Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения
Рассмотрены потенциальные опасности, связанные с использованием холодильных агентов в шахтных условиях. Приведена характеристика опасных свойств основного из ныне используемых хладагентов R22, и проанализированы опасности, обусловленные его термодинамическими свойствами. Исследованы основные условия...
Saved in:
| Published in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87401 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения / В.Р. Алабьев, Б.В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 201-214. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87401 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Алабьев, В.Р. Бокий, Б.В. 2015-10-17T19:04:17Z 2015-10-17T19:04:17Z 2013 Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения / В.Р. Алабьев, Б.В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 201-214. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87401 [622.42/.44:536.24].001.57 Рассмотрены потенциальные опасности, связанные с использованием холодильных агентов в шахтных условиях. Приведена характеристика опасных свойств основного из ныне используемых хладагентов R22, и проанализированы опасности, обусловленные его термодинамическими свойствами. Исследованы основные условия опасных концентраций хладагента в выработках и влияние утечек хладагента на безопасность проветривания шахты, и потенциальные опасности, обусловленные кинетической и потенциальной энергией хладоносителя и охлаждающей воды. Результатом проведенных исследований явилось выявление условий, при которых будут обеспечены допустимые значения ПДК паров фреона в воздухе горных выработок как при нормированной утечке хладагента из холодильных машин, так и при его аварийном истечении через предохранительные клапаны или разгерметизации системы хладагента. Реализация предлагаемых мер по устранению указанных неисправностей позволит повысить безопасность труда подземных горнорабочих. Розглянуті потенційні небезпеки, пов'язані з використанням холодильних агентів в шахтних умовах. Приведена характеристика небезпечних властивостей основного з холодоагентів R22, що нині використовуються, і проаналізовані небезпеки, обумовлені його термодинамічними властивостями. Класифіковані основні небезпеки, здатні вплинути на життєдіяльність людей і функціонування шахти в результаті неконтрольованого виходу з ладу холодильного устаткування, і приведені приклади і причини таких аварійних ситуацій. Досліджені основні умови небезпечних концентрацій холодоагента у виробках, вплив витоків холодоагента на безпеку провітрювання шахти, і потенційні небезпеки, обумовлені кінетичною і потенційною енергією холодоносія і охолоджуючої води. Результатом проведених досліджень є виявлення умов, при яких будуть забезпечені допустимі значення ПДК пари фреону у повітрі гірських виробок як при нормованому витоку холодоагента з холодильних машин, так і при його аварійному закінченні через запобіжні клапани або розгерметизації системи холодоагента. Реалізація пропонованих заходів по усуненню вказаних несправностей дозволить підвищити безпеку праці підземних гірників. Potential risks associated with the coolants used in the coal mines are considered. Hazard properties of the R22 coolant which is currently widely used are described, and potential dangers of its thermodynamic properties are analyzed. Key risks are classified which could influence on the vital functions of people and safety operation of the mine in result of uncontrolled breakdown of the refrigeration equipment, and examples and reasons of such emergency situations are described. Basic conditions for occurrence of the coolant dangerous concentrations in the tunnels, influence of the coolant leakages on the mine ventilation safety and potential dangers caused by kinetic and potential energy of the cool-bearer and cooling water are studied. The findings revealed conditions which could ensure permissible levels of freon concentration in air of the mines both in case of rated coolant leakages from the refrigeration equipment and in case of emergency leakage through the safety valves or due to the lost sealing in the coolant system. Realization of the proposed measures on removal of the mentioned damages can increase labour safety for underground miners. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения Оцінка потенціальних небезпечностей, пов΄язаних з використанням холодильних агентів у шахтних умовах, і методи їх усунення Estimating of potential risks associated with the coolants used in mine and methods of their prevention Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения |
| spellingShingle |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения Алабьев, В.Р. Бокий, Б.В. |
| title_short |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения |
| title_full |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения |
| title_fullStr |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения |
| title_full_unstemmed |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения |
| title_sort |
оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения |
| author |
Алабьев, В.Р. Бокий, Б.В. |
| author_facet |
Алабьев, В.Р. Бокий, Б.В. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Оцінка потенціальних небезпечностей, пов΄язаних з використанням холодильних агентів у шахтних умовах, і методи їх усунення Estimating of potential risks associated with the coolants used in mine and methods of their prevention |
| description |
Рассмотрены потенциальные опасности, связанные с использованием холодильных агентов в шахтных условиях. Приведена характеристика опасных свойств основного из ныне используемых хладагентов R22, и проанализированы опасности, обусловленные его термодинамическими свойствами. Исследованы основные условия опасных концентраций хладагента в выработках и влияние утечек хладагента на безопасность проветривания шахты, и потенциальные опасности, обусловленные кинетической и потенциальной энергией хладоносителя и охлаждающей воды. Результатом проведенных исследований явилось выявление условий, при которых будут обеспечены допустимые значения ПДК паров фреона в воздухе горных выработок как при нормированной утечке хладагента из холодильных машин, так и при его аварийном истечении через предохранительные клапаны или разгерметизации системы хладагента. Реализация предлагаемых мер по устранению указанных неисправностей позволит повысить безопасность труда подземных горнорабочих.
