Газовый состав рудничного воздуха

Лекция№4 Газовый состав рудничного воздуха 1. Газовый состав 2. Способы проветривания горных выработок 3. Вентиляционное оборудование 1. Газовый состав. Атмосферный воздух представляет газовую смесь, состоящую по объему из 79% азота, 20,98% кислорода и 0,04% углекислого газа. Кроме того, в воздухе содержится непрерывно изменяющееся коли­чество водяного пара, составляющего в среднем около 1%. Рудничный воздух — это смесь газов, паров и некото­рого количества пыли, заполняющая подземные горные выработки. Рудничный воздух называют свежим, если его состав близок по составу к атмосферному, а количество вредных примесей не превышает установленных санитарных норм. В противном случае его называют загрязненным. Свойства основных газов рудничного воздуха. Кислород (О2) — газ без цвета, запаха и вкуса. Легко соединяется с про­стыми и сложными газами, поддерживает горение и дыхание. Уменьшение содержания кислорода в рудничном воздухе проис­ходит вследствие процессов окисления крепежного леса, сернистых руд и пород, а также рудничных пожаров, взрывов газов и пыли, дыха­ния людей. Согласно правилам безопасности, содержание кислорода в действу­ющих горных выработках должно быть не менее 20%. Азот (N2) — газ без цвета, запаха и вкуса; не поддерживает дыхания и горения. Увели­чение содержания азота в рудничном воздухе происходит вслед­ствие гниения органических веществ, взрывных работ и выделения его в чистом виде из полезного ископаемого и породы. Углекислый газ (СО2) — бесцветный, со слабокислым вкусом, легко растворим в воде. Удельный вес его 1,52, поэтому он скапливается обычно у почвы выработок. При небольшом про­центном содержании в воздухе (0,1—0,2%) углекислый газ стимули­рует дыхание, но при дальнейшем увеличении действует отравляюще. При содержании в воздухе 10% наступает обморочное состояние, при 20—25% возможно- смер­тельное отравление. Предельное содержание углекислого газа в руд­ничном воздухе действующих забоев не должно превышать 0,5% , а в общей исходящей струе шахты 0,75%. Углекислый газ в шахте обычно образуется при гниении крепеж­ного леса, окислении пород, а также выделяется в свободном виде из горных пород и рудничных вод. Второстепенными источниками образования СО2 являются дыхание людей и взрывные работы. Окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета, запаха и вкуса. Является наиболее частой причиной отравления. Главными источниками образования окиси углерода в шахтах являются рудничные пожары, взрывные работы, работа двигателей, внутреннего сгорания и взрыв метана. Правилами безопасности допускается содержание СО в руднич­ном воздухе не более 0,0016% по объему. Допуск людей к работе разрешается при концентрации 0,008% , но при условии дальнейшего искусственного проветривания выработки в течение не менее двух часов. Окислы азота (NO2 и N2O5) образуются при взрывных работах. Они имеют бурый цвет и хорошо растворяются в воде. Окислы азота очень ядовиты и содержание их в рудничном воздухе даже в ничтожных количествах действует раздражающе на слизистую оболочку глаз, носа, рта, а также на бронхи и легкие. Смертельное отравление может наступить при содержании окислов азота 0,025% по объему. Правила безопасности допускают содержание в рудничном воз­духе окиси азота в пересчете на N2O5 не более 0,0001% по объему. Сероводород (H2S) — бесцветный, сильно ядовитый газ с характерным запахом тухлых яиц и сладковатым вкусом. Сероводород легко растворяется в воде, горит на воздухе, а при содержании его в воздухе от 6 до 45% образует взрывчатую смесь. При незначительной концентрации сероводород сильно раз­дражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, а при со­держании его в воздухе 0,05% происходит опасное отравление. Допустимая концентрация в рудничном воздухе 0,00066% по объему. Источниками образования сероводорода являются гниение орга­нических веществ, выделение из горных пород и минеральных ис­точников, разложение водой серного колчедана и др. Сернистый газ (SO2) бесцветен, обладает острым вкусом и запахом. Удельный вес его 2,2. Сернистый газ образуется при взрыв­ных работах по серосодержащим породам, при рудничных пожарах, а также выделяется из некоторых пород вместе с метаном или