Взрывчатые газы

ЛЕКЦИЯ 2 ВЗРЫВЧАТЫЕ ГАЗЫ МЕТАН Метан ( ) – бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. Его удельный вес 0,554, т.е. он почти вдвое легче воздуха. Ядовитыми свойствами не обладает. Человек может без вреда для здоровья вдыхать воздух со значительным содержанием метана, если в воздухе одновременно содержится достаточное для дыхания количество кислорода. Следует, однако, иметь в виду, что повышение концентрации метана в рудничном воздухе неизбежно приводит к понижению содержания кислорода. Если содержание метана в смеси с чистым атмосферным воздухом известно, то содержание кислорода в этой смеси может быть найдено из соотношения: Расчет по формуле показывает, что уже при 5% метана содержание кислорода в рудничном воздухе снижается ниже установленной нормы, равной 20%. При 40% метана содержание кислорода приближается к 12% - уровню, при котором человек теряет сознание и может погибнуть от недостатка кислорода. Следует обратить внимание на то, что человек, попавший в метановоздушную смесь с низким содержанием кислорода, которое недостаточно для поддержания жизни, практически ничего не чувствует. Он не ощущает «нехватки» воздуха, у него сохраняется прежний, нормальный ритм дыхания. Внезапно, без каких-либо предвестников, он теряет сознание, падает и погибнет от удушья, если его не вынести на свежий воздух. Поэтому следует быть очень осторожным и никогда не заходить в горные выработки не убедившись предварительно, что содержание кислорода достаточно высокое и воздух в них пригоден для дыхания. Однако основная опасность метана заключается не в удушающих свойствах, а в способности метана образовывать вместе с воздухом взрывчатые смеси, которые при наличии источника воспламенения могут взрываться с большой силой. Горение метана описывается уравнением: В метановоздушных смесях вместе с кислородом обязательно имеется ещё и азот. В соответствии с процентным содержанием в атмосферном воздухе на одну молекулу кислорода приходится примерно четыре молекулы азота. Азот, будучи весьма инертным газом, при сгорании метана в реакции не участвует. Однако для определения объемных соотношений между метаном и воздухом присутствие азота необходимо учесть. Это можно сделать, записав предыдущее уравнение следующим образом. Практически взрыв не может равняться с ВВ, т.к. он находится в виде газа и его нельзя сжечь более 1/11 объеме пространства ( плотность меньше в несколько раз чем порох и.т.д. ). При содержании > 1/11 При такой записи видно, что для полного сгорания метана и вступления в реакцию всего имеющегося кислорода один объем метана должен быть смешан с десятью такими же объемами воздуха. Нетрудно подсчитать, что концентрация метана в метановоздушной смеси при этом будет: Характер протекания реакции соединения метана с кислородом воздуха может быть различным. В одних условиях это спокойное горение. Так горит, например, бытовой газ в газовых плитах. В других условиях, если метан был предварительно в определенных объемных соотношениях смешан с воздухом, а уже потом в смесь внесен источник высокой температуры, может произойти взрыв. Если смешивать метан с чистым атмосферным воздухом, то взрывчатыми оказываются смеси, содержащие примерно от 5 до 16 % метана. Все остальные смеси будут невзрывчатыми. При содержании метана менее 5% метановоздушная смесь невзрывчата из-за недостатка метана. При содержании метана более 16% взрыв становится невозможным из-за недостатка кислорода и избытка метана, обладающего высокой теплоемкостью. Если смешивать метан с рудничным воздухом, содержание кислорода в котором понижено, то пределы взрывчатости окажутся несколько другими. При уменьшении содержания кислорода до 12% взрывчатые смеси вообще не образуются. Изменение пределов взрывчатости метановоздушных смесей лучше всего проследить по графику, приведенному на рис.1. Любая точка в пределах этого графика соответствует определенной метановоздушной смеси. Координаты точки показывают процентное содержание в смеси кислорода и метана. Имеется в виду, что в состав смеси входит еще и азот. Процентное содержание азота прямо на графике не указывается, но