§ 63. ВЕНТИЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК (ч. 2)

Определение объема проветривания. Для эффективного проветривания тоннельной выработки необходим объем воздуха, обеспечивающий разбавление до допустимой концентрации вредных газов, образующихся при взрывании забоя и работе двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, скорость движения воздуха по выработке должна быть достаточной (не менее 0,15 м/с) для поддержания устойчивого турбулентного режима, при котором поток воздуха двигается всем сечением.

Объем проветривания выработки можно определить по методике, разработанной ЦНИИСом Минтрансстроя и изложенной в Методических указаниях по проектированию вентиляции при сооружении железнодорожных тоннелей и тоннелей метрополитена.

Определение объема проветривания по разбавлению газов взрывания. Объем воздуха Q_п (м³/с), подаваемого через приточный воздуховод или от вентилятора-побудителя,

где l_с — максимально допустимое расстояние конца вентиляционной трубы от забоя, определяемое по формуле (160), м;

S — площадь сечения выработки,  м²;

t — время проветривания, с;

а — коэффициент, равный 26 или 48 соответственно для выработок сечением 12—40 м² и 41—95 м²;

l_к — длина комплекта шпуров, м;

γ — объемный вес взрываемой породы, тс/м³.

Объем воздуха Q_в (м³/с), отсасываемого вытяжным воздуховодом, назначают больше объема, подаваемого к забою, чтобы обеспечить движение воздуха в выработке по направлению к забою и затруднить распространение вредных газов. При сечении выработки, большем 41 м², можно принимать Q_в = (1,1÷1,2)Q_п.

Определение, объема проветривания по разбавлению выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Интервал движения Δt между машинами во время погрузочно-разгрузочных работ, занимающих в проходческом цикле период t_п, с,

где V_п — объем взорванной породы с учетом коэффициента перебора, м³;

V_к — объем кузова автомобиля-самосвала, м³, определяемый по формуле

P — грузоподъемность автомобиля-самосвала, тс;

k_р — коэффициент разрыхления породы.

Объем воздуха Q_п (м³/с), подаваемого по приточному воздухопроводу:

где k₁ — коэффициент неравномерности концентрации выхлопных газов по сечению выработки, равный 1,3 при длине выработки L > 2 км и 1,7 при L ≤ 2 км;

k₂ — коэффициент, учитывающий поглощение выхлопных газов поверхностью выработки (для газов дизельных машин k₂ равен 1,0; 0,75 и 0,5 соответственно в сухих, увлажненных и сильно обводненных выработках; для газов карбюраторных машин k₂ = 1,0);

С_к — предельно допустимая объемная концентрация окиси углерода (С_к = 1,6 · 10^–6);

m — число машин, находящихся в забое (при погрузке породы в забое обычно находятся две машины, одна из которых загружается, а другая совершает маневр и подается под погрузку);

С_ог и С_оп — начальные приведенные к окиси углерода объемные концентрации ядовитых газов в выхлопе машин;

q_г и q_п — объемы выхлопных газов, выделяемых соответственно груженой и порожней машинами, м³/с;

L — длина выработки, м;

v — средняя скорость движения груженых и порожних автомобилей-самосвалов, м/с.

Наиболее распространенный в тоннельном строительстве автомобиль-самосвал МАЗ-503 грузоподъемностью 7 тс при движении по тоннелю со скоростью 4,2 м/с выделяет выхлопные газы в объеме q_г = q_п = 8,6 · 10–2 м³/с. Начальные концентрации приведенной окиси углерода в выхлопных газах составляют: при наличии нейтрализатора С_ог = 1,4 · 10^–3 и С_оп = 1,2 · 10^–3; без нейтрализатора С_ог = 2,1 · 10^–3 и С_оп = 1,8 · 10^–3.

Определение объема проветривания по минимальной скорости движения воздуха в выработке. В выработках сечением S ≤ 40 м² при v_min = 0,1 м/с объем проветривания (м³/с) составляет

При большей площади сечения выработки скорость движения воздуха не лимитируется и определяется объемами проветривания, соответствующими разбавлению вредных газов.

Вентиляционные трубы и подбор вентиляторов. Воздух перемещается по металлическим или матерчатым трубам, подвешенным к элементам временной крепи или к постоянной обделке.

