Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Состав атмосферного воздуха и его изменение
При прохождении по горным выработкам
Свойства горючих газов, их допустимые концентрации в горных выработках, виды скоплений, способы обнаружения и ликвидации. Категорийность шахт и рудников по газообильности.
Средний состав атмосферного воздуха на уровне отметки моря следующий:
Кислород - 20,95%
Азот - 78,08%
Углекислый Газ - 0,03%
Аргон - 0,93%
Примеси - 0,01%
Кроме того, в воздухе имеются пары воды от 0 до 4%.
Проходя по горным выработкам, атмосферный воздух изменяет свой состав и превращается в шахтный воздух.
Шахтный воздух - это атмосферный воздух, который в результате окислительных процессов и выделения различных газов претерпевает изменения: в нем понижается содержание кислорода за счет увеличения содержания углекислого газа и азота и присоединения к нему ядовитых и взрывчатых газов. Кроме того, в шахтном воздухе содержится угольная и породная пыль, при поступлении в шахту изменяются и физические свойства воздуха: влажность, температура, давление и плотность.
Еще большие изменения происходят в шахтном воздухе при различных авариях в шахтах:
При пожарах в воздухе сокращается содержание кислорода (иногда до десятых долей процента), увеличивается содержание углекислого газа и метана, появляются ядовитые газы в основном окись углерода, дым, сажа и копоть.
При взрывах газа и пыли резко сокращается содержание кислорода и увеличивается содержание углекислого газа, окиси углерода, повышается запыленность, содержание сажи и копоти. При этих авариях резко возрастает температура шахтного воздуха, особенно вблизи эпицентров аварий.
При завалах и связанных с этим нарушениях проветривания в шахтном воздухе сокращается содержание кислорода, увеличивается содержание углекислого газа, метана и других вредных газов, выделяющихся в шахтах.
При внезапных выбросах сокращается содержание кислорода и резко увеличивается содержание выброшенного газа (метана или углекислого газа), а иногда и других газов.
При прорывах воды и пульпы сокращается содержание кислорода и возрастает содержание вредных газов: углекислого газа, метана и зачастую сероводорода.
Ядовитые и взрывчатые примеси шахтного воздуха.
Хлор ( CL )
Зеленовато-желтый газ с резким запахом. Порог восприятия 0,003 мг/л. Предельно допустимая концентрация в рабочей зоне 0,001 мг/л. В 2,5 раза тяжелее воздуха. Температура кипения жидкого хлора -34,6°С (кипит даже зимой, находится в газообразном состоянии). На воздухе жидкий хлор при испарении образует с водными парами белый туман. Один килограмм жидкого хлора образует 316 литров газа. Поражающая концентрация при экспозиции 1 час составляет 0,01 мг/л, смертельная при той же экспозиции-0,1-0,2 мг/л.
Метан ( СН4)
Газ без цвета, запаха и вкуса. Относительная плотность 0,554. Не ядовит, но, вытесняя кислород из воздуха, может действовать удушающе. Метан способен гореть в смеси с воздухом и взрываться. При горении и взрыве при достаточном содержании кислорода образуется углекислый газ и вода, а при недостаточном содержании кислорода образуется окись углерода и вода. Температура воспламенения метана 650-750°С. Особенность воспламенения метано-воздушной смеси в наличии индукционного периода, т.е. запаздывания. Так, при температуре воспламенения 650°С запаздывание взрыва составляет до 10 секунд.
При концентрации метана до 4,3% и выше 16% он горит.
При концентрации в воздухе от 4,3% до 16% метан взрывается.
Наибольшей силы взрыв происходит при концентрации метана 9,5%.
По "Правилам безопасности" предельно допустимые концентрации метана следующие:
0,5% в поступающей струе воздуха в очистные и подготовительные забои;
0,75% в исходящей струе крыла или шахты;
1% в исходящей струе очистной или подготовительной выработки (исходящая участка);
2% местное скопление в очистных или подготовительных выработках.
