Атмосферне і шахтне повітря

На поверхні землі не виникає проблеми штучного підтримання газового складу повітря, потрібного для життєдіяльності людини, а в підземних умовах суттєвість вентиляції полягає в подачі і розподілі чистого повітря в мережі гірничих виробок та видачі із шахти забрудненого.

Атмосферне повітря – це суміш газів і водяного пару, об’ємна частина яких становить: кисню (О₂) – 20,95 %; вуглекислого газу (СО₂) – 0,03 %; азоту (N₂) – 78,08 %; аргону (Ar), гелію (Не) та ін. газів – 0,94 %. Вміст водяної пари в атмосферному повітрі становить від 0,05 до 4 %.

Постійність хімічного складу атмосферного повітря зумовлена його величезною масою, безперервним перемішуванням мас повітря, взаємним зрівноваженням процесів поглинання і виділення газів, що проходять у природі.

Шахтне повітря – це атмосферне повітря, яке заповнює гірничі виробки і, проходячи по ним, змінює свій хімічний склад в зв’язку з наявністю в виробках процесів окислення вугілля і гірських порід, гниття лісних матеріалів, що застосовуються для кріплення виробок, виділення із вугілля і порід метану, вуглекислого газу і ін. При виконання вибухових робіт утворюється велика кількість газів, які також надходять в атмосферу гірничих виробок. крім того, виробничі процеси в шахті супроводжуються виділенням великої кількості вугільного і породного пилу, який також забруднює повітря.

Тому склад і процентне відношення газів в шахтному повітрі будуть іншими, ніж в атмосферному.

Разом з тим шахтне повітря не повинно значно відрізнятися від атмосферного, оскільки воно може бути не придатним для дихання людини і вибухонебезпечним.

В зв’язку з цим діючі правила безпеки у вугільних шахтах установлюють певні допустимі норми. Вміст кисню О₂ у повітрі діючих гірничих виробок повинен бути не менше 20 % об’єму.

В умовах підземних робіт в разі зниження вмісту кисню до 17 % у людини з’являється задишка, серцебиття, а зниження вмісту кисню до 12 % смертельно небезпечне. Дуже малий вміст кисню зустрічається в старих покинутих виробках, у тупиках непровітрюваних або в слабо провітрюваних виробках, у виробленому просторі.

Основною причиною зменшення вмісту кисню в гірничій атмосфері є його витрати на підтримання процесів окислення та гниття. Невелика кількість кисню витрачається на дихання людей.

Вуглекислий газ – це газ без кольору, із слабокислим запахом і смаком, в шахтну атмосферу надходить головним чином із корисних копалин і бокових порід.

Крім того, він утворюється в шахтах під час процесів окислення (вугілля, лісоматеріалів тощо), розкладення шахтними водами деяких порід (вапняків, мергелю), пожеж і вибухів. другорядними джерелами виділення СО₂ є дихання людей, вибухові роботи.

Виділення СО₂ із вугілля і порід може проходити у вигляді спокійного і рівномірного витікання газу або раптового викиду. Інтенсивність виділення та утворення вуглекислого газу для різних родовищ неоднакова.

Абсолютну кількість вуглекислого газу, який утворюється в шахті, за добу, називають абсолютною вуглекислотобагатістю шахти, а кількість вуглекислого газу, яка приходиться на 1 т середньодобового видобутку, — відносною вуглекислотобагатістю шахти.

За відносною вуглекислотобагатістю шахти розділяють на чотири групи: перша група – виділення СО₂ менше 5 м³/т; друга – від 5 до 10 м³/т; третя – від 10 до 15 м³/т; четверта — більше 15 м³/т.

Правила безпеки вимагають, щоб вміст СО₂ у повітрі не перевищував за об’ємом: у діючих виробках – 0,5 %; у загальному вихідному струмені шахти – 0,75 %; у виробках, проведених по завалу, — 1 %.

Азот – газ фізіологічно нешкідливий, хімічно не активний, дихання і горіння не підтримує. Утворюється під час процесів гниття органічних речовин і вибухових робіт.

Оксид вуглецю (СО) – газ без кольору, смаку і запаху; питома вага відносно повітря 0,97; горить; якщо його концентрація становить від 13 до 75 %, утворює з повітрям вибухову суміш. У воді розчиняється слабо. Цей газ дуже отруйний, утворюється в шахтах під час пожеж, вибухів газу й пилу, вибухових робіт. Згідно з правилами безпеки концентрація СО в гірничій атмосфері має становити 0,0016 % по об’єму.

Сірководень (Н₂S) – газ без кольору, із солодкуватим смаком і запахом тухлих яєць. Газ добре розчиняється у воді, горить і може утворювати з повітрям вибухові суміші. Сірководень дуже отруйний. У шахтах утворюється в процесі гниття дерева та інших органічних речовин, під час розкладу водою сірчаного колчедану, гіпсу, а також під час вибухових робіт. дозволена концентрація сірководню в гірничих виробках становить 0,00066 % по об’єму.

Метан (СН₄) – газ без кольору, запаху і смаку; питома вага відносно повітря 0,55; горить, не отруйний, погано розчиняється у воді. Метан небезпечний внаслідок його вибухових властивостей. Якщо концентрація в атмосфері менше 5 %, метан горить в разі зіткнення із джерелом запалення, а якщо від 5 до 16 % — утворює з повітрям вибухову суміш; якщо більше 16 % — горить спокійним полум’ям за умови відведення повітря до місця горіння.

Загоряння метану в підземних виробках становить велику небезпеку, оскільки горіння може перейти до вибуху, а останній спричинити вибух вугільного пилу.

У вугільних шахтах метан утворюється в процесі перетворення рослинних залишків у вугілля. Дуже часто метан, розміщений в породах, що вміщують вугільні пласти.

Об’єм газу, що виділяється в шахті за добу, називають абсолютною газобагатістю. Розрізняють також відносну газобагатість.

За відносною газобагатістю (м³/т добового видобутку) всі шахти розділяють на п’ять категорій: I категорія – виділення СН₄ менше 5 м³/т; II – від 5 до 10 м³/т; II – від 10 до 15 м³/т; IV – більше 15 м³/т – надкатегорійні шахти, небезпечні по суфлярних виділеннях метану; V – шахти, небезпечні із-за раптового викиду вугілля та газу; шахти з викидами породи.

Згідно з правилами безпеки дозволена концентрація метану в повітрі становить (у відсотках об’єму):

у вибоях очисних і підготовчих виробок – менше 2; у повітрі, що надходить у вибій з інших очисних або підготовчих вибоїв, — не більше 0,5; перед виконанням вибухових робіт – менше 1; у вихідній течії лави – 1; у загальній вихідній течії шахти – не більше 0,75.

За присутності у повітрі 2 % метану роботи в даному вибої припиняються до зниження концентрації до 1 %.

Для створення безпечних і нормальних у санітарно-гігієнічному відношенні умов роботи шахтарів треба постійно провітрювати гірничі виробки.