Транспортировка породы и вентиляция в горных выработках

Уборка и транспортировка породы. При проведении горных выработок уборка и транспортировка породы является весьма трудоемкой производственной операцией. По оценкам специалистов, она занимает до 50%, а при проходке вертикальных выработок до 70% общего времени, затрачиваемого на проходку. Кроме того, эти работы требуют организации достаточно сложного в ряде случаев хозяйства, включающего рельсовые пути, подвижной состав (вагонетки, электровозы), систему сигнализации, подъемные механизмы, породопогрузочные машины и т.д. Разумеется, все это зависит от характера проводимых работ: чем крупнее и глубже выработки, чем более разветвлена их сеть, тем мощнее применяемая техника и транспорт.

При проходке и эксплуатации горизонтальных подземных выработок для откатки породы используются рельсовый, самоходный и другие виды транспорта. После очередной откатки взорванная порода при помощи породопогрузочных машин, скреперных установок, вручную или с использованием ленточных перегружателей грузится в вагонетки. При штольневой системе разведки порода в вагонетках с помощью электровозов, автосамосвалами, иногда с применением конвейеров, транспортируется на поверхность, где вблизи устья выработки обычно сваливается в отвал. На шахтах процесс перемещения пород более сложен. Сначала взорванная порода доставляется до откаточного штрека, затем по рельсовым путям до шахтного ствола; по стволу с помощью подъемных установок (клетевых или скиповых) поднимается на-гора и уже на поверхности транспортируется в отвалы, которые могут находиться на значительном расстоянии от шахты.

Вентиляция и освещение выработок. Как известно, сухой атмосферный воздух при нормальном давлении содержит по объему около 77% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, 1% паров веды, 0,1% углекислого газа, водорода и др. Воздух, заполняющий горные выработки, называется шахтным, или рудничным, и по составу отличается, иногда существенно, от нормального атмосферного. Атмосферный воздух, попадая в горные выработки, загрязняется рудничной пылью, газами, выделяющимися из пород и руд, вредными веществами, образующимися при взрывах. Изменяются также температура, влажность и давление. Краткая характеристика основных компонентов рудничного воздуха сводится к следующему.

Кислород (О₂) — один из важнейших компонентов воздуха: потребление человеком кислорода в зависимости от выполняемой работы составляет от 1 до 3,5 л/мин. Снижение содержания кислорода до 17-18% вызывает одышку и учащенное сердцебиение, до 12% — приводит к обморочному состоянию и возможно смертельному исходу. По правилам безопасности содержание кислорода в рудничном воздухе не должно быть ниже 20%.

Азот (N₂) — химически инертен, но при взрывных работах может окисляться, образуя ядовитые газы. Содержание его в рудничной атмосфере не нормируется, но повышение его концентрации приводит к снижению содержания кислорода.

Углекислый газ (СО₂) — токсическое действие проявляется при 3-4% его содержания в воздухе и выражается в головокружении, головной боли и других неприятных ощущениях, при повышении его концентрации до 5% наступает одышка, при 10% — обморочное состояние, при дальнейшем увеличении содержания человеку угрожает смерть. Углекислый газ тяжелее воздуха и скапливается у почвы выработок, а также в глубоких, долго не проветриваемых выработках. По правилам безопасности содержание углекислого газа у рабочих мест не должно превышать 0,5%.

Оксид углерода (СО) — образуется при взрывных работах, пожарах, работе двигателей внутреннего сгорания. Сильно ядовит. Легкое отравление вызывает уже концентрация 0,02-0,05%, при содержании 1% смерть наступает после нескольких вдохов. Предельно допустимая концентрация 0,0016%. Газ легче воздуха, поэтому скапливается в верхних частях выработок.

Диоксид азота (NO₂) — газ красно-бурого цвета с резким запахом, очень ядовит: при содержании 0,025% смертельно опасен. Наряду с ним при взрывах образуются другие оксиды NO, N2O. Максимально допустимая концентрация оксидов азота в пересчете на NO2 равна 0,00025%.

