СД.05.11. АЭРОЛОГИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Составитель: проф. С.Г. Гендлер Кафедра безопасности производств и разрушения горных пород 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Цель дисциплины “Аэрология горных предприятий”- вооружить будущих инженеров-строителей теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для поддержания при проходке и эксплуатации выработках подземных сооружений параметров воздушной среды, соответствующих требованиям Правил безопасности. Задачи дисциплины состоят: в анализе процессов, связанных с образованием, выделением и перемещением по горным выработкам различных опасных и вредных составляющих рудничной атмосферы - рудничных газов, пыли, теплоты; в осуществлении вентиляционных расчетов и оценки эффективности предлагаемых технических решений по нормализации состава рудничной атмосферы; в проектировании вентиляции выработок ПС как при их строительстве, так и в стадии эксплуатации с определением оптимальных параметров вентиляционного оборудования. В результате изучения дисциплины “Аэрология горных предприятий” горный инженер-строитель должен знать: вооружение будущих горных инженеров – экономистов теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для экономического обоснования параметров состояния среды обитания, обеспечивающих сохранение работоспособности и здоровья человека, а также выбора мер защиты от негативных факторов естественного и антропогенного происхождения. 2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате изучения дисциплины студенты должны иметь представления об: – причинах, вызывающих изменение состава и термодинамических параметров рудничного воздуха; – основных закономерностях движения воздуха по выработкам; – основах рудничной аэрогазодинамики; – влиянии на вентиляционный режим естественных источников тяги; – основах выбора рациональных схем проветривания и определения параметров вентиляционного оборудования при строительстве стволов, камер и тоннелей различного назначения; – способах контроля параметров атмосферы горных выработок; – причинах возникновения утечек воздуха в вентиляционных сетях; знать: – основные понятия и терминологию аэрологии подземных сооружений; – свойства рудничных газов и их влияние на организм человека; – методы и приборы для определения содержания газов в подземных выработках; – методы и приборы для осуществления воздушно-депрессионных съѐмок; 91 – законы распределения воздуха в сложных вентиляционных сетях; – нормы утечек, принимаемые при проектировании вентиляции; – технические средства, применяемые для регулирования величины утечек; – принципы упрощенного и позабойного методов расчета количества воздуха; – методику расчета депрессии; – порядок расчета и выбора вентиляторов главного и местного проветривания. уметь: – оценивать влияние вредных газов и пыли на состояние воздушной среды; – обосновывать мероприятия по дегазации угольных пластов; – выбирать способы нормализации климатических условий; – вычислять количества воздуха для проветривания тупиковых и очистных забоев; – определять величины утечек воздуха и планировать мероприятия по их снижению; – рассчитывать величину депрессии выработок; – выбирать тип вентилятора и рациональные режимы его работы. 3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПЗ) Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий Самостоятельная работа, в том числе: Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы Вид итогового контроля (зачет, экзамен) Всего часов 85 68 51 17 17 расчет проветривания выработок ПС - Семестр 9 85 68 51 17 17 расчет проветривания выработок ПС - зачет зачет 4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ № пп. 1. 2. 3. 4. 5. Раздел дисциплины Введение Атмосфера подземных сооружений Аэро-пыле-газодинамика вентиляционных потоков Способы и средства вентиляции подземных сооружений Основы проектирования систем венти92 Лекции, час. 2 6 10 ПЗ (или С), час. - ЛР, час. 3 12 8 - 2 8 - - ляции и кондиционирования воздуха 4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ Раздел 1. Введение. История рудничной аэрологии. Основоположники теории вентиляции и современные ученые. Современное состояние, достижения и пути развития рудничной аэрологии в России и за рубежом. Проблемы аэрологии и задачи будущих организаторов производства, связанного с проектированием, строительством и эксплуатацией подземных сооружений. Раздел 2. Атмосфера подземных сооружений. Химический состав и физические свойства воздуха. Естественный газообмен и тепломассоперенос в атмосфере Земли. Стратификация температуры по высоте в различных районах Земли. Климатические условия на территории России. Процессы тепломассообмена воздуха с окружающей средой при строительстве и эксплуатации подземных сооружений (ПС). Состав атмосферы горных выработок и физические свойства ее основных составляющих. Источники выделения вредных и опасных компонентов в атмосфере ПС. Нормативные характеристики параметров рудничной атмосферы. Вредные и ядовитые газообразные компоненты рудничной атмосферы. Газовыделения при производстве работ в период строительства выработок и эксплуатации ПС, состав и свойства газов, признаки их негативного воздействия на организм человека. Способы и меры борьбы с газовыделениями, нейтрализация их действия и предотвращение негативных последствий. Взрывоопасные примеси рудничного воздуха. Метан, водород, тяжелые углеводороды и их свойства, особенности взрывов. Происхождение и формы связи метана в массиве пород и полезного ископаемого. Понятие о газообильности и газоносности. Категории шахт и рудников по газу. Виды выделений горючих газов в горные выработки. Газовый баланс. Концентрация условного метана. Меры борьбы с горючими газами. Механические примеси в рудничной атмосфере. Аэрозоли и аэрогели, их физическая природа и свойства. Вредные и опасные свойства рудничной пыли. Источники пылеобразования, перенос и осаждение пыли. Факторы, определяющие взрывчатые свойства пыли. Способы и средства контроля запыленности воздуха. Способы управления пылевым режимом горных предприятий, борьба с пылеобразованием, пылевыделением и переносом пыли. Тепловой режим и микроклимат