 |
6. Вентиляция, водоотлив, освещение, подземные пожары и горноспасательное дело
|
|
|
|
6. ВЕНТИЛЯЦИЯ, ВОДООТЛИВ, ОСВЕЩЕНИЕ, ПОДЗЕМНЫЕ ПОЖАРЫ И ГОРНОСПАСАТЕЛЬНОЕ ДЕЛО
6. 1. Рудничная атмосфера и количество воздуха, необходимое для проветривания рудника
Сухой атмосферный воздух при нормальном давлении содержит по объему около 78 % азота, 21 % кислорода и 1 % других (преимущественно инертных) газов. В числе последних 0, 03 % углекислого газа. В состав атмосферного воздуха входят также водяные пары (от 0, 1 до 7, 5 %). Плотность воздуха 1, 29 кг/м3. Атмосферный воздух, поступая в подземные выработки, насыщается другими газами (оксидом углерода, метаном, сернистым газом и др. ) и пылью, что приводит к изменению содержания в нем различных газов, в том числе кислорода. Изменяется и давление воздуха. В глубоких шахтах давление может достигать 0, 113 МПа, а
температура 30 °С и выше. Воздух, заполняющий горные выработки, называется рудничным. Его называют свежим, если его состав существенно не отличается от атмосферного. К нему относят воздух, поступающий в подземные выработки до забоев и рабочих мест. Воздух, прошедший объекты проветривания и насыщенный вредными газами и пылью, называют загрязненным (отработанным). Рассмотрим главные составные части рудничного воздуха.
К и с л о р о д (О2) — газ без цвета, запаха и вкуса, его плотность 1, 43 кг/м3. В высокогорных районах вследствие низкого давления воздуха кровь человека недостаточно
насыщается кислородом, возникает кислородное голодание. Потребление кислорода человеком зависит от интенсивности выполняемой им работы и составляет от 1 до 3, 5 л/мин.
Снижение содержания кислорода до 17—18 % вызывает одышку и учащенное сердцебиение, до 12 % приводит к обморочному состоянию, которое может закончиться смертельным исходом. Согласно правилам безопасности содержание кислорода в рудничном воздухе должно быть не ниже 20 %. Уменьшение содержания кислорода в рудничной атмосфере происходит вследствие окисления полезного ископаемого, древесины, работы двигателей внутреннего сгорания, повышения содержания других газов. 234
|
|
|
А з о т (N2) — газ без цвета, запаха и вкуса, его плотность 1, 25 кг/м3. Азот химически инертен, но при высоких температурах (например, при ведении взрывных работ и др. )
окисляется, образуя ядовитые газы. Дополнительными источниками его поступления в рудничный воздух являются взрывные работы и выделения из горных пород. Содержание азота в рудничной атмосфере не нормируется, но повышение его концентрации приводит к снижению концентрации кислорода.
У г л е к и с л ы й га з, или диоксид углерода (СО2) — бесцветный газ, имеющий слегка кисловатый запах и вкус, его плотность 1, 96 кг/м3, Так как он тяжелее воздуха, то скапливается у почвы выработок. При повышении его концентрации до 5 % учащается дыхание и наступает
одышка, при 10 % — наступает обморочное состояние. При дальнейшем повышении концентрации человеку угрожает смерть. По правилам безопасности концентрация углекислого газа у рабочих мест не должна превышать 0, 5 %, а в исходящей струе — 0, 75 %.
Концентрация углекислого газа повышается вследствие взрывных работ, пожаров, работы двигателей внутреннего сгорания, гниения органических веществ, выделения из горных пород.
О к с и д у г л е р о д а (СО) — газ без цвета, запаха и вкуса, его плотность 1, 25 кг/м3; он
сильно ядовит. По сравнению с кислородом в 300 раз активнее соединяется с гемоглобином крови, в результате чего кровь теряет способность поглощать кислород. Способен вызывать легкое отравление при концентрации 0, 02— 0, 05 %. При концентрации оксида углерода в воздухе 1 % смерть наступает после нескольких вдохов. Предельно допустимая его концентрация 0, 0017 %. Газ несколько легче воздуха, поэтому скапливается в верхних частях выработок. Образуется при взрывных работах, пожарах, работе двигателей внутреннего сгорания.
|
|
|
Д и о к с и д а з о т а (NO2) — газ красно-бурого цвета с резким запахом, его плотность 2, 06 кг/м3. Он вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и органов дыхания, удушающий кашель, в тяжелых случаях — отек легких, наступающий не сразу, а через 4—30 ч после
вдыхания. При концентрации 0, 025 % отравление наступет немедленно. Наряду с диоксидом азота при взрывных работах образуются другие оксиды (NO, N2O). Максимально допустимая концентрация оксидов азота в пересчете на NO2 равна 0, 00026 %, а на N2O5 — 0, 0001 %.
