Ventilacijom ili provjetravanjem podzemnih rudnika održava se stalna izmjena zraka u prostorijama rudnika, jamska klima pogodna za težak fizički rad i razrjeđuje se koncentracija zagušljivih, otrovnih i eksplozivnih plinova i prašine uz njihovo odvođenje na površinu.

Cilj ventilacije podzemnih rudnika je osiguranje normalnih klimatskih uvjeta odn. osiguranje zraka propisane kvalitete, neophodnog za disanje rudara i rad strojeva te odstranjivanje plinova koji se oslobađaju u ležištu ili su produkti samog tehnološkog procesa eksploatacije te odnošenje prašine u zraku, nastale tehnološkim postupcima eksploatacije.

Sastav atmosferskog i rudničkog zraka Atmosferski zrak Atmosferski zrak podrazumijeva zrak koji ima približno ista fizička i kemijska svojstva kao vanjski-atmosferski zrak. Sastoji se od: -dušik N2 i ostali inertni plinovi.........79,02 % -kisik O2 .............................................20,95 % -ugljik-dioksid CO2..............................0,03 %

Rudnički zrak Rudnički zrak redovno sadrži manje kisika, a veću količinu zagušljivih, otrovnih i eksplozivnih plinova koje prima u rudničkom proizvodnom sustavu.

Stalni sastojci rudničkog zraka

Kisik (O2) je plin bez boje, ukusa i mirisa. Neophodan je za disanje, ne sagorijeva ali podržava gorenje, vrlo je aktivan i lako se spaja sa mnogim plinovima. Kisik doveden u jamu atmosferskim zrakom troši se osim disanjem još i vezivanjem za ugljik-dioksid pri oksidaciji stijena, organskom oksidacijom (truljenjem drveta) i radom SUS motora. U skladu s propisima, minimalni sadržaj kisika u radnoj atmosferi rudnika iznosi 19 %.

Izdahnuti zrak sadrži oko 79 % dušika, 17 % kisika i 4 % ugljik-dioksida.

Smanjenje sadržaja kisika izaziva različite efekte na ljudski organizam.

Postotak sadržaja kisika u zraku Efekti na ljudski organizam 17 % Jako i ubrzano disanje 15 % Vrtoglavica, zujanje u ušima, ubrzan rad srca 13 % Gubitak svijesti pri dužem boravku 9 % Nesvjestica 7 % Životna opasnost 6 % Smrt

U skladu s propisima da bi se osigurala potrebna količina kisika potrebno je dostaviti minimalno 3 m3/min po zaposlenom radniku, ali u praksi se primjenjuju znatno veće vrijednosti (6÷50 m3/min).

Dušik (N2) je neotrovan inertni plin bez boje, ukusa i mirisa, teško topiv u vodi, nema aktivnog utjecaja (>83 %) pri disanju, niti podržava gorenje. Nastaje truljenjem jamske građe, miniranjem i ekshalacijom iz poroznih stijena.

Argon, neon, helij, kripton (i radon) prisutni su u izuzetno malim količinama u rudničkom zraku.

Otrovni plinovi u rudničkom zraku

Ugljik-dioksid (CO2) je plin bez boje i mirisa te kiselkastog okusa. Ne podržava gorenje ni disanje i lako je rastvorljiv u vodi. U rudnicima nastaje truljenjem organskih tvari, procesima raspadanja i metamorfizma stijena i slojeva organskog i neorganskog porijekla, procesima oksidacije ugljena, djelovanjem nekih rudničkih voda na karbonate stijene, izdvajanjem iz ugljenih slojeva u kojima se nalazi kao produkt karbonifikacije. U rudničku atmosferu pridolazi izdvajanjem, isticanjem (puhači) i iznenadnim prodorom i izbojem. S obzirom da je CO2 znatno teži od zraka, sakuplja se u najnižim dijelovima rudarskih prostorija, te se o ovoj činjenici mora voditi računa. Prema propisima, maksimalno dozvoljeni sadržaj CO2 u izlaznoj zračnoj struji iznosi 0,75 %.

Ugljik-monoksid (CO) je veoma otrovan plin, bez boje, ukusa i mirisa, koji se slabo rastvara u vodi. Nastaje pri niskotemperaturnoj oksidaciji ugljena, miniranju, pri rudničkim požarima, a u velikim količinama pri eksplozijama metana i ugljene prašine i pri radu SUS motora.

Njegova koncentracija od 0,1 % dovodi do laganog trovanja u toku jednog sata, dok koncentracija od 0,4 % u kratkom vremenu prouzrokuje smrtno trovanje.

Sumporovodik (H2S) je plin bez boje, veoma karakterističnog i neprijatnog mirisa i slatkastog ukusa. Lako se rastvara u vodi i može gorjeti i sa zrakom stvarati eksplozivne smjese. Veoma je otrovan, koncentracija od 0,1 % izaziva trovanje u kratkom vremenu. Nastaje truljenjem organskih tvari, miniranjem i djelovanjem vode na piritne rude, gips i druge minerale.