Розглянуті потенційні небезпеки, пов'язані з використанням холодильних агентів в шахтних умовах. Приведена характеристика небезпечних властивостей основного з холодоагентів R22, що нині використовуються, і проаналізовані небезпеки, обумовлені його термодинамічними властивостями. Класифіковані основні небезпеки, здатні вплинути на життєдіяльність людей і функціонування шахти в результаті неконтрольованого виходу з ладу холодильного устаткування, і приведені приклади і причини таких аварійних ситуацій. Досліджені основні умови небезпечних концентрацій холодоагента у виробках, вплив витоків холодоагента на безпеку провітрювання шахти, і потенційні небезпеки, обумовлені кінетичною і потенційною енергією холодоносія і охолоджуючої води. Результатом проведених досліджень є виявлення умов, при яких будуть забезпечені допустимі значення ПДК пари фреону у повітрі гірських виробок як при нормованому витоку холодоагента з холодильних машин, так і при його аварійному закінченні через запобіжні клапани або розгерметизації системи холодоагента. Реалізація пропонованих заходів по усуненню вказаних несправностей дозволить підвищити безпеку праці підземних гірників.
Potential risks associated with the coolants used in the coal mines are considered. Hazard properties of the R22 coolant which is currently widely used are described, and potential dangers of its thermodynamic properties are analyzed. Key risks are classified which could influence on the vital functions of people and safety operation of the mine in result of uncontrolled breakdown of the refrigeration equipment, and examples and reasons of such emergency situations are described. Basic conditions for occurrence of the coolant dangerous concentrations in the tunnels, influence of the coolant leakages on the mine ventilation safety and potential dangers caused by kinetic and potential energy of the cool-bearer and cooling water are studied. The findings revealed conditions which could ensure permissible levels of freon concentration in air of the mines both in case of rated coolant leakages from the refrigeration equipment and in case of emergency leakage through the safety valves or due to the lost sealing in the coolant system. Realization of the proposed measures on removal of the mentioned damages can increase labour safety for underground miners.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87401 |
| citation_txt |
Оценка потенциальных опасностей, связанных с использованием холодильных агентов в шахтных условиях, и методы их устранения / В.Р. Алабьев, Б.В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 201-214. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT alabʹevvr ocenkapotencialʹnyhopasnosteisvâzannyhsispolʹzovaniemholodilʹnyhagentovvšahtnyhusloviâhimetodyihustraneniâ AT bokiibv ocenkapotencialʹnyhopasnosteisvâzannyhsispolʹzovaniemholodilʹnyhagentovvšahtnyhusloviâhimetodyihustraneniâ AT alabʹevvr ocínkapotencíalʹnihnebezpečnosteipovâzanihzvikoristannâmholodilʹnihagentívušahtnihumovahímetodiíhusunennâ AT bokiibv ocínkapotencíalʹnihnebezpečnosteipovâzanihzvikoristannâmholodilʹnihagentívušahtnihumovahímetodiíhusunennâ AT alabʹevvr estimatingofpotentialrisksassociatedwiththecoolantsusedinmineandmethodsoftheirprevention AT bokiibv estimatingofpotentialrisksassociatedwiththecoolantsusedinmineandmethodsoftheirprevention |
| first_indexed |
2025-11-25T21:07:18Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:07:18Z |
| _version_ |
1850545202060591104 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
__________________________________________________________________________________________
201
Abstract. Issues of ecological estimation of the coal mines operation are considered. Conformi-
ties to the law were determined for changes of mean values of methane-bearing capacity of the
working areas in the quazy-stationary periods of dynamics of the ventilation system development
with taking into account application of different degassing facilities. On the basis of these conformi-
ties to the law the criterion is proposed for complex estimation of environment-friendly functioning
of high-performance working areas in the coal mines including actual methane-bearing capacity of
the area, volume of methane drained by degassing facilities and methane concentration in the outgo-
ing air stream. A method is proposed for determination of this criterion in the mines producing coal
and methane.
Keywords: CMM, environment-friendly functioning, degassing of the working area, pump-
down, air distribution.
Статья поступила в редакцию 20.08. 2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук Т.В. Бунько
УДК [622.42/.44:536.24].001.57
В.Р. Алабьев, канд. техн. наук, ст. научн. сотр.,
Б.В. Бокий, д-р техн. наук
(ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько»)
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ОПАСНОСТЕЙ, СВЯЗАННЫХ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ В ШАХТНЫХ
УСЛОВИЯХ, И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
В.Р. Алаб΄єв, канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
Б.В. Бокій, д-р техн. наук
(ПАТ «Шахта ім. О.Ф. Засядька»)
ОЦІНКА ПОТЕНЦІАЛЬНИХ НЕБЕЗПЕЧНОСТЕЙ, ПОВ΄ЯЗАНИХ
З ВИКОРИСТАННЯМ ХОЛОДИЛЬНИХ АГЕНТІВ У ШАХТНИХ
УМОВАХ, І МЕТОДИ ЇХ УСУНЕННЯ
V.R. Alabyev, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
B.V. Bokiy, D. Sc. (Tech.)
(PAS « A.F. Zasyadko mine)
ESTIMATING OF POTENTIAL RISKS ASSOCIATED WITH THE
COOLANTS USED IN MINE AND METHODS OF THEIR PREVENTION
Аннотация. Рассмотрены потенциальные опасности, связанные с использованием холо-
дильных агентов в шахтных условиях. Приведена характеристика опасных свойств основно-
го из ныне используемых хладагентов R22, и проанализированы опасности, обусловленные
его термодинамическими свойствами.