Диоксид серы или сернистый газ (SO2) — бесцветный с раздражающим запахом горящей серы плотностью 2, 86 кг/м3. Образуется при взрывных работах, окислении или горении сульфидных руд. Вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, отек
легких. Предельно допустимое его содержание в воздухе 0, 00038 %.
С е р о в о д о р о д (H2S) — бесцветный, с неприятным запахом газ, ощутимым при концентрации 0, 0001 %. При длительном вдыхании угнетающе действует на органы обоняния, вследствие чего запах его не ощущается. Вызывает сильные головные боли, рвоту, заболевание печени и легких. Образуется при взрывных работах, гниении органических веществ, горении огнепроводного шнура. Максимально допустимое содержание в воздухе 0, 00071 %.
Допуск людей в забой разрешается при концентрации вредных газов в пересчете на условный оксид углерода 0, 008 % при условии дальнейшего проветривания и снижения их концентрации в течение 2 ч до указанных выше предельных норм.
А к р о л е и н (СН2СНСОН) и ф о р м а л ь д е г и д (НСОН) — ядовитые продукты, содержащиеся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. Максимально допустимая концентрация акролеина 0, 000009 %, формальдегида 0, 00004 %.
М е т а н (СН4) — горючий газ без цвета, запаха и вкуса, легче воздуха (плотность 0, 72 кг/м3). Выделяется при разложении органических веществ без доступа кислорода. Особенно большие его выделения наблюдаются в угольных шахтах, меньшие — в калийных. Смесь метана с
|
|
|
воздухом воспламеняется при температуре около 600 °С. При концентрации его в воздухе до 5 % сгорает голубым пламенем, при концентрации 5—16 % взрывается, при большей концентрации из-за недостатка кислорода не горит и не взрывается. При взрыве метана выделяется большая энергия, температура достигает 2500 °С, возникающая при этом ударная воздушная волна наносит большие повреждения в выработках.
Максимально допустимая концентрация метана в струе, исходящей из забоев, 1 %, а в общешахтной исходящей струе 0, 75 %.
По количеству выделяющихся горючих газов (метан и водород) шахты делятся на четыре категории по газообильности. К шахтам IV категории (сверхкатегорным) относят шахты, в которых на 1 м3 добытой горной массы выделяется более 21 м3 горючих газов в пересчете на метан (1 м3 водорода эквивалентен 2 м3 метана).
В шахтах, опасных по метану, установлен специальный газовый режим, проводятся мероприятия по уменьшению содержания метана в рудничном воздухе и исключению его воспламенения и взрыва.
В результате буровых и взрывных работ, погрузки и разгрузки породы в шахте (и в карьере) образуется много пыли. Значительная часть ее оседает на почву и стенки гЪрных выработок, но самые мелкие частицы (0, 5—1 мкм и менее) длительное время находятся в воздухе во взвешенном состоянии.
Рудничная пыль является причиной профессиональных заболеваний, называемых п н е в м о к о н и о з а м и. Различают силикоз — заболевание от пыли, содержащей диоксид кремния SiO2, асбестоз — заболевание от асбестовой пыли, антракоз — заболевание от угольной пыли и др. Наиболее опасен силикоз, вызывающий в тяжелой стадии сильную одышку и кашель с выделением мокроты и крови, расстройство сердечной и легочной деятельности. Еще более опасна пыль, содержащая ядовитые вещества (мышьяк, ртуть, свинец и др. ), вдыхание которых вызывает заболевания центральной нервной системы и других органов.
Нормы запыленности воздуха в забоях устанавливаются в зависимости от вредности пыли. Например, при содержании в разрабатываемых породах свободного диоксида кремния более 70 % допустима запыленность не выше 1 мг пыли в 1 м3 воздуха, при содержании диоксида кремния 10—70 % — не более 2 мг/м3. Если минеральная пыль не содержит свободного диоксида кремния или токсических веществ, норма запыленности повышается до 10 мг/м3.
|
|
|
Пыль горючих веществ (угольная, сульфидная, серная и др. ) при определенной концентрации является взрывоопасной. Сульфидная пыль взрывается при температуре 340— 590°С, угольная— при температуре 650°С и выше. Взрыв пыли опасен как воздушной ударной волной, так и образованием ядовитых газов, а также возможностью возникновения пожаров.