Диоксид серы (SO₂) — сернистый газ, бесцветный с резким запахом, вызывающий раздражение дыхательных путей, отек легких. Предельно допустимое содержание в воздухе 0,00035%.

Сероводород (H₂S) — бесцветный с резким запахом, ядовит. При содержании 6% образует с воздухом взрывную смесь. Максимально допустимая концентрация 0,00066%.

Акролеин (СН₂СНСОН) и формальдегид (НСОН) — ядовитые продукты, содержащиеся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. Максимально допустимая концентрация их соответственно 0,000009 и 0,00004%.

Метан (рудничный газ — СН₄) — при содержании 5-16% образует с воздухом взрывчатую смесь. Взрывные работы даже предохранительными ВВ можно проводить при содержании метана не выше 1%.

Рудничная пыль — образуется при буровзрывных работах, погрузке, транспортировке горной массы и других работах, находится во взвешенном состоянии (пылевой аэрозоль); осевшая пыль называется пылевым аэрогелем. Концентрация пыли измеряется или количеством миллиграммов пыли в 1м³, или числом пылинок в 1 см³. (200 пылинок размером от 0 до 2 нм, в 1 см³ приравнивается к 1 мг/м³.) Чистый воздух в горах содержит 200-1000 пылинок в 1 см³; воздух в городах — от 50000 до 200000; концентрация пыли при горных работах достигает 50-350 мг/м³ и выше.

Рудничная пыль является причиной профессиональных заболеваний, называемых пневмокониозами. Нормы запыленности рудничного воздуха установлены в зависимости от вредности пыли. Например, при содержании свободной SiО₂ более 70% предельная запыленность не выше 1 мг/м³, при содержании SiО₂ от 10 до 70% она не должна превышать 2 мг/м³. При отсутствии свободной SiО₂ и токсических веществ норма запыленности повышается до 10 мг/м³. Угольная и сульфидная пыль при определенной концентрации взрывоопасна.

Рудничный воздух, не отличающийся или почти не отличающийся от нормального атмосферного, называется свежим, в остальных случаях — загрязненным. Контроль состава рудничного воздуха осуществляется химико-аналитическим методом, путем химического анализа проб воздуха, или экспресс-методом с помощью переносных газоанализаторов.

Вентиляция подземных выработок осуществляется потоком воздуха, поступающего с поверхности земли либо вследствие естественной тяги (в некоторых случаях неглубоких выработок), либо по специально организованной схеме искусственной вентиляции.

Для искусственного проветривания применяют центробежные и осевые вентиляторы. Для обеспечения движения воздуха по выработкам в нужном направлении помимо вентиляторов устанавливают различные вентиляционные устройства: перемычки, вентиляционные двери, шлюзы, трубы и др. Тип используемых вентиляторов, характер оборудования и схема проветривания зависят от длины выработки, ее назначения, количества газов и т.д. При проходке разведочных выработок применяют три схемы вентиляции призабойного пространства: нагнетательную, всасывающую и комбинированную.

В нагнетательной схеме подача свежего воздуха производится по системе трубопроводов вентилятором, установленным близ устья выработки. Загрязненный взрывом воздух перемещается от забоя к устью. При такой схеме призабойное пространство очищается быстро, но вся выработка в целом проветривается тем дольше, чем она длиннее. Поэтому нагнетательный способ применяют при длине выработок до 300-500 м.

При всасывающей схеме загрязненный воздух всасывается в забое и удаляется по трубопроводу, не распространяясь по выработке. Такая система предпочтительнее в протяженных выработках и используется при длине проветривания 400-1000 м. При комбинированной системе вентиляции призабойное пространство отделяется от основной части выработки парусиновой перемычкой; в это пространство вводятся концы всасывающего и нагнетательного трубопроводов. Забой быстро очищается от продуктов взрыва. Комбинированный способ применяется также для проветривания очень протяженных выработок.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: В. В. Авдонин, и др.

Источник: Технические средства и методика разведки месторождений полезных ископаемых.

Данные публикации будут полезны для студентов инженерно-геологической и геохимической специальностей.