Temat: 6. Przewietrzanie kopalń.

6.1. Cel i znaczenie przewietrzania kopalń

Przewietrzaniem kopalń określa się całokształt działalności związanej z planowym dostarczaniem powietrza świeżego do wszystkich czynnych wyrobisk górniczych.

Celem tej działalności jest zapewnienie w podziemnych wyrobiskach górniczych:

- odpowiedniego składu powietrza,

- odpowiedniej ilości powietrza,

- utrzymania warunków klimatycznych na poziomie odpowiadającym wymaganiom sprawnego funkcjonowania organizmu ludzkiego,

- rozrzedzania i odprowadzania szkodliwych dla ludzi gazów wydzielających się z górotworu lub powstałych z różnych przyczyn w podziemiach kopalń.

Dobre przewietrzanie kopalni jest podstawowym warunkiem bezpieczeństwa i higieny pracy, gdyż od jego sprawności zależy zdrowie oraz życie pracujących pod ziemią załóg górniczych. Dobre i sprawne przewietrzanie zezwala na zachowanie pełnej sprawności fizycznej oraz umysłowej górnikowi, zapewniając z jego strony wydajną i bezpieczną pracę.

Temat: 6.2. Powietrze kopalniane.

6.2.1. Skład powietrza atmosferycznego i kopalnianego.

Do kopalni doprowadza się powietrze z powierzchni ziemi, a więc powietrze atmosferyczne.

Stanowi ono mieszaninę gazów o składzie:

- tlenu O₂ – 20,93%,

- azotu N₂ – 78,10%.

Pozostałość (około 1%) stanowią gazy szlachetne (argon, neon, hel i inne), dwutlenek węgla CO₂ w ilości 0,03 do 0,04%, pewna ilość pary wodnej i zanieczyszczeń pyłowych.

Powietrze atmosferyczne ma w warunkach normalnych (0°C, 1013 hPa) gęstość 1,293 kg/m³:

Składnikiem atmosfery koniecznym do życia człowieka jest tlen. Tlen O₂ jest gazem bezbarwnym, bez smaku i zapachu o gęstości w normalnych warunkach 1,43 kg/m³. Jest on konieczny w procesie oddychania, a również niezbędny do podtrzymywania palenia i wszel­kich procesów utleniania.

Proces oddychania polega na pobieraniu powietrza do płuc, gdzie przepływająca krew pobiera część tlenu i jako krew tętnicza (bogata w tlen) płynie do tkanek, w których tlen zostaje użyty do spalania węgla zawartego w pokarmach przyjętych przez organizm. Powstała stąd energia potrzebna jest do podtrzymywania wszelkich procesów życiowych organizmu.

Produkt spalania - dwutlenek węgla - krew żylna odprowadza do płuc, skąd następuje jego wydalenie. Skład powietrza wydychanego z płuc jest inny niż wdychanego. Powietrze wydychane zawiera około 78% azotu, 17% tlenu i 4% dwutlenku węgla. Powietrze takie nie nadaje się do oddychania i przebywanie w nim zagraża zdrowiu. Zużycie tlenu przez człowieka zależy od wysiłku, jaki on pokonuje. W spoczynku wynosi ono 0,25 l/min, w czasie pracy około 1,5 l/min, a przy wielkim wysiłku nawet do 3,5 l/min.

Nazwą powietrze kopalniane określa się powietrze znajdujące się w podziemiach kopalni, czasem różne co do składu od powietrza atmosferycznego wskutek pochłaniania tlenu i wydzielania się innych gazów oraz pyłu w kopalni.

Powietrze dopływające do wyrobisk górniczych nazywa się powietrzem świeżym, a to które po przewietrzeniu wyrobisk płynie do wylotu - powietrzem zużytym.

W podziemiach kopalni powietrze kopalniane przyjmuje w swój skład szkodliwe i nie nadające się do oddychania gazy wydzielające się z górotworu lub powstające z różnych przyczyn na drodze jego przepływu, a w szczególności wskutek:

- procesów utleniania węgla,

- oddychania ludzi,

- gnicia drewna,

- pracy maszyn (np. silników spalinowych),

- urabiania materiałami wybuchowymi,

- wszelkich procesów spalania, a zwłaszcza pożarów kopalnianych.

Skład powietrza kopalnianego:

- różni się od składu powietrza atmosferycnego,

- nie jest jednakowy w różnych wyrobiskach kopalni.

Tak zwane powietrze ciężkie albo atmosfera dusząca powstaje przez ograniczenie (zmniejszenie) ilości tlenu w powietrzu kopalnianym wskutek zużycia tlenu do spalania, utleniania i oddychania ludzi oraz intensywnego wydzielania się z górotworu do powietrza kopalnianego takich gazów, jak dwutlenek węgla, metan lub azot.

Zmniejszenie tlenu w powietrzu kopalnianym wywiera ujemny wpływ na organizm ludzki. Przy 17% tlenu oddech staje się ciężki i występuje przyspieszone bicie serca, przy 15% występuje brak zdolności do większego wysiłku, przy 10% następuje utrata przytomności.

Przepisy bezpieczeństwa nakazują stałe przewietrzanie wszystkich wyrobisk i pomieszczeń górniczych tak, aby zawartość tlenu w po­wietrzu kopalnianym nie była mniejsza od 19%.

Tlenek węgla CO, siarkowodór H₂S, tlenki siarki i tlenki azotu jako gazy trujące stanowią niebezpieczne domieszki powietrza kopal­nianego.

Atmosferę wybuchową stwarzają mieszaniny gazów, takich jak metan, węglowodory ciężkie (etan i inne), tlenek węgla i wodór. Powietrze kopalniane charakteryzuje się również różnym od po­wietrza atmosferycznego zapyleniem, temperaturą i wilgotnością.

Temat: 6.2.2. Gazy szkodliwe występujące w kopalniach węgla.

Gazy szkodliwe występujące w powietrzu kopalnianym zestawiono w tabl. 6.1.

Tablica 6.1. Charakterystyka szkodliwych i niebezpiecznych gazów zawartych w atmosferze

kopalnianej

W czynnych wyrobiskach górniczych zawartość gazów szkodliwych w powietrzu kopalnianym nie może przekraczać wielkości dopuszczonych przepisami bezpieczeństwa (tabl. 6.1).

W razie stwierdzenia większej ich zawartości w wyrobisku górniczym należy niezwłocznie wycofać ludzi do prądu powietrza świeżego, a dojścia do zagrożonego wyrobiska zagrodzić. W miejscach takich mogą być wykonywane tylko prace w zakresie ratownictwa górniczego i przeciwpożarowe.

Złoża węglowe mogą zawierać: metan, dwutlenek węgla, a w rzadkich przypadkach azot. Gazy te występują w złożu albo w postaci wolnej; wypełniając pory, pustki, szczeliny pokładów węgla i skał otaczających, albo w postaci związanej z węglem. W czasie drążenia wyrobisk i wybierania węgla gazy wydzielają się z górotworu do atmosfery kopalnianej. Wydzielanie może mieć charakter równomier­ny, a także skupionych miejscowych wypływów (fukaczy, fontann gazowych), a niekiedy nagłych wyrzutów.

W Zagłębiu Dolnośląskim nagłe wyrzuty gazów, głównie dwutlen­ku węgla i skał, stanowią duże zagrożenie w tamtejszych kopalniach. Największe ilości szkodliwych gazów znajdują się w otamowanych i nie przewietrzanych starych zrobach lub w tych rejonach złoża, których otamowanie nastąpiło wskutek pożaru, czyli w tzw. polach pożarowych.

W czasie zniżki barometrycznej ciśnienie gazów w przestrzeni otamowanej jest chwilowo wyższe niż przed tamami. Następuje wtedy wypływ gazów z otamowanej przestrzeni do czynnych wyrobisk przez nieszczelności tam i szczeliny calizny węglowej aż do czasu wyrów­nania się ciśnienia po obu stronach tam.

W czasie zwyżki barometrycznej sytuacja jest odwrotna i powietrze wpływa do przestrzeni otamowanej.

Wydobywające się zza tam w czasie zniżki barometrycznej szkod­liwe gazy zagrażają ludziom pracującym w sąsiedztwie starych zrobów lub pól pożarowych.

Każda kopalnia obok dbałości o szczelność tam obowiązana jest informować zjeżdżających w podziemia kopalni ludzi o stanie ciśnienia barometrycznego. Polskie Radio kilka razy dziennie w specjalnych komunikatach dla górnictwa podaje informacje o ciśnieniu baro­metrycznym. W kopalniach w widocznych miejscach, przeważnie na nadszybiach szybów zjazdowych, umieszcza się transparenty świetlne koloru czerwonego z napisem „Zniżka barometryczna".

Praca w sąsiedztwie starych zrobów lub pól pożarowych wymaga specjalnej ostrożności i czujności ze strony kierownictwa dozoru ruchu oraz wszystkich zatrudnionych pracowników. Nigdzie nie wolno chodzić samemu, a wszelkie zespoły pracownicze powinny być wypo­sażone w przyrządy wykrywające obecność gazów szkodliwych lub umożliwiające ich pomiar.

Temat: 6.2.3. Kontrola składu powietrza kopalnianego.

Kontrolę składu powietrza kopalnianego prowadzi się systematycznie co pewien czas, czyli okresowo, oraz dorywczo w razie potrzeby.

Wykonuje się ją za pomocą:

- analizy chemicznej przeprowadzanej w laboratorium,

- specjalnych przyrządów do wykrywania i pomiaru gazów występujących w powietrzu kopalnianym.

W przypadkach szczególnych, np. dużego zagrożenia, stosuje się urządzenia do ciągłego pomiaru stężenia gazów z możliwością rejestracji wyników w formie wykresu i przekazywania ich bezpośrednio do dyspozytorni kopalnianej.

Analizy chemiczne laboratoryjne. Pozwalają one określić bardzo do­kładnie skład powietrza kopalnianego. Metodę tę stosuje się przy okresowej kontroli powietrza kopalnianego. Wymaga ona pobrania próbek powietrza kopalnianego, przesłania ich do laboratorium i wykonania tam analizy chemicznej. Wszystko to trwa co najmniej kilka godzin i nie pozwala na natychmiastową informację o zawartości szkodliwych gazów.