Sumpor-dioksid (SO2) je otrovan i goriv plin, bez boje i oštrog kiselog okusa koji naročito iritira oči i sluzokožu. Veoma je rastvorljiv u vodi. Nastaje pri požarima u rudnicima sulfidnih ruda i pri miniranju takvih ruda te pri korištenju eksploziva koji sadrže sumpor. U koncentraciji od 0,005 % opasan je po život.

Dušični oksidi čine grupu veoma otrovnih plinova. Opasna koncentracija počinje već pri 0,00025 %, dok pri 0,025 % nastupa neizbježno trovanje i prouzrokuje neizlječiva plućna oboljenja. Dušični oksidi su: dušik-oksid (NO), dušik-dioksid (NO2), dušik-trioksid (N2O3), dušik-peroksid (N2O4) i dušik-pentoksid (N2O5). Dušični oksidi nastaju kao posljedica miniranja, a javljaju se i pri radu SUS motora i pri izvođenju radova zavarivanja.

Akrolein (CH2 CHCHO) je bezbojna isparlljiva tekućina, neprijatnog mirisa. U zraku se nalazi u vidu akroleinskih para. Lako se rastvara u vodi. Veoma je otrovan. Nastaje pri radu dizel-motora.

Formaldehid (HCHO) je bezbojan, veoma otrovan plin. Nastaje pri radu dizel-motora.

Eksplozivni plinovi u rudničkom zraku

Metan (CH4) je inertan plin koji nije otrovan, bez boje mirisa i okusa. Slabo je rastvorljiv u vodi.

Porijeklo metana vezano je za fazu karbonizacije biljnog materijala, celuloze i lignina, prilikom čega je nastao ugljen. Kao slobodan plin pod većim ili manjim tlakom ispunjava pore i pukotine u ugljenim slojevima, a kao vezani plin adsorpcijski je vezan za površinu ugljena.

Nastanak metana nije vezan samo za ugljene slojeve. Može se nalaziti u solnim ležištima, glinenim naslagama i kao prateća pojava naftnih ležišta gdje se javlja u sastavu zemnog plina.

Metan u vezi sa zrakom tvori gorivu i eksplozivnu smjesu. Reakcija eksplozije razvija se po formulama: -pri dovoljnoj količini kisika: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O -pri nedovoljnoj količini kisika: CH4 + O2 → CO + H2O + H2

Pri izgaranju 1 kg metana razvija se toplina od 55 684 kJ

Temperatura paljenja metana ovisi da li postoji otvoreni plamen, tlaka i temperature smjese i od vremena izlaganja izvoru paljenja. Eksplozivnost smjese kreće se u granicama od 5 % ÷ 14 % metana u zraku.

Ako se pojavi nedopustiva koncentracija metana, u skladu s rudarskim propisima, mora se isklopiti električna energija u tom dijelu jame.

Etan (C2H6) se ne rastvara u vodi. To je plin bez boje, okusa i mirisa, ne podržava gorenje, može se javiti i kao produkt miniranja. Prisustvo etana u smjesi metan-zrak pomiče donju granicu eksplozivnosti naniže.

Vodik (H2) je plin bez boje, mirisa i okusa, fiziološki inertan i vrlo lak, koji nastaje kao produkt biokemijskih procesa pri stvaranju ugljenih slojeva, kao produkt metamorfizma ugljena, može nastati termičkim razlaganjem ugljena ili biti juvenilnog porijekla.

Osnove vjetrenja rudnika

thumb|upright|Primitivan način izvlačenja ustajalog zraka iz rudnika. Sustav za vjetrenje sastoji se od vjetrenih provodnika koji čine okna, prečnici, otkopni hodnici, otkopi i dr. Zrak se s radilišta prikuplja u odvodnim prečnicima i kroz okno se izbacuje ventilatorima na površinu. S obzirom na djelovanje ventilatora primjenjuje se: 1° Depresijski (usisni) režim ventilatora 2° Kompresijski (tlačni) režim ventilatora

Provjetravanje pomoću ventilatora Rudnički ventilatori su uređaji za mehaničko provjetravanje, koji se danas koriste u suvremenom rudarstvu za glavno provjetravanje (glavni ventilatori), za separatno provjetravanje (cijevni ventilatori) i za aktivnu regulaciju raspodjele zraka u ventilacionoj mreži, kao pomoćni ventilatori. Osim toga oni se izrađuju u običnoj izvedbi i S-izvedbi.

Podjela i karakteristike ventilatora Ventilatori se mogu svrstati u razne grupe i kategorije obzirom na karakteristike kojima se daje odlučujući značaj. Prema konstrukciji dijele se na: -centrifugalne sa jednostranim ili dvostranim usisavanjem, sa ili bez sprovodnog kola -aksijalne reverzibilne ili nereverzibilne, jednostupanjske ili višestupanjske, sa fiksnim lopaticama ili promjenjivim kutom lopatica.