его можно подсчитать, если вычесть из 100 процентное содержание кислорода и метана. На графике выделено четыре зоны. Зона I соответствует невзрывчатым смесям. Если в такую смесь внести источник высокой температуры, то реакция соединения метана будет протекать за счет тепла этого источника. Однако того количества тепла, которое будет выделяться при сгорании метана, окажется недостаточно для распространения реакции на удаленные от источника высокой температуры участки метановоздушной смеси. Можно сказать, что смеси этой зоны невзврывчаты по одной из трех причин: или в смеси мало метана ( такова, например, смесь 1 ), или в ней мало кислорода ( смесь 2 ), или недостаточно и метана и кислорода ( смесь 3 ). Зона II соответствует взрывчатым смесям. Наиболее сильный взрыв дает, как мы уже знаем, такая смесь, в которой в реакцию вступает весь имеющийся в ней метан и весь кислород. На графике это смесь 4. Зона III соответствует невзрывчатым смесям. Во всех смесях этой зоны количество метана значительно. Оно может быть доже больше, чем содержание метана в смесях II зоны. Тем не менее, смеси III зоны оказываются невзрывчатыми из-за относительного недостатка кислорода. Смеси III зоны потенциально опасны так же как и чистый метан. При их разбавлении воздухом могут получиться взрывчатые смеси. Зона IV соответствует смесям, которые не могут быть получены из метана и воздуха. В лабораторных условиях их можно получить, добавляя в метановоздушные смеси кислород. Температура воспламенения метана обычно составляет 650-. В зависимости от ряда условий ( наличие катализаторов и др. ) она может изменяться. Рис. 1. Смеси метана с воздухом Характерной особенностью метановоздушных смесей является запаздывание воспламенения. Это свойство состоит в том, что при внесении источника воспламенения в метановоздушную смесь воспламенения происходит не сразу, а спустя некоторое время, называемое временем запаздывания. Если источник воспламенения удалить из метановоздушной смеси до истечения времени запаздывания, то воспламенения не произойдет. Свойство запаздывания воспламенения уменьшает, но не устраняет опасность воспламенения метана от случайных источников высокой температуры, действующих непродолжительное время. Взрыв метана в рудничных условиях может явиться тяжелой катастрофой. При взрыве развиваются температуры в С и более. Механическое действие взрывной волны может привести к повреждению крепи и завал выработок, сплющиванию вагонеток и закручиванию рельсов. Кроме того, при взрыве, в особенности если в нем примет участие каменноугольная пыль, образуется большое количество ядовитых газов. Источником метана в шахтах являются угольные пласты и вмещающие породы. Из них метан непрерывно выделяется в рудничные выработки. Количество содержащегося в угле метана может быть довольно большим. Наиболее газоносные пласты угля содержат до 20 – 30 метана в каждом кубическом метре угля. В боковых породах ( в единице объема ) газа в несколько раз ( или даже в десятки раз ) меньше. Но вся толща боковых пород содержит все же очень большие количества метана, вполне сравнимые с количеством метана, содержащегося в угольных пластах. Уголь обладает высокой сорбционной способностью, которая и объясняет возможность содержания больших количеств метана в угле. При сорбции, частным случаем которой является адсорбция, молекулы газа концентрируются на поверхности пор, имеющихся в угле. В сорбированном состоянии газ уже не подчиняется газовым законам. По сути дела это уже и не газ, а вещество, находящееся в жидком или твердом агрегатном состоянии. Количество сорбируемого углем метана тем больше, чем выше давление свободного ( не сорбированного ) метана, находящегося в порах. Обычно в свободном виде в угле содержится 10 – 20 % метана, а в сорбированном 80 – 90 %. Давление свободного газа в угольных пластах достигает несколько десятков атмосфер. Его величину неоднократно устанавливали путем прямых замеров: пробуривали скважины, устье их герметизировали и , спустя некоторое время, в течение которого скважины заполнялись газом под давлением, замеряли давление в скважине. Между сорбированным