1.5. СОСТАВ РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ.

Главная     Учебники Горное дело     Проходческо-очистные комбайновые комплексы калийных комплексов книга 1

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

 

1.5. СОСТАВ РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ.
СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ И ЯДОВИТЫХ ГАЗОВ.
ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ


Разработка калийных пластов сопровождается выделением в рудничную атмосферу природных газов, находящихся в горном массиве.
Наблюдаются три вида газовыделений в горные выработки: обычное - медленное непрерывное газовыделение из мелких трещин и пор породы;
суфлярное - местное повышенное газовыделение из трещин и всякого рода пустот, вскрытых горными выработками, в большинстве случаев кратковременное (от нескольких минут до нескольких часов);
внезапное - местное выделение большого (по сравнению с обычным) количества газа из мест их локального скопления с одновременным нарушением части приконтурного массива, а иногда и смещением его (обрушением, вывалом, выбросом породы).
При разработке Верхнекамского месторождения калийных солей происходят газодинамические явления (ГДЯ) следующих видов [4]:
- внезапные выбросы соли и газа;
- внезапные обрушения породы кровли, стенок выработки, разрушения пород почвы, сопровождающиеся газовыделен нем;
- явления комбинированного типа - разрушение пород кровли или почвы с последующим развитием выброса пород и газа.
Указанные явления могут происходить как в момент отбойки, так и после этого. Причем они могут происходить как в призабойном пространстве, так и вне его (запоздалые ГДЯ).
Характер газовыделений в значительной мере определяется газоносностью пород. Под полной газоносностью пород понимается количество природных газов, содержащихся в единице объема или
веса породы (м3 /м3 , м3 /т).
В соляных породах газы находятся в виде двух форм - свободные и м икровключен ные (связанные). Свободные газы в трещинах и полостях часто находятся под большим давлением (до 50-80 атм) и при вскрытии выработками могут выделяться суфляр но. Газы закрытых пор, межкристаллические газы выделяются только
при разрушении структуры породы, а внутрикристалические - при разрушении кристаллов.
В состав связанных газов входят кислород (O2), азот (N2), водород (Н2), метан (СН4), углекислый газ (СО2), сероводород (H2S), а также в очень малых количествах аргон, гелий, неон и другие редкие газы.
Основные составляющие свободных газов месторождения - водород, метан, азот, тяжелые углеводороды метанового ряда (С2Н4- этан, С3Н8-пропан. С4Н10-бутан и другие), углекислый газ и сероводород. Для карналлитовых пластов основными компонентами свободных газов являются водород (19,4-39,4%) и метан (11,5- 39,2%), для сильвинитовых - метан (44,1-47,2%) и этан (6,64-13,0%). Из перечисленных выше газов значительную часть составляют горючие газы: водород, метан, углеводороды (этан, бутан, пропан и др.) и ядовитые газы: сероводород, окись углерода, окислы азота. Почти все газы, в том числе СО, H2S, O2 Н2 при определенной концентрации в воздухе образуют взрывоопасные смеси.
Скопление свободных газов наблюдается в двух формах: приконтактные (прикоржевые) и гнездовые (очаговые). Распределение газов, их количественный и качественный составы, как по месторождению в целом, так и в пределах отдельных шахтных и выемочных полей, пластов, участков, крайне неравномерны и носят локальный характер. Газоносность пород по горючим газам (метан + водород) колеблется от 0 до 1,5-1,7 м3/м3 пород. Породы отличаются весьма низкой газопроницаемостью. Относительная газомобильность выработок не превышает 0,15-0,2 м3/м3 горной массы - по