Próbki powietrza kopalnianego pobiera się do specjalnych naczyń, zwanych pipetami. Najczęściej używa się pipet szklanych wypełnionych wodą (rys. 6.1a, b). Pipeta ma pojemność 500 cm³ i zamknięta jest z obu stron kurkami szklanymi. Należy zawsze zwracać uwagę, aby kurki były czyste i posmarowane specjalnym smarem, gdyż od tego zależy ich szczelność.

Pipetę napełnia się wodą destylowaną, zakwaszoną lekko kwasem solnym lub siarkowym. W miejscu pobrania próbki otwiera się oba kurki. Woda wylewa się i pipeta wypełnia się powietrzem kopalnianym. Następnie zamyka się kurki i próbkę odsyła do analizy.

Pipety napełnione wodą są ciężkie i łatwo ulegają uszkodzeniu lub zniszczeniu, dlatego też transportuje się je w specjalnych drewnianych pojemnikach (walizkach).

Wadą tego sposobu pobierania próbek powietrza jest rozpuszczanie się części takich gazów, jak dwutlenek węgla, siarkowodór i tlenek azotu w wodzie w czasie pobierania próbki, przez co wynik analizy chemicznej nie oddaje dokładnie rzeczywistego składu powietrza kopalnianego.

Rys. 6.1. Pipety do pobierania próbek powietrza

a - szklana z kurkami zwykłymi, 4 - maszyna z wodą destylowaną,

b - szklana z kurkami kapilarnymi, 5 - kurek kapilarny z zapadką,

c - z pompką gumową, 6 - wąż gumowy,

d - próżniowa; 7 - pompka gumowa;

1 - kurek górny, 8 - kurek wlotowy,

2 - kurek dolny, 9 - pompka gumowa

3 - pipeta,

Stosuje się również pipety szklane z pompką gumową (rys. 6.lc), pipety szklane próżniowe (rys. 6.1d), pipety metalowe z pompką tłokową, dętki gumowe i pojemniki z tworzyw sztucznych.

Pipety próżniowe mają tylko jedną końcówkę z kurkiem szklanym. Przed pobraniem próbki należy wypompować powietrze z pipety i zamknąć kurek. Na miejscu pobrania próbki otwiera się kurek i pipeta wypełnia się powietrzem kopalnianym.

Pipety metalowe wykonane są z duraluminium, mosiądzu lub stali. Mają kształt cylindrów o pojemnościach 35 lub 55 cm³ zamkniętych z obu stron samoczynnymi zaworami. Próbkę pobiera się, podłączając pipetę do specjalnej pompki zezwalającej na napełnienie pipety powie­trzem kopalnianym, sprężając je do 2,5 MPa. Pobrana próbka w warunkach normalnego ciśnienia ma objętość 1000 do 1500 cm³.

W przypadku konieczności pobrania próbki pod stropem, zza tamy lub z innych trudno dostępnych miejsc, stosuje się sondę teleskopową, którą wkręca się w gniazdo cylindra pompki.

Na rys. 6.2 pokazano taką sondę oraz urządzenia do pobierania próbek powietrza.

Rys. 6.2. Urządzenie do pobierania próbek powietrza

Przyrządy do wykrywania i pomiaru gazów.

Natychmiastowe, aczkolwiek mniej dokładne wyniki uzyskuje się stosując specjalne przyrządy do wykrywania i pomiaru gazów w powietrzu kopalnianym. Przyrządy te nazywają się wykrywaczami, indykatorami lub detektorami.

W kopalniach stosowane są: benzynowe lampy wskaźnikowe, wykrywacze mieszkowe z rurkami wskaźnikowymi, metanomierze różnych typów.

Benzynowa lampa wskaźnikowa (rys. 6.3). Jest najstarszym przyrządem do kontroli powietrza kopalnianego. Płomień osłonięty jest uszczelnionym szklanym cylindrem oraz dwoma siatkami metalowymi. Lampa zamknięta jest zamkiem magnetycznym, a otworzyć ją można tylko specjalnym urządzeniem znajdującym się w lampowni. Wydana z lampowni lampa powinna być napełniona benzyną w ilości wystarczającej do świecenia przez 10 godzin. Użytkownik pobiera z lampowni lampę zapaloną.

Przy odbiorze powinien sprawdzić czy:

- lampa jest dobrze zamknięta na zamek magnetyczny,

- cylinder szklany nie ma pęknięć lub wyszczerbień i czy należycie przylega do uszczelek,

- siatki metalowe są czyste, nie uszkodzone i nie są pokryte rdzą,

- działa zapalniczka i śruba regulująca wysokość płomienia,

- hak nośny i wspornik nie dotykają siatki drucianej.

W przypadku stwierdzenia usterki lampę należy oddać i żądać innej, sprawnej.

Benzynowej lampy wskaźnikowej nie wolno używać do celów oświet­leniowych.

Posługując się nią, można w powietrzu kopalnianym:

- wykryć niedobór tlenu,

- określić w przybliżeniu zawartość dwutlenku węgla,

- określić dość dokładnie zawartość metanu.

W kopalniach węgla kamiennego i brunatnego benzynowe lampy wskaźnikowe były stosowane tylko do kontroli zawartości tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu kopalnianym.

Niedobór tlenu i zawartość dwutlenku węgla bada się obserwując płomień lampy, tzw. normalny (sięgający do 3/4 wysokości cylindra szklanego, tj. ponad płaszczyznę rurki knotowej - górna kreska na skalowanym cylindrze). Lampę opuszcza się powoli od połowy wysokości wyrobiska do spodku. Przy zawartości 19% tlenu w powietrzu kopalnianym lampa przygasa, kopci i natężenie jej światła maleje do połowy normalnego. Przy zawartości tlenu 17,5% lampa gaśnie.

Rys. 6.3. Benzynowa lampa wskaźnikowa - przekrój,

1 - zbiornik stalowy napełniony benzyną,

2 - knot, 6 - cylinder szklany,

3 - śruba do regulacji knota, 7, 8 - kosze z siatki stalowej,

4 - zapalniczka iskrowa, 9 - zamek magnetyczny,

5 - pokrętło zapalniczki, 10 - daszek,

11 - hak

Przy zawartości 3% dwutlenku węgla w powietrzu kopalnianym płomień lampy staje się słaby i kopcący, a przy zawartości 5 do 6% lampa gaśnie. Wykrycie zwiększonej ilości dwutlenku węgla oznacza odpowiednie zmniejszenie tlenu w powietrzu kopalnianym.

Zaletą benzynowej lampy wskaźnikowej jest natychmiastowe wskazanie niebezpieczeństwa braku tlenu lub niedopuszczalnej zawartości dwutlenku węgla.

W pokładach silnie metanowych brak tlenu pod stropem wyrobiska może być spowodowany większą zawartością metanu. W takich warunkach benzynowa lampa wskaźnikowa mogła spowodować zapalenie metanu; głównie wskutek nieumiejętnego posługiwania się nią lub uszkodzenia. Dlatego też w polach metanowych szczegółowy zakres i zasady stosowania benzynowych lamp wskaźnikowych do kontroli zawartości tlenu i dwutlenku węgla ustalał kierownik ruchu zakładu, a pomiar metanu jest wzbroniony.

Wykrywacz harmonijkowy typu WG-2 (rys. 6.4). Jest on dogodnym przyrządem zezwalającym na przepompowanie powietrza kopalnianego przez specjalną dla danego gazu rurkę wskaźnikową.

Jest to rurka szklana zatopiona z obu końców i wypełniona masą wskaźnikową zmieniającą barwę pod działaniem określonego gazu. Istnieją rurki wskaźnikowe do wykrywania i określania zawartości tlenku węgla, dwutlenku węgla, siarkowodoru, dwutlenku siarki, tlenków azotu (NO, NO₂, wodoru, tlenu oraz węg­lowodorów ciężkich. Zestaw rurek wskaźnikowych przedstawiono na rys. 6.5.

W celu oznaczenia zawartości danego gazu w powietrzu kopalnianym obłamuje się oba końce rurki wskaźnikowej i wkłada się ją w gniazdko wykrywacza mieszkowego zgodnie z kierunkiem strzałki. Następnie naciska się na pompkę, powodując wypchnięcie przez zawór wsteczny powietrza zawartego w mieszku oraz sprężenie sprężyny napinającej mieszek. Po zwolnieniu ucisku sprężyna rozpręża się rozszerzając mieszek do pierwotnej jego objętości, co powoduje zassanie badanego powietrza kopalnianego przez rurkę wskaźnikową, gdyż zawór wydechowy jest wtedy zamknięty.

Ściskanie mieszka należy powtórzyć tyle razy, ile przewiduje instrukcja dołączona do danego rodzaju rurki wskaźnikowej. Nie wolno ściskać zbyt szybko mieszka nie czekając na całkowite jego rozprężenie, gdyż daje to fałszywy pomiar.

Rys. 6.4. Wykrywacz harmonijkowy typu WG2-62

a - przekrój, 6 - zawór wsteczny otwierający się

b - widok; przy ściskaniu mieszka i zamyka­-

1 - mieszek, jący się przy jego rozciąganiu pod

2 - sprężynki, działaniem sprężynek,

3 - łańcuszek, 7- gumowe gniazdko,

4, 5 - płytki z tworzywa sztucznego 8 - rurka wskaźnikowa

Przed rozpoczęciem pomiarów należy wykrywacz sprawdzić ze względu na szczelność mieszka i zdolność zasysania powietrza. W tym celu zamyka się otwór ssący (gniazdko) mieszka i ściska się mieszek aż do oporu. Mieszek jest wtedy szczelny, jeżeli po 2 min nie rozpręży się całkowicie, tj. aż do napięcia łańcuszków. Pomiary należy wykonywać tylko sprawnym i nie uszkodzonym wykrywaczem.