В горных выработках шахт метан выделяется с обнаженной поверхности угольных пластов, в небольших количествах - с обнаженных поверхностей пород из отбитого угля, из выработанного пространства.
Различают обыкновенное, суфлярное и внезапное выделения метана.
Обыкновенное выделение происходит через мелкие, невидимые трещины и дает основное количество выделяющегося в шахте газа.
Суфлярным называется выделение метана из крупных, видимых трещин и пустот в угле и породе. Дебит их может быть от нескольких десятков до десятков тысяч кубометров в сутки, продолжительность действия от нескольких часов до нескольких лет (от 1м3/мин до 20 м3/мин).
При внезапном выбросе из угольного пласта за короткое время выделяется большое количество газа и угольной мелочи с образованием пустот в массиве угля.
Взрывчатость пыли
В шахте пыль образуется в процессе добычи угля. Рудничная пыль представляет собой мелкие и мельчайшие частицы полезного ископаемого и породы, которые находятся в рудничном воздухе во взвешенном состоянии или оседают на крепи, на стенках и почве выработок. Частицы пылинок бывают размером в диаметре от 1 мм до долей микрона
Угольная пыль, кроме вредного действия на организм горнорабочих, является причиной взрывов в шахте. Пыльное облако при известных условиях является такой же гремучей смесью, как и метан с воздухом. Скорость распространения пламени взрыва угольной пыли под воздействием многих факторов изменяется от нескольких десятков до сотен метров в секунду, зачастую превышая звуковую. Впереди фронта пламени распространяется мощная ударная волна давлением до 10 атм.
В шахтных условиях причиной взрыва пыли могут быть все источники высокой температуры. К наиболее часто встречающимся в шахтах источникам воспламенения относятся: пламя детонации взрывчатого вещества, дуга короткого замыкания, открытое пламя, взрыв рудничного газа.
При увеличении СН4 в атмосфере повышается степень взрывчатости угольной пыли и снижается нижний предел концентрации:
при содержании в воздухе СН4, ________0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
нижний предел взрывоопасной
концентрации пыли, г/м3______________30 20 15 10 8 5
верхний предел взрывчатости угольной пыли – 2000 – 3000 г/м3;
наибольший силы взрыв – 300 - 400 г/м3.
В отличие от взрыва газов, где взрывчатая среда образуется в результате диффузионного перемешивания, при взрыве пыли требуются дополнительные затраты энергии для создания пылевого облака взрывчатой концентрации. В производственных условиях такое облако может возникнуть в результате поднятия отложившейся пыли под воздействием энергии источника воспламенения.
Взрывчатость угольной пыли объясняется тем, что тонкая угольная пыль, измельченная от 1 мм до долей микрона, имеет большую поверхность соприкосновения с кислородом воздуха, что ускоряет окислительные процессы.
Взрыв пыли происходит в газовой фазе. Решающую роль в процессе ее возникновения и распространения играют взрывчатые газообразные продукты пиролиза аэровзвеси (дисперсной системы взвешенных частиц пыли). Для протекания процессов химического разложения углей необходима определенная продолжительность температурного воздействия (период индукции). В зависимости от стадии метаморфизма этот период составляет 40-250 мс.
Основными факторами, влияющими на взрывчатость пыли, являются ее дисперсность и концентрация, выход летучих веществ, зольность и содержание влаги, а также вид источника воспламенения и состав атмосферного воздуха.
Во взрыве пыли принимают участие мельчайшие частицы пыли до частиц размером 0,75-1 мм в диаметре. Взрывчатость пыли возрастает с увеличением степени ее дисперсности. В наибольшей степени взрывчатыми свойствами обладает фракция пыли до 75 микрон. Максимум взрывчатости наблюдается при фракции < 10 микрон, затем она снижается вследствие аутогезии (слипания) мелких частиц. Таким образом, по мере удаления от источника образования пыль становится более взрывоопасной, поскольку возрастает степень ее дисперсности.
