Вентиляция рудников

(проветривание) — вентиляция, или снабжение рудников чистым воздухом, представляет одну из важнейших задач рудничного дела, так как главная ее цель направлена не только к сохранению здоровья рабочих, но и жизни их — особенно в рудниках, содержащих гремучий газ. Вопрос этот имеет также огромное экономическое значение, ибо чем более рудничный воздух по качествам приближается к нормальному, тем производительность рабочих становится большею. Необходимость вентиляции вызывается тем обстоятельством, что рудники соединяются с поверхностью земли лишь небольшим числом шахт или штолен, поэтому заключающийся в них воздух, в большинстве случаев, естественным образом заменяется свежим весьма медленно, а потому портится быстро не только по причине того, что в рудниках находятся рабочие, часто и лошади, горят лампы, гниет дерево, окисляются металлы и т. п., но и потому, что многие горные породы, особенно же глинистые и каменные угли, выделяют из себя в воздух рудников посторонние пары и газы. Притом в глубоких рудниках воздух имеет высокую температуру, а потому, не возобновляемый, быстро утомляет рабочих. В. должна удовлетворять двум главным условиям: понижать температуру рудника и доставлять чистый воздух в необходимом количестве. Повышение температуры воздуха в руднике зависит, кроме естественного поднятия ее при углублении в землю, от употребления для добычи полезных минералов пороха, динамита и др. взрывчатых веществ, от горения ламп и т. п. причин. Наивысшим пределом температуры воздуха, допускаемым в руднике, необходимо считать 47°С, причем работы возможно было производить только при применении исключительных гигиенических средств. При 54°С работы производить оказалось невозможным. Порча рудничного воздуха происходит, сверх того, часто от выделения и образования посторонних, вредных для дыхания газов и твердых веществ в виде пыли. Углекислый газ, кроме происхождения при горении, порохострельной работе и проч., выделяется иногда из трещин, в виде газа, из воды углекислых источников и является после взрывов гремучего газа; при 2% содержании дыхание уже сильно затрудняется и лампы горят тускло, выделяя много копоти; при 4 — 5% наступают у рабочих обмороки, а при 8 — 10% — удушение. Окись углерода есть продукт рудничных пожаров, взрывов гремучего газа и, в особенности, каменноугольной пыли. Примесь ее, составляющая лишь доли процента, производит явление угара. Количество, способное убить человека, оказывает на пламя лампы незначительное влияние, и ввиду этого, если есть основание предполагать ее присутствие в руднике, то необходимо предпринимать крайние меры предосторожности. Встречается также сернистый водород (весьма ядовитый газ), как продукт разложения колчеданов и гниения органических веществ. В рудниках он встречается обыкновенно в небольшом количестве. Ртутные и мышьяковистые пары, равно как и металлическая пыль, встречающиеся в некоторых рудниках, при хорошей вентиляции удаляются легко, а при плохой — могут производить отравление. Из твердых веществ, примешанных к воздуху в виде пыли, нужно особо упомянуть каменноугольную пыль. В большом количестве она причиняет так называемую каменноугольную эмфизему, или phihisis melanotica (кроме того, она имеет свойство воспламеняться и производить даже взрывы). Самый опасный для рудников, хотя не столь ядовитый — это гремучий газ (см. Гремучий газ, Рудничный газ). Взрывы его сопровождаются иногда огромным числом жертв; продуктами взрывов являются углекислота, окись углерода, от которых рабочие задыхаются, хотя бы и уцелели от самого взрыва. Все эти причины ныне заставляют при разработке рудников постоянно прибегать к их вентилированию.

Способы проветривания рудников находятся в тесной связи как с величиною рудника, так и с количеством работающих в нем людей и лошадей, горящих ламп и т. п. Относительно того, сколько воздуха потребно на каждого рабочего, лошадь и проч. точных цифр не имеется, и в различных государствах приняты свои, выведенные из практики, данные. В общем же можно принять [В различных государствах принято требовать следующие количества воздуха: в Англии на 1 рабочего в секунду полагается 1,66 — 2,5 к. ф. возд. (принимая во внимание лампы, лошадей и пр.), в Бельгии 1 — 2 к. ф. в секунду, в С. Америке — 1 — 2 к. ф., в Германии — 5,2 к. ф., в Австрии — около 3 к. ф. Вообще же считают, что рудник вентилируется очень хорошо, если на 1 раб. приходится 8 к. ф., считая лампы, лош. и пр. А. В.], что потребность свежего воздуха выражается следующими цифрами:

На 1 рабоч. в руднике 0,53 куб. ф. в 1 сек.

