Розділ 2: Процеси гірничого виробництва

Тема 18: Шахтне повітря. Поняття про шахтну атмосферу

План заняття

1.Склад атмосферного повітря.

2.Рудниковий повітря і його складові частини.

3.Отруйні домішки в рудниковому повітрі і норми допустимого їх змісту.

4.Вибухові домішки в рудниковому повітрі і норми їх допустимого вмісту.

1.Склад атмосферного повітря.

Сухе атмосферне повітря при нормальному тиску містить за обсягом близько 78% азоту, 21% кисню і 1% інших (переважно інертних) газів. У число останніх входить вуглекислий газ (0,03%).

До складу атмосферного повітря входять також водяні пари.

Абсолютно сухого і чистого повітря практично не буває. Крім водяної пари повітря містить домішки (тверді частинки і гази), що викидаються в атмосферу різними підприємствами. Реагуючи з вологою повітря, багато домішки випадають на землю у вигляді розчинів відповідних кислот, що негативно позначається на рослинності. У зв'язку з цим встановлюються граничні норми вмісту в атмосфері і природних водоймах шкідливих домішок, що утворюються у результаті господарської діяльності.

2.Рудниковий повітря і його складові частини.

Атмосферне повітря, надходячи в гірничі виробки і рухаючись по ним, змінює свій склад. У ньому зменшується частка кисню і збільшується частка вуглекислого газу. Крім того, він додатково забруднюється пилом і газами, що утворюються в результаті ведення гірничих робіт і газами, що виділяються з корисної копалини і вміщуючих порід. За багатьма компонентами рудникове повітря відрізняється від атмосферного. Нижче приведена характеристика основних складових частин рудникового повітря.

Кисень (О2) - газ без кольору, запаху і смаку. Його щільність 1,43 кг / м3 при температурі 0 ° С і нормальному тиску. Хімічно надзвичайно активний, легко з'єднується з газами, підтримує горіння. Вміст кисню в повітрі діючих гірничих виробок повинно бути не менше 20% за обсягом. Кисень необхідний для дихання. При зниженні його вмісту до 17% у людини починається задишка, серцебиття. Концентрація кисню нижче 12% для людини смертельна.

Азот (N2) - газ без кольору, запаху і смаку. Його щільність 1,25 кг / м3. Азот є інертним газом, що не підтримують дихання і горіння. При високій температурі він здатний з'єднуватися з киснем, утворюючи отруйні оксиди азоту. Джерела надходження азоту в рудничний повітря - гниття органічних речовин, вибухові роботи і виділення з вугілля і порід, що вміщають. Зміст азоту в рудниковому повітрі не нормується, але підвищення його концентрації веде до зниження концентрації кисню.

Вуглекислий газ (СО2), або діоксид вуглецю- безбарвний газ, який має злегка кислуватий смак і запах. Його щільність 1,98 кг / м3. Вуглекислий газ не горить і не підтримує горіння, добре розчинний у воді. Слабо отруйний. Основні джерела надходження вуглекислого газу в гірничу атмосферу - виділення з вугілля і гірських порід, окислення вугілля, кріпильного лісу та інших органічних речовин, дихання людей, розкладання кислими шахтними водами порід типу вапняків, мергелів та ін. Вуглекислий газ утворюється також при вибухах метану і вугільного пилу і рудничних пожежах. У зв'язку з тим, що вуглекислий газ важчий за повітря, він накопичується у підошви виробок.

Норми вмісту вуглекислого газу:

На робочих місцях і у вихідних струменях дільниць - 0,5%.

У вихідних струменях крила, горизонту, шахти - 0,75%.

При відновленні виробок - 1%.

При вмісті в повітрі вуглекислого газу різної концентрації може виникати наступна реакція людини:

• 3% - дихання частішає удвічі

• 5% - дихання частішає в 3 рази і стає важким

• 6% - сильна задишка

• 10% - непритомний стан

• 20 - 25% - можливо смертельне отруєння.

