Мероприятия по нормализации температурного режима рудничного воздуха можно разделить на два типа:
1) теплотехнические, основанные на применении различных технических средств для понижения или повышения температуры воздуха, подаваемого в подземные выработки;
2) горнотехнические, основанные на нормализации температурного режима рудничного воздуха путем применения соответствующих схем вскрытия месторождений, вентиляции, системы разработки, параметров воздушной струи и мероприятий по управлению интенсивностью тепловыделения различными источниками тепла.
Теплотехнические средства для понижения или повышения температуры воздуха, подаваемого в подземные выработки, отличаются друг от друга как по конструктивному исполнению, так и по схеме их расположения на поверхности и в подземных выработках.
Все воздухоохладительные установки можно разделить на четыре типа:
1) установки для охлаждения и подачи в шахту воздуха, смонтированные на поверхности;
2) установки с размещением холодильного оборудования на поверхности, а воздухоохладителей на глубоких горизонтах;
3) установки с размещением холодильного оборудования и воздухоохладителей на глубоких горизонтах с отводом тепла конденсации на поверхность;
4) комбинированные установки.
Охлаждение воздуха осуществляют в теплообменниках (воздухоохладителях), представляющих собой систему трубопроводов, по которым циркулирует хладоагент, а между ними продувается с помощью вентилятора атмосферный или рудничный воздух. В качестве хладоноситсля применяют рассолы. При нагревании рудничного воздуха применяют калориферные установки.
Так как теплотехнические мероприятия являются весьма дорогостоящими, то применять их следует только в том случае, когда исчерпаны возможности горнотехнических мероприятий.
К горнотехническим мероприятиям относятся:
• изменение скорости и расхода рудничного воздуха;
• выбор рациональной схемы проветривания;
• изоляция свежей вентиляционной струи от некоторых местных источников тепла;
• уменьшение интенсивности или полное устранение источников тепла и влаги;
• выбор рациональной системы разработки и технологии ведения очистных работ.
Целесообразность применения того или иного из пяти приведенных выше горнотехнических мероприятий определяется эффективностью и экономическими показателями их применения. В большинстве же случаев наибольшая эффективность достигается совокупным применением нескольких мероприятий с учетом конкретных условий.
Наиболее распространенным методом понижения температуры рудничного воздуха является увеличение его расхода, что, естественно, связано с увеличением скорости его движения по выработкам. В этом случае количество тепла, выделяемого в подземных выработках, приходится на большее количество воздуха, что способствует снижению его теплосодержания и температуры. Однако при этом увеличиваются коэффициент теплообмена и тепловыделение с поверхности стенок горных выработок, поэтому эффективность этого метода зависит от начальной скорости движения воздуха. При скорости воздуха более 7-8 м/с снижение его температуры из-за увеличения расхода компенсируется увеличением его температуры за счет повышения коэффициента теплообмена и тепловыделения с поверхности стенок горных выработок. Снижение температуры рудничного воздуха путем увеличения его расхода целесообразно применять, если при этом скорость воздушной струи не превышает 7-8 м/с. При оптимизации скорости воздуха по экономическим затратам оказывается, что оптимальная скорость для выработок составляет 4-5 м/с, а для очистных забоев 3-4 м/с.
В ряде случаев, когда технически сложно или же экономически нецелесообразно обеспечить снижение температуры рудничного воздуха, можно применять простое воздушное душирование рабочих мест, что интенсифицирует отбор тепла с поверхности тела горнорабочих и в ряду случаев позволяет обеспечить баланс между тепловыделением человека и его теплопотерями.
Применительно к разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты необходимо, наоборот, стремиться уменьшить скорость движения рудничного воздуха для предотвращения возможности обмораживания и переохлаждения горнорабочих, уменьшения ореола оттайки горных выработок и повышения их устойчивости. С этой целью максимальное количество воздуха к рабочим местам подают лишь для проветривания после взрывных работ, а в остальное время расход и скорость рудничного воздуха снижают до минимально необходимых значений.
Снизить температуру рудничного воздуха можно путем применения схемы проветривания рабочих мест, обеспечивающей сокращение длины пути движения воздуха к очистным забоям или переход к нисходящему проветриванию. Сокращение длины пути движения свежего воздуха может быть обеспечено при его подаче по специальным скважинам большого диаметра, пробуренным с поверхности, к очистным забоям. Этот метод хорошо себя зарекомендовал при разработке глубоких горизонтов на шахтах Рура. При нисходящем проветривании свежий воздух поступает к рабочим местам по выработкам верхних горизонтов, где температура и влажность окружающего выработки массива значительно ниже, чем на более глубоких горизонтах. Отработанный воздух из очистных забоев подается к вентиляционному стволу по откаточным выработкам. Этот метод сравнительно широко применяется как в России, так и за рубежом. Он позволяет, по сравнению с восходящим проветриванием, снизить температуру в очистных забоях на 1,5-2 К.
Нисходящая схема проветривания имеет положительные стороны и применительно к разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты. При этом создаются более благоприятные температурные условия для рабочих откаточного горизонта, сохраняется мерзлое состояние и устойчивость пород, окружающих выработки, снижается возможность смерзания полезного ископаемого и интенсивность его газовыделения при транспортировании по выработкам.
Изоляция свежей вентиляционной струи от местных источников тепла может быть достигнута различными способами. Одним из них является нисходящее проветривание при обычной схеме транспортирования горной массы или же наоборот — восходящее проветривание при транспортировании горной массы по вентиляционному горизонту (возможность реализации последнего весьма ограничена).
Весьма существенным резервом в снижении температуры рудничного воздуха является изоляция свежей струи от контакта с магистральными трубопроводами сжатого воздуха, с теплыми подземными водами и с транспортируемой горной массой. Для этого трубопроводы располагают в вентиляционных стволах и выработках вентиляционного горизонта, водоотливные канавки оборудуют перекрытиями, а время выдачи полезного ископаемого из очистных забоев на поверхность сокращают до минимума.
Для изоляции свежей струи от инженерных стационарных источников тепловыделения (подъемные и водоотливные установки, трансформаторы, комбайны и другие машины и механизмы) осуществляют обособленное проветривание машинных камер и подстанций с отводом отработанного воздуха на вентиляционный горизонт.
Уменьшение интенсивности шахтных источников тепла и влаги достигают заменой электрического и дизельного привода горных машин на пневматический, осушением и охлаждением воздуха, подаваемого в подземные выработки с поверхности, заменой конвейерного транспорта рельсовым с применением большегрузных вагонеток, устранением капежа в выработках и изоляцией водоотливных канавок от прямого контакта с рудничным воздухом, снижением интенсивности окислительных процессов при разработке сульфидных руд и угля путем уменьшения запыленности воздуха и скоплений пыли, а также заменой деревянной крепи и затяжки железобетонной или металлической.
Снижение температуры рудничного воздуха за счет выбора рациональной системы разработки и технологии ведения очистных выработок или выемочных блоков, перехода к обратной схеме их отработки, применения безлюдной выемки, закладки выработанного пространства с отвердителями, имеющими минимальную теплоту гидратации, и рядом других способов.
В том случае, когда совокупность горнотехнических мероприятий не позволяет обеспечить нормативный температурный режим рудничного воздуха, применяют теплотехнические мероприятия, которые, как правило, значительно удорожают производство горных работ.