Правила безопасности требуют создания определенных климатических условий в шахтах: температуры и влажности воздуха, скорости движения вентиляционной струи.
Нагревание воздуха в шахте происходит в результате его сжатия при подаче по стволу (на
1°С на каждые 100 м), теплопередачи от горных пород, тепловыделения от действующих машин и механизмов, из-за взрывных работ, окислительных процессов в горных породах. Максимальная температура рудничного воздуха не должна превышать 26 °С. В зимнее время для предотвращения обмерзания выработок подаваемый в шахту воздух должен быть подогрет не менее чем до 2 °С.
Влажность рудничного воздуха влияет на теплообмен организма человека. Сухим считается воздух с относительной влажностью менее 60 %, умеренно влажным — 60—80 % и сильно влажным — более 80 %.
Скорость движения воздуха должна обеспечивать комфортные условия для работающих. Высокая его скорость оказывает повышенное охлаждающее действие на организм человека и увеличивает запыленность из-за взвихрения осевшей пыли. При недостаточной скорости воздуха уменьшается теплоотдача организма человека и не обеспечивается должный вынос вредных газов и дисперсной пыли. Минимальная скорость движения воздушной струи установлена при температуре 20 °С в очистных забоях 0, 25 м/с, в подготовительных — 0, 15 м/с, максимальная скорость в очистных и подготовительных выработках 4 м/с, в главных откаточных выработках и стволах для спуска людей — 8 м/с.
Контроль состава рудничного воздуха осуществляют химико-аналитическим методом и экспресс-методом. В первом случае в шахте берут пробы воздуха, которые подвергают анализу в химической лаборатории. Этот метод точен, но требует значительного времени. Экспресс-метод основан на использовании переносных приборов — газоанализаторов, позволяющих получить результаты сразу во время измерения непосредственно в месте взятия пробы.
В горнорудной промышленности применяется химический газоопределитель ГХ-4 (рис. 6. 1). Он сострит из комплекта стеклянных индикаторных трубок / на различные газы и мехового аспиратора 2, с помощью которого продувают воздух через трубки. При пропускании через трубку анализируемого воздуха изменяется окраска реактива, находящегося в трубке. Концентрацию газа определяют по длине столбика окрашенного реактива и объему воздуха, пропущенного через трубки. При одном ходе мехов через трубку проходит 100 мл воздуха.
|
|
|
Рис. 6. 1. Химический газоопределитель ГХ-4
Основной метод определения запыленности воздуха — весовой, при котором определенный объем воздуха с помощью аспиратора пропускают через фильтр. Разницу в массе фильтра после и до пропускания воздуха делят на объем воздуха, прошедшего через фильтр, получая концентрацию пыли в мг/м3.
Скорость движения воздуха в выработках определяют анемометрами: крыльчатым (для скорости 0, 1—5 м/с) и чашечным (для скорости 1—30 м/с).
Для измерения относительной влажности воздуха служат аспирационные психрометры и таблицы к ним.
Степень охлаждающего действия рудничной атмосферы зависит от совокупного воздействия на человеческий организм температуры, скорости движения воздуха и его влажности. Ее определяют с помощью номограмм прибором кататермометром.
Нормальный состав рудничной атмосферы и нормальные климатические условия в шахтах обеспечиваются вентиляцией, т. е. непрерывной подачей в подземные выработки достаточного количества свежего воздуха и удаления из них загрязненного.
Количество воздуха (м3/мин), необходимое для проветривания рудника, устанавливают по нескольким факторам:
наибольшему числу людей, находящихся в шахте. При расчете по этому фактору принимают норму воздуха на одного подземного рабочего 6 м3/мин;
расходу ВВ (приближенно) —
Q = 500 A / t
где А — максимальное количество одновременно взрываемого ВВ, кг; t — продолжительность проветривания, мин (продолжительность проветривания составляет от 20—30 мин при мелкошпуровой отбойке до 8—20 ч при массовых взрывах);
количеству непрерывно выделяющихся, газов (метана, углекислого газа) —
Q = V / (14, 4c)
где V — общее количество газа, выделяющегося в шахте за сутки, м3; с — допустимое содержание этого газа в исходящей струе, %.
Потребное количество воздуха подсчитывают также по условиям выноса пыли, снижения температуры в выработках и др. Как необходимое принимают наибольшее количество воздуха, полученное по одному из расчетов. Расчетное количество воздуха увеличивают в 1, 2—1, 4 раза с учетом возможных утечек его при движении от главного ствола к вентиляционному (через обрушенные породы и др. ).
|
|
|
