Категории шахт (рудников) по газу
Атмосферный воздух. Ядовитые газообразные примеси воздуха
Атмосферный воздух – это оболочка, из семи газов и паров, окружающая Землю. До высоты около 20 км над уровнем моря он практически постоянен и состоит (%): О2 – 20,95; N2 – 78,08; СО2 – 0,03; аргон – 0,93; гелий, неон, криптон, ксенон, озон и др. - 0,01.
Кислород – газ без цвета, запаха и вкуса, его относительная плотность - 1,11. В состоянии покоя человек потребляет 350 см3/мин кислорода. При 17% О2 наблюдается одышка, при 12% - обморочное состояние, 9% - смертельно опасная концентрация. Для человека имеет значение не процентное содержание О2, а его количество в единице объема воздуха, которое, в свою очередь, определяется его парциальным давлением.
Парциальное давление кислорода снижается при снижении давления и уменьшении концентрации.
Причины снижения концентрации: окислительные процессы, ведение взрывчатых и сварочных работ, пожары, взрывы, вытеснение выделяющимися газами.
Согласно ГОСТ содержание О2 в воздухе рабочей зоны должно быть не менее 20%.
Углекислый газ – без цвета, запаха, имеет слабокислый вкус. Его относительная плотность – 1,52. При 6% СО2 появляется одышка, при 10% - обморочное состояние, 20 – 25% - смертельно опасная концентрация.
Источники увеличения содержания СО2 в воздухе: окисление древесины и угля, выделение в чистом виде из горных пород, взрывные работы, пожары, дыхание людей.
Допустимое содержание СО2 в воздухе рабочей зоны – 0,5%, на исходящей из шахты – 0,75%, при работах по завалу – 1,0%.
Азот – инертный газ, без цвета, запаха и вкуса, с относительной плотностью 0,97. Может выделяться из угля и пород (азотоносность угольных пластов до 2 м3/т). Его содержание в воздухе не регламентировано.
Ядовитые газообразные примеси воздуха
Наиболее часто встречающимися в горных выработках и в производственных помещениях обогатительных фабрик ядовитыми газами являются: оксид углерода (СО), оксиды азота (NОх), сернистый газ (SO2), сероводород (Н2S), аммиак (NН3), формальдегид (НСОН), акролеин (СН2СНСОН).
|
См=0,446·М·Соб,
где М – относительная молекулярная масса газа.
Краткая характеристика ядовитых газообразных примесей и их предельно допустимые концентрации (ПДК) в воздухе приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Ядовитые газы
Газ | Относительная плотность | Цвет | Запах | Вкус | Действие на человека | Смертельная концентрация, % | ПДК % (мг/м3) | Источники |
СО | 0,97 | - | - | - | Отравляющее вытесняет О2 | 0,4 | 0,0017 (20) | Взрывные работы, пожары, взрывы, ДВС |
NO2 | 1,59 | бурый | резкий | - | Слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, отек легких | 0,025 | 0,00026 (5) | Взрывные работы |
SO2 | 2,22 | - | раздражающий | кислый | Слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, отек гортани | 0,05 | 0,00038 (10) | Выделения из пород, взрывные работы в серосодержащих породах, пожары |
Н2S | 1,19 | - | тухлых яиц | сладковатый | Слизистые оболочки дыхательных путей и глаз | 0,1 | 0,00071 (10) | Выделения из пород, взрывные работы в серосодержащих породах, пожары |
NН3 | 0,596 | - | резкий | - | Слизистые оболочки, отек гортани | - | 0,0025 (20) | Выделения из аппатито-нефелиновых пород, пожары |
НСОН | 1,04 | - | - | - | Слизистые оболочки, центральная нервная система | - | 0,00004 (0,5) | ДВС |
СН2СНСОН | 1,9 | - | пригорелых жиров | - | Слизистые оболочки, центральная нервная система | 0,014 | 0,000009 (0,2) | Разложение дизельного топлива |
При одновременном наличии в воздухе нескольких газов однонаправленного действия их содержание должно удовлетворять условию:
|
где С1, С2, ··········, Сн – фактическая концентрация газов; ПДК1, ПДК2,··········, ПДКн – предельно допустимые концентрации соответствующих газов.
Взрывчатые газы
В воздухе подземных горных выработок и помещений обогатительных фабрик кроме ядовитых могут быть также взрывчатые газы, среди которых наиболее опасными и часто встречающимися являются метан и водород.
Метан (СН4) – газ без цвета, запаха и вкуса, при обычных условиях весьма инертен. Его относительная плотность 0,5539, вследствие чего он скапливается в верхних частях выработок и помещений.
Метан образует с воздухом горючие и взрывчатые смеси, горит бледным голубоватым пламенем. Реакция горения метана - СН4+2О2=СО2+2Н2О. В подземных выработках горение метана происходит в условиях недостатка кислорода, что приводит к образованию оксида углерода и водорода (СН4+О2=СО+Н2+Н2О).
При содержании метана в воздухе до 5-6% (при нормальном содержании кислорода) он горит около источника тепла (открытого огня), от 5-6% до 14-16% взрывается, свыше 14-16% не взрывается, но может гореть при притоке кислорода извне. Сила взрыва зависит от абсолютного количества участвующего в нем метана. Наибольшей силы взрыв достигает при содержании в воздухе 9,5% СН4.