горных выработок. Источники теплоты и влаги в горных выработках “Абсолютные” и “относительные” источники. Баланс теплоты и влаги в горной выработке. Влияние теплового режима выработок на безопасность и эффективность ведения горных работ. Способы и средства измерения параметров и комплексной оценки микроклимата. Способы, системы и средства управления тепловым режимом выработок. Горнотехнические, горнофизические, теплотехнические способы регулирования. Раздел 3. Аэро-пыле-газодинамика вентиляционных потоков. Основные уравнения и законы аэростатики и аэродинамики. Барометрические формулы. Законы Паскаля и Архимеда. Атмосферное давление в горных выработках. Виды давления в движущемся воздухе. Понятие о депрессии. Уравнения неразрывности и Бернулли. Законы и режимы движения рудничного воздуха, структуры и типы воздушных потоков в свободном и замкнутом пространстве. Эпюры скоростей потоков воздуха. Законы подобия и моделирование динамики вентиляционных потоков. 93 Закон сопротивления. Виды аэродинамических сопротивлений. Аэродинамические характеристики горных выработок и способы их определения. Последовательное, параллельное и комбинированное соединения выработок, основные законы движения воздуха по вентиляционным сетям. Воздухораспределение в вентиляционных сетях. Методы решения задач аэродинамики, моделирование и расчеты на ЭВМ сложных вентиляционных сетей. Основные понятия и законы процессов газопереноса. Стационарные газодинамические процессы. Нестационарные газодинамические процессы. Газовая динамика добычных участков и тупиковых выработок. Газовая динамика камер. Определение характеристик газодинамических процессов. Общие сведения о динамике аэрозолей. Уравнение движения частиц аэрозолей. Осаждение пыли в неподвижном воздухе. Факторы, влияющие на концентрацию пыли в воздухе. Срыв пыли с поверхности стенок горных выработок. Раздел 4. Способы и средства вентиляции подземных сооружений. Естественные и искусственные движители воздуха в горных выработках. Естественная тяга, ее природа и методы расчета, сезонные изменения естественной тяги и определяющие их факторы. Учет влияния естественной тяги при расчетах вентиляции в условиях нормального и аварийного режимов. Способы измерения естественной тяги. Способы и средства вентиляции горных выработок и рабочих мест. Вентиляционные установки, их характеристики, расчет и выбор при работе на вентиляционную сеть. Последовательная, параллельная и комбинированная схемы работы вентиляторов. Вентиляторы главного и местного проветривания. Способы подведения воздуха к забою за счет общешахтной депрессии. Способы проветривания выработок вентиляторами. Порядок расчета вентиляции тупиковых выработок. Особенности проветривания выработок большой длины. Вентиляционное оборудование для проветривания тупиковых выработок. Способы и средства регулирования вентиляционных потоков в сетях. Режимы работы вентиляционных установок, действие вспомогательных вентиляторов. Изменение аэродинамических сопротивлений в вентиляционных сетях, средства и способы регулирования сопротивления. Причины и виды утечек воздуха, их роль в системе вентиляции, распределение по источникам. Методы расчета и прогноз утечек воздуха в рудничной сети. Способы и средства регулирования утечек. Раздел 5. Основы проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Классификация схем вентиляции поверхностных сооружений, полузаглубленных и заглубленных сооружений. Естественный, нормальный и аварийный режимы вентиляции. Схемы проветривания горных выработок и рабочих мест. Проветривание тоннелей метрополитенов, железнодорожных и автомобильных тоннелей. Вентиляция подземных сооружений специального назначения. Вентиляционные сооружения и оборудование. Расчет количества воздуха для проветривания рабочих зон, выработок, участков и предприятия в целом. Определяющие факторы и параметры расчета вентиляции. Расчет депрессии и производительности вентиляционных устройств. Оценка надежности вентиляции в нормальном и аварийном режимах проветривания. Централизованные, групповые, участковые и местные системы кондиционирования. Селективные и комплексные системы кондиционирования воздуха. Системы и средства дегазации, пылеподавления, химической нейтрализации воздуха. Оценка аэродинамических характеристик этих систем и их учет при проектировании вентиляции 94 предприятия. Оценка эффективности и выбор рациональных систем вентиляции и кондиционирования воздуха. 5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ № пп. 1. № раздела дисциплины 2 2. 3 3. 3 4. 5. 3 3 6. 4 Наименования лабораторных работ Изучение способов измерений и приборов для контроля состава атмосферы. Изучение способов и приборов для измерения аэродинамических параметров выработок Исследование режимов движения воздуха на модели горной выработки Измерение депрессии на модели горной выработки Исследование аэродинамических коэффициентов трения и местных сопротивлений на модели выработки Исследование распределения воздуха на аэродинамической модели параллельного соединения выработок 6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 6.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГГУ, 2004, 481 с. Дополнительная 1. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий, - М.: Недра, 1987, 420с. 2. Кирин Б.Ф., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология. -М.: Недра, 1983, 253с. 3. Справочник по рудничной вентиляции. Под ред. К.З. Ушакова, -М.: Недра, 1988, 325 с. 4. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М.: Недра, 1991, 400 с. 5. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом. -М.: Недра, 1977, 225 с. 6. Правила безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений. -М.: 1990, 251с. 7. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. -М.: Недра, 1975, 238 с. 6.2. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Пакет прикладных программ для выполнения на ЭВМ выбора параметров и режимов проветривания горных выработок, а также оценки их эффективности. 95 7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Специализированная аудитория, оснащенная лабораторными установками для исследования аэродинамических параметров горных выработок. 96