Ⅱ 鉱山の換気
地下では、鉱業鉱山の操業や鉱物の酸化などにより、空気の組成は変化します。主に酸素の減少、有毒ガスや有害ガスの増加、鉱石の粉塵混入、温度、湿度、圧力の変化などがその例です。これらの変化は、労働者の健康と安全に悪影響を及ぼします。労働者の健康と適切な労働環境を確保し、安全で継続的な生産を維持するためには、新鮮な空気を地中から地下へ送り、汚れた空気を地中から地上へ排出することが必要であり、これが鉱山換気の目的です。
1 鉱山換気システム
一定の方向と経路に沿って地下の採掘面に十分な新鮮な空気を送り、同時に鉱山から出る汚れた空気を一定の方向と経路で排出するためには、鉱山に適切な換気システムを備えることが必要である。
1)鉱山全体の統一分類または地域分類による
鉱山は、均一換気と呼ばれる一体型の換気システムで構成されています。鉱山は、比較的独立した複数の換気システムに分割されており、各システムは独自の吸気口、排気口、換気動力を有しています。排気口と車道は接続されていますが、風の流れは互いに干渉せず、独立しているため、間仕切り換気と呼ばれます。
統一換気は、排気を集中させ、換気設備が少なく、集中管理が容易という利点があります。採掘範囲が狭く、地上出口が少ない鉱山、特に深部鉱山では、鉱山全体を統一換気する方式を採用するのが合理的です。
ゾーン換気は、空気経路が短く、陰圧が小さく、空気漏れが少なく、エネルギー消費量が少なく、ネットワークがシンプルで、気流制御が容易で、汚染空気系列と風量分布の低減に役立ち、優れた換気効果が得られるなどの利点があります。そのため、区画換気は、鉱体が浅く散在している鉱山や、鉱体が浅く地表に坑井が多い鉱山で広く使用されています。
ゾーン換気は鉱体に応じて分けられます。鉱業エリアとステージレベル。
2) 吸気シャフトと排気シャフトの配置による分類
各換気システムには、少なくとも信頼性の高い吸気井と排気井が必要です。通常、ケージ式揚重井が通気孔として使用されますが、一部の鉱山では専用の通気孔が使用されています。排気流には大量の有毒ガスと粉塵が含まれるため、排気井は一般的に特殊な構造になっています。
吸気シャフトと排気井の相対的な位置に応じて、中央、斜め、中央斜め混合形式の 3 つの異なる配置に分けられます。
① 中央スタイル
空気取入井と排気井は鉱体の中心部に位置し、図3-7に示すように、地下での風の流れの経路が逆になっています。
中央換気システム
中央配置は、インフラコストが低く、生産が速く、地盤工事が集中化され、管理が容易で、坑道深度作業が容易で、防風対策が容易などの利点があります。中央配置は、主に層状鉱体の採掘に使用されます。
② 対角線
図3-8に示すように、入気孔を鉱体の翼に、排気孔を鉱体のもう一方の翼に配置する方式を単翼対角型といいます。図3-8に示すように、入気孔を鉱体の中央に、戻り気孔を両翼に配置する方式を双翼対角型といいます。図3-9に示すように、鉱体が非常に長い場合、入気孔と排気孔を間隔または鉱体の厚さに沿って配置し、入気孔と排気孔を鉱体の周囲に沿って配置する方式を間隔対角型といいます。対角型換気方式では、鉱山内の気流の流路は直線となります。
片翼斜め換気シャフト
対角配置は、空気配管が短く、空気圧損失と空気漏れが少なく、採掘中の空気圧が安定し、風量分布が均一で、地表から工業地帯までの距離が遠いなどの利点があります。金属鉱山では、対角配置が一般的に使用されています。
③中央斜め混合型
鉱体が長く、採掘範囲が広い場合、中央開発は、鉱体の真ん中に配置することができ、鉱山の両翼にある排気シャフトで中央鉱体の採掘の換気を解決し、遠隔鉱体の採掘の換気を解決し、鉱体全体に中央と斜めの両方があり、中央斜めが混在するようになります。
吸気井と排気井の配置形式は上記の種類にまとめることができますが、鉱体の発生条件が複雑であり、採掘方法も異なるため、設計・生産の実務においては、上記種類の制限を受けず、各鉱山の具体的な条件に合わせて配置する必要があります。
3) ファンの動作モードによる分類
ファンの動作モードには、圧力型、抽出型、混合型があります。
① 圧力