________________________________________________________________________________
© В.Р. Алабьев, Б.В. Бокий, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
__________________________________________________________________________________________
202
Исследованы основные условия опасных концентраций хладагента в выработках и влия-
ние утечек хладагента на безопасность проветривания шахты, и потенциальные опасности,
обусловленные кинетической и потенциальной энергией хладоносителя и охлаждающей во-
ды.
Результатом проведенных исследований явилось выявление условий, при которых будут
обеспечены допустимые значения ПДК паров фреона в воздухе горных выработок как при
нормированной утечке хладагента из холодильных машин, так и при его аварийном истече-
нии через предохранительные клапаны или разгерметизации системы хладагента. Реализация
предлагаемых мер по устранению указанных неисправностей позволит повысить безопас-
ность труда подземных горнорабочих.
Ключевые слова: теплообменные процессы, тупиковые выработки, угольные шахты,
кондиционирование рудничного воздуха, хладоноситель.
В холодильных машинах основным рабочим веществом, с помощью которо-
го осуществляется холодильный цикл, является холодильный агент (хладагент).
Холодильные агрегаты, использующие различного вида хладагенты, обес-
печивают необходимую степень охлаждения рудничного воздуха до допусти-
мых санитарных норм, однако их использование имеет и побочный эффект: все
хладагенты ядовиты, и снижение их вредного влияния на окружающую среду и
здоровье работающих людей является важной научной и практической задачей.
До настоящего времени в известных холодильных машинах в рудничном
исполнении в качестве хладагента применялись фреоны R12 и R22, которые не
горят, не взрываются и практически не ядовиты. В 1986 году хладагент R12 на-
ряду с некоторыми другими хладагентами признан озоноразрушающим. В свя-
зи с этим его производство и потребление к 1996 году было полностью прекра-
щено. Фреоны обладают следующими свойствами [1].
• при соприкосновении с открытым пламенем разлагаются с выделением
хлористого водорода, фтористого водорода и фосгена;
• являются хорошими растворителями окалины и ржавчины. В связи с этим
при сборке внутренние полости теплообменных аппаратов необходимо тща-
тельно очищать;
• растворяют обычную резину. В связи с этим для изготовления прокладок
должна применяться специальная маслостойкая резина – севанит или паронит –
материал, изготовленный из асбеста, каучука и наполнителей;
• при высоком давлении хладагент R22 смешиваются со смазочным маслом
в любых пропорциях. При низком давлении происходит разделение фреона и
масла, причем последнее, как более легкое, плавает по жидкому фреону;
• тягучи и легко проникают через поры обычных чугунных отливок.
Опасные свойства хладагента R22 приведены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, поражающими факторами фреонов являются: высокое
давление, высокая и низкая температура, токсичность.
Хладагент циркулирует по замкнутому контуру холодильной машины, из-
меняя свое агрегатное состояние в зависимости от совершаемого процесса (рис.
1). Абсолютное давление хладагента R22 может изменяться от0,5 до 2,0, а тем-
пература – от ±0 до 80-100°С (табл.2).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
__________________________________________________________________________________________
203
Таблица 1 - Опасные свойства хладагента R22
Показатель Значение
Давление насыщенных паров, МПа:
при температуре ± 0 оС
при температуре 50 оС
0,5
1,94
Максимальная температура паров на выходе из компрессора, оС 100
Температура кипения при атмосферном давлении, оС, [2] -40,8
ПДК паров в воздухе, мг/м3,[2] 3000
Допустимое количество паров в воздухе, г/м3, [2] 352
Коэффициент токсической опасности, Кт.о· 10-3,[3] 10
Содержание паров в воздухе, не вызывающее последствий после пребывания:
в течении 60 мин, мг/м3,
в течении 30 мин, кг/м3,
-
1,05
Показатель горючести, [4] негорю-
чий
Показатель взрывоопасности, [4] невзры-
воопасен
Относительная озонобезопасность (по отношению к R12) [5,6] <0,05
При атмосферном давлении жидкий хладагент кипит при температуре -40,8
оС (R22) и -33,3 оС (R717). В холодильной машине хладагент может находиться
в виде жидкости, парожидкостной смеси или в виде насыщенного или перегре-
того пара (рис. 1).
6 7
5 4 3 2
1
lg P
Рк
Ро
i
tк
tо
Рисунок 1 - Рабочий процесс холодильной машины в диаграмме i – lgP: Ро, Рк – абсо-
лютное давление испарения и конденсации; to, tк – температура испарения и конденсации
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
__________________________________________________________________________________________
204
Таблица 2 - Параметры рабочего процесса цикла холодильной машины
Линия
процесса
(рис.3.3)
Наименование
процесса
Состояние
хладагента
Давление
хладагента,
МПа
Температура
хладагента,
оС
1-2 Сжатие хладагента Перегретый
пар
от 0,5 до
2,0
от 15 до 80
2-3 Снижение нагрева - 2,0 от 80 до 50
3-4 Конденсация хладагента Насыщенный
пар
2,0 50
4-5 Переохлаждение хлада-
гента
Переохлаж-
денная жид-
кость
2,0 от 50 до 40
5-6 Дросселирование хлада-
гента
Парожидкост-
ная смесь
от 2,0 до
0,5
от 40 до ±0
6-7 Кипение хладагента Жидкость 0,5 ±0
7-1 Перегрев хладагента Перегретый
пар
0,5 от ±0 до 15
Анализ параметров термодинамического цикла холодильной машины (рис. 1
и табл. 2) показывает, что по степени опасности система хладагента может быть
условно разделена на две зоны: зона I – от выхода компрессора до терморегу-
лирующего вентиля (процессы 2-5) и зона II – от выхода терморегулирующего
вентиля до входа в компрессор (процессы 6-1). Зона I характеризуется макси-
мальными значениями давления и температуры хладагента, поэтому ее следует
считать наиболее опасной. Зона II менее опасна, поскольку хладагент на дан-
ном участке системы находится при минимальных значениях давления и тем-
пературы.