Наибольшее распространение имеют стальные трубы внутренним диаметром 600—1500 мм с толщиной стенок 2—3 мм при длине звена не менее 3 м. Соединение труб фланцевое на болтах с уплотнением (прокладки из резины, картона или холста, пропитанных битумом), предотвращающим утечки воздуха. При значительной длине воздухопровода может оказаться целесообразной сварка двух-трех звеньев для сокращения числа стыков и уменьшения потерь воздуха через них.

В зарубежной практике успешно применяют вентиляционные трубы из алюминиевых сплавов диаметром от 0,7 до 1,5 м. Соединение отдельных труб осуществляют вставным звеном. Стыки герметизируют липкими лентами. Такие трубы имеют аэродинамическое сопротивление на 70% меньшее, чем у стальных труб, очень удобны вследствие малой массы и стойки против коррозии.

Матерчатые трубы типа М, применяемые при приточном проветривании в выработках длиной до 100 м и у забоя в выработках большей протяженности, имеют диаметр до 600 мм. Их сшивают из продольных полотнищ двусторонней прорезиненной ткани толщиной 0,8—1,2 мм и распирают вшитыми в них проволочными пружинящими кольцами. Длина звеньев труб от 5—10 до 20—30 м. Соединение звеньев обеспечивается концевыми кольцами с последующим растяжением трубы. На стык надевают шарнирный стальной хомут с рычажным замком. В горизонтальных выработках трубы подвешивают на крюках к туго натянутому тросу диаметром 5—6 мм, который крепят через 4—5 м.

К преимуществам матерчатых труб относятся малый вес, удобство перемещения, малое число стыков, плотность которых возрастает с увеличением напора в трубе, а также возможность оттягивать конец трубы от забоя перед взрывом и подводить его к забою для более полного проветривания после взрыва.

Применяют также матерчатые трубы, покрытые изнутри полихлорвиниловым пластикатом и обладающие поэтому весьма малым аэродинамическим сопротивлением. Для приточного (нагнетательного) проветривания применяют трубы типа ТН, для вытяжного проветривания — трубы типа ТВ, армированные стальной проволочной спиралью.

Утечки или подсос воздуха через стыки труб зависят от степени воздухопроницаемости стыка, количества стыков и аэродинамического сопротивления R кг/м² трубы.

Для круглой трубы

где α — аэродинамический коэффициент, имеющий размерность плотности и равный для стальных труб диаметром 600, 700—900 и 1000 мм соответственно 3,5·10^–4; 3·10^–4 и 2,5·10^–4;

L — длина трубы, м;

d — внутренний диаметр трубы, м.

Коэффициент потерь или подсоса воздуха через стыки определяют по формуле

где k — коэффициент воздухопроницаемости стыка, для стальных труб с удовлетворительным уплотнением стыков равный 0,001;

m — длина звена трубы, м.

По нормам потери воздуха в воздухопроводе не должны превышать 5 % на 100 пог. м его длины. Поэтому допустимое значение коэффициента потерь воздуха

p = 1 + 0,5L,

где L — длина трубы, км.

С учетом потерь воздуха через стыки производительность вентилятора

где Q — объем проветривания, определяемый по формулам (161), (162), (164) или (165).

Перемещение воздуха обеспечивается за счет создаваемого вентилятором напора Н, который равен сумме статического напора h_ст, расходуемого на преодоление трения по длине трубы, напора на преодоление местных сопротивлений h_м.с и динамического напора h_д, нужного для выхода воздуха из трубы. Напоры измеряются в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст.=1 кгс/см²):

Статический напор h_ст (в мм вод. ст.) равен

где Q_в и Q_к — соответственно начальный и конечный объемы входящего и выходящего из трубы воздуха, м³/с.

Местные сопротивления обычно учитывают увеличением фактической длины трубопровода и включаются, таким образом, в величину статического напора (колено, изогнутое под углом 90°, эквивалентно двадцати; колено, изогнутое под углом 135°, — десяти диаметрам трубы).

Динамический напор (в мм вод. ст.) можно определить по характеристике вентилятора или по формуле

где ρ — плотность воздуха, принимаемая равной 0,122 кг/м³;

v = Q/ω — скорость, м/с, выхода воздуха из трубы сечением ω, м².