серо­водородом. Присутствие этого газа даже в весьма малом количестве вызывает разъедание слизистой оболочки глаз. Концентрация его свыше 0,05% опасна для жизни даже при кратковременном вдыха­нии. В рудничном воздухе разрешается присутствие SO2 в количестве не более 0,0007% по объему. Метан (СН4) является одной из наиболее опасных примесей рудничного воздуха. Выделение его наиболее часто наблюдается в угольных шахтах. Метан — газ без цвета, запаха и вкуса. Удельный его вес 0,554%, поэтому легко скапливается вверху выработки. В воде он растворяется плохо; не ядовит, но дыхания не поддержи­вает. Содержание метана в рудничной атмосфере до 5% безопасно для человека, но при 24% дыхание затрудняется, а при 40—43% насту­пает смерть. Рудничная пыль представляет собой мельчайшие ча­стицы полезного ископаемого и пустой породы. Рудничная пыль может вызвать профессио­нальные заболевания: асбетоз, сили­коз, антракоз, вызываемые вдыханием соответственно асбестовой, кремниевой и угольной пыли. Рудничная пыль образуется при буровых (50—85% пыли), взрывных работах (40—20%), доставке руды из забоя и погрузочно-разгрузочных работах (10—5%). Инженерно-технические мероприя­тия по борьбе с пылью включают: эффективное проветривание, бурение шпуров и скважин с промывкой водой, применение распыленной воды для предупреждения образования и осаждения пыли, сухое пылеулавливание. 2. Способы проветривания горных выработок. В зависимости от того, каким образом обеспечивается необходимый перепад давлений воздуха по пути его движения, различают нагнетательный, всасывающий и комбинированный (нагнетательно-всасывающий) способы проветривания. Нагнетательный способ проветривания. Перепад давлений в горных выработках шахты создается путем повышения нормального атмосферного давления воздуха с помощью вентиляторной установки. Таким образом, в выработках шахты возникает перепад давлений, называемый депрессией выработки. Преимущества: возможность применения для проветривания шахты одной вентиляторной установки, расположенной в центре шахтного поля, большая устойчивость работы главного вентилятора, подача чистого воздуха вентилятором, что обеспечивает большую безопасность и длительный срок ее службы, отсутствие подсоса воздуха с поверхности через обрушение породы и легкость управления вентиляционными режимами при авариях. Недостатки: необходимость устройства герметично­го надшахтного здания и воздухоподающего ствола, который обычно является клетевым, необходимость установки мощных главных вентиляторов с большим диапазоном регулирова­ния расхода воздуха и депрессии. Нагнетательное проветривание допускается для всех рудных шахт и негазовых угольных шахт. По правилам безопасности в газовых шахтах применение этого способа запрещается в виду того, что в случае остановки вентилятора давление воздуха в выработках падает, что вызывает увеличение дебита метана в выработке и привести к образованию взрывоопасной среды. Всасывающий способ проветривания. При всасывающем способе проветривания для движения воздуха перепад давления создается путем разряжения воздуха вентилятором в устье ствола. При этом атмосферное давление воздуха в устье ствола уменьшается.В этом случае давление воздуха в любой точке горных выработок меньше нормального атмосферного давления. Поэтому в случае остановки вентилятора давление воздуха в горных выработках увеличивается. Всасывающий способ вентиляции позволяет применять как одну центральную вентиляторную установку, так и несколько их, которые устанавливаются на флангах шахтного поля. При установке нескольких вентиляторов на paзличных стволах шахты повышается интенсивность и эффективность проветривания выемочных участков на флангах шахтного поля. Правила безопасности требуют для всех шахт выше первой категории по метану применения всасывающего проветривания. Нагнетательно - всасывающий способ проветривания. При нагнетательно - всасывающем способе вентиляции в шахте имеется область, в которой давление воздуха равно нормальному атмосферному давлению. Между этой областью и дневной поверхностью перепад давления равен нулю. Эта область называется нулевой зоной, которой пользуются для ликвидации или уменьшения утечек или подсосов воздуха через выработанное пространство и трещины. Способ позволяет распределить общешахтную депрессию на два последовательно работающих вентилятора, устанавливаемых в воздухоподающем и воздухоотводящем стволах. При этом способе проветривания значительно уменьшается аэродинамическая связь выработок с дневной поверхностью. Данный способ применяется на шахтах при значительной протяженности горных выработок и разработке самовозгорающихся углей и руд. 3.