Tlenek węgla wykrywa się za pomocą rurek wskaźnikowych typu 0,001, 0,002 i 0,1. Najczęściej oznacza się zawartość tlenku węgla rurką typu 0,001. Po osadzeniu rurki wskaźnikowej w gniazdku wykrywacza naciska się pompkę jeden raz, po czym po całkowitym rozprężeniu mieszka odczytuje się wynik. Jeśli w powietrzu kopalnianym znajduje się tlenek węgla, to w rurce pojawia się zabarwienie zielone. Gdy zabarwienie to dochodzi do pierwszej kreski, wtedy stężenie wynosi, 0,01 %, gdy do drugiej - 0,05%. W takim przypadku nie naciska się więcej pompki i pomiar uznaje się za zakończony.

Rys. 6.5. Rurki wskaźnikowe do wykrywania gazów

a – CO (typu 0,00l),

b – CO (typu 0,1),

c – CO_z (typu 0=5%),

d – CO₂ (typu 1),

e – H₂S,

f – 0₂,

g – H₂,

h–NO

Jeżeli zabarwienie nie pojawiło się albo widać tylko jego ślady to należy pompować jeszcze dziewięć razy i potem odczytać wynik na skali rurki wskaźnikowej. Długość zabarwienia zielonego jest miarą stężenia tlenku węgla (tabl. 6.2).

Tablica 6.2. Zawartość CO w powietrzu odczytana na rurce wskaźnikowej typu 0,001

Badania zawartości dwutlenku węgla, siarkowodoru, tlenu, wodo­ru, tlenków azotu i siarki prowadzi się w podobny sposób, stosując właściwe rurki wskaźnikowe. Typy rurek wskaźnikowych używanych do wykrywania i określenia stężenia szkodliwych gazów oraz kolory zabarwienia masy reakcyjnej w rurce podano w tabl. 6.1.

Do pomiaru ilości tlenu używa się rurek wskaźnikowych dłuższych od pozostałych. Przy jednym ruchu pompką rurka wskazuje zawar­tość 1 do 21% tlenu, barwiąc niebieską masę reakcyjną na zielono.

Metanomierze. Są to przyrządy przeznaczone do kontroli metanu. Niektóre ich typy mogą być również użyte do pomiaru zawartości dwutlenku węgla. Zasady działania metanomierzy i dokonywanie nimi pomiarów omówiono w rozdz. 7.

Temat: 6.2.4. Pyły szkodliwe w powietrzu kopalnianym.

W kopalniach węgla powietrze kopalniane może zawierać pyły szkod­liwe lub niebezpieczne dla zdrowia i życia ludzkiego. Są to bardzo drobne cząstki węgla i skał płonnych o średnicy poniżej 1 mm powstałe przy urabianiu calizny oraz przy kruszeniu i transporcie urobku. Unoszone w powietrzu kopalnianym pyły osiadają na ociosach, spodku, stropie i obudowie wyrobisk oraz na wszystkich znajdujących się tam urządzeniach.

Szczególnie niebezpieczne dla oddychania ludzi są pyły kamienne o średnicy ziarn poniżej 5 mikronów, pochodzące ze skał zawierających wolną krzemionkę Si0₂. Im więcej krzemionki, tym pył jest bardziej szkodliwy dla zdrowia. Kilkuletnia praca w powietrzu zapylonym pyłem kamiennym zawierającym krzemionkę powoduje u ludzi chorobę zawodową, zwaną pylicą krzemową albo krzemicą, charakteryzującą się powstawaniem w płucach tkanki nie biorącej udziału w oddychaniu, co powoduje wiele zaburzeń w organizmie ludzkim.

Pył węglowy jest mniej szkodliwy dla zdrowia, ale zmieszany z powietrzem daje mieszaninę wybuchową.

Stężenie pyłu w powietrzu kopalnianym można określić:

- grawimetrycznie, podając ilość mg pyłu na 1 m³ powietrza kopalnianego (mg/m³),

- konimetrycznie, podając ilość ziarn pyłu w 1 cm³ powietrza kopalnianego.

Stężenie pyłu w powietrzu mierzy się w polskich kopalniach metodą filtracyjną, określając ilość pyłu grawimetrycznie za pomocą pyłomierza Barbara 3A.

Metoda filtracyjna polega na przepuszczeniu pewnej ilości powietrza przez odpowiedni filtr. Pył osadza się na filtrze, a więc znając ilość przepuszczonego powietrza oraz różnicę masy filtru przed pomiarem i po dokonaniu pomiarów można z łatwością wyliczyć zawartość wagową pyłu w 1 m³ powietrza.

Pyłomierz Barbara 3A służy do określenia grawimetrycznego ilości pyłu wdychanego i pyłu całkowitego. Dokonywana jest w nim bowiem selekcja pyłu. Pył o ziarnach grubszych, osadzający się zazwyczaj w górnych drogach oddechowych, jest zatrzymywany w specjalnym urządzeniu, zwanym elutriatorem. Ziarna drobne, wdychalne przenikające do pęcherzyków płucnych, zatrzymują się w filtrze. Ziarna najdrobniejsze, które są wydychane z powietrzem z płuc, uchodzą z pyłomierza do atmosfery. Z różnicy masy filtru przed i po dokonaniu pomiaru uzyskuje się masę pyłu wdychalnego. Jeżeli do tego doda się masę pyłu grubszego zebranego z płytek elutriatora, to otrzyma się całkowitą ilość pyłu.

Obieg powietrza w pyłomierzu wymuszany jest przez dwie pompki powietrzne z napędem elektrycznym zasilane z akumulatorów. Pyło­mierz ten umieszczony w wyrobisku górniczym (powinien być usytuo­wany w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu powietrza) może pracować przez osiem godzin, co pozwala na pomiar zapylenia powietrza przez okres jednej zmiany produkcyjnej.

W Polsce w podziemnych zakładach górniczych obowiązuje pomiar masy pyłu wdychalnego, którą wyraża się w miligramach na powietrza, oraz określenie ilości wolnej krzemionki. Jeżeli ilość wolnej krzemionki jest mniejsza od 2%, to określa się całkowitą ilość pyłu w miligramach zawartą w powietrza.

Każdy pomiar powinien trwać nie mniej jak sześć godzin i powinien być prowadzony w czasie trwania procesu produkcyjnego. Dopuszczalne stężenia zapylenia powietrza w zależności od zawartości wolnej krzemionki w pyle podano w tabl. 6.3.

Tablica 6.3. Dopuszczalne stężenie pyłu w powietrzu kopalnianym

W celu niedopuszczenia do powstania szkodliwego zapylenia powietrza kopalnianego stosuje się obecnie w kopalniach węgla kamiennego wiele sposobów zwalczania zapylenia, a mianowicie:

- niedopuszczenie do rozprzestrzeniania się obłoków pyłowych przez stosowanie zraszania, odpylania itp.; zraszanie stosuje się powszechnie przy urabianiu kombajnami oraz wszędzie tam, gdzie węgiel lub kamień jest kruszony lub przesypywany (przesypy); w celu uzyskania większego efektu zraszania (zwiększenia zwilżalności pyłu) do wody użytej do zraszania dodaje się specjalnych środków zwilżających, np. opracowany przez Kopalnię Doświadczalną Barbara zwilżacz CaBo;

- stosowanie przepłuczki wodnej lub odsysania zwiercin przy wierceniu w skałach z wyjątkiem calizny węglowej;

- zmywanie lub unieszkodliwianie pyłu osiadłego;

- stosowanie środków chemicznych podnoszących sprawność metod zwalczania zapylenia;

- nawilżanie pokładów weglowych.

Do zwalczania zapylenia powietrza wolno stosować tylko środki chemiczne dopuszczone do użytku w zakładach górniczych przez Głównego Inspektora Sanitarnego.

Pracownicy narażeni przy swojej pracy na działanie pyłu powinni być zaopatrzeni we właściwy sprzęt ochrony osobistej (maski przeciw­pyłowe). Zwalczanie zagrożenia wybuchu pyłu węglowego omówiono w rozdz. 8.

Temat: 6.3. Klimatyczne warunki pracy w kopalni.

6.3.1. Temperatura, wilgotność i prędkość powietrza

Wydajność pracy i dobre samopoczucie człowieka zależy od utrzymania temperatury ciała w granicach 36,4 do 37,4°C. Organizm ludzki przyjmuje ciepło z otoczenia i wytwarza je w sobie w czasie pracy. Im większy wysiłek fizyczny, tym większa ilość ciepła wytwarza się w organizmie. Ciepło to musi być oddawane otoczeniu, gdyż w przeciwnym razie temperatura ciała może nadmiernie wzrosnąć i w organiźmie zaczną występować objawy chorobowe.

Organizm ludzki oddaje ciepło przez:

- promieniowanie,

- konwekcję i przewodzenie,

- parowanie potu.

Oddawanie ciepła przez promieniowanie, konwekcję i przewodzenie ma istotne znaczenie dla człowieka odpoczywającego w otoczeniu chłodnego powietrza. W warunkach górniczych (ciężka praca i ciepłota otoczenia) najwięcej ciepła traci organizm ludzki przez parowanie potu. Parowanie potu ze skóry zależy przede wszystkim od wilgotności względnej powietrza. Duże znaczenie ma tu również ruch powietrza, powodując częstą zmianę warstw powietrza stykających się ze skórą.

Jak widać, czynnikami decydującymi o samopoczuciu człowieka i jego wydajności pracy w kopalni są:

- temperatura powietrza kopalnianego,

- wilgotność powietrza kopalnianego,

- prędkość przepływu powietrza kopalnianego.

Zespół wymienionych czynników stwarza tzw. klimatyczne warunki pracy.

Temperatura powietrza kopalnianego. Zależy ona od następujących czynników:

- temperatury powietrza atmosferycznego;

- ciepłoty skał, których temperatura wzrasta z głębokością (cz. I, rozdz. 5.2); powietrze kopalniane przepływając wyrobiskami górniczymi nagrzewa się od skał mających wyższą temperaturę;

- ciśnienia powietrza; ze wzrostem głębokości wzrasta ciśnienie powietrza; towarzyszy temu podniesienie się temperatury o 1° na każde 100 m głębokości;

- utleniania węgla, które następuje wzdłuż całej drogi przepływu powietrza wyrobiskami węglowymi i węglowo-kamiennymi. Oprócz wymienionych czynników na temperaturę powietrza kopalnianego mają wpływ: rozdrobnienie urobku, praca maszyn i urządzeń oraz instalacje powietrza sprężonego.