Под воздействием высокого давления хладагента в зоне I может произойти
разрушение и разгерметизация элементов холодильной машины и выброс хла-
дагента в окружающую среду. В подземных условиях разгерметизация холо-
дильных машин может также произойти под воздействием горного давления и
при столкновении с шахтным транспортом. При потере герметичности системы
хладагента холодильной машины, работающей на R22, в окружающую среду в
зависимости от условий истечения может поступать до 14 кг/с парожидкостной
смеси (рис. 2) [7]. При этом в окружающей среде образуется облако, состоящее
из смеси пара и воздуха. Температура R22 в центре факела может находиться
на уровне от -39 оС (место истечения) до -3 оС на расстоянии 20 м от места ис-
течения. Содержание кислорода в этих условиях составляет от 0 до 21 % (рис.
3). В этом случае возникает опасность:
• механического поражения людей частями оборудования, разрушенного в
результате недопустимого повышения давления хладагента;
• теплового поражения перегретым парообразным хладагентом;
• обморожения жидким хладагентом или парожидкостной смесью;
• поражения слизистых оболочек глаз и дыхательных путей;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
__________________________________________________________________________________________
205
14
12
10
8
6
4
2
0
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Ра, МПа
m, кг/с
30 см
2
20 см
2
10 см
2
5 см
2
2,5 см
2
S=1см
2
Рисунок 2 - Величина утечки парожидкостной смеси R22 при различных значениях абсо-
лютного давления Pа и площади выходного отверстия S.
• отравления или удушья в случае образования в воздухе рабочей зоны не-
допустимой концентрации паров хладагента;
• взрыва или пожара при образовании в воздухе взрывоопасной концентра-
ции паров хладагента.
Подобные аварии имели место на шахтах им. Газеты «Социалистический
Донбасс» (1966 г.) и им. В.М.Бажанова (1964 г.) [8]. В первом случае вследст-
вие гидравлического удара была разрушена головка цилиндра поршневого ком-
прессора аммиачной холодильной машины. При этом часть цилиндра под дав-
лением паров аммиака была отброшена в сторону главного прохода здания хо-
лодильной станции. Траектория ее полета оказалась в 4 м от рабочего места
дежурного машиниста. На шахте им. В.М.Бажанова вследствие одновременного
нарушения плотности аммиачного испарителя и наземного воздухоохладителя
был загазирован ствол парами аммиака.
В табл. 3 приведены причины, вызывающие опасное состояние системы
хладагента и вероятные последствия аварий.
В процессе эксплуатации холодильных машин и передвижных кондиционе-
ров пары хладагента могут поступать из холодильной системы в горные выра-
ботки, что может стать причиной образования опасной концентрации хладаген-
та в рудничном воздухе.
Исследованию потенциальных опасностей, создаваемых холодильным аген-
том в процессе эксплуатации шахтного холодильного оборудования, посвящен
ряд работ отечественных и зарубежных авторов [7,9,11].
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
__________________________________________________________________________________________
206
0
0
1,5
1,3
3,0
2,5
4,5
3,8
6,0
5,0
-25
19
-2,0
21
-2,5
21
-3,0
21
-5,0
20,7
-2,0
21,0
±0
21,0
-39
0
В, м
Н, м
t, C
К, %
О
t, C
К, %
О
t, C
К, %
О
Т 0 5 10 15 20 L, м
Сечение
факела
Центр
факела
Над
землей
Выход
трубы
Рисунок 3 - Параметры факела, образующегося при истечении парожидкостной смеси R22 из трубы диаметром 25 мм:
t – температура, ˚С; К – концентрация О2, %; Т – труба; В – ширина факела, м; Н – высота факела, м.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
207
Таблица 3 - Основные причины, вызывающие опасное состояние системы хладагента
Опасное состоя-
ние холодильно-
го агента
Вероятные последствия
аварии
Возможные причины аварии
Высокое давле-
ние
Механическое разрушение
системы хладагента и
травмирование людей.
Аварийный сброс хлада-
гента из машины в окру-
жающую среду.
Прекращение процесса ох-
лаждения воздуха.
Отказ приборов автоматической защиты.
Прекращение протока или недостаточный
расход охлаждающей воды.
Засорение поверхности теплообмена кон-
денсатора и (или) водоохладителя.
Остановка вентилятора водоохладителя.
Недостаточный расход воздуха через водо-
охладитель.
Низкое давление Размораживание теплооб-
менных труб в испарителе.
Прекращение процесса ох-
лаждения воздуха.
Отказ приборов автоматической защиты.
Нарушение плотности системы.
Недостаток хладагента в системе.
Отсутствие протока или недостаточный рас-
ход хладоносителя.
Загрязнение теплообменной поверхности
испарителя.
Отказ защиты по давлению всасывания или
протоку хладоносителя.
Отказ терморегулирующего вентиля.
В них рассмотрены различные вопросы, касающиеся опасных свойств хла-
дагентов, в том числе исследованы условия удаления паров из углублений и
нижних частей выработок, потенциальные места утечек из холодильной систе-
мы и закономерности истечения из мест повреждений оборудования, влияние
на безопасность проведения горных выработок и др.
