Розділ 11. Рудникова атмосфера. Способи провітрювання гірничих виробок

 

 

 

Шахтне повітря.

Атмосферне і шахтне повітря

На поверхні землі не виникає проблеми штучного підтримання газового складу повітря, потрібного для життєдіяльності людини, а в підземних умовах суттєвість вентиляції полягає в подачі і розподілі чистого повітря в мережі гірничих виробок та видачі із шахти забрудненого.

Атмосферне повітря – це суміш газів і водяного пару, об’ємна частина яких становить: кисню (О₂) – 20,95 %; вуглекислого газу (СО₂) – 0,03 %; азоту (N₂) – 78,08 %; аргону (Ar), гелію (Не) та ін. газів – 0,94 %. Вміст водяної пари в атмосферному повітрі становить від 0,05 до 4 %.

Постійність хімічного складу атмосферного повітря зумовлена його величезною масою, безперервним перемішуванням мас повітря, взаємним зрівноваженням процесів поглинання і виділення газів, що проходять у природі.

Шахтне повітря – це атмосферне повітря, яке заповнює гірничі виробки і, проходячи по ним, змінює свій хімічний склад в зв’язку з наявністю в виробках процесів окислення вугілля і гірських порід, гниття лісних матеріалів, що застосовуються для кріплення виробок, виділення із вугілля і порід метану, вуглекислого газу і ін. При виконання вибухових робіт утворюється велика кількість газів, які також надходять в атмосферу гірничих виробок. крім того, виробничі процеси в шахті супроводжуються виділенням великої кількості вугільного і породного пилу, який також забруднює повітря.

Тому склад і процентне відношення газів в шахтному повітрі будуть іншими, ніж в атмосферному.

Разом з тим шахтне повітря не повинно значно відрізнятися від атмосферного, оскільки воно може бути не придатним для дихання людини і вибухонебезпечним.

В зв’язку з цим діючі правила безпеки у вугільних шахтах установлюють певні допустимі норми. Вміст кисню О₂ у повітрі діючих гірничих виробок повинен бути не менше 20 % об’єму.

В умовах підземних робіт в разі зниження вмісту кисню до 17 % у людини з’являється задишка, серцебиття, а зниження вмісту кисню до 12 % смертельно небезпечне. Дуже малий вміст кисню зустрічається в старих покинутих виробках, у тупиках непровітрюваних або в слабо провітрюваних виробках, у виробленому просторі.

Основною причиною зменшення вмісту кисню в гірничій атмосфері є його витрати на підтримання процесів окислення та гниття. Невелика кількість кисню витрачається на дихання людей.

Вуглекислий газ – це газ без кольору, із слабокислим запахом і смаком, в шахтну атмосферу надходить головним чином із корисних копалин і бокових порід.

Крім того, він утворюється в шахтах під час процесів окислення (вугілля, лісоматеріалів тощо), розкладення шахтними водами деяких порід (вапняків, мергелю), пожеж і вибухів. другорядними джерелами виділення СО₂ є дихання людей, вибухові роботи.

Виділення СО₂ із вугілля і порід може проходити у вигляді спокійного і рівномірного витікання газу або раптового викиду. Інтенсивність виділення та утворення вуглекислого газу для різних родовищ неоднакова.

Абсолютну кількість вуглекислого газу, який утворюється в шахті, за добу, називають абсолютною вуглекислотобагатістю шахти, а кількість вуглекислого газу, яка приходиться на 1 т середньодобового видобутку, — відносною вуглекислотобагатістю шахти.

За відносною вуглекислотобагатістю шахти розділяють на чотири групи: перша група – виділення СО₂ менше 5 м³/т; друга – від 5 до 10 м³/т; третя – від 10 до 15 м³/т; четверта — більше 15 м³/т.

Правила безпеки вимагають, щоб вміст СО₂ у повітрі не перевищував за об’ємом: у діючих виробках – 0,5 %; у загальному вихідному струмені шахти – 0,75 %; у виробках, проведених по завалу, — 1 %.

Азот – газ фізіологічно нешкідливий, хімічно не активний, дихання і горіння не підтримує. Утворюється під час процесів гниття органічних речовин і вибухових робіт.

Оксид вуглецю (СО) – газ без кольору, смаку і запаху; питома вага відносно повітря 0,97; горить; якщо його концентрація становить від 13 до 75 %, утворює з повітрям вибухову суміш. У воді розчиняється слабо. Цей газ дуже отруйний, утворюється в шахтах під час пожеж, вибухів газу й пилу, вибухових робіт. Згідно з правилами безпеки концентрація СО в гірничій атмосфері має становити 0,0016 % по об’єму.