Взрывчатость пыли зависит от содержания в пыли летучих, т.е. от количества газообразных веществ, которые выделяются из угля при его нагревании без доступа воздуха. Опытами установлено, что пыль, содержащая летучих веществ меньше 6% (угли тощие и антрациты), считается практически невзрывчатой, при содержании 6-15% летучих веществ – слабо взрывчатой, при содержании более 15% летучих (жирные и газовые угли) пыль считается взрывчатой;
При содержании 30% золы пыль перестает быть взрывчатой. Зола как инертная добавка снижает взрывчатость угольной пыли. Часть тепла, излучаемого горящими частицами, расходуется на нагрев частиц негорючего вещества. Находясь между частицами угольной пыли, последние способствуют обрыву реакционных цепей и экранированию тепловых лучей.
Важным фактором, влияющим на взрывчатость пыли, является ее влажность, т.е. количество воды, содержащееся в пыли. Чем больше влаги содержится в пыли, тем она менее опасна. Влага, с одной стороны, действует как добавка негорючего вещества, с другой – как фактор, способствующий аутогезии мелких частиц, ведущей к уменьшению удельной поверхности пыли и, как следствие, - снижению ее взрывчатости.
Наличие в шахтном воздухе метана повышает опасность взрыва пыли, т.к. снижает пределы ее взрываемости и приводит к усилению взрыва.
Кроме того, если в шахте произошел взрыв метана, то наличие в горных выработках тонкой и сухой пыли может увеличить силу взрывной волны. Большую опасность представляет как взвешенная, так и осевшая на стенках выработок угольная пыль. При этом взрыв метано-воздушной смеси может произойти при содержании метана в смеси около 3%, т.е. угольная пыль снижает нижний предел взрываемости метано-воздушной смеси.
При взрыве угольной пыли образуется оксид углерода, содержание которого может достигать нескольких процентов.
На шахтах, разрабатывающих пласты углей, опасных по взрыву пыли, применяется комплекс специальных мер пылевзрывозащиты. Для предотвращения взрывов угольной пыли применяют гидропылевзрывозащиту и осланцевание горных выработок, а также устанавливают водяные и сланцевые заслоны.
Сланцевые заслоны представляют собой ряд полок с инертной пылью, которые устанавливаются под кровлей поперек выработки. При сооружении водяных заслонов используют сосуды, заполненные водой. От толчка взрывной волны полки с пылью или сосуды с водой легко опрокидываются и пыль или вода сбрасываются, образуя "завесу" из инертной пыли или воды, которая тушит пламя взрыва.
Процесс осланцевания заключается в искусственном озолении угольной пыли инертной пылью (негорючей). Инертную пыль готовят из глинистого сланца, доломита, известняка. Инертная пыль должна обладать определенными качествами:
· содержать летучих веществ не более 5%;
· содержать свободный кремнезем не более 10%;
· не должна содержать вредных и ядовитых примесей;
· не должна быть влажной и гигроскопичной;
· вся пыль должна проходить через сито № 12 и не менее 5% через сито № 80;
· не слеживаться при хранении.
Осланцевание горных выработок заключается в том, что осевшую на почве и выработках угольную пыль посыпают тонко измельченной инертной (негорючей) пылью. Во время воспламенения пыли от воздушного толчка инертная пыль поднимается в воздух вместе с угольной пылью, нагревается пламенем и отнимает тепло от горящей угольной пыли. Инертная пыль настолько охлаждает угольную пыль, что дальнейшее воспламенение пыли не происходит.
Под нормой осланцевания горных выработок следует понимать наименьшее содержание негорючих веществ [(зола + диоксид углерода) в пересчете на сухую массу] в %, при котором угольная пыль в смеси с инертной не взрывается.