сильвинитовым пластам и 1,2 м33 - по карналлитовому пласту. Гнездовые скопления представляют собой зоны с повышенной пористостью пород, заполненные газом под большим давлением (до 80 атм). При вскрытии их шпурами, скважинами, исполнительными органами комбайнов, трещинами, взрывными работами возможны суфлярные и внезапные выделения газов, в том числе с выбросом соли.
Все технические и организационные действия, предпринимаемые в связи с газовыделениями в горных выработках или опасностью таковых, регламентируются «Специальными мероприятиями по безопасному ведению горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в условиях газового режима» [4]. Для классификации горных выработок по уровню их опасности по газу «Специальные мероприятия ...» вводят понятие «рабочая зона» с отнесением этих зон к трем группам (I, II и III) по уровню газовой опасности.
Под рабочей зоной понимается: одиночная выработка или совокупность аэродинамически связанных выработок в пределах одного пласта, в которых ведутся очистные, подготовительные, закладочные, разведочные работы, а также любые другие работы, связанные с отбойкой или любым другим нарушением сплошности массива.
Границами рабочих зон являются:
- для одиночной действующей тупиковой выработки или тупиковой выработки, в которой возобновляются работы после вскрытия перемычек или снятия ограждающих знаков - длина выработки от забоя до устья;
- для одиночной сквозной выработки - вся длина выработки между двумя пересечениями с другими выработками , в которой ведутся работы в соответствии с требованиями указанными для рабочей зоны;
- для добычного участка : при прямом порядке отработки панели (блока) - все очистные, подготовительные, погашенные выработки, включая выемочный и вентиляционные штреки, а также камеры служебного назначения, находящиеся в пределах данного пласта, от забоя подготовительных выработок до границы, расположенной не ближе 50 м от последней рабочей камеры в сторону выработанного пространства; при обратном порядке отработки - все очистные, подготовительные и погашенные выработки, включая выемочный и вентиляционные штреки, а также камеры служебного назначения в пределах данного пласта между границами, находящимися с одной стороны на расстоянии не менее 50 м в направлении выработанного пространства от последней рабочей камеры, а с другой - не менее 100 м в направлении неотработанного массива от первой рабочей камеры ;
- для участка закладки - выемочный и вентиляционный штреки, рабочие камеры и камеры в подготовке, камеры служебного назначения, расположенные в пределах одного пласта между границами, находящимися не менее 50 м от последней рабочей камеры в сторону заложенного массива с одной стороны и не менее 100 м от первой рабочей камеры в сторону незаложенного пространства - с другой стороны [ 4 ] .
Конкретные границы постоянных рабочих зон, отнесенных к числу опасных по газу, устанавливаются ежегодно главным инженером рудника при составлении плана развития горных работ. По мере возникновения новых рабочих зон их перечень и границы устанавливаются распоряжением главного инженера рудника в суточный срок. Ликвидация рабочей зоны должна быть оформлена соответствующим распоряжением главного инженера рудника.
Все пласты и рабочие зоны в них, отнесенные к числу опасных по газу, по уровню газовой опасности могут быть отнесены к следующим группам :
I. Опасные по горючим газам.
II. Опасные по горючим газам и ГДЯ.
III. Особо опасные по горючим газам (или по газам и ГДЯ).
К группе I опасных по газу относятся рабочие зоны, в которых:
- по технологии работ отсутствуют тупиковые выработки с превышением относительной газомобильности ОД м3/т;
- в тупиковых выработках при длине более 50 м после прекращения проветривания в течение 6 часов концентрация газов достигнет величины не менее 0,5 %;
- возникает суфлярное выделение газа.
Ко II группе относятся рабочие зоны, в которых произошло хотя бы одно ГДЯ или имеются прогнозы о возможности таких явлений.
К 3 группе относятся все рабочие зоны с признаками повышенной газовой опасности: все рабочие зоны карналлитового пласта, в которых ведутся очистные и подготовительные работы; рабочие зоны сильвинитовых пластов, в которых ведутся работы по проходке восстающих и вскрывающих выработок, тупиковые выработки длиной более 300 м, а также другие зоны при сложной гипсометрии пласта и наличии геологических нарушений.
Специфика формирования газовой обстановки на рудниках Верхнекамского месторождения состоит в том, что опасные скопления газов, приводящие к возникновению аварийных ситуаций, возможны только в выработках рабочих зон газоносных пластов при отсутствиии или нарушении режима их проветривания. За пределами рабочих зон на поступающих и исходящих струях блоков, добычных участков, панелей, пластов (даже наиболее газоносного карналлитового пласта), в общерудничных исходящих струях в течение всего времени эксплуатации рудников с помощью существующих методов и приборов газового контроля не было обнаружено содержания горючих газов [4].
Особенно высока опасность повышенной концентрации вредных и опасных газов в атмосфере комбайновых выработок (угарный газ СО, сероводород H2S).
При комбайновой выемке калийных пластов отмечается повышенный выход мелких фракций, а основная часть газов (среди них и СО, и H2S) выделяется в призабойное пространство выработок. Кроме того, путь следования свежеотбитой руды, из которой интенсивно выделяется газ, проходит в непосредственной близости от рабочих мест машинистов комбайна и самоходного вагона. На состояние и состав рудничной атмосферы влияют также интенсивность ведения взрывных работ, при которых происходит ускоренное выделение газов из разрушаемого горного массива и выделение ядовитых газов при разложении взрывчатых веществ (ВВ) в момент взрыва. Свою долю в ухудшение рудничной атмосферы вносит и использование оборудования с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).
Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом (ЕПБ) предъявляют жесткие требования к рудничному воздуху с целью обеспечения нормальной жизнедеятельности людей в подземных условиях. Содержание кислорода в воздухе выработок, в которых находятся или могут находиться люди, должно быть не менее 20% (по объему). Содержание углекислого газа в рудничном воздухе не должно превышать в рабочих местах 0,5%, в выработках общей исходящей струи шахты - 0,75% и при проведении и восстановлении выработок по завалу - 1%. Воздух в действующих подземных выработках не должен содержать ядовитых газов (паров) больше установленной ЕПБ предельнодопустимой концентрации (ПДК) [7].

 

Все обязанности по обеспечению санитарных норм рудничной атмосферы и климатических условий (температура воздуха, скорость воздушного потока и т.д.) для нормальной трудовой деятельности возлагаются на службу вентиляции рудника.


 

 

Таблица 1.1.

Наименование ядовитых газов

(паров)

Формула

Предельно-допустимая концентрация газа в действующих выработках шахт

% по объему

мг/м3

Окись углерода (оксид углерода)

СО

0,0017

20

Окислы азота (оксиды азота) в пересчете на

NOz

no2

0,00026

5

Сернистый газ (диоксид серы, сернистый ангидрид)

so2

0,00038

10

Сероводород

H2S

0,00071

10

Акролеин

СзН4O

0,000009

0,2

Формальдегид

C H20

0,00004

0,5

Ртуть металлическая

Hg

-

0,01