и свободным газом существует подвижное равновесие. При проведении горной выработки по пласту угля, благодаря значительной газопроницаемости угля, свободный газ начинает выходить из пласта в выработку. Давление свободного газа в угле снижается. Соответственно снижению давления свободного газа, часть молекул метана, находящегося в сорбированном состоянии, преодолевает силы сорбции ( силы притяжения к веществу угля ) и переходит в свободное состояние. Таким образом, в выработку поступает не только газ, находившийся в порах угля в свободном состоянии, но и газ, который был сорбирован, а затем освободился, десорбировался. Источниками выделения метана, кроме разрабатываемого угольного пласта, являются также боковые породы, смежные угольные пласты и отбитый уголь. Источником особого рода могут являться выработанные пространства, в которых со временем накапливаются большие количества газа. При уменьшении атмосферного давления на поверхности происходит соответствующее падение давления воздуха в шахте. При этом из выработанных пространств в действующие шахтные выработки выходит накопившийся там газ. Выделение метана из угля может протекать различным образом. При обыкновенном выделении метан постепенно и относительно равномерно выделяется из мельчайших пор и трещин, имеющих на любой обнаженной поверхности угольного пласта и боковых пород. Интенсивность выделения газа зависит от газопроницаемости массива и имеющегося в его глубине газового давления. При образовании новых обнаженных поверхностей, например при подрубке угля, газовыделение усиливается, а по мере истощения запасов газа в свежеобнаженном угле снова ослабевает. Путем проветривания выработок концентрацию метана поддерживают на допустимом уровне. К числу необычных газовыделений относятся суфлярные выделения и выделения, наблюдаемые при внезапных выбросах угля и газа. При суфлярном выделении метан выходит в выработку из видимого глазом отверстия или трещины сильной струей. Истечение газа может сопровождаться шипящим или свистящим звуком. Количество выделяющегося газа бывает настолько велико, что путем проветривания не всегда удается снизить его концентрацию до допустимой нормы. Приходится подсоединять к месту выделения газа трубы. Присоединение должно быть плотным ( герметичным ). По трубам газ отводится в исходящую струю или прямо на поверхность. Для того, чтобы избежать потери газа при недостаточной герметичности мест присоединения и самого трубопровода, газ лучше отсасывать при помощи вакуумнасосов. Продолжительность бурного выделения газа из суфляра бывает довольно большой и достигает в отдельных случаях нескольких месяцев и даже лет. Выбросы угля и метана относятся к числу наиболее опасных явлений в шахте. Внезапно, без каких-либо видимых причин, из забоя выбрасывается огромное количество газа и масса мелкораздробленного угля. Количество выброшенного угля часто составляет несколько десятков тонн, а иногда сотни и даже тысячи тонн. Выброшенный уголь заполняет прилегающие к очагу выброса выработки. Количество метана, выделяющегося при выбросах, достигает десятков тысяч, а иногда и сотен тысяч кубических метров. Метан вытесняет на некоторое время воздух из ближайших выработок. В них образуется бескислородная атмосфера, непригодная для дыхания. При наличии в шахте источника воспламенения может произойти взрыв метановоздушной смеси. Общее количество метана, выделяющегося в шахте в единицу времени, называют абсолютной метанообильностью шахты. На крупных газовых шахтах абсолютнаяметанообильность может достигать нескольких кубических метров метана в секунду. В большинстве случаев использовать этот газ не удается, так как его концентрация в исходящей струе шахты невысока. По величине абсолютной метанообильности нельзя судить о степени напряженности газовой обстановки на шахте, так как абсолютнаяметанообильность шахты зависит от ее размеров и в одних и тех же горногеологических условиях может быть различной. Для сравнительной оценки опасности шахт по газу введено понятие относительной метанообильности, под которой понимают отношение абсолютной метнообильности к количеству извлекаемой