" " лошадь 2,12 " " " "

" " лампу 0,003 " " " "

На 1 ф. пороха, сжигаемого в 8-часовую смену 0,14 куб. ф. в 1 сек.

В рудниках, содержащих гремучий газ, при полной работе на каждого рабочего, должно считать большую потребность, до 100 — 120 куб. ф. в минуту.

Вентиляция рудников может быть производима или естественным путем, или же искусственным. В первом случае пользуются тем обстоятельством, что воздух, заключенный в руднике, имеет иную температуру и плотность, чем наружный, и если, напр., рудник открывается наружу посредством шахты и штольни или двух шахт, расположенных на различных горизонтах, то вследствие разности в атмосферном давлении над устьями штольни и шахт является нарушение равновесия, и в руднике обнаруживается движение воздуха, или тяга, в силу которой воздух рудника заменяется свежим. Тяга эта тем значительнее, чем более разница в высотах между устьями шахт и штолен и в температурах воздуха в руднике и на поверхности земли. Но так как температура наружного воздуха изменяется, а рудничного более постоянна, то и тяга, а с нею вентиляция, тоже постоянно изменяются. Так, напр., зимою естественная В. бывает сильнее, чем летом. В зависимости от времени года изменяется иногда и самое направление движение воздуха в руднике. Бывают моменты, когда естественная вентиляция прекращается совершенно, так что для ее возобновления приходится прибегать к искусственным мерам. Если шахты рудника расположены на одном и том же горизонте, то для возбуждения тяги над одною из них устраивают высокую трубу. Вообще, естественная вентиляция не отличается энергиею и может быть применима только к небольшим рудникам. Искусственная вентиляция совершается при помощи печей и механически действующих вентиляторов. Воздушные печи помещаются либо в самом руднике возле специальной воздушной вентиляционной шахты (внутренние воздушн. печи), или же на поверхности — возле той же шахты (наружные возд. печи). Назначение внутренних печей — нагрев воздуха в шахте и возбуждение тяги, вследствие которой чистый воздух вступает в рудник по другой шахте или штольне. Для расчета печей полагают, что на 1 кв. ф. площади решетки в рудник втягивается около 1000 к. ф. воздуха в минуту и сжигается около 100 — 150 ф. камен. уг. в 24 часа. Наружные воздушные печи возбуждают тягу вследствие того, что нагретые продукты горения устремляются по дымовой трубе наружу, а на место их поступает воздух из воздушной шахты. На каждый фунт к. угля, сжигаемого на колосниках пар. печи в 24 часа, доставляется в рудник воздуха 1,3 куб. ф. в сек. Полезное действие печек невелико по сравнению с вентиляторами; но если рудник глубже 300 сажен, расход топлива в обоих случаях становится одинаковым. Рудничные вентиляторы действуют двояко: либо накачивают в рудник свежий воздух, который вытесняет собою испорченный, либо же вытягивают из рудника испорченный, взамен которого свежий воздух вступает по другой шахте или штольне. В обоих случаях при расчете вентиляторов и выборе их конструкции необходимо стремиться, чтобы скорость течения воздушной струи в выработках рудника не была значительна, не чувствовалась как ветер и не превышала 7,25 — 10 ф. в секунду, и чтобы сгущение или разрежение воздуха не превосходило предела 4 " — 6 " и в самых крайних случаях 8 " (линий) по водяному манометру. При скорости течения воздуха больше 10 фут. может быть выбрасывание пламени из предохранительных ламп и взрыв гремучего газа, а сильное разрежение или сгущение вредно отзывается на рабочих. Главные типы вентиляторов следующие: поршневые вентиляторы: примером их может служить колоссальный вентилятор Никсона.

Рудничный поршневой вентилятор системы Никсона. Поршень h движется в момент изображения на рис. слева направо, а потому высасывание идет из левого устья, как видно по положению клапанов.

Он состоит из двух (на прилагаемом рисунке изображен один из таких цилиндров) больших устроенных из брусьев и обшитых досками цилиндров с клапанами, поршни которых приводятся в движение паровою машиною. Воздух из шахты поступает по особым каналам. На одном из рудников Англии такой вентилятор, извлекающий в 1 минуту 200000 кубич. футов воздуха, действует всасыванием. Полезная работа поршневых вентиляторов = 0,00015Qh, где Q объем извлекаемого воздуха, h разрежение его по водяному манометру; величина

h = kΣδ([Lp]/s)u²

где k = 0,0000058, L — длина отдельных выработок, δ — плотность воздуха, s — площадь поперечного сечения выработок, р — периметр и u — скорость течения воздуха. Σ обозначает сумму всех подобных членов.