Поступление хладагента в горную выработку в процессе эксплуатации
шахтного холодильного оборудования более подробно описано в [12].
Для конкретного холодильного оборудования [12] можно определить усло-
вия безопасного отвода хладагента от предохранительных клапанов. Например,
для холодильной машины МХРВ-1-У5: марка хладагента - R22, [ПДУ] = 0,35
кг/м3 (табл. 1); Gх = 500 кг; диаметр проходного отверстия предохранительного
клапана d=25 мм (F=491 мм2); избыточное давление перед клапаном P1=20
кгс/см2; коэффициент, учитывающий свойства R22, B=0,727; коэффициент рас-
хода газа A=0,6; плотность газа перед клапаном при соответствующих давле-
нии и температуре, ρ1=93 кг/м3; площадь поперечного сечения выработки, куда
отводится хладагент от предохранительного клапана, S=8 м2.
В результате расчетов получено: пропускная способность предохранитель-
ного клапана для холодильной машины МХРВ-1-У5 Gкл=9468 кг/ч; минимально
допустимый расход воздуха, обеспечивающий заданное содержание R22 в воз-
духе Vв= 451 м3/мин; длина загазированного участка выработки L=178 м; про-
должительность воздействия R22 на организм человека τ = 3,2 мин. Аналогично
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
208
рассчитаны параметры загазирования выработок для других условий, результа-
ты которых приведены на рис. 4 и 5.
Рисунок 4 - Минимальный расход воздуха (Qв), обеспечивающий концентрацию R22 в
воздухе (q) при диаметре предохранительного клапана (dк) в зависимости от пропускной
способности клапана (Gкл) при давлении 0,2 МПа.
24 20 16 12 8 4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Gм, кгτ, мин
Qв=25 м/мин
3
50 м/мин
3
100 м/мин
3
200 м/мин
3
300 м/мин
3
400 м/мин
3
800 м
/м
ин
3
1200 м
/м
ин
3 2400
2000
1600
1200
800
400
q=10%
20%
30%
V, м 3
Рисунок 5 - Объем загазирования выработки (V) и время воздействия R22 на организм
человека (τ) в зависимости от количества хладагента (G), поступающего в горную выработку,
и концентрации хладагента в воздухе (q) при расходе воздуха в выработке (Q).
Согласно [13] симптомы отравления или удушья при вдыхании воздуха с
концентрацией паров R22 свыше 30 % наступают через 30 минут. Учитывая не-
значительную продолжительность воздействия R22 на человека (рис. 5), можно
полагать, что при аварийном выпуске R22 через предохранительные клапаны
опасность поражения человека может наступить только в случаях, если концен-
трация паров R22 станет равной 30 % и более или же в случаях, когда хладагент
будет сбрасываться в невентилируемую выработку [14,15].
В подземных условиях утечка из холодильной машины значительного коли-
чества хладагента может оказать отрицательное воздействие на безопасность
500
400
300
200
100
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 Gкл, кг/с
Qв, м/мин
min 3
q=10%
20%
30%
dк
=1
5м
м
20
мм
25
мм
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
209
проветривания выработок. Давление хладагента, поступившего в вертикальную
горную выработку, например в ствол, можно определить по формуле [11]:
,
aS
gGP
ρ
ρ
⋅
Δ⋅⋅
= н/м2, (1)
где G - масса хладагента, поступающего в вентиляционную струю, кг; g=9.81
м/с2 – ускорение силы тяжести; Δρ=ρа- ρв - разность плотности паров хладагента
и воздуха, кг/м3; S - сечение ствола, м2; ρа - плотность парообразного хладаген-
та, кг/м3; ρв – плотность воздуха, кг/м3.
Для оценки влияния паров хладагента на режим работы вентилятора главно-
го проветривания выполнен расчет для следующих условий: хладагент R22; ко-
личество хладагента, вышедшего из холодильной машины – 900 кг; средняя
плотность паров хладагента – 3.57 кг/м3; плотность рудничного воздуха – 1.25
кг/м3; диаметр вентиляционного ствола – 5 м (сечение – 19.625 м2). Расчетное
значение дополнительного давления, создаваемого хладагентом:
( ) 30
57,3625,19
25,157,381,9900
≈
⋅
−⋅⋅
=P мм вод. ст. (2)
В реальных условиях, учитывая время выхода хладагента из машины, веро-
ятность того, что весь хладагент сосредоточится в вентиляционной выработке
на ограниченной протяженности весьма мала. Поэтому можно считать, что су-
щественного влияния на режим работы вентилятора главного проветривания
вышедший из холодильной машины хладагент оказать не может.
Системы хладоносителя и охлаждающей воды представляют собой замкну-
тые контуры трубопроводов, в которых циркулирует жидкость между испари-
телем холодильной машины и воздухоохладителями (контур хладоносителя)
или между конденсатором холодильной машины и градирней (контур охлаж-
дающей воды). В качестве циркулирующей жидкости используется вода, вод-
ный раствор этиленгликоля, водный раствор хлористого кальция [16]. Вследст-
вие большой длины трубопроводных сетей и значительным расходам циркули-
рующей жидкости эти системы обладают большим запасом кинетической и по-
тенциальной энергии, представляющей потенциальную опасность для людей.
Наиболее опасными являются трубопроводы хладоносителя и охлаждающей
воды, проложенные в вертикальных стволах.
