Метан и его свойства, виды выделения

Метан (СН ₄) – газ без вкуса, цвета, запаха. Почти в 2 раза легче воздуха (его плотность по отношению к воздуху равна 0,55). В небольших количествах метан безвреден. Но повышение его содержания в воздухе опасно из-за уменьшения содержания кислорода, вытесняемого метаном. При содержании в воздухе 50-80 % метана и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость.

Главная опасность метана состоит в том, что он с воздухом создает горючие и взрывчатые смеси.

Температура воспламенения метана 650-750^оС. Она зависит от содержания СН ₄ в воздухе, состава и давления воздуха, а также источника воспламенения. При содержании метана в воздухе до 5 % он горит около источника тепла, 5-14 % взрывается, более 14 % не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при притоке кислорода извне. Сила взрыва зависит от количества участвующего в нем метана. Взрыв имеет максимальную силу при содержании в воздухе 9,5 % СН ₄. При бóльшем содержании часть его остается несгоревшей из-за недостатка кислорода. Наиболее легко взрывается метано-воздушная смесь, содержащая 7-8 % метана.

Воспламенение метана происходит через некоторое время после возникновения контакта с источником тепла. Это время называется индукционным периодом, его продолжительность быстро уменьшается при повышении температуры воспламенения и незначительно увеличивается при увеличении содержания СН ₄ в воздухе (диапазон этого периода колеблется от 0,039 сек  при содержании СН ₄ 6 % и температуре воспламенения 1075^оС до 1,64 сек при содержании СН₄ 12 % и температуре  воспламенения 775^о).

78

В шахтах метан выделяется с обнаженных поверхностей метано-содержащих пород, угля и руды, из отбитого угля и руды, из выработанного пространства.

Различают следующие виды выделения метана в шахтах.

1 Обыкновенное выделение, оно происходит с обнаженных поверхностей угля, руды, породы через мелкие (невидимые) трещины и возрастает с увеличением газоносности и газопроницаемости полезного ископаемого и пород.

Газовыделения также наблюдаются из отбитого угля (руды) при отделении из массива и погрузке, но их газоносность небольшая.

2 Суфлярное выделение, когда метан выделяется из крупных (видимых) трещин и пустот в горном массиве. Их дебит может достигать десятков тысяч м³ в сутки, а продолжительность действия – нескольких лет. Они опасны неожиданностью своего проявления. Часто встречаются в зонах геологических нарушений.

3 Внезапные выбросы, при которых из пласта в выработку за короткое время выделяется большое количество газа и выбрасывается большое количество угольной (рудной), а иногда и породной мелочи. В пласте и кровле образуются  пустоты больших размеров. Количество выделяемого СН₄ достигает 150 тыс. м³ и более, а горной массы – 15,5 тыс. т. Внезапные выбросы чаще происходят при пересечении зон геологических нарушений и на больших глубинах, где развивается высокое горное давление.

  5.6 Газовый и пылевой режимы в подземных выработках. Установление категории угольных шахт по газу

 

Газовый режим

 

Из всех встречающихся в шахтной атмосфере газов наибольшую опасность в большинстве случаев представляет метан (СН₄) с небольшой примесью других углеводородов, так как он в смеси с воздухом горит, а при концентрации 5-14 % взрывается (смотри раздел 5.5.).

Взрыв газа представляет большую опасность для людей и всей шахты в целом, поэтому на шахтах, в которых наблюдается выделение метана, устанавливается специальный газовый режим, предусматривающий ряд требований, направленных на обеспечение безопасности работ.

Эти требования, в основном, сводятся к снижению содержания метана в воздухе и к исключению возможности воспламенения газа. Поэтому в шахты, опасные по газу (газовые шахты), подается значительно больше воздуха, чем в негазовые.

79

При повышении содержания метана в выработке до предельно-допустимой концентрации (ПДК) необходимо прекратить работу, удалить

всех рабочих из забоя и выключить электрический ток; работы в этой выработке могут быть возобновлены только после соответствующего проветривания и снижения содержания метана до установленных норм.

Для определения процентного содержания метана применяют специальные газоопределители и шахтные интерферометры.

Для предотвращения воспламенения метана в газовых шахтах запрещено применение открытого огня; категорические запрещается курение; применяют взрывобезопасное оборудование. Кроме того, в газовых шахтах введены особые требования при ведении взрывных работ.

 

Пылевой режим

 

При работе горных машин, транспортировании, перегрузках часть добытой руды измельчается и превращается в пыль, взвешенную в воздухе.

Наличие пыли ухудшает санитарно-гигиенические условия труда, так как при вдыхании пыль попадает в легкие. Это может привести к серьезным заболеваниям дыхательных путей.

Пыль осаждается на машинах и механизмах, вызывает их коррозию. Коррозирующее действие соляной пыли особенно активно проявляется при повышенной влажности воздуха. Металлические конструкции покрываются ржавчиной и постепенно разъедаются ею; бетон и железобетон расслаиваются и разрушаются.

Кроме того, например, угольная пыль в зависимости от ее количества, взвешенного в воздухе, может обладать взрывчатыми свойствами. Взрывчатые свойства угольной пыли зависят как от ее свойств, так и от количества пыли, взвешенной в воздухе. Пыль является взрывчатой при содержании ее от  30-40 до 1500-2000 г на 1 м³ воздуха. Во взрыве принимает участие вся пыль, начиная от мельчайшей (до 0,75-1 мм в поперечнике). Носителем взрывчатых свойств является только тонкая, бархатистая на ощупь пыль, с размерами частиц менее 0,1 мм.

При проходке выработок санитарная норма породной пыли в воздухе, содержащей более 10 % свободного кремнезема (S_iO₂), cоставляет 2 мг/м³, для пыли других минералов она выше, но не более 10 мг/м³.

Для Старобинского месторождения «Правилами по обеспечению промышленной безопасности …» установлены ПДК пыли в воздухе на рабочих местах (таблица 5.1).

80

С учетом большой опасности, которую представляет пыль для людей, на шахтах и рудниках существует пылевой режим, который предусматривает мероприятия по борьбе с запыленностью воздуха, включающие, в основном:

 

 

Таблица 5.1 – Предельно-допустимые концентрации пыли (ПДК)

В воздухе на рабочих местах

 

Наименование пыли	Максимально-разовая ПДК, мг/м^3
Пыль сильвинита	5
Пыль полиминеральной калийной руды с содержанием содержанием SiO2 до 10 %	5
Пыль натрия хлорида	5
Пыль минералов, содержащая до 10 % свободной SiO2	4
Пыль минералов, содержащая от 10 % до 70 % свободной SiO2	2
Пыль цемента, глин, минералов и их примесей, не содержащая свободной SiO2	6

 

1 – проветривание выработок в процессе их проведения вентиляторами местного проветривания (ВМП);

2 – установку на проходческих комбайнах пылеотсасывающих вентиляторов;

3 – бурение шпуров с промывкой водой или водой с добавкой специальных смачивателей;

4 – сухое пылеулавливание при бурении шпуров, разгрузке вагонеток в опрокидывателях и др.;

5 – орошение (увлажнение пыли) мест интенсивного пылеобразования;

6 – нагнетание воды в массив угля перед его выемкой.