Аэрология горных предприятий

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

М.Ю. Лискова, И.С. Наумов

АЭРОЛОГИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2016

1

УДК 622.4 Л 63

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент А.Г. Исаевич (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук, доцент А.В. Николаев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Лискова, М.Ю.

Л 63 Аэрология горных предприятий : учеб.-метод. пособие / М.Ю. Лискова, И.С. Наумов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – 74 с.

ISBN 978-5-398-01313-9

Приведены общие сведения о методах исследования рудничного

Предназначено для студентов очной формы обучения по специальности 140604.65 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

УДК 622.4

2

3

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время интенсивно развивается горная промышленность: существующие рудники увеличивают свои мощности, прирезаются новые участки, активно проектируются и строятся новые рудники. В связи с этим задача создания технологий и условий труда, обеспечивающих высокую эффективность и безопасность горного производства, является весьма актуальной. Поэтому рудничная аэрология занимает и будет занимать весьма ответственное место в производственных процессах добычи полезных ископаемых.

Успешное осуществление всех технологических процессов, связанных с добычей полезных ископаемых, а также создание нормальных санитарно-гигиенических и безопасных условий в подземных выработках в значительной мере зависит от правильной организации проветривания на основе современных методов и средств.

Горные инженеры нынешнего поколения должны всегда помнить, что в практике ведения горных работ нет мелочей и излишняя предосторожность – гарант предотвращения катастроф. Будущие горные инженеры должны не только знать технику проветривания рудников и шахт, но и уметь производить инженерные расчеты по вентиляции.

Рудничная аэрология – это отрасль горной науки, изучающая свойства рудничной атмосферы, законы движения воздуха, перенос его газообразных примесей, пыли и тепла в горных выработках и в прилегающем к выработкам массиве горных пород.

Рудничный воздух – это смесь различных газов и паров, заполняющих подземные выработки. Эта смесь включает и постоянные составляющие атмосферного воздуха, который поступает в рудник с земной поверхности и подвергается в горных выработках различным изменениям в своем составе. Если изменения незначительные и рудничный воздух мало отличается от атмосферного, то его назы-

вают свежим (свежая струя), в остальных случаях – испорченным или отработанным (исходящая струя).

4

При изучении дисциплины студент должен овладеть научными основами аэрологии горных предприятий, изучить аппаратуру контроля и управления рудничной вентиляцией, а также структуру и организацию работы службы вентиляции шахт.

В ходе изучения дисциплины студенты должны выполнить пять лабораторных работ. Первые три работы предполагают опрос по изложенным темам, по двум последним необходимо представить письменный отчет.

По окончании изучения курса выполняются тестовые задания, помещенные в последней части пособия.

5

1. КОНТРОЛЬ СОСТАВА РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ

Цель работы – изучение методов отбора проб рудничного воздуха и принципов работы газоанализаторов.

Контроль соответствия состава шахтного воздуха нормативам Правил безопасности [3] заключается в плановом отборе проб рудничного воздуха в установленных местах и последующем его химическом анализе. Кроме того, содержание различных газов в воздухе определяется повседневно с помощью переносных газоанализаторов.

1.1. Методы отбора проб рудничного воздуха

Для профилактического контроля состава рудничной атмосферы обычно берут пробу воздуха на рабочем месте. Хотя эта проба и не будет отражать средний состав воздуха в выработке, однако она зафиксирует ту среду, в которой придется работать человеку. Чаще всего рабочим местом является пространство на расстоянии 1–3 м от груди забоя, купол (забой) восстающих выработок в проходке и т.п.

Набор средней пробы на рабочем месте может быть осуществлен перемещением сосуда, в который набирается исследуемый воздух, или прибора зигзагообразно от почвы к кровле и обратно, как

а б показано на рис. 1.1, а. Однако наиболее предста-

вительная проба может быть получена при перемещении сосуда по спирали (рис. 1.1, б). Объясняется это тем, что при

зигзагообразном перемещении сосуда отдельные отрезки дуг в сумме всегда будут меньшей протяженности, чем дуга спирали (у потолочины или у почвы выработки). Это и обеспечивает более равномер-

6

ное взятие пробы там, где состав рудничного воздуха оказывается наиболее неравномерным.

Для предотвращения попадания в пробу выдыхаемого воздуха пробоотборщик должен в процессе набора пробы становиться против вентиляционной струи и держать сосуд в вытянутой руке.

Существуют следующие способы набора газовых проб:

а) способ, основанный на вытеснении воды воздухом («мокрый» способ);

б) набор газовых проб продуванием; в) вакуумный (вакуумно-химический) способ;

г) набор проб закачиванием воздуха в резиновые камеры. «Мокрый» способ заключается в следующем: берется сосуд

(обычная бутылка с хорошо пригнанной резиновой пробкой), который заполняется обычной водопроводной водой под самую пробку, чтобы не было видно пузырьков воздуха. При наборе пробы вода выливается из сосуда, а пространство внутри его заполняется исследуемым воздухом. Чтобы проба воздуха, набранная в сосуд, была надежно изолирована от окружающего воздуха, сосуд перевозят опрокинутым с оставленным над пробкой водным слоем 5–10 мм, который является дополнительным гидравлическим затвором. Хранение проб, как и транспортирование, осуществляется в опрокинутых сосудах (бутылках).