Приборы с круговращательным движением поршней. Из них наиболее распространены вентиляторы типа Фабри и Лемиеля. Первый состоит из кожуха, в котором имеются 2 вала с 3 спицами с крестовинами, оканчивающимися дугами. Спицы и крестовины плотно обшиты досками во всю ширину прибора. При вращении в противоположные стороны дуги известное время находятся во взаимном соприкосновении, отчего воздух, заключенный между спицами, крестовинами и дугами захватывается из рудника и выталкивается наружу. Вентилятор действует всасыванием. Размеры его определяются так: диаметр D = 0,08√Q, число оборотов = 500/D, а сила двигателя, при полезном действии прибора 60% = 0,0003Qh. Стоимость вентилятора на 1 силу около 200 мет. руб. Вентилятор Лемиеля состоит из кожуха, в котором эксцентрично вращается барабан с 3 лопастями; последние при действии прибора всегда касаются кожуха, вследствие чего захватывают из шахты воздух и выталкивают его вон. Диаметр вент. определяется из формы Q = 161D², число обор. = 250/D, полез. дейст. 50% и сила двигат. N = 0,0003 Qh. Полная стоимость на 1 силу около 200 р. мет., или 37 к. на 1000 к. ф. воздуха, доставляемого в минуту. Действует всасыванием. Употребимы также центробежные вентиляторы типа Риттингера и Габаля, которые бывают иногда диаметром от 3 до 7 саж. Действуют и всасыванием и нагнетанием. Рассчеты производятся по общим формулам.

Центробежный рудничный вентилятор системы Габаля в вертикальном разрезе, слева — перпендикулярно оси вращения, а справа вдоль по вей. Воздух движется от оси на окружности и уносит через диффузор.

Что касается стоимости их, то на каждый 1 к. ф., доставляемый в 1 минуту, стоимость эта составляет 1,2 к.; сила двигателя N = 0,0005Qh.

Вентиляторы, действующие всасыванием и нагнетанием, считаются лучшими, ибо ими можно пользоваться до известной степени как регуляторами притока в рудник гремучего газа: всасывание облегчает приток, т. е. освобождает породы от газа, в них содержащегося, и заставляет его уходить с вытягиваемым воздухом, а нагнетание задерживает (особенно важно задержать иногда внезапный приток этого газа).

Доставляемый в рудники чистый воздух необходимо распределить так, чтобы он освежал все те места рудника, где производятся работы и совершается движение рабочих, и чтобы все центры работ получили необходимое его количество. С этою целью воздух обыкновенно доставляют по шахте к наиболее глубокому месту рудника, а оттуда распределяют уже его и по верхним горизонтам. Для распределения струи воздуха существуют следующие приспособления: воздушные трубы — деревянные, железные или цинковые; по ним доставляется к забоям чистый воздух или вытягивается испорченный, если труб недостаточно, то устраивают воздушные переборки, разделяющие выработку на две части: для свежего и испорченного воздуха. Чтобы направить струю по кратчайшему направлению или пресечь движение ее по какому-либо направлению, устраивают воздушные двери; они бывают деревянные и открываются в сторону движение вагонов.

Способ вентилирования каменноугольных копей, выделяющих гремучий газ. Воздух, входящий в а заставляют, при помощи перегородок n, m и т. п., проходить во все места работы. Стрелки показывают ход воздуха, выходящего из а'.

В рудниках, содержащих гремучий газ, весьма важное значение имеют для проветривания парные выработки, назначение которых ясно из чертежа. На фиг. а представлена система проветривания при работе с подготовкою столбов. Чтобы определить степень проветривания, необходимо знать объем воздуха, протекающего по выработке; это же можно сделать, определив площадь сечения и скорость течения воздуха. Для последней цели употребляют анемометры. В рудничном деле наиболее употребительны анемометры Дикинсона, Комба, Бирама и др.

Ср. Haton de la Goupillière, "Cours d'exploitation des mines"; "Stollenanlagen" von G. Haupt; "Leitfaden der Bergbaukunde" v. A. Serlo; "Berg. u. Hüttenmännische Z. 1878-90"; "Annales de Mines"; Koeller, "Begbaukunst"; "Berg u. Hüttenkalender" 1890. Словари: П. В. Еремеева, В. В. Бека, П. П. Андреева. Справочные книги по горной части И. Тиме и Г. Дорошенко и др. "Горно-заводская механика" И. Тиме.

А. К. Васильев. Δ.