Аэрология горных предприятий

Газоопределители химические ГХ-М (рис. 1.4) предназначены для экспресс-определения содержания газовых компонентов в рудничном воздухе непосредственно в горных выработках шахт и применяются для контроля за составом газовой среды и относительной влажности рудничного воздуха при ведении горных и горноспасательных работ с целью обеспечения безопасных условий труда.

Рис. 1.4. Газоопределители химические ГХ-М

Газоопределители могут быть использованы для обнаружения эндогенных пожаров на ранней стадии их возникновения, контроля проветривания горных выработок после взрывных работ, при разведке пожара; для контроля качества изоляции отработанных и пожарных участков, определения продолжительности пребывания горноспасателей в условиях повышенной влажности и температуры и в других случаях.

С помощью этих газоопределителей определяется содержание следующих газов:

11

За один рабочий ход прибор всасывает (100±5) см3 воздуха. Объем всасываемого воздуха за 1 мин при сжатом сильфоне и заглушенном отверстии для подключения трубки, определяющем герметичность аспиратора, не более 3 см3. Масса без чехла – не более 0,31 кг.

Среди физических приборов газового контроля наиболее распространены газоанализаторы, основанные на оптическом методе измерения смещения интерференционной картины в связи с разностью показателей преломления лучей света, пропускаемых через чистый воздух и газовоздушную смесь. Широкое распространение на шахтах получили приборы типа ШИ (шахтные интерферометры: ШИ-8, ШИ-10, ШИ-11, ШИ-12), с помощью которых можно определять процентное содержание метана и углекислого газа, находящихся в шахтной атмосфере. Для определения содержания метана, водорода, который выделяется вместе с метаном в калийных и других рудниках, и углекислого газа как при раздельном, так и при совместном их присутствии в анализируемой газовой смеси применяется газоанализатор интерференционный комплексный ГИК-1 и ГИК-1м.

Функциональная схема прибора, состоящая из связанных между собой оптической и газовой схем, показана на рис. 1.5. Свет от источника О, проходя через линзу Л, падает пучком на зеркало М, где разделяется в результате преломления в стекле на два луча. Первый луч, отразившись от наружной плоскости зеркала, проходит по полости 3 газовоздушной камеры и, дважды отразившись на гранях призмы Р1, проходит по полости 1. Эти полости заполнены чистым атмосферным воздухом.

Второй луч светового пучка, отразившись от нижней посеребренной грани зеркала М, проходит по полости 2 газовоздушной камеры и также попадает на призму Р1. Дважды отразившись от граней призмы, световой пучок снова проходит по полости 2, которая заполняется пробой анализируемого воздуха. Оба луча, выйдя из камеры, вновь

12

попадают на зеркало М и, отразившись от него, сходятся в один световой луч, который, пройдя через призму Р2, отклоняется под прямым углом в объектив ОБ.

Рис. 1.5. Функциональная схема прибора ГИК-1м

В фокальной плоскости зрительной трубы, на которую падает световой луч после объектива ОБ, помещена щелевая диафрагма с отсчетной шкалой. В этой же фокальной плоскости наблюдается интерференционная картина через окуляр ОК. Действие прибора основано на изменении смещения интерференционной картины, происходящем вследствие изменения состава исследуемого воздуха на пути одного из двух лучей, способных интерферировать (смещаться).

Смещение картины относительно ее нулевого положения происходит пропорционально разности между показателем преломления исследуемой газовой смеси, который пропорционален содержанию

13

метана, водорода или углекислого газа в полости 2, и показателем преломления атмосферного воздуха (в полостях 1 и 3). Интерференционная картина представляет собой белую ахроматическую полосу, ограниченную черными полосами с симметрично окрашенными краями.

При заполнении воздушной и газовой полостей камеры чистым воздухом интерференционная картина не смещается, так как оба луча проходят через однородную среду. Это исходное положение фиксируется путем совмещения середины левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Такое положение является нулевым положением прибора.

Вгазовую камеру входят кран-переключатель, блок газоподготовки (фильтр воздуха, поглотитель влаги, углекислого газа и водорода), газовоздушная камера (с тремя сквозными полостями 1, 2 и 3), лабиринт, груша. Кран-переключатель служит для последовательного переключения прокачиваемой пробы воздуха через блок газоподготовки и работает следующим способом.

