Николаев Е.Б., Передереев М. - Нормализация микроклимата в подготовительных выработках глубоких шахт

В настоящее время средняя глубина разработки пластов на шахтах Донбасса составляет 750 м. На 25 шахтах добыча угля производится на горизонтах 1000–1300 м с температурой горного массива 40–50 °С. Температура воздуха в подготовительных забоях глубоких шахт на 6–10 °С превышает допустимые ПБ нормы. За последние 15 лет на шахтах зарегистрировано более 300 тепловых ударов. Тепловой фактор становится основным сдерживающим фактором развития горных работ на глубоких горизонтах, так как снижает производительность труда, отрицательно влияет на здоровье и безопасность труда горняков.

Постановлением совместной коллегии Минтруда, Госнатдзорохрантруда, Минздрава, Минуглепрома, ЦК профсоюза работников угольной промышленности Украины от 05.09.96 г. № 16/19/16 на шахтах запрещена подготовка новых выемочных участков на глубинах ведения горных работ 1000 м и более без решения вопроса по нормализации тепловых условий.

Подготовительные выработки шахт являются одними из наиболее сложных объектов регулирования микроклимата. С произошедшим углублением шахт, в условиях применения технологических схем со столбовыми системами разработки и необходимостью проведения в связи с этим длинных подготовительных выработок, использующих механизированные проходческие комплексы, существенно возросли в выработках тепловыделения из горного массива, транспортируемых породы и угля, от работающих машин и механизмов. Холодопотребность многих проходческих забоев на глубоких шахтах достигает 0,7–1,0 МВт. С переходом многих шахт на отработку горизонтов 1000 м и более проблема с нормализацией микроклимата еще более усугубилась. Для того чтобы обеспечить в подготовительных забоях допустимые ПБ значения температуры воздуха, в шахтных воздухоохладительных аппаратах воздух необходимо охлаждать до весьма низких температур, что технически неосуществимо. В Украине нормы по температуре шахтного воздуха с учетом скорости и влажности самые жесткие в мировой практике добычи полезных ископаемых (не более 22–26 °С).

Приказом Министерства охраны здоровья Украины от 13.12.02 г. № 468 утверждены и зарегистрированы Минюстом Украины за № 498/7819 от 20.06.03 г. Государственные санитарные правила и нормы. Предприятия угольной промышленности (ДСП 3.3.1.095–2002), в котором впервые определена предельно допустимая температура воздуха на рабочих местах в подземных горных выработках шахт – 32 °С. При превышении указанной температуры воздуха работать без средств индивидуальной защиты запрещается. Такое положение обуславливает необходимость разработки новых подходов и технических решений по регулированию микроклимата в выработках глубоких шахт.

Разработка эффективных мер по нормализации климатических условий в тупиковых горных выработках зависит от достоверности используемых на стадии проектирования методов прогноза тепловых параметров воздуха. Известны различные методы прогнозирования температуры шахтного воздуха. Они отличаются друг от друга в основном способами определения влагосодержания воздуха и результирующего внешнего теплового потока, а также способами решения уравнений тепло – и массообмена.

При решении вопросов прогноза и регулирования теплового режима шахт приходится вести прямые и обратные тепловые расчеты горных выработок. При прямом тепловом расчете по заданной температуре поступающего в выработку воздуха определяется температура его в конце выработки. При обратном, наоборот – по заданной температуре исходящего из выработки воздуха определяется температура поступающей в выработку струи. При необходимости определения температуры в конце цепи горных выработок прибегают к последовательному тепловому расчету каждой выработки цепи. При этом температура в начале каждой выработки принимается равной полученной расчетом температуре воздуха в конце предыдущей. Такие расчеты весьма трудоемки и сопряжены с возможностью накопления ошибок. Расчеты упрощаются и уточняются, если применяется метод моделирующих выработок, при котором последовательные расчеты ряда выработок заменяются одним расчетом модели данной цепи, подобранной в соответствии с теорией подобия.

Использование уравнений теплового баланса упрощает математические модели теплообменных процессов в выработке. При этом возможности методов прогноза, основанных на этих уравнениях расширяются за счет применения вычислительной техники и использования программного обеспечения. Так, на кафедре охраны труда и аэрологии ДонНТУ разработана прикладная программа теплового расчета цепи горных выработок, практическое применение которой при прогнозировании тепловых условий в тупиковых выработках показало ее достаточную надежность. Дальнейшее совершенствование методов прогноза является актуальной научно-практической задачей.

Анализ, выполненных за последние 10 лет аналитических и экспериментальных исследований, свидетельствует, что проблема борьбы с высокими температурами воздуха в шахтах глубиной 1000 м и более может быть позитивно разрешена только при реализации комплексного подхода в регулировании микроклимата в выработках глубоких горизонтов. Комплексное регулирование теплового состояния шахтного воздуха включает внедрение рациональных по тепловому фактору технологических решений, применение эффективных систем искусственного охлаждения воздуха, использование надежных методов прогнозирования температурных условий. При этом обязательным условием должна являться дифференциация норм шахтного климата для горных выработок и реализация комплексной медико-профилактической системы охраны труда горняков, работающих в условиях повышенных температур шахтной атмосферы.

Список использованной литературы

1. Правила безпеки у вугільних шахтах. – Київ: Основа, 2001. – 421 с.
2. А.А. Мартынов, Ю.Ф. Булгаков, А.К. Яковенко. Регулирование микроклимата и разработка защиты от перегрева в выработках глубоких шахт. – Днепропетровск: Наука и образование, 2004. – 284 с.
3. Б.И. Медведев. Тепловые основы вентиляции шахт при нормальных и аварийных режимах проветривания. – К.: Вища школа, 1978. – 154 с.
4. Единая методика прогнозирования температурных условий в угольных шахтах. – Макеевка – Донбасс: Донецк, 1979. – 196 с.