из подземных выработок горной массы. До недавнего времени относительную метанообильность выражали в кубических метрах метана на тонну добываемого угля. Этот способ оказался неудобным для строящихся шахт, на которых добыча угля или еще не начата, или незначительна. Показатели относительной метанообильности оказывались на них весьма высокими, что не соответствовало действительной газовой обстановке. Поэтому относительнуюметанообильность стали выражать также в кубических метрах метана на кубический метр извлекаемой горной массы. Давление шахт на категории по метановыделению показано в табл. 1 Таблица 1 Классификация газовых шахт по относительной метанообильности Для перехода от относительной метанообильности в угля к показателям относительной метанообильности в на вынимаемой горной массы средний объемный вес угля был принят равным 1,4 т/. С учетом этого должно быть понятным, что цифры относительной метанообильности в 5 /т угля и 7 / вынимаемой горной массы соответствуют одинаковому метановыделению. Относительная метанообильность угольных шахт закономерно увеличивается с глубиной разработки. Общие закономерности увеличения газообильности шахт Донбасса, Кузбасса, Карагандинского бассейна и Воркутинского месторождения с глубиной примерно одинаковы. Отдельные же шахты одного и того же бассейна могут иметь при одинаковой глубине горных работ совершенно различную метанообильность. Так, например, в Донбассе относительная метанообильность 20 /г.м. сожет наблюдаться и при глубине порядка 200 м ( при пологом залегании ) и на глубинах около 1000 м ( в наименее газоносных районах ). При известной величине ступени роста относительной метанообильности для конкретного района месторождения или той или иной шахты относительную метанообильность подсчитывают по формуле: где – относительная метанообильность на глубине ; H – глубина, для которой определяется относительная метанообильность, м; – ступень роста относительной метанообильности с глубиной, м/ метана/т угля. Величина ступени роста относительной метанообильности шахт составляет от 5 до 30 – 40 м и более. Линейная зависимость относительной метанообильности от глубины ( 40 – 1 ) удовлетворительно выдерживается до глубин порядка 0,5 км, достигнутых в настоящее время многими угольными шахтами. Теоретически несомненно, что на какой-то глубине, которая, по-видимому, будет достигнута уже в недалеком будущем, линейный закон перестает соответствовать фактическому росту газообильности, которая не может увеличиваться беспредельно.и, наконец, надо полагать, что на определенной, видимо, достаточно большой глубине будет достигнута максимальная газообильность, соответствующая тому максимальному количеству метана, которое образовалось из первичного материала параллельно с образованием самого каменного угля. Для определения абсолютной и относительной метанообильности на действующей шахте измеряют количество воздуха, выходящего из шахты в единицу времени. Набирают пробы этого воздуха и путем химического анализа устанавливают содержание в нем метана. Абсолютная метанообильность подсчитывается по формуле: где J – абсолютная метанообильность шахты, /с; Q – количество воздуха, выходящего из шахты, /с; P – содержание метана в воздухе, %. Относительная метанообильность определяется путем деления абсолютной метанообильности, которую надо выразить в метана в сутки на объем горной массы, извлекаемой за то же время где q – относительная метанообильность шахты, / горной массы; А – объем горной массы, извлекаемой в течение суток, /сут. Величина метановыделения изменяется не только по мере углубления работ. Она существенно колеблется в течение месяца, суток, отдельной рабочей смены и даже в течение более коротких промежутков времени. Причины колебаний могут быть различными. Существенным образом на газовыделение влияют сами производственные процессы. В частности, работа врубовой машины или комбайна, в результате которой образуются свежеобнаженные поверхности угля, насыщенного газом, может увеличивать интенсивность газовыделения в отдельном забое в 2 – 3 раза. Газовыделение увеличивается при взрывных работах. Подвижки