3.Отруйні домішки в рудниковому повітрі і норми допустимого їх змісту.

У шахтному повітрі можуть перебувати газоподібні отруйні домішки із з'єднань вуглецю, сірки та азоту.

Оксид вуглецю (СО) - газ, який не має кольору, запаху і смаку. Його щільність 1,25 кг / м3. Оксид вуглецю утворюється при вибухових роботах, підземних пожежах, вибухах метану і вугільного пилу і при роботі двигунів внутрішнього згоряння. Він горить і вибухає при концентрації від 12,5 до 75%. Оксид вуглецю дуже отруйний газ.

Перші ознаки отруєння оксидом вуглецю - запаморочення, відчуття стиснення в грудях, слабкість в ногах. При вдиханні протягом 0,5-1 ч повітря з вмістом СО 0,128% спостерігається втрата свідомості. При дуже високому вмісті газу (близько 1%) втрата свідомості і смерть можуть настати після декількох вдихів. Допустимий вміст оксиду вуглецю в рудниковому повітрі за обсягом - не більше 0, 0017%.

Сірководень (Н2S) - безбарвний газ з солодкуватим смаком і запахом тухлих яєць. Його щільність 1,54 кг / м3. Запах сірководню відчутний при його вмісті в повітрі 0,0001%. Н2S горить і при концентрації 6% вибухає, добре розчиняється у воді. Якщо скаламутити воду, насичену Н2S, то виділяється миттєво небезпечне для життя кількість газу. Тому в вироблення, де є скупчення води з запахом Н2S, не слід ходити без респіратора. Допустимий вміст сірководню в рудниковому повітрі за обсягом не більше 0,00071%. У шахті сірководень утворюється при гнитті деревини, розкладанні колчедана, гіпсу та розмиванні шахтними водами порід, що містять сірку порід, горінні вогнепровідного шнура.

Діоксид сірки (SO2), або сірчистий газ, - безбарвний газ з кислуватим смаком і сильно подразнюють запахом палаючої сірки. Його щільність 2,86 кг / м3. Діоксид сірки дуже отруйний. Граничний вміст діоксиду сірки за обсягом дорівнює 0, 00038%.

Діоксид азоту (NО2) -газ без смаку, червоно-бурого кольору, з часниковим запахом. Його щільність 2,06 кг / м3. Діоксид азоту дуже отруйний. Вміст діоксиду азоту в повітрі за обсягом має бути не більше 0,00026%. Отруєння діоксидом азоту проявляється через 4-20 год.

4.Вибухові домішки в рудниковому повітрі і норми їх допустимого вмісту.

До складу рудникового повітря можуть входити горючі гази, які при відповідній концентрації в повітрі утворюють вибухову суміш. До таких газів відносяться вуглеводні (головним чином метан) і водень.

Водень Н2, що має щільність 0,09 кг / м3, вибухає при вмісті в повітрі від 4 до 74%. Він легко запалюється. Концентрація водню за обсягом менше 0,5% вважається безпечною. Водень виділяється з порід і вугілля високого ступеня метаморфізму.

Метан (СН4) - газ без кольору, запаху і смаку. Його щільність 0,72 кг / м3. Внаслідок малої щільності він накопичується в повстаючих виробках і у покрівлі горизонтальних виробок. При невеликих концентраціях метан фізіологічно нешкідливий, при великих - небезпечний внаслідок зменшення відносного вмісту кисню в повітрі. Метан здатний горіти при вмісті його в повітрі до 5-6%. При концентрації від 5-6 до 14-16% він утворює з повітрям вибухову суміш. При вмісті понад 14-16% метан не вибухає і не горить через нестачу кисню. Найбільшу силу вибух має при утриманні метану 9,5%.