«Мокрый» способ применяется для отбора проб на газы, которые плохо растворяются в воде. К ним относятся метан (СН4), водород (Н2), оксид углерода (СО), кислород (О2) и отчасти углекислый газ (СО2). Если пробы отбираются на углекислый газ, сосуды следует заполнять насыщенным раствором поваренной соли, который при наборе проб собирается в отдельную посуду для повторного использования. Заполнять сосуды, предназначенные для набора проб воздуха на углекислый газ, обычной водопроводной водой не рекомендуется, так как это приводит к появлению ошибки в анализе (в сторону небольшого занижения результатов) за счет растворения углекислого газа в капельках воды на стенках сосуда и в слое воды над пробкой.

7

Набор газовых проб продувкой заключается в том, что воздух из сосуда принудительно вытесняется исследуемой пробой. Для набора проб чаще всего применяют сухие стеклянные пипетки с притертыми кранами с двух сторон или

эжектору, насосу, груше). Для полного вытеснения находящегося в сосуде воздуха достаточно через него пропустить рудничный воздух в объеме, превышающем объем сосуда в 10–12 раз. После набора пробы краны пипетки (трубки бутылки) закрываются и сосуды с пробами доставляются в химическую лабораторию. Данный метод может быть применен для любых газов.

Вакуумно-химический способ отбора проб заключается в том, что в сосуд или обычную бутылку (рис. 1.2, б), снабженную хорошо пригнанной резиновой пробкой 4 с отверстием, в которое вставляется прочная стеклянная трубочка 3, на наружный конец которой надевается резиновая трубка 2, закрывающаяся стеклянной палочкой 1 или металлическим зажимом, наливается небольшой объем реагента 5, химически связывающего определенный газ (компонент). Из снаряженной бутылки откачивается воздух в лаборатории, и она выдается для набора проб пробоотборщику. В месте отбора пробы пробоотборщик, держа сосуд в правой руке и пережав пальцами рези-

8

новую трубку, левой рукой достает из трубки стеклянную палочку. Постепенно разжимая резиновую трубку, набирает исследуемый воздух по сечению выработки. После набора пробы резиновая трубка закрывается стеклянной палочкой, и проба доставляется в лабораторию.

Вакуумно-химическим способом набирают пробы воздуха на такие газы, как окислы азота (оксид и диоксид), сероводород, сернистый газ, альдегиды и др. Этот способ незаменим в тех случаях, когда последующее определение поглощенного компонента выполняется каким-нибудь восприимчивым методом – калориметрическим, полярографическим, спектральным и т.д.

Метод закачивания в резиновые камеры заключается в том, что в обычные резиновые волейбольные (футбольные) камеры с помощью насоса или резиновой груши закачивается исследуемый воздух. Отбор проб воздуха этим способом может быть произведен для всех газов, однако необходимо помнить, что такие газы, как водород и метан, диффундируют (проходят) через резину.

1.2. Газоанализаторы

Для определения состава рудничной атмосферы пользуются приборами, которые называются газоанализаторами. По принципу действия эти приборы контроля рудничной атмосферы делятся на три группы:

1)химические, основанные на определении химического состава реагирующих с газами веществ;

2)физические, основанные на измерении отдельных физических констант рудничных газов (коэффициент преломления, диффузия, теплопроводность и т.д.);

3)физико-химические (термохимические), основанные на измерении физических констант продуктов химических реакций.

Химические приборы не применяются для контроля содержания метана и водорода в связи с химической инертностью данных газов.

Вто же время приборы этой группы являются основными для определения содержания оксида углерода, сернистого газа, сероводорода,

9

окислов азота, паров бензина, бензола и т.д. Наибольшее распространение на шахтах и рудниках получили химические газоопределители типа ГХ, предназначенные для экспресс-анализа содержания ядовитых газов.

модействии только с определенным газом, если тот содержится в протягиваемом через трубку воздухе.

В месте отбора проб воздуха концы трубки отламываются, она вставляется в мундштук аспиратора (по стрелке, нанесенной на трубке), и производится полное сжатие меха. Под действием пружины, находящейся внутри меха, мех растягивается, протягивая по трубке воздух.

Если после одного сжатия окраска реактива не изменилась (при наличии СО она светло-зеленая, при наличии H2S – коричневая, при наличии SO2 – темно-синяя) или не достигла первого деления шкалы на трубке, то делается еще 9 качаний с перерывами в 3 с. Чем больше газа в воздухе, тем больше прореагировавшего с ним реактива, т.е. тем выше окрашенный в трубке столбик реактива. Количество газа в воздухе определяется по высоте окрашенного в трубке столбика реактива с помощью эталонной шкалы, прилагаемой к каждой партии индикаторных трубок.

10