Temperaturę powietrza kopalnianego mierzy się termometrem rtęciowym w metalowej osłonie lub zdalnie termometrami elektrycz­nymi.

Temperatura powietrza kopalnianego w miejscu pracy nie powinna przekraczać 28°C.

Wilgotność powietrza. Przez wilgotność powietrza rozumie się zawar­tość pary wodnej w powietrzu. Rozróżnia się wilgotność bezwzględną i względną.

Wilgotność bezwzględna jest to ilość pary wodnej w gramach zawarta w 1 m³ powietrza.

Wilgotnością względną nazywa się stosunek procentowy zawartości pary wodnej w powietrzu (czyli wilgotności bezwzględnej) do tej ilości, która byłaby w nim zawarta w stanie nasycenia. To właśnie od wilgotności względnej zależy parowanie potu pracującego człowieka. Przy wilgotności względnej bliskiej stanu nasycenia (100%) pot nie chce parować, spływa po ciele i człowiek odczuwa zmęczenie.

Do pomiaru wilgotności powietrza stosuje się psychrometr Assmana (rys. 6.7a) oraz wilgotnościomierze cyfrowe.

Rys. 6.7. Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza

a - psychrometr Assmana,

1 - czujnik temperatury,

2 - czujnik wilgotności,

3 - przełącznik do pomiaru temperatury (°G) lub wilgotności

4 - wyłącznik,

5 - gniazdo do ładowania baterii

Prędkość powietrza. Zwiększenie prędkości przepływu powietrza wpływa na poprawę warunkow klimatycznych przez:

- zwiększenie wymiany cieplnej między człowiekiem i otaczającym_. go powietrzem,

- zmniejszeme możliwości nagrzania powietrza od skał. Prędkość powietrza mierzy się specjalnym przyrządem, zwanym anemometrem.

W praktyce kopalnianej używany jest najczęściej anemometr skrzydełkowy oraz czaszowy. Anemometr skrzydełkowy jest to wiatraczek zabudowany w odpowiedniej obudowie i zaopatrzony w licznik obrotów ze skalą, na której odczytuje się drogę powietrza w metrach. Dzieląc drogę przez czas pomiaru, otrzymuje się średnią prędkość przepływu powietrza w metrach na minutę (m/min). Czas pomiaru mierzy się stoperem. Przeważnie anemometry wyposażone są w urządzenie do automatycznego włączania i wyłączania licznika za po­mocą mechanizmu zegarowego. Po naciśnięciu dźwigni uruchamiającej zostaje uruchomiony mechanizm zegarowy. Po upływie 1/2 min automatycznie włącza się licznik, który po upływie 1 min zostaje wyłączony. Na liczniku odczytuje się wprost prędkość powietrza w m/min.

Zazwyczaj mierzy się średnią prędkość powietrza przepływającego wyrobiskiem górniczym. Nie jest ona bowiem jednakowa we wszystkich punktach przekroju wyrobiska. Największa jest w środku przekroju, a najmniejsze wartości ma przy ociosach, pułapie i spodku z powodu oporów tarcia. Chcąc otrzymać średni pomiar, przesuwa się anemometr powolnym ruchem po całym przekroju wyrobiska (rys. 6.9).Uzyskane w ten sposób wyniki są wystarczająco dokładne w codziennej praktyce.

Rys. 6.9. Linia przesuwania anemometru w przekroju wyrobiska podczas pomiaru prędkości powietrza

Automatyczny pomiar prędkości powietrza dokonywany jest za pomocą specjalnych czujników z anemometrem. Czujnik ten zabudowany w wyrobisku przekazuje do dyspozytora automatycznie - co chwilę - dane dotyczące prędkości powietrza.

Temat: 6.3.2. Intensywność chłodzenia.

Przez intensywność lub natężenie chłodzenia rozumie się skuteczność ochładzania ciała ludzkiego spowodowaną wspólnym działaniem temperatury, wilgotności i prędkości powietrza. Do pomiaru intensywności chłodzenia służy przyrząd, zwany katatermometrem.

Katatermometr jest termometrem alkoholowym o rozszerzonej u góry rurce kapilarnej z oznaczonymi temperaturami 35 i 38°C.

Katatermometr przygotowuje się do pomiaru ogrzewając go do temneratury 50 do 60°C, tak aż alkohol podejdzie do połowy objętości górnego rozszerzenia. Na miejsce pomiaru trans­portuje się katatermometr w termosie.

W miejscu pomiaru obserwuje się ochładzanie (spadek temperatury) katatermometru, dokonując pomiaru czasu opadania temperatury w granicach od 38 do 35°C. Im większa intensywność chłodzenia, tym czas opadania temperatury w granicach od 38 do 35°C będzie krótszy i odwrotnie.

Intensywność chłodzenia „K” oblicza się ze wzoru

K = F/t (6.1)

gdzie

t - czas opadania temperatury z 38 do 35°C,

F - stała katatermometru.

Katastopień oznacza ilość milikalorii odprowadzonych z powierzchni 1 cm² w 1 sekundzie.

Intensywność chłodzenia można mierzyć katatermometrem suchym lub wilgotnym, którego bańkę z alkoholem owinięto wilgotnym muślinem. W zależności od tego jakiego użyto katatermometru rozróżnia się pomiar w katastopniach suchych lub katastopniach wilgotnych. Polskie przepisy bezpieczeństwa określają warunki klimatyczne miejsca pracy w katastopniach wilgotnych.

Temat: 6.3.3. Ilość powietrza.

Ilość powietrza przepływającego przez wyrobisko górnicze wyraża się liczbą m³ powietrza przepływającego przez dane wyrobisko w jed­nostce czasu. Podobnie określa się ilość powietrza, która doprowadza­na jest do kopalni lub do jej części. Wyraża się ją w m³ /min.

Uwzględniając zadania, jakie ma spełniać przewietrzanie kopalni, ilość powietrza, którą należy doprowadzić do kopalni lub do jej części, ustala się na podstawie:

- liczby zatrudnionych,

- rozrzedzenia gazów szkodliwych,

- utrzymania właściwych warunków klimatycznych.

Przepisy bezpieczeństwa nakazują, aby całkowita ilość powietrza doprowadzona do wszystkich wyrobisk podziemnych zakładu gór­niczego zapewniała utrzymanie wymaganego składu powietrza oraz jego temperatury. Ilość powietrza doprowadzana do kopalni w przeliczeniu na jednostkę najliczniej obłożonej zmiany nie powinna być mniejsza od 6 m³/min.

Ilość powietrza przepływającą przez dane wyrobisko górnicze określa się, mierząc jego średnią prędkość i powierzchnię przekroju poprzecznego wyrobiska.

Ilość powietrza oblicza się ze wzoru

Q = S * ν m³/min (6.2)

gdzie

S - powierzchnia przekroju poprzecznego wyrobiska, m²,

v - średnia prędkość powietrza, m/min.

Ilość powietrza mierzy się w stałych punktach kopalni, tzw. stacjach pomiaru powietrza, oraz we wszystkich przodkach i komo­rach przewietrzanych prądami opływowymi.

Stacje pomiarowe są to odpowiednio przygotowane odcinki wyro­bisk korytarzowych, przeznaczone do przeprowadzania pomiarów prędkości powietrza przepływającego tymi wyrobiskami. Zakłada się je w prostym odcinku wyrobiska i w pewnej odległości (co najmniej 5 m) od skrzyżowań, zakrętów oraz zmian przekroju chodnika. Odlegość od tamy regulacyjnej lub wentylatora pomocniczego powinna być większa od 15 m. Długość stacji powinna wynosić co najmniej 5 m. Na tym odcinku oraz w jego bezpośrednim sąsiedztwie należy usunąć wszelkie zbędne przedmioty i materiały, skontrolować stan obudowy oraz usunąć usterki. Jeżeli wyrobisko jest w obudowie murowej lub powłokowej, to wystarczy wymieniony odcinek obielić wapnem. W przypadku obudowy ŁP wskazane jest wyrównanie powierzchni przez torkretowanie.

W każdej stacji pomiarowej powinna być tablica do zapisywania wyników pomiaru. Tablicę umieszcza się w odlegości 0,5 m od końca stacji.

Na tablicy pomiarowej wpisuje się:

- przekrój stacji lub wyrobiska (m²),

- prędkość średnią powietrza (m/s),

- ilość powietrza (m³/min),

- temperaturę mierzoną termometrem suchym i wilgotnym (°C),

- procentową zawartość gazów (metanu, tlenku węgla, dwutlen­ku węgla),

- intensywność chłodzenia (w katastopniach wilgotnych),

- datę pomiaru.

Stacje pomiarowe powinny być rozmieszczone tak, aby można było pomierzyć ilość powietrza:

- doprowadzanego do całej kopalni i odprowadzanego z niej,

- dopływającego do rejonów wentylacyjnych i odpływającego z nich,

- dopływającego do miejsc pracy, a przede wszystkim do przodków eksploatacyjnych.

Kontrole przewietrzania wyrobisk górniczych z zastosowaniem urządzeń do automatycznego pomiaru ilości przepływającego powietrza należy stosować:

- w kanałach wentylatorów głównych,

- w ścianach w polach II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego.

Temat: 6.3.4. Wymagania dotyczące klimatycznych warunków pracy w polskim górnictwie.

W trosce o zdrowie załóg górniczych przepisy bezpieczeństwa obowią­zujące w polskim górnictwie określają warunki klimatyczne, w których możliwe jest zatrudnienie ludzi.