Вибух метано-повітряної суміші викликається відкритим вогнем (застосування відкритого вогню в газових шахтах заборонено) і електричної іскрою (всі електричні установки в газових шахтах повинні мати вибухобезпечне виконання). Вибух метану може статися також в результаті вибухових робіт. Тому при вибухових роботах дозволяється використовувати тільки вибухові речовини (ВР) і засоби підривання (ЗП), допущені до застосування в шахтах, небезпечних за газом. Температура займання метану зазвичай дорівнює 650-750 ° С.

Метан виділяється з вугілля і вміщуючи порід. Газовиділення характеризується абсолютною і відносною метановиділенням.

Абсолютна метановість- кількість метану, що виділилася в гірничі виробки в одиницю часу, (м3\хв, м3\год і т.д.)

Відносна метановість - кількість метану, що виділилась за певний час, віднесена на кількість видобутого за цей час вугілля (м3/тону).

Залежно від відносної метанообільності шахти поділяються на п'ять категорій (табл. 1).

Таблиця 1 - Категорії шахт по відносній метанообільності

Категорія шахти встановлюється щорічно в червні-липні за трьома вимірами газорясності на початку, середині, і наприкінці місяця, причому кожен з вимірів проводиться три рази на добу, по одному в зміну. Проби повітря набираються на вихідних струменях шахти, окремих пластів і ділянок в дні нормальної роботи.

Категорія шахти за метаном встановлюється по відносній метанообільності найбільш газоносного пласта.

Шахти, в яких виділявся або виділяється метан хоча б на одному пласті, вважаються небезпечними щодо газу і повинні бути переведені на газовий режим.

Існує три види виділення метану: звичайне, суфлярних і раптове. Звичайне виділення метану відбувається з оголених поверхонь вугільного масиву через дрібні (невидимі) тріщини. Суфлярним виділенням метану називається виділення метану з великих тріщин і пустот, вже видимих на око, у вугіллі і породах. Суфляри становлять небезпеку внаслідок несподіванки їх прояви і є причиною утворення шарових скупчень у виробках. Раптовий викид - практично миттєве концентроване виділення метану, як правило, супроводжується викидами вугілля (часто разом з породою). При раптових викидах відбувається заповнення діючих гірничих виробок дрібним вугіллям, породою і газом, іноді на всю їх довжину.

Розрізняють три види скупчень метану: місцеві, шарові і повне загазування виробки. Місцеві - це скупчення невеликих обсягів метану, які спостерігаються безпосередньо поблизу працюючих очисних і прохідницьких комбайнів, бурових машин, в куполах, що утворилися в прівибійному просторі, в пустотах за кріпленням, в так званих «кутках» лав.

Шарові - це скупчення метану у вигляді тонкого шару (зазвичай не більше 0,5 - 1 м) у покрівлі виробки. Протяжність шарового скупчення може досягати багатьох десятків і навіть сотень метрів. Шарові скупчення утворюються в виробках при швидкості повітряного струменя менше 0,5 м/с. У цьому випадку шар метану як би повільно пливе під покрівлею виробки, не змішуючись з повітрям.

Повне загазування виробки - скупчення, при якому метан з концентрацією, вище допустимої згідно з Правилами безпеки, знаходиться у виробці по всьому її перетину. Будь-який з описаних видів скупчення метану небезпечний, особливо повне загазування виробки. Вміст метану в рудниковому повітрі повинно відповідати нормам, зазначеним у таблиці №2.

Таблиця 2 - Гранично-допустимі концентрації в гірських виробках.

Контроль за станом шахтної атмосфери здійснюється за допомогою газоаналізаторів, анемометрів (швидкість руху повітря), барометрів, психометрів (вологість) ручного управління і автоматичних.

Головним способом забезпечення нормальної якості повітря є провітрювання гірничих виробок, що забезпечує зниження концентрації газів і винос їх з робочих місць в вихідні струмені і на поверхню. НА ПОЧАТОК