС; II категории – 15-23^оС; III категории – 13-21^оС.

В теплый период года эти диапазоны составляют соответственно 20-28^оС; 16-27 ^оС; 15-26 ^оС.

Раздел II. АЭРОМЕХАНИКА И АЭРОДИНАМИКА
ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

2.1. Основные физические свойства воздуха,
определяющие его движение по воздуховодам

Удельный вес воздуха – вес единицы объема воздуха:

(2.1.)

g=G/V, н/м³

где G – вес, н; V – объем, м³.

Удельный вес воздуха зависит от давления р и температуры t. Для стандартных условий (р=1013,25 гПа, t=+15^оС) g=11,77 н/м³.

При иных давлении и температуре удельный вес воздуха может быть определен по формуле:

(2.2.)

,

где Р – давление, гПа; Т=(273±t) – температура воздуха, к.

Плотность воздуха – масса единицы объема воздуха:

(2.3.)

ρ=М/V, кг/м³

где М – масса, кг; V – объем, м³.

Для стандартных условий ρ=1,2 кг/м³.

Вязкость воздуха – свойство воздуха оказывать сопротивление касательным усилиям. Динамическая вязкость μ (коэффициент внутреннего трения) – сила трения между двумя слоями воздуха, отнесенная к единице площади, при градиенте скорости, равном единице. Единица измерения динамической вязкости – 1 Па·с (н·с/м²).

(2.4.)

При решении вентиляционных задач находит применение кинематическая вязкость:

υ=μ/ρ, м²/с

Для стандартных условий υ=1,4·10^-5 м²/с.

Удельная теплоемкость С – количество теплоты, нагревающей 1 кг воздуха на 1 К. Единица измерения теплоемкости – Дж/(кг·К).

Различают теплоемкость при постоянном давлении (С_р) и постоянном объеме (С_υ). При стандартной температуре +15^оС:

С_р=999 Дж/(кг·К), С_υ=708 Дж/( кг·К)