кровли, приводящие к частичному раздавливанию угля, также существенно увеличивают газовыделение. Газовыделение возрастает скачкообразно при внезапных выбросах угля и газа, при появлении суфляров. Особо следует сказать о влиянии на величину газовыделения колебаний атмосферного давления, которые совершенно по-разному влияют на выделение метана из нетронутого горного массива и выделение из выработанных пространств. Как известно метан содержится в угле и боковых породах под значительным давлением, измеряемом, обычно, десятками атмосфер. В горные выработки метан поступает под действием этого давления за вычетом давления воздуха в забое. Принимая последнее равным одной атмосфере, приходим к выводу, что метан из глубины угольного пласта движется в горную выработку под действием перепада давления, равного десяткам атмосфер. Именно за счет этого огромного перепада метан преодолевает сопротивление толщи угля и выходит в горную выработку. Вполне очевидно, что те небольшие колебания давления воздуха в забое, которые бывают обусловлены изменениями атмосферного давления на поверхности земли, не могут сколько-нибудь существенно повлиять на величину газовыделения из глубины горного массива. В самом деле, метеорологические наблюдения показывают, что атмосферное давление, составляющее на уровне моря 760 мм рт. ст. изменяется как правило, не более чем на несколько десятков миллиметров ртутного столба, то есть не более чем на 0,03 – 0,05 от этой средней величины. Если принять давление метана в глубине угольного пласта равным 20 ат, а давление воздуха в забое в одном случае 1 ат, в другом 0,95 ат, то перепад давлений под действием которого метан будет выходить из массива, составит, в первом случае 20 – 1 = 19 ат, а во втором 20 – 0,95 = 19,05 ат В процентном выражении 0,05 ат от 19 ат составляет менее 0,3%. Само собой разумеется, что это различие совершенно несущественно. Газовыделение из глубины массива будет в обоих случаях практически одинаковым. Иная картина наблюдается при выделении метана из выработанных пространств. Дело в том, что в выработанных пространствах угольных шахт и после посадки кровли, как правило, сохраняется очень большое количество пустот, в которых неизбежно накапливается метан. Для анализа возникающего при этом положения выполним следующий ориентировочный расчет. Допустим, что на угольной шахте ежегодно добывается 4 миллиона тонн угля. При объемном весе угля 1,4 т/, объем вынутого за год угля составит около 3 ∙ . Пусть шахта работает с такой производительностью 10 лет. Объем вынутого угля за это время 3 ∙ . Допустим, что при посадке кровли, а также за счет оседания поверхности земли из этого объема сохранились хотя бы одна третья часть, т.е. . Выработанные пространства обычно плохо проветриваются. Более того, с целью сокращения потерь воздуха выработанное пространство обычно изолируют от действующих горных выработок перемычками. Поэтому в выработанном пространстве накапливается метан, выделяющийся из рабочего пласта, из боковых пород и из нерабочих ( брошенных ) угольных пластов. Концентрация метана в выработанном пространстве может быть очень высокой. В отдельных случаях там может оказаться почти чистый метан. Его объем равен объему пустот, т.е. в нашем случае В отличие от метана, находящегося в нетронутом горном массиве, метан в выработанном пространстве имеет давление, практически равное давлению воздуха в горных выработках. Несмотря на осуществляемые мера по изоляции, выработанное пространство связано с горными выработками огромным количеством каналов, вполне проходимых для метана и воздуха. Поэтому любое изменение давления воздуха в выработках сопровождается изменением давления газа в выработанном пространстве. Теперь допустим, что давление воздуха в горных выработках, составлявшее первоначально 1 ат, внезапно снизилось хоть бы на 0,01 ат и стало равным 0,99 ат. В выработанном пространстве, как мы подсчитали находится метана и его давление было равно, как и в выработках начнется истечение метана из выработанного пространства в горные выработки. Оно закончится лишь тогда, когда давление в выработанном пространстве