Температура воспламенения метана 650-750оС; температура продуктов взрыва в неограниченном объеме достигает 1875оС, а внутри замкнутого объема 2150-2650оС. Давление в месте взрыва в среднем в 8 раз превосходит начальное давление газовоздушной смеси до взрыва. Наиболее часто метан выделяется в каменноугольных и нефтяных месторождениях. Он встречается также в каменносоляных, калийных и железорудных бассейнах.
Метан образовался в результате разложения клетчатки органической массы под влиянием сложных химических процессов без доступа кислорода. Существенную роль при этом играет жизнедеятельность микроорганизмов (анаэробных бактерий).
Установлено, что на 1 т угля образуется 100-200 м3 метана.
В породах метан находится в свободном (заполняет поровое пространство) и связанном состоянии. На современных глубинах основное количество метана находится в связанном состоянии. При этом различают три формы связи СН4 с твердым веществом: адсорбция, абсорбция и хемосорбция. Основное количество связанного метана находится в адсорбированном состоянии.
Количество метана, содержащегося в единице массы угля (породы) в естественных условиях, называется газоносностью.
Газоносность зависит от газоемкости угля (породы), под которой понимается максимальное количество метана, которое может содержаться в единице массы угля (породы) при определенных давлении и температуре.
Газоносность угольных пластов может определяться прямым способом при разведке месторождений (исследование керна) или путем определения газоемкости в лабораторных условиях.
Различают три вида выделения метана в горные выработки угольных шахт: обыкновенное, суфлярное, внезапные выбросы.
Обыкновенные выделения метана происходят с обнаженных поверхностей угольного массива через мелкие, невидимые поры и трещины. Интенсивность газовыделения в первые моменты после обнажения составляет от 5-7 до 50 л/мин с 1 м2 обнаженной поверхности. Затем интенсивность газовыделения быстро падает и практически прекращается через 6-12 месяцев.
Суфлярным называется выделение метана из крупных видимых на глаз трещин и пустот в угле и породах. Дебит суфляров достигает десятков тысяч м3 в сутки, продолжительность выделений – от нескольких часов до нескольких лет.
Внезапный выброс – выделение большого количества газа (от сотен до сотен тысяч м3) в выработку с одновременным выбросом значительного количества (от одной до нескольких тысяч тонн) угля за короткий промежуток времени.
Данные о газоносности служат исходным материалом для прогноза газообильности шахт. Различают абсолютную и относительную газообильности.
Абсолютная газообильность шахты (выработки) – количество метана, выделяющегося в единицу времени (м3/мин, м3/сутки). Относительная газообильность – количество метана, выделяющегося в шахте на 1 т добываемого угля или в руднике на 1 м3 горной массы.
В зависимости от относительной газообильности угольные шахты и рудники делятся на категории (табл. 1.2.).
Таблица 1.2.
Категории шахт (рудников) по газу
Категория | Относительная газообильность | |
Шахта, м3/т | Рудник, м3/м3 | |
I | <5 | <7 |
II | 5-10 | 7-14 |
III | 10-15 | 14-21 |
Сверхкатегорная | >15, опасные по суфлярам | >21, опасные по суфлярам |
Опасные по внезапным выбросам | Шахты, разрабатывающие пласты, опасные или угрожающие по внезапным выбросам угля и газа | - |
Для борьбы со взрывами метана в горных выработках проводится комплекс мероприятий по предупреждению опасных скоплений метана в выработках, по предупреждению воспламенения метана, по ограничению последствий взрыва.
Основной мерой предотвращения опасных скоплений метана является вентиляция выработок, обеспечивающая поддержание допустимых концентраций газа. По правилам безопасности содержание метана в шахтном воздухе не должно превышать значений, приведенных в табл. 1.3.
Таблица 1.3.
Допустимое содержание метана в горных выработках
Выработки | Содержание СН4, % |
Исходящая из очистной или тупиковой выработки, выемочного участка | ≤1 |
Исходящая крыла или шахты | ≤0,75 |
Поступающая на выемочный участок, в очистные выработки, к забоям тупиковых выработок и в камеры | ≤0,5 |
Местные скопления метана | <2 |
При невозможности обеспечить допустимое содержание метана средствами вентиляции применяется дегазация шахт.
Для предупреждения воспламенения метана запрещается применение в горных выработках открытого огня, курение. Электрооборудование, применяемое в опасных по газу выработках, должно иметь взрывобезопасное исполнение. Для ведения взрывных работ должны применяться только предохранительные взрывчатые вещества и средства взрывания.
Основные меры по ограничению вредных последствий взрыва: разделение шахты на независимо проветриваемые участки; четкая организация спасательной службы; ознакомление всех работников со свойствами метана и мерами предосторожности.
Водород (Н2) – газ без цвета, запаха и вкуса с относительной плотностью 0,07. Горит и взрывается при содержании его в воздухе от 4 до 74%. Температура воспламенения Н2 на 100-200оС ниже температуры воспламенения метана.
Водород может выделяться из пород, калийных пластов и из углей средней степени метаморфизма. Он образуется также при зарядке аккумуляторных батарей.
Максимально допустимое содержание водорода в воздухе 0,5%.
Кроме метана и водорода в воздухе подземных горных выработках могут присутствовать также тяжелые углеводороды (табл. 1.4.).
Таблица 1.4.
Дата добавления: 2022-07-20; просмотров: 163;