Рудничная атмосфера

ЛЕКЦИЯ 1 Рудничная атмосфера ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОСТАВЕ И ОСНОВНЫХ СВОЙСТВАХ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА С поверхности в шахту поступает атмосферный воздух. В его состав входят: кислород, азот, углекислый газ и некоторые другие газы. В сухом атмосферном воздухе: • кислорода……………………………………….…….20,95% • азота и инертных газов………………………………79,02% • углекислого газа………………………………………0,03% ________________________________ Итого…………….100% Кроме перечисленных газов, в обычном атмосферном воздухе имеются водяные пары. Содержание водяных паров в воздухе умеренной климатической зоны обычно 0,2 – 1 %. По мере прохождения атмосферного воздуха по шахтным выработкам состав его изменяется. К воздуху добавляются газы, выделяющиеся или образующиеся в подземных выработках. В числе этих газов могут быть: азот, углекислый газ, окись углерода, окись азота, сероводород, сернистый газ, акролеин, формальдегид, метан, водород, радон и другие. Смесь газов и паров, заполняющую рудничные выработки, принято назвать рудничным воздухом. В правилах безопасности ( ПБ ), являющихся законом для ведения работ в шахтах, установлены предельно-допустимые концентрации для газов, встречающихся в подземных выработках. Воздух, состав которого удовлетворяет требованиям Правил безопасности, практически безвреден для здоровья. Если же содержание газов, выделяющихся и образующихся в подземных выработках, по каким – либо причинам значительно превысит допустимые нормы, то вдыхание такого воздуха будет сопряжено с серьезной опасностью для здоровья и даже для жизни людей. Так, например, вдыхание воздуха, содержащего необычно большие количества азота или углекислого газа, сопряжено с опасностью удушью. Вдыхание воздуха, содержащего окись углерода, окись азота, сероводород, сернистый газ, акролеин или формальдегид может привести к тяжелому и даже смертельному отравлению. Присутствие больших количеств радона вызывает лучевую болезнь. Накопление в рудничном воздухе метана или водорода может сделать рудничный воздух взрывчатым. При наличии источника воспламенения такая смесь способна взрываться с огромной силой. Для того чтобы различные вредные газы не накапливались в шахтных выработках в опасных концентрациях, все выработки обязательно проветриваются, а состав воздуха в них периодически контролируется. Если состав рудничного воздуха в выработке не соответствует действующим нормам, то работы в ней прекращаются, люди выводятся и принимаются меры для восстановления нормального состава воздуха. КИСЛОРОД Кислород ( ) – газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Он в 1,1 раза тяжелее, чем воздух в целом. 1 воздуха в обычных условиях весит около 12 Н. 1 кислорода – около 13 Н ( 1,3 кгс ). Кислород необходим для дыхания человека. Если во вдыхаемом воздухе содержится 21% кислорода, то в выдыхаемом его оказывается только 17%. Следует обратить внимание на то, что без специальных приборов человек не может заметить снижение содержания кислорода в воздухе. Известное всем ощущение «недостатка воздуха», которое возникает при задержке дыхания, вызывается не недостатком кислорода, а накоплением в легких и крови человека углекислого газа. В связи с этим человек, попавший в атмосферу, почти полностью лишенную кислорода, продолжает дышать с обычной частотой и совершенно не ощущает недостатка воздуха. При дыхании в таком воздухе углекислый газ выводится из организма точно так же, как и при дыхании в воздухе нормального состава. Кислород же, в организм не поступает. После двух – трех минут пребывания в такой атмосфере человек внезапно теряет сознание и, если, его не вынести в атмосферу с нормальным содержание кислорода, он может погибнуть. Содержание кислорода в рудничном воздухе всегда бывает ниже, чем в атмосферном. Это связано с тем, что поступающий из атмосферы кислород расходуется в шахте на окисление угля, дерева, дыхание людей и др. Заметные количества кислорода поглощаются из воздуха за счет процессов сорбции, к которым в разной степени способны любые породы. Правилами Безопасности установлено допустимое содержание кислорода в рудничном воздухе не ниже 20%. При плохом проветривании содержание кислорода в рудничном воздухе может значительно понижаться. При содержании в воздухе 16 – 17% кислорода люди, занятые физическим трудом быстрее утомляются; при содержании кислорода в воздухе 12 14% наступает потеря сознания, а при 6 – 9% возможна смерть. В старых непроветриваемых выработках кислорода почти всегда бывает мало. Заходить в такие выработки нельзя, так как это связано с опасностью для жизни. Обычные входы в эти выработки перекрываются перемычками или «закрещиваются». АЗОТ Азот ( ) – газ, также как и кислород, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Удельный вес по отношению к воздуху в целом 0,97. При обычной температуре и давлении он не вступает почти ни в какие химические реакции. Совершенно не ядовит. Тем не менее, он опасен, так как в атмосфере чистого азота человек погибнет из-за отсутствия кислорода. В атмосферном воздухе содержится около 78% азота. Количество азота во вдыхаемом воздухе приблизительно одинаковы. Азот может поступать в шахтные выработки из пород и полезного ископаемого.