Вположении 1 (СН4) проба воздуха под действием разрежения, создаваемого грушей, прокачивается через фильтр (гигроскопическую вату), поглотитель влаги КСМ (крупный силикагель мелкопористый), поглотитель углекислого газа ХПИ (химический поглотитель иридиевый), поглотитель водорода ХПП (химический поглотитель палладиевый), снова через поглотитель влаги и попадает в газовую полость 2. Таким образом в полость 2 попадает смесь метана

своздухом, очищенная от углекислого газа, водорода и паров влаги. В этом положении определяется концентрация метана в анализируемом воздухе.

Вположении 2 (Н2) исключается прохождение пробы через поглотитель водорода и определяется содержание водорода.

Вположении 3 (СО2) проба воздуха проходит только через поглотитель влаги, определяется концентрация углекислого газа.

Вположении 4 (ноль) полости 1, 2 и 3 камеры и лабиринт заполняются чистым воздухом – это нулевое положение прибора.

Лабиринт предназначен для поддержания в воздушной линии прибора давления, равного атмосферному. Приборы типа ГИК и ШИ

14

представляют собой прямоугольную коробку из алюминиевого сплава. Корпус разделен на два отделения. В одном из них размещены оптическая и газовоздушная части. Это отделение закрывается герметично крышкой. Недостатком приборов является их конструктивная сложность, относительно высокая стоимость и прерывистый характер контроля содержания газов.

Для анализа содержания метана или совместно метана и водорода стали широко применяться термохимические приборы (газоанализаторы), основанные на беспламенном сжигании горючих газов на катализаторе и обладающие большей чувствительностью по сравнению с другими газоанализаторами. Так, при изменении содержания метана

мещены в общую камеру сгорания взрывобезопасной конструкции. Под каждым из них помещены на-

греватели (на рис. 1.6 соответственно Н1 и Н2). Полость камеры сообщается с внешним анализируемым воздухом через торцовые взрывозащитные латунные сетки. Беспламенное сжигание метановоздушной смеси происходит на нагретом до температуры 360 °С нагревателе Н1, тепло от которого конвективно передается только на

15

термосопротивление TR1. Для соблюдения тепловой симметрии термосопротивления и нагреватели располагаются симметрично относительно оси камеры и имеют одинаковый геометрический вид и равные сопротивления (TR1 и TR2). Поскольку чувствительный и компенсационный элементы установлены в одной камере сгорания, то любое изменение физико-химических параметров воздуха, за исключением содержания метана (или других горючих газов), воспринимается обоими термоизмерителями TR1 и TR2 одинаково, благодаря чему мостовая электрическая схема остается уравновешенной.

Разбаланс ее происходит только при появлении метана в атмосфере и обусловлен изменением сопротивления TR1 за счет дополнительной температуры, появляющейся на нагревателе Н1. Нагреватель Н1 (как и нагреватель Н2) выполнен из платиновой спирали, играющей роль катализатора при сжигании метана, нижняя температура воспламенения которого при нормальных условиях составляет 650 °С (на катализаторе метан сгорает беспламенно при температуре 360 °С).

Термокаталитический датчик метана типа ДМТ универсален

иположен в основу целого ряда переносных (СПМ, эксплозиметр горноспасательный ЭГ-2, измеритель концентрации газов ИКГ-4р, индикатор взрывоопасных газов ИВГ-1р производства НП ЗАО «Галус»

идр.), встроенных (ТМРК) и стационарных (АМТ-3Т, АМТ-3И, СПИ-1) приборов контроля.

Рассмотрим подробнее современные газоанализаторы горючих газов, которые используются на рудниках (табл. 1.1).

Газоанализатор ЕХ 2000 − карманный автономный эксплозиметр (рис. 1.7), предназначенный для обнаружения в постоянном режиме взрывчатых газов или паров. Прибор используется во взрывоопасной атмосфере групп I и II.

Данный прибор показывает концентрации газа на жидкокристаллическом индикаторе с подсветкой. В аварийных или в аномальных

условиях срабатывают звуковой и световой аварийные сигналы. У эксплозиметра два порога аварийного сигнала: первый регулируется пользователем, а второй предварительно регулируется на заводе.

16

Таблица 1 . 1

Газоанализаторы горючих газов

Измерение или контроль концентрации газа перед входом в шахту можно осуществить при помощи зонда дистанционного пробоотбора. Системы дистанционного пробоотбора могут состоять из жесткой или полужесткой телескопической трубки и ручной груши.