снизится, как и в выработках, до 0,99 ат. При этом в выработки выделится метана! (1 – 0,99 ) = 100000 Если атмосферное давление изменялось быстро, то шахта будет буквально «затоплена» метаном, в котором могут задохнуться люди. Кроме того, возникнет опасность взрыва метана. Следует, однако заметить, что изменения атмосферного давления происходят далеко не мгновенно, а концентрация метана в выработанных пространствах бывает, как правило, значительно ниже принятой нами. Поэтому, следя за показаниями барографа, показывающего изменения атмосферного давления, можно или предотвратить опасное загазирование выработок шахты путем усиления их проветривания, или своевременно вывести из шахты рабочих. При высокой метанообильности угольных пластов снижение концентрации метана до допустимых пределов только за счет проветривания становится затруднительным. В таких условиях прибегают к искусственной дегазации. Этот метод борьбы с газом хорош тем, что он не только облегчает вентиляцию шахт, но и позволяет использовать получаемый при дегазации метан для нужд народного хозяйства. Кроме того, предварительная дегазация угольных пластов в значительной мере разрешает проблему борьбы с внезапными выбросами угля и газа, которые являются серьезной помехой при добыче угля. На выбор способа дегазации влияет ряд факторов, в том числе: геологические условия, количество выделяющегося в шахте газа, газопроницаемость угольных пластов и пород, порядок ведения горных работ и др. Наиболее благоприятными геологическими условиями является наличие нескольких разрабатываемых и нерабочих пластов при пологом или наклонном залегании. Газ выделяется в выработки шахты не только из разрабатываемого пласта, но и из соседних пластов, а также из пород, между которыми залегают угольные пласты. При выборе способа дегазации учитывают все эти источники выделения газа. Величина газопроницаемости угольных пластов и боковых пород сильно влияет на интенсивность газовыделения. В нетронутом горными работами массиве газопроницаемость угля и тем более пород обычно бывает незначительной. Из массива, не нарушенного горными работами, как правило, выделяется наибольшее количество газа. Но величину газопроницаемости можно увеличить искусственным путем. Чаще всего для дегазации месторождения из шахтных выработок пробуриваются скважины. Направление скважин выбирается таким, чтобы они пересекали наиболее газоносные и трещиноватые пласты угля и породы. Глубина скважин достигает 50 и более метров, а общее число скважин может составлять несколько десятков или даже сотен. Каждая скважина присоединяется к трубопроводу, из которого газ откачивается насосами, установленными на поверхности. Для увеличения газовыделения при применении дегазации стремятся искусственно увеличить газопроницаемость массива. Отработкой какого-либо из пластов вызывают образование в массиве трещин, по которым газ может уже в больших количествах поступать в скважины или выработки, используемые для дегазации. Важное значение такого искусственного увеличения газопроницаемости подтверждалось неоднократно. Скважины, пробуренные в ненарушенном массиве и дававшие небольшие количества газа, при увеличении трещиноватости массива резко, в сотни и тысяч раз, увеличивали газовыделение. Порядок ведения горных работ при применении дегазации выбирается такой, чтобы скважины или выработки, служащие для извлечения газа, обязательно попадали в зоны интенсивного трещинообразования и чтобы соответствующий период был длительным. Тем самым обеспечивается наибольшая эффективность дагезации. Величина газовыделения из отдельной скважины может достигать 10 /мин и более. Продолжительность активного газовыделения достигает нескольких месяцев, иногда – до года. Затем газовыделение уменьшается. Общее количество газа, выделяющегося из отдельной скважины, составляет сотни тысяч кубических метров с содержанием метана 60 % и более. По калорийности это количество может заменить несколько сотен тонн каменного угля. Иногда для целей дегазации проходят специальные выработки, располагая их выше разрабатываемого пласта, на расстоянии нескольких десятков метров от него. Из