Wyróżnia się warunki klimatyczne pracy:

- normalne, w których temperatura powietrza w miejscu pracy nie powinna przekraczać 28°C przy pomiarze termometrem suchym, a intensywność chłodzenia nie powinna być mniejsza od 11 katastopni wilgotnych; w warunkach normalnych obowiązuje normalny czas pracy;

- uciążliwe, w których temperatura powietrza mierzona termometrem suchym wynosi od 28 do 33°C lub intensywność chłodzenia jest mniejsza od 11 katastopni wilgotnych; w warunkach uciążliwych czas pracy załogi nie powinien przekraczać sześciu godzin w ciągu zmiany wraz ze zjazdem i wyjazdem;

- niebezpieczne, w których temperatura powietrza mierzona ter­mometrem suchym przekracza 33°C; w warunkach niebezpiecznych można zatrudniać ludzi tylko w akcji ratowniczej lub przeciwpożarowej.

Temat: 6.4. Przepływ powietrza w kopalni.

6.4.1. Sieć wentylacyjna i jej elementy

Prawidłowe przewietrzanie podziemnego wyrobiska górniczego wymaga ustawicznego przepływu przez nie potrzebnej ilości powietrza w stałym i określonym kierunku. Przepływ taki nazywa się prądem powietrza. Kopalnia stanowi zespół wyrobisk górniczych, w którym muszą być przewietrzane wszystkie wyrobiska czynne, a więc te, które są dostępne dla ludzi.

Sieć wentylacyjna kopalni stanowi zespół czynnych wyrobisk górniczych, którymi płyną prądy powietrza. Jest ona połączona z powierzchnią ziemi co najmniej dwoma połączeniami. Jednym z nich dopływa do kopalni powietrze świeże, a drugim odpływa powietrze zużyte. Szyby doprowadzające z atmosfery powietrze świeże nazywają się szybami wdechowymi, a szyby odprowadzające powietrze zużyte do atmosfery szybami wydechowymi.

Z szybów wdechowych powietrze świeże rozdziela się na poszczególne poziomy, przecznice, którymi doprowadzane jest do wyrobisk eksploatacyjnych, uzyskujących największą ilość wydobycia, gdzie zatrudnionych jest najwięcej ludzi i występują możliwości wydzielania się szkodliwych gazów. Stąd powietrze określane jako zużyte kieruje się do szybów wydechowych.

Podstawowe elementy sieci wentylacyjnych stanowią: węzły, bocznice i urządzenia wentylacyjne.

Węzłem nazywa się miejsce w sieci wentylacyjnej, w którym występują połączenia lub rozdzielenia się prądów powietrza.

Bocznicę sieci wentylacyjnej stanowi pojedyncze wyrobisko gór­nicze lub połączenie szeregowe kilku wyrobisk górniczych, łączące dwa węzły sieci wentylacyjnej.

Zależnie od położenia i połączenia bocznicy określa się prze­pływający nią prąd powietrza jako:

- niezależny,

- zależny,

- wznoszący,

- schodzący.

Niezależnym prądem powietrza nazywa się prąd, który oddziela się od prądu świeżego jako prąd świeży, a po przewietrzeniu miejsc pracy jako zużyty łączy się z innym prądem zużytym.

Zależnym prądem powietrza jest prąd, który łączy ze sobą dwa prądy powietrza świeżego lub dwa prądy powietrza zużytego.

Prądem wznoszącym nazywa się prąd powietrza płynący od węzła o mniejszej wysokości niwelacyjnej do węzła o większej wysokości niwelacyjnej.

Prądem schodzącym jest prąd powietrza płynący odwrotnie jak prąd wznoszący.

Rejonem wentylacyjnym nazywa się zespół wyrobisk przewie­trzanych jednym prądem niezależnym. Prąd świeży, doprowadzający powietrze do rejonu wentylacyjnego oraz prąd zużyty odprowadzający powietrze z rejonu określa się jako prądy rejonowe.

Prądy powietrza doprowadzające powietrze świeże do dwóch lub więcej prądów rejonowych nazywają się prądami grupowymi wlotowymi, a odpowiednio odprowadzające powietrze zużyte prądami grupowymi wylotowymi lub wydechowymi.

Urządzenia wentylacyjne stanowią również elementy sieci wenty­lacyjnej. Potrzebne są do utrzymania przepływu i regulacji powietrza. Są to wentylatory i tamy regulacyjne.

Temat: 6.4.2. Czynniki powodujące ruch powietrza w kopalni.

Ruch powietrza w kopalni powstaje pod wpływem czynników naturalnych lub jest wymuszony za pomocą specjalnych maszyn.

W zależności od tego rozróżnia się:

- wentylację naturalną,

- wentylację mechaniczną za pomocą wentylatorów.

Wentylacja naturalna. Zasadę działania wentylacji naturalnej pokazano na rys. 6.11. Przedstawiony tam uproszczony model kopalni złożonej ze sztolni i szybu stanowi wraz z atmosferą układ naczyń połączonych.

Rys. 6.11. Zasada działania wentylacji naturalnej

Słup powietrza w szybie ogrzany ciepłotą skał jest lżejszy od słupa powietrza atmosferycznego. Ciśnienie słupa powietrza atmosferycznego jest wyższe i układ nie jest zrównoważony, w wyniku czego następuje przepływ powietrza sztolnią do kopalni. Tu powietrze z kolei ogrzewa się i przepływ staje się ciągły. Będzie on tym bardziej intensywny, im większa będzie różnica ciśnień słupa powietrza atmosferycznego i odpowiadającego mu słupa powietrza kopalnianego. Różnicę ciśnień powodującą przepływ powietrza w kopalni nazywa się depresją.

Wielkość depresji przedstawia się w jednostkach ciśnienia, a więc w Pascalach (Pa);

1 Pa = 1 N/m²,

100 Pa = 1 hPa (hektopascal).

Starą jednostką depresji jest 1 mm słupa wody; 1 mm sł. H₂0 = 9,81 Pa.

Czynnikami powodującymi powstanie depresji naturalnej oraz wpływającymi na jej wielkość są:

- różnica wysokości między wlotem szybu wdechowego i wylo­tem szybu wydechowego,

- ogrzanie powietrza kopalnianego ciepłotą skał lub w wyniku procesów spalania zaistniałych w kopalni,

- zmniejszenie gęstości powietrza przez domieszkę lekkich gazów (metan, para wodna),

- działanie wody spadającej kroplami.

Decydującym czynnikiem o wielkości depresji naturalnej jest ciepło, dlatego też często nazywa się ją depresją cieplną.

Zależnie od rocznych zmian temperatury powietrza atmosferycznego wielkość jej i kierunek ulega zmianom. W zimie, kiedy różnica temperatur powietrza atmosferycznego i powietrza kopalnianego w szybie jest największa, depresja naturalna osiąga największą wartość i powietrze intensywnie przepływa w kierunku szybu (tzw. obieg zimowy), w lecie natomiast, jeśli temperatura powietrza atmosferycznego będzie wyższa od temperatury powietrza kopalnianego, przepływ powietrza w szybie ma kierunek odwrotny (tzw. obieg letni). W warunkach przejściowych może zaistnieć bezruch powietrza w kopalni.

Wentylacja naturalna nie gwarantuje stałych ilości przepływającego przez kopalnię powietrza, nie zapewnia również stabilnego kierunku przepływu, dlatego też nie może być stosowana jako wyłączny sposób przewietrzania kopalń.

Wentylacja mechaniczna. Różnica ciśnień powodująca przepływ po­wietrza wytwarzana jest przez pracę wentylatorów. Mogą one powo­dować zwiększenie ciśnienia w szybie wdechowym, czyli wytwarzać kompresję powodującą wtłaczanie powietrza do kopalni - będzie to wentylacja tlocząca. Mogą też obniżać ciśnienie w szybie wydecho­wym, czyli stwarzać depresję, wyciągając powietrze z kopalni. Będzie to wentylacja ssąca.

W kopalniach węgla kamiennego do wytworzenia głównego prądu powietrza dozwolone jest stosowanie wyłącznie wentylacji ssącej. Wentylację tłoczącą stosuje się w ograniczonym stopniu przy prze­wietrzaniu pojedynczych ślepych wyrobisk za pomocą tzw. wentylacji odrębnej.

Wentylatory. W ogólnym znaczeniu wentylatory są maszynami do sprężania i przetłaczania gazów. Napęd ich stanowią silniki elektrycz­ne. Podstawowe części składowe stanowią wirnik oraz osłona wirnika, czyli kadłub.

Połączenie z szybem stanowi specjalny kanał, a połączenie z at­mosferą - komin stanowiący przedłużenie kadłuba, czyli tzw. dyfuzor. Zależnie od kierunku przepływu powietrza przez wirnik wentylatory dzieli się na promieniowe i osiowe.

W wentylatorach promieniowych (rys. 6.12a) wirnik stanowi koło łopatkowe 1, którego obroty i powstająca siła odśrodkowa powoduje odrzucanie powietrza na zewnątrz. W spiralnie wykształconym kadłubie 2 powietrze to kierowane jest do dyfuzora 3. Na jego miejsce wciągane jest powietrze z kanału wentylacyjnego stanowiącego połą­czenie z szybem. Ssące działanie wentylatora jest tym silniejsze, im większa jest liczba obrotów wirnika.

Spiralna osłona (kadłub) oraz dyfuzor mają na celu wytworzenie jednolitego strumienia powietrza wylotowego, przez co zostaje wzmoc­nione działanie ssące wentylatora.

Rys. 6.12. Wentylatory kopalniane: promieniowy (a) i osiowy (b)

Wentylator osiowy (rys. 6.12b) ma wirnik w postaci wieloskrzydłowego koła roboczego. Skrzydła wirnika osadzone są pod pewnym kątem do płaszczyzny wirowania i ruch powietrza odbywa się równolegle do osi wirnika. Za wirnikiem w osłonie zabudowane jest koło kierownicze, którego zadaniem jest ujednolicenie strumienia powietrza przed skierowaniem go do dyfuzora. Zmiana kierunku obrotów wirnika powoduje odwrócenie kierunku powietrza, a wtedy powietrze atmosferyczne wciągane jest dyfuzorem i tłoczone kanałem wentylacyj­nym do kopalni. Wentylatory osiowe mogą mieć jedno lub dwa koła robocze. Zależnie od tego rozróżnia się wentylatory jednostopniowe i dwustopniowe.