Содержание негорючих веществ в смеси угольной и инертной пыли должно быть не менее 60% для негазовых шахт и 75% для газовых шахт.
Кроме того, все виды увлажнения угля снижают образование взрывоопасных концентраций угольной пыли и являются эффективными средствами для предотвращения взрывов пыли.
Отложившаяся пыль теряет способность переходить во взвешенное состояние с образованием взрывоопасных концентраций при содержании внешней влаги не менее 12%.
При разработке графика выполнения пылевзрывозащитных мероприятий на шахтах составляется список всех выработок (участков выработок) шахты, подлежащих обработке.
Для каждой из этих выработок выбирается способ предупреждения взрывов пыли, определяется периодичность выполнения работ по обработке выработки или ее участка.
Основными параметрами, характеризующими пылевзрывобезопасность горных выработок и подлежащими определению при контроле, должны быть:
· содержание негорючих веществ в осланцованной угольной пыли, как показатель качества осланцевания;
· содержание влаги в отложившейся угольной пыли, как показатель степени связывания пыли.
Контроль пылевзрывобезопасности горных выработок должен проводиться инженерно-техническими работниками участка, в ведении которых они находятся, ежесменно и инженерно-техническими работниками участка ВТБ – не реже одного раза в сутки. Результаты контроля состояния пылевого режима участком ВТБ должны фиксироваться в порядке, установленном Госгортехнадзором России.
Не реже одного раза в квартал контроль пылевзрывобезопасности должен производиться подразделениями аварийно-спасательной службы.
Контроль пылевзрывобезопасности должен осуществляться приборами или с помощью лабораторного анализа.
При обнаружении пылевзрывоопасного состояния выработок командир аварийно-спасательной службы срочно уведомляет об этом шахту и территориальный орган Госгортехнадзора России.
Контроль пылевзрывобезопасности горных выработок, осуществляемый подразделениями аварийно-спасательной службы, должен проводиться не ранее, чем за 5 дней до очередного пылевзрывозащитного мероприятия при периодичности их выполнения, равной 30 суткам и более, и за 1-2 дня при периодичности менее 30 суток.
При контроле пылевзрывобезопасности горных выработок должен осуществляться визуальный и лабораторно – аналитический контроль.
В зависимости от вида пылевзрывозащиты визуально должны определяться:
· способность отложившейся угольной пыли переходить во взвешенное состояние;
· наличие отложений угольной пыли на осланцованной поверхности выработки.
Выработка, в которой применяется гидропылевзрывозащита, считается пылевзрывоопасной, если в результате осмотра на боках, кровле, почве и других поверхностях будет обнаружена сухая угольная пыль или под действием воздушной струи насоса (груши) будет появляться заметное ее облако.
Выработка, в которой применяется сланцевая пылевзрывозащита, считается пылевзрывоопасной, если в ней поверх инертной пыли имеются отложения угольной пыли.
При обнаружении визуальным способом пылевзрывоопасного состояния выработок или неудовлетворительной их взрывозащиты, работник ВГСЧ уведомляет об этом горного диспетчера шахты.
В выработках с гидропылевзрывозащитой отбор проб угольной пыли и мелочи с почвы и поверхности выработок производится для лабораторного определения содержания влаги, а в осланцованных выработках – для проверки содержания негорючих веществ.
В случае, когда в результате визуального осмотра (при любом способе взрывозащиты – сланцевой или водяной) выработка признана взрывобезопасной, на участках интенсивного пылеотложения отбираются пробы пыли для лабораторного анализа. Пробы берутся в середине участка. Кроме того, местами для отбора проб являются:
· для выработок небольшой протяженности (до 1000 м) – не менее одной пробы, отобранной в середине выработки;
· для выработок, протяженных ( более 1000 м) – по всей длине, через каждые 500 м.
Состав атмосферного воздуха и его изменение
Дата: 2018-11-18, просмотров: 613.