Погода в шахтах: климат под землёй¶

Погода в шахтах — это комплекс метеорологических условий (температура, влажность, давление, скорость воздуха), формирующийся в подземных горных выработках под влиянием природных и техногенных факторов. В отличие от поверхностной атмосферы, климат шахт характеризуется значительной стабильностью температур, высокой относительной влажностью и зависимостью от глубины заложения, интенсивности вентиляции и геологической активности.

¶Природные факторы

¶Геотермический градиент

Основной природный фактор, определяющий температуру в шахте, — геотермический градиент: с каждыми 100 метрами глубины породы нагреваются в среднем на 2–3 °C. На глубинах свыше 800–1000 метров первичная температура массива часто превышает 40–45 °C, что делает естественный климат выработок нетерпимым для работы без искусственного охлаждения. В угольных шахтах Донбасса и Кузбасса, где горизонты достигают 1200–1400 метров, температура пород на забое может превышать 50 °C.

¶Подземные воды

Присутствие грунтовых и прорывных вод повышает относительную влажность воздуха в выработках до 90–100 %. Водяной пар, выделяющийся из пород и поступающий из водоносных горизонтов, формирует характерную «сырую» атмосферу шахт. Одновременно испарение влаги с поверхности пород и работающих механизмов поглощает часть тепла, что в некоторых случаях снижает локальную температуру.

¶Барометрическое давление

Атмосферное давление на глубине выше, чем на поверхности: на 1000 метров глубины оно возрастает примерно на 100–120 гПа. Смена погоды на поверхности (приход циклонов, штормовые понижения) с задержкой до нескольких часов сказывается на давлении в выработках, что может провоцировать дегазацию — выделение метана из угля и пород.

¶Техногенные факторы

¶Тепловыделение оборудования

Дизельные и электрические машины, конвейеры, трансформаторы и люди выделяют значительное количество тепла. По данным отраслевых нормативов, дизельный тягач мощностью 200–300 кВт добавляет к температуре воздуха в очистном забое 3–8 °C. В результате суммарное повышение температуры в выработках по сравнению с первичной температурой массива может достигать 10–15 °C.

¶Вентиляция

Принудительная вентиляция — основной инструмент регулирования «погоды» в шахте. Приточная система подаёт атмосферный воздух с поверхности, который летом может быть прогрет до 30–35 °C, а зимой охлаждён до −20 °C и ниже. Зимнее охлаждение выработок естественным притоком — основной способ борьбы с перегревом на глубоких горизонтах, однако весной и летом его эффективность падает, и применяют водяные или испарительные холодильные установки.

¶Пожары и аварии

Пожары в шахте резко меняют климатическую обстановку: температура в очаге возгорания достигает 1000 °C, продукты горения (оксид углерода, оксиды серы, сажа) отравляют атмосферу выработок. При тушении пожаров газообразными ингибиторами или азотом создаётся управляемая газовая среда, полностью исключающая кислород.

¶Нормируемые параметры

Санитарные нормы (в России — СП 1.1.12580.21, ранее — ГОСТ 12.4.085) устанавливают предельные значения метеопараметров на рабочих местах:

При превышении 26 °C работа регламентируется режимом труда и отдыха: сокращается смена, увеличиваются перерывы, организуется душ и питьевой режим. На особо горячих участках применяют индивидуальные средства охлаждения — охлаждающие жилеты с пакетами льда.

¶Микроклиматические зоны

В пределах одной шахты «погода» неоднородна. Выделяют:

• Ствол и горизонтальные выработки — температура близка к первичной температуре массива, влажность высокая, скорость воздуха зависит от сопротивления сети.
• Очистные забои — самая горячая зона: к первичной температуре добавляется тепловыделение крепи, машин и людей.
• Вентиляционные стволы — потоки воздуха движутся со скоростью 6–12 м/с, что создаёт ощущение холода, но при низкой температуре на поверхности повышает риск переохлаждения.
• Незадействованные выработки — температура приближается к первичной температуре массива, возможны локальные скопления газов.

¶Особенности по типам шахт

В угольных шахтах главная проблема — метан, выделение которого усиливается при повышении температуры и понижении давления. В рудных шахтах (железорудные, медные) глубина часто меньше, перегрев менее выражен, но влажность высока из-за обильного водопритока. В калийных и соляных шахтах (например, на Урале) климат мягче, а в соляных пещерах, используемых для спелеотерапии, температура стабильна на уровне 12–16 °C при влажности около 90 % — эти условия считаются лечебными.

¶Контроль и прогноз

Мониторинг метеопараметров осуществляется стационарными датчиками и передвижными метеостанциями. Автоматизированные системы контроля (АСК) измеряют температуру, влажность, скорость и давление воздуха в реальном времени, передавая данные на поверхность. Прогноз «погоды» в шахте строится с учётом сезонной динамики на поверхности, интенсивности добычи и геотермических данных.

Источники:

• СП 1.1.12580.21 «Нормы микроклимата в производственных помещениях»
• ГОСТ 12.4.085-78 «Воздух рабочей зоны. Методы контроля»
• Ковалёв В. И. «Вентиляция шахт»
• Руководство по проветриванию и газовому контролю на угольных шахтах (НТД угольной промышленности)
• Справочник по обогащению и подземной разработке рудных месторождений