Zaletą wentylatorów osiowych jest mniejszy koszt ich zabudowania i eksploatacji w stosunku do wentylatorów promieniowych. Wadę ich stanowi hałas (wycie) o dość dużym zasięgu, dlatego też nie można ich budować wewnątrz i w pobliżu osiedli mieszkaniowych.

Podstawowe parametry wentylatora stanowią:

- wydajność (m³/min), określająca całkowitą objętość strumienia powietrza, jaki pod wpływem wentylatora może przepływać przez kopalnię,

- depresja (Pa), określająca różnicę ciśnień przed i za wentylatorem.

Przepisy bezpieczeństwa nakazują przewietrzanie podziemnych wyrobisk górniczych (kopalń podziemnych) za pomocą wentylatorów głównych zabudowanych na powierzchni. Wentylator główny powinien zapewnić w sieci wentylacyjnej depresję wysokości co najmniej 785 Pa ( słupa wody). Powinien być wyposażony w urządzenia automatycznego i ciągłego pomiaru depresji i ilości powietrza. Dla zapewnienia ciągłości przepływu powietrza przez kopalnię na każdym szybie wydechowym oprócz czynnego wentylatora powinien być zainstalowany wentylator rezerwowy o tych samych parametrach co wentylator czynny. Wentylator ten powinien być zdatny do uruchomienia najpóźniej w ciągu 10 min.

Wentylatory główne powinny być wyposażone w urządzenia do zmiany kierunku przepływu powietrza w kopalni.

Obecnie buduje się wentylatory głównie o wydajnościach od 3800 do 38 000 m³/min i depresjach:

- wentylatory promieniowe od 3200 do 6300 Pa,

- wentylatory osiowe od 1000 do 6300 Pa.

Depresja wentylatora i depresja naturalna kopalni mogą działać zgodnie lub przeciwnie. Przy wznoszących prądach powietrza działanie to jest zgodne, przy schodzących przeciwne.

W prądach schodzących mogą zachodzić przypadki (np. w czasie pożaru), że silnie nagrzane powietrze spowoduje wytworzenie depresji cieplnej wyższej od stwarzanej na tym odcinku przez wentylatory główne, co spowoduje odwrócenie kierunku powietrza w bocznicy. Jest to zjawisko bardzo niebezpieczne, mogące spowodować w czasie pożaru zadymienie kopalni.

Temat: 6.4.3. Rozprowadzenie powietrza w kopalni.

Rozprowadzenie powietrza w kopalni powinno zapewniać:

- przepływ powietrza we wszystkich czynnych wyrobiskach górniczych,

- stabilność prądów powietrza co do ich kierunku i objętości strumienia,

- łatwą lokalizację ewentualnych wypływów gazów, pożarów, wybuchów, aby ich skutki miały w kopalni zasięg jak najbardziej ograniczony,

- doprowadzenie do przodków możliwie największej ilości powietrza i uniknięcie jego ucieczek.

W związku z tym należy:

- wyrobiska podziemne kopalni przewietrzać jak największą ilością niezależnych prądów powietrza; prądami niezależnymi należy przewietrzać wyrobiska wybierkowe lub ich zespoły, komory materiałów wybuchowych, komory pomp, rozdzielnie główne, a także składy smarów i materiałów łatwo palnych;

- powietrze świeże doprowadzać najkrótszą drogą do każdego poziomu, skąd prądami wznoszącymi powinno płynąć do szybu wydechowego; wtedy bowiem depresja naturalna współpracuje z depresją wytworzoną przez wentylator, co gwarantuje stabilność kierunków przepływu powietrza; powietrza świeżego ani zużytego nie wolno prowadzić na upad z wyjątkiem przypadków, w których:

a) upad nie przekracza 5°,

b) upad nie przekracza 5 do 10°, a prędkość przepływu powietrza jest większa od 0,5 m/s,

c) odprowadza się powietrze w polach zagrożonych wyrzutami dwutlenku węgla lub przy drążeniu nadsięwłomów i dowierzchni;

- wyrobiska, którymi doprowadza się lub odprowadza powietrze utrzymać w odpowiednim przekroju w świetle obudowy; powinny być one odpowiednio szerokie, wysokie i nie zagracone niepotrzebnymi materiałami lub urządzeniami stwarzającymi dodatkowe opory na drodze przepływu powietrza; powinny być izolowane od starych zrobów oraz zbędnych nie przewie­trzanych wyrobisk; poszczególne rejony wentylacyjne powinny być od siebie izolowane:

Mapy i schematy wentylacyjne.

Kopalniana sieć wentylacyjna jest udokumentowana na mapach i schematach wentylacyjnych. Mapy wentylacyjne sporządza się dla wszystkich pokładów, w których znajdują się czynne wyrobiska górnicze.

Na mapach tych zaznacza się strzałkami kierunki prądów powietrza świeżego (kolorem czerwonym) i zużytego (niebieskim) oraz znakami umownymi wszelkie urządzenia wentylacyjne, a więc wentylatory główne, pomocnicze, tamy, mosty wentylacyjne, stacje pomiaru powietrza i inne.

Mapy wentylacyjne muszą być systematycznie aktualizowane, przy czym wszelkie zmiany w kierunkach przepływu powietrza oraz loka­lizacji urządzeń wentylacyjnych powinny być naniesione w terminie 24 godzin.

Aktualizację stanu robót górniczych przeprowadza kwartalnie dział mierniczo-geologiczny kopalni.

Kopalniana sieć wentylacyjna jest częstokroć silnie rozbudowana oraz skomplikowana, dlatego też dla łatwiejszego zorientowania się w jej strukturze przedstawia się ją w postaci schematów przestrzennych i kanonicznych.

Schemat przestrzenny (rys. 6.13a) jest rysunkiem stereograficznym obrazującym sieć podziemnych wyrobisk górniczych, z zaznaczeniem kierunków przepływających przez nie prądów powietrza. Przedstawia on położenie i połączenie poszczególnych prądów wentylacyjnych oraz ich charakter wznoszący lub schodzący.

Schemat kanoniczny (rys. 6.13b) jest dalszym uproszczeniem rysun­kowym sieci wentylacyjnej kopalni. Wykreśla się go na podstawie i w nawiązaniu do schematu przestrzennego.

Rys. 6.13. Schematy sieci wentylacyjnej kopalni

a - przestrzenny,

b - kanoniczny

Punkty węzłowe schematu kanonicznego mają numerację identycz­ną jak w schemacie przestrzennym, a prądy powietrza między węzłami są łukami (w niektórych przypadkach odcinkami prostymi), bez uwzględnienia ich rzeczywistej długości i przebiegu: Schemat kanoni­czny ułatwia analizę systemu wentylacyjnego i prowadzenie wszelkich obliczeń. Wprowadzony został przez polskiego uczonego H. Czeczotta.

Temat: 6.4.4. Urządzenia wentylacyjne.

Do urządzeń wentylacyjnych zalicza się urządzenia:

- zamykające lub utrudniające przepływ powietrza w wyrobiskach górniczych; są to głównie tamy wentylacyjne;

- ułatwiające rozprowadzenie powietrza w kopalni, a więc mosty wentylacyjne i wentylatory pomocnicze.

Tamy wentylacyjne. Ze względu na przeznaczenie tamy dzieli się na:

- izolacyjne,

- oddzielające,

- regulacyjne.

Tamy izolacyjne. Służą one do odcięcia wyrobisk wentylacyjnych nieczynnych, a więc starych zrobów lub czasowo zatrzymanych wyro­bisk górniczych, od wyrobisk czynnych. Zadaniem ich jest niedopusz­czenie dopływu powietrza do starych zrobów lub nieczynnych czasowo wyrobisk. Podstawową ich cechą powinna być szczelność. Zależnie od sytuacji, wymaganej trwałości, szczelności oraz istniejącego lub przewidywanego ciśnienia buduje się tamy deskowe, organowe, klocowe lub murowe.

Tamy izolacyjne należy lokalizować w odcinku wyrobiska, w którym calizna jest nie popękana i mocna. W ustalonym miejscu wykonuje się wrąb, obrywając słabe oraz popękane części calizny aż do zwartego i mocnego górotworu. W przypadku gdy tama izolacyjna potrzebna jest na krótki okres oraz gdy nie jest narażona na większe ciśnienia, wówczas wystarczy zbudować tamę deskową.

Tamę deskową (rys. 6.14a) wykonuje się, stawiając w przygotowanym wrębie stojaki drewniane w odlegości 0,8 do 1,2 m. Następnie przybija się do nich od strony dostępnej deski lub okorki na zakładkę. Po obiciu całej tamy uszczelnia się (rapuje) ją gliną i bieli mlekiem wapiennym.

Tamę organową (rys. 6.14b) buduje się przewidując krótki czas istnienia tamy, przy występujących większych ciśnieniach. Stanowią ją organy, czyli szereg stojaków drewnianych postawionych w poprzek chodnika w odpowiednio wykonanym wrębie. Stojaki stawia się jeden obok drugiego, a szczeliny między nimi uszczelnia się klinami z drewna i zalepia gliną. Następnie bieli się tamę mlekiem wapiennym.

Tamy klocowe (rys. 6.14c) buduje się w wyrobiskach narażonych na duże ciśnienia, gdy przewiduje się dłuższe użytkowanie tamy. Tama układana jest z kloców drewnianych uszczelnionych mieszaniną wapna i gliny. Przy stropie i ociosach uszczelnia się tamę tą samą mieszaniną.

Po ułożeniu kloców pod strop rozpiera się ją, wbijając między kloce kliny drewniane. Stosuje się kloce długości 0,8 do 1,0 m. Wrąb powinien mieć szerokość półtora raza większą od długości kloców. Ukończoną tamę oblepia się gliną i bieli wapnem.

Tama klocowa ma dużą wytrzymałość na ciśnienie oraz dużą szczelność, która wzrasta w miarę nacisku stropu.