выработок для усиления их действия могут быть пробурены скважины. Герметизировать скважины в этом случае не нужно, так как сама дегазационная выработка отделяется от остальных шахтных выработок капитальной герметизирующей перемычкой. Выделяющийся газ отсасывается непосредственно из этой выработки. Применение такого способа позволило получить в одном случае в среднем 7500 газовой смеси с содержанием 70 % метана с 1 пог. м выработки, что свидетельствует о высокой эффективности этого метода. Дегазация месторождений с целью утилизации метана возможна и без проведения специально для этих целей выработок и скважин. Можно просто перекрыть перемычками старые, ненужные для эксплуатационных целей выработки и откачивать из-за перемычек накапливающийся там газ. Этот способ применим после окончания работ на том или ином участке пласта. При ведении работ на данном пласте с газовыделением приходится бороться средствами одной вентиляции. Лишьв дальнейшем, при отработке других, смежных пластов, дегазация с применением этого способа позволяет уменьшить газовыделение в очистные работы и тем самым облегчить условия вентиляции. Общая эффективность дегазации обычно определяется отношением количества извлеченного метана к газовыделею в тех же условиях, но без дегазации. При эффективной системе дегазации этот показатель достигает 0,6 – 0,8. В последнее время, наряду с дегазацией, исследуется возможность использования для борьбы с метаном биохимического метода, основанного на способности некоторых культур бактерий поглощать метан. Путем соответствующего выбора схемы проветривания и порядка ведения горных работ можно добиться перераспределения метановыделения. Так, например, при одновременной разработке двух одинаковых по метаноносности и другим природным условиям сближенных пластов и газообильность их будет одинаковой. Если же сначала отрабатывать один пласт и только спустя значительное время ( несколько месяцев ) – второй, то газовыделение на первом повысится, а на втором снизится за счет дренирования второго пласта горными работами, проводившимися по первому пласту. В зависимости от расстояния между пластами и газопроницаемости пород междупластья из второго пласта может быть сдренировано до 50 % и более метана. В рассмотренном случае перераспределение метановыделения играет скорее всего отрицательную роль, т.к. оно затрудняет отработку первого пласта. С этой точки зрения отработку целесообразно вести одновременно. В том же случае, если метаноносность и ожидаемая газообильность пластов резко различны, предварительная отработка менее газоносного пласта может существенно облегчить борьбу с газом при последующей отработке второго, более газообильного пласта. При отработке отдельного пласта величина газовыделения в очистном забое, которая зачастую ограничивает его производительность, может быть изменена путем выбора той или иной системы разработки и соответствующей схемы проветривания. Так, применение системы разработки длинными столбами, при которой выемочное поле заранее оконтуривается подготовительными и нарезными выработками, позволяет снизить газовыделение при последующем ведении очистных работ. При использовании сплошной системы и отработке прямым ходом част воздуха просачивается через выработанное пространство, в связи с чем метан из выбранного пространства поступает в вентиляционный штрек, минуя очистной забой. Существенное влияние на газовыделение оказывает управление кровлей и другие технологические процессы. Однако применение даже самых действенных методов дегазации и приемов управления газовыделением не может устранить газовыделение полностью. Метан, хотя и в несколько меньших количествах, будет поступать в горные выработки. Его необходимо разбавлять до безопасных концентраций, при которых исключается возможность взрывов. Правилами безопасности установлены следующие допустимые концентрации метана в рудничном воздухе. 