Сірководень (Н₂S) – газ без кольору, із солодкуватим смаком і запахом тухлих яєць. Газ добре розчиняється у воді, горить і може утворювати з повітрям вибухові суміші. Сірководень дуже отруйний. У шахтах утворюється в процесі гниття дерева та інших органічних речовин, під час розкладу водою сірчаного колчедану, гіпсу, а також під час вибухових робіт. дозволена концентрація сірководню в гірничих виробках становить 0,00066 % по об’єму.

Метан (СН₄) – газ без кольору, запаху і смаку; питома вага відносно повітря 0,55; горить, не отруйний, погано розчиняється у воді. Метан небезпечний внаслідок його вибухових властивостей. Якщо концентрація в атмосфері менше 5 %, метан горить в разі зіткнення із джерелом запалення, а якщо від 5 до 16 % — утворює з повітрям вибухову суміш; якщо більше 16 % — горить спокійним полум’ям за умови відведення повітря до місця горіння.

Загоряння метану в підземних виробках становить велику небезпеку, оскільки горіння може перейти до вибуху, а останній спричинити вибух вугільного пилу.

У вугільних шахтах метан утворюється в процесі перетворення рослинних залишків у вугілля. Дуже часто метан, розміщений в породах, що вміщують вугільні пласти.

Об’єм газу, що виділяється в шахті за добу, називають абсолютною газобагатістю. Розрізняють також відносну газобагатість.

За відносною газобагатістю (м³/т добового видобутку) всі шахти розділяють на п’ять категорій: I категорія – виділення СН₄ менше 5 м³/т; II – від 5 до 10 м³/т; II – від 10 до 15 м³/т; IV – більше 15 м³/т – надкатегорійні шахти, небезпечні по суфлярних виділеннях метану; V – шахти, небезпечні із-за раптового викиду вугілля та газу; шахти з викидами породи.

Згідно з правилами безпеки дозволена концентрація метану в повітрі становить (у відсотках об’єму):

у вибоях очисних і підготовчих виробок – менше 2; у повітрі, що надходить у вибій з інших очисних або підготовчих вибоїв, — не більше 0,5; перед виконанням вибухових робіт – менше 1; у вихідній течії лави – 1; у загальній вихідній течії шахти – не більше 0,75.

За присутності у повітрі 2 % метану роботи в даному вибої припиняються до зниження концентрації до 1 %.

Для створення безпечних і нормальних у санітарно-гігієнічному відношенні умов роботи шахтарів треба постійно провітрювати гірничі виробки.

Поняття про газовий режим

Контроль за складом шахтного повітря.

Газовий режим – це комплекс технічних і організаційних заходів, а також дій всіх працюючих в шахті, направлений на попередження скупчення метану в гірничих виробках, недопущення появи джерел запалювання метану, а також передбачаючий обладнання засобів для локалізації можливого вибуху метану.

Шахти, в яких зареєстровано виділення метану, підлягають переводу їх на газовий режим, що передбачає додаткові вимоги з техніки безпеки, перелік яких встановлюється Правилами безпеки. Ці вимоги відносяться до всіх операцій технологічного процесу і встановлюють особливі норми і правила поведінки працюючих в шахті. Найбільш суворі вимоги до виконання робіт на шахтах із суфлярними виділеннями метану і шахтах, небезпечних за раптовими викидами вугілля, газу і породи.

В залежності від категорії шахти Правила безпеки регламентують хто, де і коли повинен контролювати склад рудничного повітря. Контроль розподіляють на два види – періодичний і постійний. Періодичний контроль здійснюється переносними приладами (ШИ-10, ШИ-11) на місці контролю, або відбиранням проб із наступним їх аналізом в лабораторії. Постійний контроль організовують в місцях, небезпечних по скупченням метану (тупикові і очисні вибої, зони роботи очисних і прохідницьких комбайнів та ін.). Постійний контроль здійснюється за допомогою спеціальних переносних (Сигнал-2), або стаціонарних приладів і апаратів безперервної дії (комплекс «Метан»).

В шахтах III категорії по газу, надкатегорійних і небезпечних по раптових викидах контроль за концентрацією метану переносними автоматичними приладами здійснюється:

в привибійному просторі тупикових виробок;

в місцях роботи людей в виробках з вихідним струменем повітря на пластах, небезпечних за раптовими викидами і суфлярними виділеннями метану;

біля виїмкових машин на дільницях з абсолютною метанобагатістю 3 м³/хв і більше, а на пластах небезпечних за раптовими викидами або суфлярними виділеннями, — незалежно від абсолютної метанобагатості;

на електровозах.

Згідно з вимогами ПБ на вищеназваних шахтах передбачається також безперервний автоматичний контроль за метаном в найбільш газонебезпечних місцях шахтної вентиляційної мережі за допомогою комплексу апаратури «Метан», який також здійснює видачу сигналу на автоматичне відключення електроенергії на дільниці, яка контролюється, якщо концентрація метану на ній досягла гранично допустимої величини.