Максимальное давление, действующее со стороны жидкости на стенки и со-
единительные элементы труб, зависит от рабочего режима циркуляционного
насоса, глубины размещения понизителя давления (ТВД или гидротрансформа-
тора), плотности жидкости и скорости движения:
удгнтр PPPP Δ++= , МПа, (3)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
210
где Pн - давление, создаваемое насосом, МПа; Pг – гидростатическое давление
жидкости, МПа; ∆Pуд – давление гидравлического удара, МПа.
Давление, создаваемое насосом, определяется по характеристикам трубо-
проводной сети. Гидростатическое давление зависит от плотности жидкости
(ρж, кг/м3) и разностей геодезических высот рассматриваемого участка сети (H,
м):
HgP жг ⋅⋅⋅= − ρ610 , МПа, (4)
Давление гидравлического удара возникает в случае быстрого (аварийного)
изменения расхода жидкости, при котором ее кинетическая энергия преобразу-
ется в энергию давления. В процессе гидравлического удара давление в трубо-
проводе дополнительно возрастает на величину:
WСP жуд Δ⋅⋅⋅=Δ − ρ610 , МПа, (5)
где С=1300-1500 – скорость распространения ударной волны в жидкости, нахо-
дящейся в трубопроводе, м/с, [17]; ΔW – величина изменения скорости жидко-
сти в трубопроводе, м/с.
Определим возможную максимальную величину давления в трубопроводе
для следующих условий: глубина размещения понизителя давления H=1000 м;
плотность хладоносителя (водный раствор хлористого кальция) ρж=1170 кг/м3;
скорость распространения ударной волны С=1500 м/с; величина изменения
скорости жидкости в трубопроводе ΔW=2 м/с; давление, создаваемое насосом
Pн=1,5 МПа. Согласно (3)-(5):
5,1621500117010100081,91170105,1 66 =⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+= −−
трP МПа ≈168 атм.
Таким образом, наличие высокого давления в трубопроводе создает опас-
ность его разрушения и поражения человека высоконапорной струей жидкости.
Наибольшая опасность возникает в момент гидравлического удара, при кото-
ром создается максимальное избыточное давление. При этом вследствие возни-
кающих колебаний трубопровода возможно нарушение его крепления в стволе
и отклонение от вертикального положения, что может стать причиной аварии
подъемной установки.
Подобная авария имела место на шахте им. Ф.Э.Дзержинского (г. Дзер-
жинск) в 1968 году, где вследствие гидравлического удара трубопровод диа-
метром 300 мм вышел из компенсатора, отклонился от вертикального положе-
ния и перекрыл отделение ствола, предназначенное для движения подъемных
сосудов. В результате на длительный период была остановлена работа подъем-
ной установки, а также прекращен процесс охлаждения воздуха в горных выра-
ботках.
В табл. 4 приведены причины, вызывающие опасное состояние систем хла-
доносителя и охлаждающей воды и вероятные последствия аварий.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
211
Таблица 4 - Основные причины, вызывающие опасное состояние системы хладоносителя
Опасное состоя-
ние
Вероятные последствия
аварии
Возможные причины аварии
Системы
хладоносителя и
охлаждающей
воды
Механическое разруше-
ние трубопроводов и трав-
мирование людей.
Отказ холодильной ма-
шины.
Снижение эффективно-
сти или прекращение про-
цесса охлаждения воздуха.
Нарушение плотности фланцевых со-
единений трубопроводов.
Повышенное давление жидкости в
трубопроводах.
Отказ циркуляционного насоса.
Отказ или отсутствие КИП.
Отсутствие или ненадежная работа
средств водоподготовки.
Отсутствие или нарушение теплоизо-
ляционного покрытия трубопроводов.
Гидравлический удар.
Выводы
1. Системы кондиционирования рудничного воздуха, в силу специфики
горного производства, существенно отличаются от аналогичных систем, при-
меняемых в других отраслях промышленности. Эти отличия сводятся к сле-
дующему: основные элементы СКРВ располагаются на различных геодезиче-
ских уровнях и значительном удалении друг от друга (десятки километров);
трубопроводные системы характеризуются большими расходами циркулирую-
щей жидкости (до 1000 м3/ч) и высоким давлением (до 16 МПа и более); в под-
земных выработках СКРВ эксплуатируются в условиях ограниченности сво-
бодного пространства, повышенной запыленности и взрывоопасности окру-
жающей рудничной атмосферы, воздействия на оборудования горного давле-
ния.
2. Источниками потенциальной опасности поражения людей при эксплуа-
тации СКРВ являются холодильные агенты, что обусловлено их токсичными,
термодинамическими, пожаро- и взрывоопасными свойствами, а также техно-
логическая жидкость, циркулирующая в контурах хладоносителя и охлаждаю-
щей воды под высоким давлением.
3. Установлено, что образование опасной концентрации хладагента в гор-
ных выработках возможно при условии одновременной реализации следующих
событий: нарушение процесса отвода теплоты конденсации хладагента, отказ
системы автоматической защиты и нарушение режима проветривания выработ-
ки, в которую отводятся пары хладагента от предохранительных клапанов. Вы-
явлены условия, при которых будут обеспечены допустимые значения ПДК па-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
212
ров фреона в воздухе горных выработок как при нормированной утечке хлада-
гента из холодильных машин, так и при его аварийном истечении через предо-
хранительные клапаны или разгерметизации системы хладагента.