Рис. 1.7. Газоанализатор EX 2000: 1 – защитный кожух ячейки; 2 – зуммер; 3 – индикатор; 4 – сенсорные кнопки; 5 – зарядные гнезда (CR2002); 6 – гнездо для простого зарядного устройства или для заглушки, применяемой во время ремонта; 7 – световой аварийный сигнал

17

Газоанализатор TX 2000/OX 2000 – автономный карманный измеритель содержания кислорода или токсичных газов (рис. 1.8), предназначенный для непрерывного контроля содержания токсичных газов, кислорода или паров. Он включает в себя защитный фильтр для модуля датчика, зажим, звуковой индикатор, цветное кольцо для определения типа модуля датчика, защитную крышку модуля датчика, зуммер (звуковой аварийный сигнал).

Этот газоанализатор может использоваться во взрывоопасной атмосфере групп I или IIC. Он оснащен съемным датчиком, доступ к которому можно получить, сняв крышку датчика в верхней части прибора. TX 2000/OX 2000 показывает концентрацию газа на жидкокристаллическом индикаторе, соединенном с устройством подсветки.

В случае аварии или неисправности включается звуковой и визуальный аварийный сигнал. Измеритель содержания токсичных газов имеет два порога аварийного сигнала: первый порог может настраиваться пользователем, а второй уже настроен на заводе. Измеритель содержания кислорода имеет один верхний и один нижний пороги.

Пользователь может управлять прибором с помощью кнопок включения / выключения, подсветки индикатора, программирования порогов и т.д. Периодиче-

ский звуковой сигнал (период задается на заводе) сообщает о том, что прибор функционирует нормально, или показывает, что он был сознательно отключен. Этот звуковой сигнал («бип») может быть отключен.

18

Переносной газоанализатор MX 2100 можно использовать во взрывоопасных средах в различных отраслях промышленности на поверхности (группа II) и в шахтах, где может присутствовать рудничный газ (группа I).

МХ 2100 позволяет селективно определять до пяти газов одновременно (5 газов при использовании датчика CO/H2S), имея четыре стандартных позиции для расположения датчиков. Комплектуется «интеллектуальными» предварительно откалиброванными взаимозаменяемыми датчиками. При замене датчиков газоанализатор МХ 2100 самостоятельно произведет все необходимые настройки, сообщит о необходимости калибровки, замены или неисправности датчика. Датчик состоит из газочувствительного сенсора и электронных компонентов, включая предварительно запрограммированное ПЗУ, в котором имеетсяфункция«скоростьизнашивания», используемаяприборомдля автоматическогоопределенияоптимальногосроказаменыячейки.

радиопередатчикам и возможности длительно работать без подзарядки из нескольких приборов ВМ 25 очень быстро может создаваться

19

сеть беспрерывного мониторинга воздушной среды на значительной территории.

Современные газоанализаторы выпускает также фирма Riken (рис. 1.10). Одноканальные газосигнализаторы Riken моделей GP-01 и HS-01S являются отличным решением для условий суровой России: рабочая температура приборов составляет от –40 до +50 °С. Газоанализаторы компактны, легки и просты в обращении. Приборы имеют ударопрочный корпус, выполненный в искробезопасном исполнении. Приборы могут быть использованы как на предприятиях нефтегазовой и химической промышленности, так и на угольных шахтах.

Газоанализатор Riken GX-2001 (рис. 1.10, а) является автономным автоматическим сигнализатором четырех газов. Данная модель подходит для использования в качестве средства индивидуальной защиты сотрудников предприятий с опасным производством. Прибор выполнен во взрывозащищенном исполнении согласно стандарту 1ExiadIICT3, и его можно использовать как на предприятиях нефтегазовой и химической промышленности, так и на шахтах.

Прибор имеет следующие особенности:

•возможность одновременного детектирования четырех газов: углеводородов (в пересчете на CH4), O2, H2S и CO;

•вибросигнализация;

•регистрация истории срабатывания сигнализации;

•регистрация пиковых значений;

•отсчет по порогам при детекции токсичных газов;

•постоянная индикация текущего времени;

•автоматическая калибровка.

Газоанализатор Riken GX-2003 (рис. 1.10, б) представляет собой одну из самых совершенных моделей, имеющихся в арсенале Riken. Данная модель оснащена встроенным насосом, поэтому сигнализация при превышении значений показателей срабатывает практически мгновенно. Прибор выполнен во взрывозащищенном исполнении согласно стандарту 1ExiadIICT3 и предназначен для использования на предприятиях нефтегазовой и химической промышленности и на шахтах.

20