Вентиляционное оборудование. Вентиляционная установка - вентилятор с присоединенным к нему входными и выходными элементами, подводящим каналом, диффузором, выходной частью и вспомогательными устройствами для переключения и реверсирования воздушной струи. Вентиляторные установки предназначены для непрерывного проветривания выработок и рудников и создания в них нормальных атмосферных условий. Они делятся на: вентиляторные установки главного проветривания; вспомогательные; местного проветривания. Вентиляторные установки главного проветривания служат для проветривания всех действующих выработок шахты или рудника за исключением глухих (тупиковых) забоев. Они размещаются на поверхности у устьев герметически закрытых стволов. Главные вентиляторные установки работают по всасывающей, нагнетательной и комбинированной схемам проветривания. Вспомогательные вентиляторные установки предназначены для проветривания стволов и капитальных горных выработок при их проходке, камер и выработок околоствольного двора действующих шахт, а также отдельных их участков. Они располагаются на поверхности либо под землей. Вентиляторные установки местного проветривания служат для проветривания тупиковых (глухих) забоев при проходке горных выработок и камер. По конструктивному исполнению вентиляторы делятся на центробежные и осевые. Каждый из этих типов вентиляторов имеет свои преимущества и недостатки. Центробежные вентиляторы главного проветривания изготавливаются в двух исполнениях: одностороннего всасывания (ВЦ) и двустороннего (ВЦД) с диаметром ротора от 1100 до 5000 мм, с номинальной подачей от 10 до 630 м3/с и номинальным статическим давлением 250 до 710 даПа. Эти вентиляторы предназначены для главного проветривания шахт и рудников при температуре окружающей среды от +50 до -20°С и перемещаемом воздухе плотностью 1,2 кг/м3, относительной влажности до 100%, запыленностью до 30 мг/м3. Вентиляторы выполняются правого или левого вращения. У вентиляторов правого вращения рабочее колесо вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания. Для вентилятора с двусторонним приводом направление вращения не устанавливается, заказываются лишь электродвигатели – один левого, другой правого вращения. Условные обозначения вентиляторов: ВЦ - вентилятор центробежный одностороннего всасывания; ВЦД - вентилятор центробежный двустороннего всасывания; число после букв - диаметр рабочего колеса по внешним кромкам лопаток, дм. К основному обозначению вентилятора иногда добавляют дополнительные буквы или слова: М - модернизированный, У - с узкой лопаткой рабочего колеса, Ш - шурфовый, 3 - с регулируемыми закрылками, «север» - в северном исполнении. Осевые вентиляторы  имеют маркировку ВОД: (В – вентилятор. О – осевой. Д - двухступенчатый).. Вентиляторы серии ВОД выполнены по аэродинамической схеме К-84 (К - крученые лопатки, 84 - коэффициент быстроходности). Основными элементами осевого вентилятора являются: рабочее колесо (РК), кожух, коллектор на входе воздуха, передний обтекатель, направляющий аппарат (НА), спрямляющий аппарат (СА), кольцевой диффузор. Список литературы 1.ГОСТ Р 57719-2017 Горное дело. Выработки горные. Термины и определения 2.Борисов С. С. Горное дело: Учебник для техникумов/ С.С. Борисов —М.: Недра, 1988. 320 с. 3.Васючков Ю. Ф. Горное дело: Учеб, для техникумов./ Ю.Ф.Васючков.— М.: Недра, 1990. -512 с. 4.Ильяш В.В, Стрик Ю.Н Проходка горноразведочных выработок/ В.В. Ильяш, Ю.Н.Стрик– Воронеж; Изд-во ВГУ, 2007. – Стр. 82. 5.Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. – М.: Недра, 1991.– 368 с. 6. Филимонов К.А, Карасев В.А.. Технология подземных горных работ: Учебное пособие для вузов/ К. А. Филимонов, В. А. Карасев. – Кемерово : КузГТУ, 2013 -110 с. 7.Шехурдин В.К., Несмотряев В.И., Федоренко П.И. Горное дело: учебник/ В.К. Шехурдин и др. - М.: Недра, 1987-441 с.