1. Место скопление в забоях очистных или подготовительных выработок – 2 % 2. Воздух, поступающий в очистные и подготовительные забои – 0,5 % 3. При ведении взрывных работ – 1 % 4. Исходящая струя отдельного участка – 1 % 5. Исходящая струя шахты – 0,75 % Контроль за содержанием метана осуществляется как путем взятия проб воздуха с последующим их анализом в газоаналитических лабораториях, так и путем использования переносных газоанализаторов, позволяющих установить концентрацию метана непосредственно в забое или горной выработке. В последнее время в качестве переносных газоанализаторов широко применяются оптические приборы, обладающие достаточной точностью и безопасные в обращении. Для создания дополнительной гарантии безопасности в шахтах, опасных по метану, категорически запрещается использование любых источников воспламенения метана. Запрещается открытый огонь, курение, невзрывобезопасное электрооборудование. Ограничивается применение взрывных работ, для которых используются только предохранительные взрывчатые вещества и т. д. Таким образом, если в силу каких-либо причин, несмотря на контроль, концентрация метана возрастет где-то до опасного уровня, то взрыв все равно не должен будет произойти из-за отсутствия источника воспламенения. Учитывая исключительную тяжесть последствия взрывов метана и имеющийся в мировой практике опыт, считается необходимым наряду с указанной двойной гарантией безопасности осуществлять еще и такие мероприятия, которые, если взрыв все же произойдет, ограничивали бы масштаб катастрофы. В этом отношении важен правильный выбор схемы и способа проветривания, в частности, весьма целесообразно проветривание параллельными потоками, при котором вероятность загазирования сразу значительной части выработок уменьшается. При наличии в шахте взрывчатой угольной пыли обязательно устраиваются сланцевые и водяные заслоны, которые исключат распространение взрыва за счет участия в нем взрывчатой пыли. ВОДОРОД Водород ( ) – газ, не имеющий цвета, вкуса и запаха. Удельный вес 0,07. Смеси воздуха с водородом при содержании водорода от 4 % до 74 % - взрывчаты. Температура воспламенения около С. Свойством запаздывая воспламенения смеси водорода не обладают. Водород выделяется из боковых пород и полезного ископаемого на калийных рудниках, реже и в меньших количествах – на угольных шахтах. Образуется при зарядке аккумуляторных батарей. При определении категории шахты выделение 1 водорода считается эквивалентным выделению 2 метана. Концентрация водорода в зарядных камерах не должна превышать 0,5 %. ЭТАН, ПРОПАН И БУТАН Этан называют тяжелыми углеводородами из-за их большего, по сравнению с метан, удельного веса. Все они тяжелее воздуха. С воздухом образуют взрывчатые смеси. Выделяются в незначительных количествах вместе и метаном. В нефтеносных отложениях выделение бывает более интенсивным. АКРОЛЕИН Акролеин ( ) в обычных условиях – легко испаряющаяся жидкость. Удельный вес паров акролеина 1,9. Хорошо растворим в воде. Образуется при работе двигателей внутреннего сгорания. Допустимая концентрация 0,000009 %. Симптомы отравления: головокружение, рвота, боль в желудке. АЛЬДЕГИДЫ Формальдегид ( HCOH ), анисовый альдегид ( ), ацетат-альдегид ( ) и др. – химически близкие соединения, обладающие сильно выраженными ядовитыми свойствами. Образуется при работе двигателей внутреннего сгорания. Симптомы хронического отравления формальдегидом: воспаление слизистой оболочки глаз, насморк, бронхи, головные боли, сердцебиения, бессонница, потеря аппетита, расстройство пищеварения. Допустимая концентрация в воздухе 0,00004 %. Для уменьшения интенсивности выделения альдегидов, также как и акролеина, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания пропускают через специальные фильтры. РАДИОАКТИВНЫЕ ГАЗЫ Радон ( Rn ), торон ( Tn ), актинон ( An ) и др. являются газообразными продуктами распада урановых руд. Все эти газы сами по себе также нестабильны и радиоактивны. Основную опасность представляет их собственное радиоактивное излучение и излучение продуктов распада. Концентрация радиоактивных газов нормируется не в объемных процентах, а в единицах радиоактивности. Для радона установлено максимальное допустимое содержание в воздухе, при котором радиоактивность составляет Кюри/литрю Основным средством борьбы с радиоактивными газами является проветривание.