Tamy murowe wykonuje się z cegły lub betonitów (rys. 6.15), przy czym grubość ich wynosi 25 do 50 cm (jedna, półtora lub dwie cegły). Cechują się dużą szczelnością, jednak pod wpływem ciśnienia pękają i tracą szczelność. Tamę muruje się na zaprawie cementowej, zwracając szczególną uwagę na uszczelnienie do stropu i do ociosów. Gotową tamę oraz wyrobisko przed tamą uszczelnia się zaprawą i bieli wapnem.

Na rys. 6.15 pokazano tamę z przepustem wodnym i rurką badawczą. Zadaniem przepustu wodnego jest odprowadzenie wody, która może się gromadzić za tamą. Rurka badawcza służy do pobierania próbek powietrza zza tamy oraz pomiaru ciśnienia za tamą. Normalnie rurka badawcza zamknięta jest klinem, zaślepką lub specjalnym zaworem.

Rys. 6.14. Tamy drewniane

a - deskowa, 1 - kliny,

b - organowa, 2 - rurka badawcza,

c - klocowa; 3 - warstwa zaprawy glinianej lub cementowej,

4 - przepust wodny,

5 - uszczelnienie z zaprawy glinianej

1 - rurka badawcza,

2 - warstwa zaprawy cementowej,

3 - przepust wodny

Rys. 6.15. Tama murowa z rurką badawczą i przepustem wodnym

Niejednokrotnie zdarza się, że sama tama jest dobrze wykonana, ale została zlokalizowana w popękanym górotworze. Szczeliny są trudne do stwierdzenia łatwo dostępnymi środkami (np. przez opukiwanie kilofem), niemniej jednak stwierdzamy przepływ gazów z przestrzeni otamowanej. W tych przypadkach powinno się w otoczeniu takiej tamy uszczelnić górotwór dokonując wtłaczania w nią (tzw. iniekcji) mleka wapiennego lub specjalnych środków uszczelniających.

Tamy oddzielające. Są to tamy przeznaczone do odgradzania pradów powietrza świeżego od prądów powietrza zużytego. Mogą one być wykonane jako tzw. tamy pełne, a więc podobnie jak tamy izolacyjne. Jeśli jednak w danym wyrobisku odbywa się ruch ludzi lub odstawa, to wykonuje się tamy izolacyjne z drzwiami (rys. 6.16).

Rys. 6.16. Tama wentylacyjna z drzwiami

W celu uniknięcia ucieczek powietrza w czasie przechodzenia lub przejazdu przez tamę z drzwiami buduje się dwie (niekiedy więcej) takie tamy położone jedna za drugą. Gdy jedna tama jest otwarta, wówczas pozostałe muszą być zamknięte. Układ taki nazywa się śluzą wentylacyjną.

Odległość między tamami śluzy powinna wynosić co najmniej 5 m. W przypadku gdy śluza zabudowana jest w wyrobisku korytarzowym z trakcją elektryczną, odległość tam powinna być większa od długości pociągu.

Nie wolno otwierać równocześnie obu tam śluzy, np. przy przecho­dzeniu większej grupy ludzi. Grozi to krótkim spięciem prądu świeżego z prądem zużytym i pozbawieniem ludzi w ścianach lub innych przodkach dopływu powietrza świeżego.

Drzwi powinny otwierać się w kierunku przeciwnym do ruchu powietrza i zamykać się samoczynnie. Najczęściej uzyskuje się to przez pochyłe zawieszenie drzwi lub zabudowanie specjalnych sprężyn i dźwigni.

Tamy regulacyjne (rys. 6.17). Stosuje się je do regulowania objętości strumienia powietrza w określonym prądzie. Zazwyczaj wykonuje się je jako tamy z drzwiami i oknem regulacyjnym, którego pole można zmieniać zasuwą.

Rys. 6.17. Tama regulacyjna

Mosty_. wentylacyjne (rys. 6.18) stanowią urządzenia umożliwiające oddzielenie różnych prądów powietrza w miejscach skrzyżowań wyro­bisk, którymi te prądy płyną.

Rys. 6.18. Most wentylacyjny w obudowie murowej

W przypadku gdy zachodzi konieczność przechodzenia z jednego prądu powietrza do drugiego, wykonuje się mosty wentylacyjne z drzwiami. Przejście wykonuje się z jednej strony_. mostu jako śluzę złożoną z dwóch tam z drzwiami, zamykającymi się samoczynnie w przeciwne strony. Na rysunku przedstawiono most wentylacyjny w obudowie murowej z drzwiami.

Temat: 6.4.5. Przewietrzanie wyrobisk ślepych.

Wyrobiska górnicze mające tylko jedno połączenie z drogami przepływu powietrza nazywa się wyrobiskami ślepymi.

Przewietrza się je:

- przez dyfuzję,

- za pomocą pomocniczych urządzeń wentylacyjnych,

- stosując lutnie wentylacyjne.

Przewietrzanie przez dyfuzję. Dyfuzją gazów nazywa się wzajemne przenikanie gazów zawartych w połączonych ze sobą sąsiednich pomieszczeniach. Przepływające prądem obiegowym powietrze przenika do połączonych z nimi wyrobisk ślepych. Równocześnie powietrze z tych wyrobisk przepływa do prądu obiegowego. Przenikanie to maleje ze wzrostem odległości przodka wyrobiska ślepego od obiegowego prądu powietrza. W przodku wyrobiska ślepego A wymiana powietrza przez dyfuzję będzie bardziej intensywna niż w przodku B (rys. 6.19).

A

Rys. 6.19. Porównanie skuteczności przewietrzania przez dyfuzję ślepych przodków A i B

B

Przewietrzanie przez dyfuzję będzie również słabsze w wyrobiskach silnie nachylonych. Zakres przewietrzania przez dyfuzję przedstawiono w tabl. 6.4.

Tablica 6.4. Maksymalne długości wyrobisk przewietrzanych przez dyfuzję lub pomocniczymi urządzeniami wentylacyjnymi

Pomocnicze urządzenia wentylacyjne. Najprostszym pomocniczym urządzeniem wentylacyjnym jest przegroda wentylacyjna. Działanie i budowę przegrody wentylacyjnej pokazano na rys. 6.20.

Rys. 6.20. Przegroda wentylacyjna

Przegrody wentylacyjne stosowane są bardzo rzadko, gdyż wykonane z płótna lub drewna przedstawiają niebezpieczeństwo w razie pożaru, a wykonane z muru są zbyt kosztowne i wrażliwe na działanie ciśnień.

Wentylacja lutniowa. Stanowi ona obecnie powszechnie stosowany sposób przewietrzania wyrobisk ślepych, których z uwagi na ich długość nie wolno przewietrzać przez dyfuzję.

Lutnie wentylacyjne są to cienkościenne rury metalowe, płócienne lub z tworzyw sztucznych. Lutnie płócienne i z tworzyw sztucznych określane są powszechnie jako lutnie elastyczne.

Lutnie blaszane produkuje się o średnicach od 300 do 1000 mm i długościach 2,0 lub 2,5 m - lutnie elastyczne o średnicach od 400 do 800 mm i długościach 10 do 15 m. Połączenia lutni mogą być tzw. wsuwane (kielichowe) lub kołnierzowe.

Lutnie wentylacyjne powinny się cechować:

- niewielką masą,

- możliwością wykonania szczelnych połączeń,

- wysoką wytrzymałością mechaniczną,

- małą chropowatością,

- łatwym transportem i szybkim montażem,

- nie powinny powodować powstawania ładunków elektrycznych.

Lutnie elastyczne mają wiele zalet, gdyż są lekkie, łatwe w transporcie, wymagają mniej połączeń, ale z powodu możliwości iskrzenia (elektryczność statyczna) i palności użycie ich w kopalniach węgla zostało ograniczone, szczególnie w pokładach metanowych.

Połączone ze sobą lutnie tworzą lutniociąg. Przepływ powietrza z lutniociągu uzyskuje się za pomocą jednego lub więcej wentylatorów lutniowych. Są to zwykłe wentylatory osiowe jedno- lub dwustopniowe z napędem elektrycznym lub pneumatycznym (na powietrze sprężone). Zabudowuje się je na początku lutniociągu w świeżym prądzie powietrza.

Przewietrzanie za pomocą lutniociągów może być:

- tłoczące (rys. 6.21a),

- ssące (rys. 6.21b),

- kombinowane (rys. 6.21c).

Zabudowę lutniociągów pokazano na rys. 6.21. Dla uniknięcia krążenia powietrza zużytego w wyrobisku ślepym, lutniociąg jest wyprowadzony do obiegowego prądu powietrza na odległość co najmniej 8 m od ociosu wyrobiska ślepego, przy czym lutniociąg ssący wyprowadza się w kierunku zgodnym z kierunkiem prądu obiegowego, a lutniociąg tłoczący w kierunku przeciwnym.

Rys. 6.21. Rodzaje wentylacji odrębnej lutniowej

a - tłocząca, W_ss - wentylator ssący,

b - ssąca, W_tł - wentylator tłoczący

c - kombinowana (ssąco-tłocząca);

Wentylacja lutniowa kombinowana składa się z lutniociągu ssące­go zabudowanego identycznie jak lutniociąg przy wentylacji ssącej i lutniociągu tłoczącego długości co najmniej 10 m; w miarę postępu przodka lutniociąg ssący przedłuża się, a lutniociąg tłoczący przesuwa się do przodka.

Maksymalna odległość końca lutniociągu od czoła przodka może wynosić w polach niemetanowych i nie zagrożonych wyrzutami gazów i skał - 10 m. W przypadku stosowania wentylacji tłoczącej kierownik ruchu zakładu górniczego może zezwolić na zwiększenie tej odlegości do 15 m.

W polach metanowych lub zagrożonych wyrzutami gazów i skał odległość ta nie powinna być większa niż:

- 6 m przy wentylacji ssącej,

- 8 m przy wentylacji tłoczącej lub kombinowanej. Maksymalna odległość końca lutniociągu ssącego od czoła przodku' w wyrobiskach drążonych kombajnami nie powinna być mniejsza od 3 m.

