13.1. СОСТАВ ШАХТНОГО ВОЗДУХА

  Главная     Учебники - Горное дело     Ю. Ф. ВАСЮЧКОВ ГОРНОЕ ДЕЛО

 поиск по сайту     

 

 

 

 

содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..

 

 

 

Часть V

РУДНИЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
13. ШАХТНАЯ АТМОСФЕРА И УПРАВЛЕНИЕ ЕЕ СОСТОЯНИЕМ

13.1. СОСТАВ ШАХТНОГО ВОЗДУХА

В результате выполнения производственных процессов в горных выработках шахт образуется характерная воздушная среда, которую называют рудничной (шахтной) атмосферой, состоящей из атмосферного воздуха, природных газов (метан, углекислый газ, сероводород и др.), технологических газов (продукты взрывных работ, газы, выделяющиеся в зарядных камерах и при работе двигателей), угольной и породной пыли и паров воды.

Природные и технологические газы, выделяющиеся в шахтах и рудниках, получили название рудничных газов.

Сухой атмосферный воздух состоит из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03 %) и других газов (0,01 %). Состав воздуха довольно стабилен как по территории, так и до высоты 85 км от поверхности Земли. Объемная доля водяного пара в атмосферном воздухе колеблется от 0,1 до 4 %.

Рудничные газы подразделяют на токсичные, взрывоопасные и инертные.

К токсичным газам относят распространенные в шахтах углекислый газ, оксид углерода, сероводород, сернистый газ, оксиды азота и редкие (мышьяковистый, фтористый и фосфористый водород, аммиак, радон и продукты его распада, пары ртути и бензина, акролеин). Редкие газы встречаются в шахтах в весьма малых количествах.

Кислород (О2) — газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность его при давлении 101,3 кПа и 0°С (нормальные условия) равна 1,43 кг/м3. Химически активен, хорошо окисляет органические вещества, уголь. В воде растворяется только 5 % по объему. Обычно человек вдыхает атмосферный воздух с содержанием кислорода около 21 %, выдыхает — с содержанием кислорода 17%- При интенсивной работе человек потребляет до 130 л воздуха в минуту, что в 16 раз превышает потребление воздуха в нормальном состоянии. В подземных условиях содержание кислорода в воздухе менее 17 % вызывает одышку и сердцебиение, при содержании 12 % быстро наступает смерть. Поэтому в выработках, где могут находиться люди, содержание кислорода в воздухе не должно быть менее 20 %.

Азот (N2) — инертный газ, без цвета, запаха и вкуса. Его плотность при нормальных условиях равна 1,25 кг/м3.* В воде растворим слабо—1,5% по объему. Азот не поддерживает горения, с увеличением его содержания в воздухе на 3—4 % горение веществ становится невозможным. В действующих выработках большинства угольных шахт содержание азота по сравнению с атмосферным воздухом изменяется незначительно. Лишь в Подмосковном бассейне из пластов может выделяться смесь, содержащая до 95 % азота, что на какое-то время может изменить общее содержание азота в шахтном воздухе. Выделяется азот также в калийных шахтах.

Углекислый газ (СО2) или диоксид углерода — устойчивое химическое соединение, образующееся в результате биохимических и химических реакций окисления и разложения карбонатных пород в горных выработках. Бесцветен, не горит, не поддерживает горения и дыхания. Плотность при нормальных условиях составляет 1,98 кг/м3. При концентрации свыше 3— 4%—токсичен. Допускаемая концентрация углекислого газа в рудничном воздухе: на рабочих местах и в исходящих струях выемочных участков и тупиковых выработок — 0,5%, в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и шахты в целом— 0,75%, при проведении и восстановлении выработок по завалу— 1 %. Углекислый газ хорошо растворяется в воде, сорбируется на угле. Влага уменьшает сорбционную способность угля к углекислому газу в 5—6 раз. Углекислый газ выделяется в горные выработки в основном за счет окисления угля и древесины в выработанных пространствах, старых горных выработках и из целиков. В плохо проветриваемых выработках может образовать в нижней их части местные скопления.