Вимоги газового режиму враховуються при розробці проектів і паспортів ведення гірничих робіт, посадових інструкцій, а також при складанні планів покращення умов і охорони праці. Нагляд за виконанням вимог газового режиму здійснюють відомчі служби охорони праці і державні органи нагляду за охороною праці.

Шахтний пил

Під пилом розуміють сукупність тонкодисперсних твердих часток органічного або мінерального походження.

В гірничих виробках пил утворюється при відділенні вугілля й породи від масиву, а також транспортуванні гірничої маси. Пил різного мінерального складу придає збільшення забрудненості шахтної атмосфери, нерідко значно перевищуючу гранично допустиму концентрацію. Наявність пилу в шахтному повітрі небажано за двома причинами.

По-перше, він шкідливий для здоров’я людини. По-друге, пил деяких корисних копалин (наприклад, кам’яного вугілля або сульфідних руд), знаходячись у зваженому стані, може створювати з повітрям вибухову суміш.

Виробничий пил за дією на організм людини поділяють на отруйний (свинцевий, ртутний та ін.) і неотрутний (вугільний, породний та ін.). Вражаюча дія пилу визначається дисперсністю (розміром часток пилу), їх формою та твердістю, волокнистістю, питомою поверхнею. Шкідливість неотруйного вугільного і породного пилу обумовлена здатністю викликати професійні захворювання легень – пневмоконіози. Пневмоконіоз, викликаний вдиханням запиленого повітря, що вміщує вільний двоокис кремнію називають силікозом, а вміщуючого вугільний пил – антракозом.

Згідно з діючими санітарними нормами запиленість повітря в підземних виробках не повинна перевищувати 1 мг/м³, якщо в породному пилу не більше 70 % вільного двооксиду кремнію (SiО2); 2 мг/м³ при 10-70 % вільного двооксиду кремнію; 4 мг/м³, якщо у вугільному пилу до 10 % вільного двооксиду кремнію і 10 мг/м³ при вугільному пилу, що не вміщує вільний двооксид кремнію. якщо неможливо забезпечити ці норми, то робітники повинні працювати в протипилових респіраторах.

Вибуховість вугільного пилу залежить від вмісту в ньому летучих речовин, зольності, вологості, тонкості і концентрації пилу. Вибуховим вважається вугільний пил, який вміщує більше 10 % летучих, має зольність і вологість менше 40 %, розмір часток менше 0,1 мм і концентрація його 10-3000 г/м³. Для визначення вибуховості пилу, вугілля кожного пласта, який розробляється, піддають спеціальним дослідженням за допомогою приладів ПКО-1 або ПКО-1М.

Небезпека виникнення вибуху утворюється при наступних умовах: наявності в повітрі вибухонебезпечної концентрації пилу, а також осівшого в виробці; скупченні метану, який знижує межу вибухової концентрації пилу; наявності потенційного джерела запалювання пилогазової суміші.

Безпосередніми причинами вибуху вугільного пилу є відкрите полум’я, спалах або вибух газу, вибухові роботи, несправність в електричних мережах чи устаткуваннях і т. ін.

Для боротьби з вугільним пилом на всіх шахтах здійснюються заходи по комплексному обезпилюванні згідно з паспортами протипилових заходів, які затверджуються головним інженером шахти. До таких заходів відносяться:

використання машин, які забезпечують мінімальне пилоутворення під час видобутку вугілля;

передчасне зволоження вугільного пласта;

зрошення місць пилоутворення і пилу, який осів;

ефективне провітрювання виробок;

періодична очистка від пилу відкаточних і вентиляційних виробок;

розташування скіпових підйомів в стволах з вихідним повітряним струменем.

До заходів, які перешкоджають виникненню джерел запалювання пилу відносяться:

використання запобіжних ВР, засобів підривання; вибухонебезпечного електрообладнання;

заборону відкритого вогню і паління.

До заходів по локалізації або подавленню вибухів пилу відносяться сланцювання виробок і застосування сланцевих заслонів. Сланцювання виробок – це штучне підвищення зольності пилу, який розташувався на поверхні виробок, за рахунок добавлення до нього стандартного інертного пилу, виготовленого із вапняку і глинистого сланцю. Використання інертного пилу засновано на охолоджуючій дії за рахунок витрати теплової енергії на нагрівання інертного пилу.

Зволожування вугільного масиву здійснюється шляхом нагнітання води і розчинів змочувачів у вугільний пласт під тиском.

Зрошування джерел пилоутворення здійснюється шляхом подачі води в зону руйнування масиву, чи на навантажувально-перевантажувальні пункти.

Пиловибухозахист гірничих виробок здійснюється шляхом побілки і мокрого протирання виробок, зв’язування пилу змочувально-зв’язуючими речовинами, створення у виробках водяних чи туманостворюючих завіс із тонкодиспергованої води.