Najczęściej stosowanym rodzajem wentylacji jest wentylacja tłocząca. Zaletą jej jest to, że powietrze lepiej opływa przodek.

Wadę stanowi przepływ powietrza zużytego, gazów postrzałowych, metanu i innych całym przekrojem, wywierając swój negatywny wpływ na znajdujących się tam ludzi.

Za określenie jaka ma być zastosowana wentylacja lutniowa, rodzaj i średnice lutni, dobranie odpowiedniego wentylatora odpowiedzialny jest inżynier wentylacji. Wentylacja lutniowa powinna zapewniać - oprócz właściwego składu powietrza w przodku i normalnych warunków klimatycznych - odpowiednią prędkość powietrza w przekroju wyrobiska ślepego.

Prędkość powietrza w ślepym wyrobisku przewietrzanym za pomocą wentylacji lutniowej powinna wynosić:

- w polach niemetanowych i nie zagrożonych wyrzutami gazów i skał oraz w polach metanowych I kategorii zagrożenia metanowego lub I kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał co najmniej 0,15 m/s,

- w polach II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego oraz II, III i IV kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał co najmniej 0,25 m/s.

W wyrobisku pionowym przewietrzanym za pomocą lutniociągu lub otworu wiertniczego prędkość powietrza powinna wynosić:

- w polach niemetanowych i nie zagrożonych wyrzutami gazów i skał oraz w polach metanowych I kategorii zagrożenia metanowego lub I kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał co najmniej 0,10 m/s,

- w polach II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego lub II, III oraz IV kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał co najmniej 0,15 m/s._,

Odległość lutmociągu od czoła przodka wyrobiska pionowego nie powinna być większa od 4,√S przy wentylacji tłoczącej lub kombinowanej oraz 2 √S przy wentylacji ssącej (gdzie S oznacza powierzchnię przekroju poprzecznego wyrobiska pionowego w m²).

Temat: 6.5. Możliwości poprawy warunków klimatycznych w kopalni.

W związku z wyczerpywaniem się zasobów na mniejszych głębokościach kopalnie eksploatują węgiel na coraz to głębszych poziomach. Temperatury pierwotne skał na tych głębokościach niejednokrotnie przekraczają 40°C. W tej sytuacji utrzymanie warunków klimatycznych zgodnie z obowiązującymi przepisami jest bardzo trudne i wymaga specjalnych rozwiązań.

Poprawę warunków klimatycznych w kopalni można uzyskać przez:

- zwiększenie ilości powietrza przepływającego w wyrobiskach górniczych,

- zmniejszenie czynników powodujących zagrzanie i zawilgocenie powietrza,

- wprowadzenie instalacji klimatyzacyjnych.

W przypadku występowania temperatury pierwotnej skał powyżej 35°C stosowanie instalacji klimatyzacyjnych jest wskazane. Przy temperaturze powyżej 40°C stosowanie ich jest konieczne.

Zwiększenie ilości powietrza. Powoduje ono lepsze odprowadzenie ciepła z kopalni i wpływa korzystnie na poprawę warunków klimatycznych. Dlatego też w kopalniach przechodzących z eksploatacją na głębsze poziomy buduje się nowe wysoko wydajne wentylatory lub przeprowadza rekonstrukcję istniejących.

Ilość powietrza przepływającego przez wyrobiska jest ograniczona dopuszczalną maksymalną prędkością powietrza. Prędkość ta w wyro­bisku, w którym przebywają ludzie, nie powinna przekraczać:

- 5 m/s w ścianach i zabierkach,

- 8 m/s w wyrobiskach korytarzowych.

Zmniejszenie wplywu czynników powodujących zagrzanie i zawilgocenie powietrza. Uzyskuje się to przez:

- skrócenie długości dróg doprowadzających powietrze świeże, co wpływa na mniejsze jego nagrzanie,

- pokrycie ociosów i stropu węglowego w chodnikach węglowych i węglowo-kamiennych warstwą izolacyjną (wapnem, betonem natryskowym), co pozwala na zmniejszenie lub wyeliminowanie utleniania węgla i niedopuszczenie do zagrzewania powietrza ciepłem powstałym przy utlenianiu węgla,

- usuwanie wody z wyrobisk korytarzowych doprowadzających powietrze świeże, przykrywanie ścieków i uchwycenie otwartych przepływów wody do rurociągów (w szybach, przekopach, chodnikach), co pozwala uniknąć nadmiernego zawilgocenia powietrza,

- instalację urządzeń energomaszynowych (jeżeli to jest możliwe) w zużytych prądach powietrza,

- unikanie niepotrzebnych przebiegów maszyn (przenośników taśmowych) - co obok uniknięcia niepotrzebnego zagrzewania powietrza - zmniejsza zużycie energii.

Stosowanie górniczych maszyn klimatyzacyjnych.

Praca górniczych maszyn klimatyzacyjnych polega na odprowadzeniu z miejsca pracy ciepła poza przestrzeń chłodzoną. Ciepło odprowadza się za pomocą doprowadzonej z zewnątrz energii elektrycznej. Ciepło odprowadza się do miejsc, gdzie może panować temperatura wyższa, a więc do prądów powietrza zużytego.

Czynnikiem ziębiącym (nośnikiem ciepła) są tzw. freony, a miano­wicie:

- C1₂CF₂, zwany freonem 12 (R 12),

- CHF₂Cl, zwany freonem 22 (R 22).

Urządzenie stanowi układ zamknięty, w którym krąży w sposób ciągły określona ilość czynnika ziębiącego (freonu). Schemat agregatu chłodniczego pokazano na rys. 6.22.

Rys. 6.22. Schemat agregatu chłodniczego

1 - sprężarka,

2 - skraplacz,

3 - zawór regulacyjny,

4 - parownik;

Q_o - ciepło pobrane ze środowiska oziębionego,

Q_k - ciepło oddane do otoczenia

W sytuacji wyjściowej pary freonu zostają sprężone w sprężarce 1, po czym sprężone i gorące kierowane są do skraplacza 2, w którym ochłodzone obiegiem wody chłodzącej skraplają się. Skroplony freon przepływając przez zawór regulacyjny 3 nagle rozpręża się, gwałtownie paruje, obniżając temperaturę swoją i otoczenia w parowniku 4. Stąd pary freonu kierowane są w obiegu zamkniętym do sprężarki.

Na rys. 6.23 pokazano schemat technologiczny maszyny klimatyzacyjnej GUC-250B, gdzie zimne przewody z parującym freonem ochładzają bezpośrednio powietrze kopalniane w chłodnicy powietrza 3 przepływającego pod działaniem wentylatora 8.

Ten typ górniczych maszyn klimatyzacyjnych nazywa się urządzeniami bezpośredniego dzialania. Maszyna GUC-250B może ochłodzić strumien powietrza 7 m³/s od temperatury 28°C do 17°C. Moc chłodnicza wynosi 250 kW, moc silnika elektrycznego 110 kW.

Przykładem górniczej maszyny klimatyzacyjnej pośredniego dzialania jest urządzenie chłodnicze GUC-250P (rys. 6.24).

W parowniku następuje chłodzenie wody, która następnie za pomocą rurociągów może być prowadzona w dowolny punkt kopalni. W zlokalizowanych tam chłodziarkach zimna woda ochładza powietrze kopalniane.

Schemat technologiczny urządzenia chłodniczego GUC-250P pokazano na rys. 6.24.

Agregaty GUC-250P i GUC-740P współpracują z chodnikowymi chłodnicami powietrza, z których aktualnie najczęściej stosuje się GCCP 115 i GCCP 230, a także chłodnice wyparne wody GCWW 182 i GCWW 364.

Do robót wybierkowych, ochładzania całych rejonów lub oddziałów przewiduje się agregaty sprężarkowe GUC-740P zasilające szereg chłodnic GCCP 115 zabudowanych wielostopniowo na całej ścianie.

Kopalnia Morcinek wydobywa węgiel w trudnych warunkach klimatycznych na poziomie 950, gdzie temperatura pierwotna skał wynosi 38 do 42°C.

W kopalni tej do ochładzania powietrza w ścianach zastosowano urządzenia GUC-740p i chłodnicę GCCP 115.

W roku 1989 wprowadzono tam po raz pierwszy chłodnicę z komorami zraszania zlokalizowanymi w wyrobisku korytarzowym (przecznicy odstawczej). Za pomocą dysz rozpylano w tych komorach wodę zimną doprowadzoną z dwóch agregatów GUC-250P. W komorach uzyskano duże zdolności chłodnicze. Dla strumienia powietrza 1060 do 1650 M³ /min uzyskano ochłodzenie o 5 do 6,6°C oraz znaczne osuszenie powietrza.

Pytania kontrolne

1. Jakie są cele przewietrzania kopalń?

2. Podaj charakterystykę powietrza kopalnianego i atmosferycznego.

3. W jaki sposób można dokonać kontroli składu powietrza kopal­nianego?

4. Do czego służy benzynowa lampa wskaźnikowa, a do czego wykrywacz harmonijkowy?

5. W jaki sposób i jakimi przyrządami można określić zapylenie w powietrzu kopalnianym?

6. Jakie czynniki decydują o klimatycznych warunkach pracy - scharakteryzuj je.

7. Do czego służy anemometr, a do czego katatermometr?

8. Według jakiego wzoru oblicza się ilość powietrza przepływającą przez dane wyrobisko górnicze?

9. Określ warunki pracy normalne, uciążliwe i niebezpieczne.

10. Wymięń podstawowe elementy sieci wentylacyjnej.

11. Czym wywołana jest wentylacja naturalna i mechaniczna?

12. Jakie dane można odczytać z map i schematów wentylacyjnych?

13. Wymień urządzenia wentylacyjne - jakie jest ich przeznaczenie?

14. Jakimi sposobami odbywa się przewietrzanie wyrobisk ślepych?

15. Jak można poprawić klimatyczne warunki pracy w kopalni?

16. Co rozumiesz pod pojęciem maszyna klimatyzacyjna, podaj przykład działania.