соответственно количеству поступившего азота в рудничном воздухе снижается содержание кислорода. Новейшими исследованиями установлено, что азот принимает известное участие в жизнедеятельности человеческого организма. Однако это не меняет сложившихся ранее взглядов, согласно которым, при дыхании, в основном, азот играет роль инертной составной части воздуха. Особую опасность азот представляет при ведении кессонных работ. Дело в том, что при повышенном давлении воздуха, которое поддерживается в кессоне, в крови и всех тканях человеческого тела растворяется дополнительное количество азота. Какого-либо вредного действия этот азот не оказывает. При выходе из кессона человек попадает в атмосферу с нормальным давлением. В соответствии с известными физическими закономерностями излишний азот начинает выделяться из крови и тканей. Если переход из кессона в атмосферу с нормальным давлением осуществлен быстро, то и азот будет выделяться интенсивно, образуя пузырьки газа в крови и тканях. При этом человек чувствует сильные боли во всем теле. Это состояние получило название «кессонной болезни». В тяжелых случаях, которые возникают при быстром уменьшении давления, человек может даже погибнуть. Для предупреждения «кессонной болезни» при выходе из кессона давление воздуха нужно снижать медленно, следуя имеющимся в этом отношении нормам. УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ Углекислый газ ( ) не имеет цвета и запаха. При значительном содержании его в воздухе во рту появляется ощущение кислого вкуса. Удельный вес углекислого газа 1,52, т.е. он приблизительно в полтора раза тяжелее воздуха. В связи с этим углекислый газ, выделяющийся из полезного ископаемого и боковых пород, накапливается у почвы выработок и в забоях выработок, проводимых сверху вниз. Высокое содержание газа часто наблюдается в непроветриваемых разведочных шурфах, колодцах и т.п. В малых концентрациях углекислый газ не вреден для здоровья. С атмосферным воздухом человек всегда вдыхает некоторое количество углекислого газа. В воздухе, выдыхаемом человеком, его содержится даже до 4 %. Тем не менее накопление этого газа в рудничном воздухе также опасно. При повышенных концентрациях углекислого газа во вдыхаемом воздухе у человека нарушается дыхание. Частота дыхания увеличивается. Нормальный, необходимый для жизни обмен веществ расстраивается. При содержании углекислого газа в воздухе более 10% наступает обморочное состояние, возможна смерть. Содержание углекислого газа в рудничном воздухе всегда бывает более высоким, чем в атмосферном. Его источниками являются: окисление угля и деревянной крепи, образование при взрывных работах и дыхании людей, выделение из горного массива и др. Количество образующегося и выделяющегося газа бывает весьма значительным и составляет обычно от нескольких кубических метров до нескольких десятков кубических метров на каждую тонну добытого полезного ископаемого. Общее выделение углекислого газа в отдельной шахте может достигать десятков тысяч кубических метров в сутки. В выработках, в которых находятся или могут находится люди, воздух должен содержать углекислого газа не более 0,5%, за исключением выработок с исходящей струей, в которой допускается содержание углекислого газа до 0,75% ( исходящая шахты). При проведении и восстановлении выработок по завалу допускается концентрация до 1%. Концентрация углекислого газа будет больше в выработках, которые в течение смены или еще дольше не проветривались. Прежде чем заходить в такую выработку следует убедиться в том, что концентрация углекислого газа находится в допустимых пределах. В особенности осторожным следует быть при спуске в тупиковые выработки, проведенные или проводимые сверху вниз, так как в таких выработках углекислый газ накапливается в опасных концентрациях чаще всего. ОКИСЬ УГЛЕРОДА Окись углерода ( CO ) не имеет цвета, запаха и вкуса. Удельный вес 0,97. Весьма ядовита. При вдыхании воздуха с окисью углерода кровь