Оксид углерода (СО) является продуктом окисления углерода. Газ без цвета и запаха, очень токсичен. Плотность при нормальных условиях 1,25 кг/м3. В природных газах встречается редко. Основными источниками оксида углерода являются шахтные пожары, окисление угля, горение взрывчатых веществ и топлива. В больших количествах оксид углерода образуется при взрывах метана с участием угольной пыли.

Оксид углерода горюч и взрывается при концентрации от 16,2 до 73,4 %. Он особенно взрывчат в смеси с воздухом при концентрации 30 %. Температура воспламенения 630—810° При концентрации в воздухе 0,05 % У человека через 1 ч наступает легкое отравление, при 0,13% через 0,5—1 ч — тяжелое. При содержании в воздухе оксида углерода 0,4 % через короткое время наступает смерть. Предельно допустимая концентрация
оксида углерода в воздухе действующих выработок равна 0,0017%.

В воде оксид углерода растворяется слабо. Для индивидуальной защиты от оксида можно использовать влажную материю, но эффективность этого низка. При концентрации СО свыше 1,5 % самоспасатели фильтрующего типа применять нельзя, т. к. в них происходит экзотермическая реакция превращения СО в СО2, в результате чего вдыхаемый человеком воздух нагревается до температуры свыше 60 °С и становится непригодным для дыхания.

Сероводород (H2S)—газ без цвета, с характерным запахом тухлых яиц. Плотность при нормальных условиях 1,54 кг/м3. Горюч и при содержании 6 % в воздухе образует взрывчатую смесь. Легко растворяется в воде, ядовит, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При содержании в воздухе 0,01 % У человека через несколько часов происходит легкое отравление, при 0,05%—опасное отравление, через 0,5—1 ч при концентрации 0,1 % наступает быстрая смерть. Допустимое содержание газа в шахтной атмосфере 0,00071 %• Концентрация H2S в рудничной атмосфере обычно достаточно низка. Образуется он при гниении органических веществ, разложении водой серного колчедана, гипса, а также выделяется из трещин и пустот в породах и минеральных источников. Горючая концентрация в смеси с воздухом составляет от 4 до 46 %, наиболее взрывчатая— 12 %.

Сернистый газ (SO2)—бесцветный, с кисловатым вкусом, сильно разъедает слизистые оболочки. Весьма ядовит. Плотность при нормальных условиях 2,93 кг/м3. Хорошо растворяется в воде — до 40 объемов на один объем воды. Опасен для жизни при концентрации 0,05%, присутствие его ощущается при концентрации 0,0005 %. Допустимая концентрация в рудничном воздухе 0,00038 %. Источники образования — шахтные пожары, гниение органических веществ. Хорошо растворяется в воде, поэтому для его нейтрализации места выделения или образования SO2 в выработках обильно орошаются водой.

Оксиды азота (NO, N02, N204, N205)—газы, имеющие бурый цвет и резкий запах. В воздухе N2O5 и NO переходят в другие соединения. Наиболее устойчивы N02 и N2O4. Оксиды азота легко растворяются в воде.

Оксиды азота ядовиты. Их допустимое содержание в рудничном воздухе по объему 0,00026 %. Источником образования оксидов азота в шахте являются главным образом взрывные работы.

Пары бензина — взрывоопасны, ядовиты, В угольных шахтах выделяются в незначительных количествах (Кизеловский, Донецкий и Печорский бассейны). Пары бензина в три раза тяжелее воздуха, поэтому они могут образовывать в нижних частях поперечных сечений выработок газовые слои с повышенной концентрацией паров.

Водород (Н2) — бесцветный газ с плотностью при нормальных условиях 0,09 кг/м3. В воде растворяется только 2,1 % по объему. Газ взрывается при концентрации в воздухе 4— 74 %. В шахтный воздух водород поступает из пород, угля и калийных руд, образуется при зарядке аккумуляторных батарей. Допустимая концентрация водорода в зарядных камерах составляет 0,5 %.

Тяжелые углеводороды (этан СгНб1 пропан С3Н8) в угольных пластах встречаются в ограниченных количествах — до 5 % этана и 1—2 % пропана в объеме метановой смеси. При нахождении в воздухе совместно с метаном они снижают нижний предел взрывчатости газовоздушной смеси.