________________________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Руководство по применению установок кондиционирования воздуха в глубоких шахтах. –
Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1980. – 297 с.
2. Промышленные фторорганические продукты. Справочник / Б.Н.Максимов, В.Г. Бараба-
нов, И.Л. Серушкин [и др.]; под ред. Б.Н.Максимова. – Л.: Химия, 1990. – 464 с.
3. Перельштейн, М.И. Оценка токсичности хладагентов / М.И. Перельштейн,
Г.А.Кусляйкин // Холодильная техника. – 1981. – №4. – С. 53-54.
4. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их изучения: Справочник /
Баратов А.И., Корольченко А.Я., Кравчук Г.И. [и др.]; под ред. А.И.Баратова. – М.: Химия, 1990. –
496 с.
5. Гидаспов, Б.В. Проблемы применения фреонов в холодильной технике / Б.В.Гидаспов,
Б.Н.Максимов // Холодильная техника. – 1989. – №3. – С. 2-4.
6. Быков, А.В. Программа перехода на озонобезопасные хладагенты / А.В.Быков,
И.М.Калнинь, В.И.Сапронов // Холодильная техника. – 1991. – №10. – С. 2-5.
7. Ламель, Г. Места потенциальной утечки хладагента при повреждении холодильных ма-
шин в шахте / Г. Ламмель, Г.И. Беем // Gluckauf-Forschungshefte. – 1988. – №3. – С.122-128.
8. Разработка технических требований на средства постоянного контроля концентрации
аммиака в воздухе и трубопроводах хладоносителя шахтных холодильных установок: отчет о НИР /
МакНИИ; рук. Сальный А.Т. – Макеевка-Донбасс, 1968. – 88 с.
9. Изучение вопросов техники безопасности при шахтном кондиционировании воздуха: от-
чет о НИР / МакНИИ; рук. Хохотва Н.Н., Довгий А.Е. – Макеевка-Донбасс, 1964. – 86 с.
10. Lammel, G. Potentielle Kältemittelaustritte bei Schadensereignissen an Kältemaschinen unter
Tage / G.Lammel, H-J.Böhm // Glückauf-Forschungshefte. – 1988. – №3. – S. 122-128.
11. Джонсон, Дж. Систематическая оценка состояния техники безопасности в горной про-
мышленности / Дж.Джонсон, Дж.Маквейд, Г.А.С.Геймс // The Mining Engineer. – 1980. – March. – S.
723-725.
12. Алабьев, В.Р. Анализ условий образования опасных концентраций хладагента в горных выра-
ботках при эксплуатации шахтной холодильной техники / В.Р. Алабьев // Способы и средства созда-
ния безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. трудов //МакНИИ: Макеев-
ка-Донбасс, 2004. – с. 184-190.
13.Правила техники безопасности на фреоновых холодильных установках. – М.: ВНИХИ, 1967.
14. Алабьев В.Р. Анализ условий образования опасных концентраций хладагента в горных выра-
ботках при эксплуатации шахтной холодильной техники / В.Р.Алабьев // Способы и средства созда-
ния безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. – Макеевка: МакНИИ. –
2004. – Ч. 1. – С. 184-190.
15. Разработать требования безопасности к системам кондиционирования рудничного возду-
ха: отчет о НИР (промежуточный) / МакНИИ; рук. Алабьев В.Р., Черниченко В.К. – Макеевка, 2002.
– 96 с. – № ГР 0102U007412.
16.Черниченко В.К. Устройство, монтаж и эксплуатация шахтных холодильных установок /
В.К.Черниченко, Я.И.Дрига, А.К.Яковенко. – М.: Недра, 1987. – 255 с.
17. Гейер В.Г. Шахтные вентиляционные и водоотливные установки / В.Г. Гейер,
Г.М.Тимошенко. – М.: Недра, 1987. – 270 с.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
213
REFERENCES
1. Rukovodstvo po primeneniyu ustanovok kondicionirovaniya vozdukha v glubokirh shakhtakh [Guid-
ance on application of options of conditioning of air in deep mines] (1980), MakSII:Makeevka, Ukraine.
2. Promishlenniye ftoroorganicheskiye produkty.Spravochnik [Industrial fluoric-organic products. Ref-
erence book], (1990), under red. of B.N. Maksimov, Chemistry, Leningrad, USSR.
3. Perel'shteyn, M.I. and Kuslyaikin, G.A. (1981), «Appreciate toxic of cold-agents», Refrigeration
technique, no.4, pp. 53-54.
4. Pozharovzryvobezopasnost veshchestv i materialov I sredstva ikh izucheniya. Spravochnik [Fire- and
explosion safety matters and materials and mean of it΄s study: Reference book], 1990, under red. of A.I.
Baratov, Chemistry, Moscow, USSR.
5. Gydaspov, B.V. and Maximov, B.N. (1989), «Problems of applications of freones in a refrigeration
technique», Refrigeration technique, no. 3, pp. 2-4.
6. Bykov, A.V., Kalnin, I.M. and Sapronov V.I. (1991), «Program transition on ozon-safe cold-agents»,
Refrigeration technique, no.10, pp. 2-5.
7. Lamel, G. and Böhm, H.-J. (1988), «Kältemittelaustritte bei Schadensereignissen an Kältemaschinen
unter Tage», Gluckauf-Forschungshefte, no.3, pp. 122-128.