человека, поглощая ее, теряет способность разносить по организму кислород, который необходим для жизни; при этом наступает постепенно нарастающее кислородное голодание, которое будучи резко выраженным, может привести к смерти. Степень отравления зависит от концентрации газа и времени дыхания отравленным воздухом. В рудничном воздухе допускается концентрация окиси углерода до 0,0017%. При концентрации 0,01% через несколько часов появляются признаки отравления: головная боль, стук в висках. При концентрации 0,1% через 1 – 2 часа наступает тяжелое отравление, при более длительном возможно смертельное отравление. При концентрации в 1% человек быстро теряет сознание и через 10 – 20 минут, если ему не будет оказана помощь, погибает. В шахтах основным источником образования окиси углерода обычно служат взрывные работы. Взрывчатые вещества допускаются к применению в подземных выработках только в том случает, если при взрыве они образуют небольшое количество окиси углерода. Тем не менее, выработки после взрывных работ приходится интенсивно проветривать и только после этого заходить в них. В случае возникновения подземного пожара или взрыва газа или пыли большое количество окиси углерода образуется в связи с неполным окислением углерода. Концентрация окиси углерода в рудничном воздухе в этих случаях может достигать нескольких процентов. При смазке компрессоров несоответствующим смазочным материалом также может выделяться окись углерода. В большом количестве окись углерода образуется при работе двигателей внутреннего сгорания. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания может содержаться до нескольких процентов окиси углерода. ОКИСЛЫ АЗОТА В рудничном воздухе могут содержаться различные окислы азота ( и др. ). При высоких концентрациях их смесь окрашена в бурый цвет разной густоты. Запах окислов азота даже при смертельно опасной концентрации бывает весьма слабым и не может сколько-нибудь надежно сигнализировать об опасности. Удельный вес окислов азота зависит от относительного содержания различных составных частей. Обычная смесь примерно в два раза тяжелее воздуха. Окислы азота относятся к числу чрезвычайно ядовитых газов. Основное вредное действие они оказывают непосредственно на ткань легких. Характерной особенностью ядовитого действия окислов азота является наличие периода скрытого отравления, в течение которого даже при тяжелом и смертельном характере отравления пострадавший не чувствует опасности. Продолжительность периода скрытого отравления бывает различной, обычно от 2 до 12 час. После этого наступает обычно быстро прогрессирующий отек легких, который при тяжелых отравлениях приводит к смерти. Источником образования окислов азота в рудничных условия служат взрывные работы. При взрыве 1 кг взрывчатых веществ ( ВВ ), применяемых в горной промышленности, обычно образуется несколько литров двуокиси азота. При неполном взрыве, при выгорании заряда, количество окислов азота может увеличиваться во много раз. Допустимая концентрация двуокиси азота в рудничном воздухе составляет 0,00026% Окислы азота хорошо растворяются в воде. Поэтому если забой и стенки выработок влажные, то эти газы растворяются в воде и воздух, благодаря этому, очищается. Будучи растворены в воде, окислы азота становятся безвредными. Если же в забое сухо, то даже после проветривания значительное количество окислов азота может сохранится в отбитой массе. При ее погрузке газ будет выделяться и может привести к отравлению работающих. Поэтому достаточно интенсивное проветривание выработки необходимо продолжать и после возобновления в ней работ. Выделяющийся при уборке породы газ будет в этом случае тотчас же разбавляться до безопасной концентрации струей свежего воздуха. СЕРОВОДОРОД Сероводород ( ) – бесцветный газ с характерным запахом, напоминающим запах тухлых яиц. Удельный вес 1,19. Хорошо растворяется в воде. При обычных температурах и давлении в 1 л воды растворяется до 3 – 4 л сероводорода. Весьма ядовит. Допустимая концентрация 0,00070% В рудничных условиях чаще всего образуется при гниении древесины. Значительные количества сероводорода могут накапливаться в растворенном виде в застойной воде старых выработок. При перемещении такой воды сероводород в опасных количествах выделяется в воздух. СЕРНИСТЫЙ ГАЗ Сернистый газ ( ) – бесцветен, имеет острый запах и кислый вкус. Удельный вес 2,21. Сильно ядовит. Допустимая концентрация в рудничном воздухе 0,00037%. В рудничных условиях сернистый газ может образовываться при ведении взрывных работ по породам, содержащим серу или ее соединения, при пожарах и взрывах медноколчеданной пыли.