Prema mjestu instaliranja i razlici u tlakovima koje ostvaruju mogu biti: -nadzemni... depresijski ili kompresijski -podzemni... depresijsko-kompresijski

Prema stupnju korisnog djelovanja mogu biti: malo (ɳ = 40 %), srednje (ɳ = 40÷70 %) i visoko (ɳ > 70 %) ekonomični.

Prema kapacitetu mogu biti: malog kapaciteta (Q = 50 m3/s), srednjeg kapaciteta (Q = 50 ÷ 150 m3/s) i visokog kapaciteta (Q > 150 m3/s).

Prema depresiji koju ostvaruju dijele se na: ventilatore male depresije (< 1000 Pa), srednje depresije (1000÷3000 Pa), visoke depresije (> 3000 Pa).

Prema snazi pogonskog motora: male snage (< 200 kW), srednje snage (200 ÷ 500 kW), velike snage (> 500 kW).

Kretanje zraka kroz jamske prostorije

Uspostavljanje zračne struje

S obzirom na položaj otvora za ulaznu i izlaznu zračnu struju postoje u osnovi tri načina provjetravanja podzemnih rudnika: centralni, dijagonalni i kombinirani.

Centralni način provjetravanja

Kod centralnog (središnjeg) jednokrilnog načina provjetravanja otvori za ulaznu i izlaznu zračnu struju nalaze se blizu jedan drugom. (slika 1.)

Prednosti: - brže uspostavljanje zračne struje - manji opseg investicijskih radova

Nedostaci (manji): - velika dužina ventilacijskih puteva - velike razlike u depresijama po fazama rada - veće mogućnosti za nastanak gubitaka - veće depresije potrebne za provjetravanje - veći troškovi ventilacije pri eksploataciji

Dijagonalni način provjetravanja

Kod dijagonalnog (dvokrilnog) načina provjetravanja otvori za ulaznu i izlaznu zračnu struju nalaze se sa dvije suprotne strane jame. (slika 2.)

Prednosti: - relativno konstantne depresije za jedan duži vremenski period eksploatacije - manje apsolutne vrijednosti potrebne depresije - znatno manji gubici zraka - niži troškovi ventilacije - manji potrebni profili jamskih prostorija - lakša izolacija eventualno ugroženih dijelova jame

Nedostaci: - međusobno djelovanje glavnih ventilatora koje može biti nepovoljno i koje se ponekad teško regulira - znatno složeniji proračuni ventilacijskih sustava

Kombinirani način provjetravanja

Kombinirani sustav s više od dva ušća u različitim položajima. (slika 3.)

Načini vjetrenja rudnika

Postoji više načina vjetrenja (provjetravanja) podzemnih rudničkih prostorija pomoću kojih se ostvaruju razlike u tlakovima i vrši strujanje zraka. Ti načini mogu biti: 1° Kompresijski način …kompresijsko (tlačno) vjetrenje 2° Depresijski način …depresijsko (usisno) vjetrenje 3° Kombinirani način …kompresijsko-depresijsko vjetrenje 4° Prirodno vjetrenje …pod utjecajem prirodne depresije

Tlačno vjetrenje Prednost tlačnog (kompresijskog) vjetrenja je što ventilator dobavlja svježi zrak i što intenzivno provjetrava radno čelo, pa je osobito povoljno za jame s metanom. Nedostatak je takva vjetrenja u tome što se onečišćeni zrak odvodi uzduž hodnika ili otkopa i što strujanje toga zraka neugodno djeluje na zaposlene radnike.

Usisno vjetrenje Usisnim (depresijskim) provjetravanjem osigurava se čisti zrak u hodniku, ali se slabo provjetrava čelo radilišta. Zbog toga treba ušće cijevi privući na 3 m od čela radilišta. Ušće cijevi se povlači unazad za vrijeme miniranja.

Kombinirano vjetrenje Kad je zrak na radilištu jako onečišćen plinovima od miniranja i kad se želi osigurati čisti zrak uzduž hodnika, primjenjuje se kombinirano vjetrenje. Moguća je primjena mnogih sustava za vjetrenje.

Prirodno vjetrenje Prirodno provjetravanje podrazumijeva prirodnu cirkulaciju zraka u rudnicima otvorenim potkopom i oknom. Zimi kad je atmosferski zrak hladan i ima veću gustoću od toplijeg zraka u rudniku, nastaje strujanje zraka kroz potkop, njegovo zagrijavanje i strujanje kroz okno. U ljetnim mjesecima zbog visokih temperatura atmosferskog zraka, a nižih temperatura u oknu, gustoća rudničkog zraka je veća od atmosferskog te dolazi do obratnog kretanja zraka.

Eksplozivnost ugljene prašine