8. «Development of technical requirements on facilities of permanent control of concentration of ammo-
nia in mid air and pipelines of cold-agent mine refrigeration units: report about SYW, MakSII» (1968),
hands Salny A.T., Makeevka, USSR.
9. «Study of questions of accident prevention at the mine conditioning of air: report about SIV, MakSII
», (1964), hands Khotkhotva N.N., Dovgiy A.Ye., Makeevka, USSR.
10. Lammel, G. and Böhm, H.-J. (1988), «Kältemittelaustritte bei Schadensereignissen an Kältemaschi-
nen unter Tage», Gluckauf-Forschungshefte, no.3, pp. 122-128.
11. Dzhonson, Dzh. (1980), «Systematic estimation of the state of accident prevention in mining indus-
try»б The Mining Engineer, March, pp. 723-725.
12. Alab'ev, V.R. «Analysis terms of formation of dangerous concentrations of cold-agents in the rock
making during exploitation of mine refrigeration technique», Methods and facilities of creation of safe and
healthy terms of labour in coal mines: sb. science labours, MakSII, : Makeevka, pp. 184-190.
13. Pravila tekhniki bezopasnosti nafreonovikh kholodilnikh ustanovkakh [Rules of accident prevention
on freon΄s refrigeration units] (1967), VNYKHY, Moscow, USSR.
14. Alabyev, V.R. «Analysis of terms of formation of dangerous concentrations of cold-agents in the
rock - making during exploitation of mine refrigeration technique» (2004),», : MakSII, vol. 1, pp. 184-190.
15. «To develop the system requirements of safety conditioning of mine air: report about SYV (interme-
diate), MakSII» (2002), hands Alabyev V.R., Chernichenko V.K., Makeevka, USSR.
16.Chernichenko, V.K., Driga, Ya. I. and Yakovenko, A.K. (1987), Ustroystvo, montazh i ekspluataciya
shakhtnikh kholodilnikh ustanovok [Device, editing and exploitation of mine refrigeration units], Bowels of
the earth, Moscow, USSR.
17. Geyer, V.G. and Timoshenko, G.M. (1987), Shakhtniye ventilacionniye i vodootlivniye ustanovki
[Mine ventilation and pumping options], Bowels of the earth, Moscow, USSR.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Алабьев Вадим Рудольфович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, замес-
титель директора ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько», Донецк, Украина, avr.09@mail.ru
Бокий Борис Всеволодович, доктор технических наук, заместитель генерального директора ПАО
«Шахта им. А.Ф. Засядько», Донецк, Украина,
About the authors
Alabiyev Vadim Rudolfovich, Candidate of Technical Sciences (Ph.D), Senior Reseacher, Deputy Di-
rector of PAS «Mine named A.F. Zasjadko», Donetsk, Ukraine, avr.09@mail.ru
Bokiy Boris Vsevolodovich, Doctor of Technical Sciences (Ph.D.), Deputy Director of PAS «Mine
named A.F. Zasjadko», Donetsk, Ukraine,
______________________________________
mailto:avr.09@mail.ru�
mailto:avr.09@mail.ru�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
214
Анотація. Розглянуті потенційні небезпеки, пов'язані з використанням холодильних аге-
нтів в шахтних умовах. Приведена характеристика небезпечних властивостей основного з
холодоагентів R22, що нині використовуються, і проаналізовані небезпеки, обумовлені його
термодинамічними властивостями. Класифіковані основні небезпеки, здатні вплинути на
життєдіяльність людей і функціонування шахти в результаті неконтрольованого виходу з ла-
ду холодильного устаткування, і приведені приклади і причини таких аварійних ситуацій.
Досліджені основні умови небезпечних концентрацій холодоагента у виробках, вплив вито-
ків холодоагента на безпеку провітрювання шахти, і потенційні небезпеки, обумовлені кіне-
тичною і потенційною енергією холодоносія і охолоджуючої води.
Результатом проведених досліджень є виявлення умов, при яких будуть забезпечені до-
пустимі значення ПДК пари фреону у повітрі гірських виробок як при нормованому витоку
холодоагента з холодильних машин, так і при його аварійному закінченні через запобіжні
клапани або розгерметизації системи холодоагента. Реалізація пропонованих заходів по усу-
ненню вказаних несправностей дозволить підвищити безпеку праці підземних гірників.
Ключові слова: теплообмінні процеси, тупикові виробки, вугільні шахти, кондиціону-
вання рудникового повітря, холодоносій.
Abstract. Potential risks associated with the coolants used in the coal mines are considered.
Hazard properties of the R22 coolant which is currently widely used are described, and potential
dangers of its thermodynamic properties are analyzed. Key risks are classified which could influ-
ence on the vital functions of people and safety operation of the mine in result of uncontrolled
breakdown of the refrigeration equipment, and examples and reasons of such emergency situations
are described. Basic conditions for occurrence of the coolant dangerous concentrations in the tun-
nels, influence of the coolant leakages on the mine ventilation safety and potential dangers caused
by kinetic and potential energy of the cool-bearer and cooling water are studied.
The findings revealed conditions which could ensure permissible levels of freon concentration
in air of the mines both in case of rated coolant leakages from the refrigeration equipment and in
case of emergency leakage through the safety valves or due to the lost sealing in the coolant system.
Realization of the proposed measures on removal of the mentioned damages can increase labour
safety for underground miners.
Keywords: heat-exchange processes, blind drift, coal mines, conditioning of mine air, cool-
bearer.
Статья поступила в редакцию 22.08.2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук Т.В. Бунько
|