加圧換気とは、主加圧ファンの作用により、換気システム全体を局所的な大気圧よりも高い陽圧状態へと導くことです。空気流の集中により、吸気部における高い圧力勾配が確保され、新鮮な空気流が指定された換気経路に沿って速やかに地下へ送り込まれます。これにより、他の作業による汚染を防ぎ、良好な空気質を実現します。
圧力吸気換気の欠点は、吸気口にエアドアなどの気流制御設備を設置する必要があることです。交通や歩行者が多いため、管理・制御が容易ではなく、井戸底の空気漏れも大きくなります。排気部の主換気口に低い圧力勾配が形成され、汚れた空気が所定の経路で空気井戸から速やかに排出されず、地下の空気の流れが乱れます。さらに、自然風の干渉、さらには逆風、新たな風による汚染現象も発生します。
②アウトタイプ
吸引換気とは、主ファンの作用により換気システム全体を負圧状態にし、局所的な大気圧よりも低い負圧を形成することです。排気の集中と排気量が大きいため、排気換気は排気側に高い圧力勾配を引き起こし、各作業面の汚れた空気を排気ダクトに素早く集中させます。これにより、排気システムの煙が他の道路に拡散しにくくなり、煙の排出速度が速くなります。これは吸引換気の大きな利点です。さらに、空調設備と制御設備は排気ダクト内に設置されているため、歩行者の移動を妨げず、管理が便利で、制御の信頼性も高くなります。
吸引換気の欠点は、排気システムが密閉されていない場合、短絡吸気現象が発生しやすいことです。特に、採掘に崩壊工法を採用し、地表沈下域と採掘坑道が繋がっている場合、この現象はより深刻になります。また、作業面と吸気システム全体の風圧が低く、吸気路が自然風圧の影響を受けやすく、逆流しやすく、地中の空気の流れが乱れます。吸引換気システムでは、吸気口の位置を主に揚水井とするため、北部の鉱山では冬季の揚水井を考慮する必要があります。
中国の金属鉱山やその他の非石炭鉱山のほとんどでは、延長換気が採用されています。
3) 圧力とポンプ混合物
加圧ポンプ式混合換気は、吸気側と排気側の主ファンによって制御され、吸気部と排気部はより高い風圧と圧力勾配の作用を受け、風は指定された経路に沿って流れ、排煙は速くなり、空気の漏れが少なくなり、自然風の影響を受けにくく、逆風も発生しにくくなります。加圧換気モードと吸引換気モードの両方の利点は、鉱山換気の効果を高める重要な方法です。
加圧・揚水混合換気のデメリットは、換気設備の数が多く、風洞内の気流を制御できないことです。井戸の入口底部や排気口の崩壊部における空気漏れは依然として存在しますが、その規模ははるかに小さくなります。
換気方式を選択する際には、地表に崩壊地帯や隔離しにくい通路があるかどうかが重要な要素となります。放射性元素や自然発火の危険がある岩石を含む鉱山では、加圧ポンピング式または加圧ポンピング混合式を採用し、多段機械ステーション制御式を採用する必要があります。地表陥没地帯がない鉱山、または陥没地帯はないが、充填密閉により排気ダクトを密閉できる鉱山では、抽出式または抽出式を主体とした抽出式を採用する必要があります。地表陥没地帯が多い鉱山、排気ダクトと坑道の隔離が容易でない鉱山、または露天から坑内採掘まで開放されている鉱山では、主に加圧・ポンピング混合式または多段機械ステーション制御式を採用する必要があります。
主換気装置の設置場所は、一般的に地上ですが、地下にも設置できます。地上設置の利点は、設置、オーバーホール、保守、管理がより便利で、地下災害による被害を受けにくいことです。欠点は、坑口閉鎖、逆転装置、風洞の建設コストが高く、短絡による空気漏れがあることです。鉱山が深く、作業面が主換気装置から遠い場合、設置と建設のコストが高くなります。地下に設置された主換気装置の利点は、主換気装置の漏れが少なく、ファンが風洞に近いため、途中での空気漏れが少なく、同時により多くの空気または排気を使用できるため、換気抵抗が減り、密閉性が低くなることです。欠点は、設置、検査、管理が不便で、地下災害による被害を受けやすいことです。
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投稿日時: 2023年3月31日
