книги из ГПНТБ / Шепелев С.Ф. Газовость промышленных взрывчатых веществ на рудниках

На рисунке 4 показан шпунтовый пробоотборник взрывных газов конструкции ИГД АН КазССР. Отборник состоит из ручного насоса 1 с выпускными клапанами 2,3. Наборная трубка 4 имеет длину 1,2 ж, причем на кон­ це, предназначенном для ввода в отбитую горную породу,.

Рис. 4. Шпунтовый пробоотборник газа из отбитой руды.

просверливаются отверстия d = 2 мм для проникновения газов во внутреннюю полость трубки 5. Другим концом трубка присоединяется к всасывающему патрубку насоса.

Перед пробоотбором забой подготовительной выработ­ ки проветривается до уровня предельно допустимых кон­ центраций, а отбитая порода орошается водой. Затем газо­ отборные трубки погружаются в породу на 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 м. Для оперативного отбора проб оператору це­ лесообразно иметь пять шпунтов — трубок, заблаговре­ менно погруженных на соответствующую глубину. Набору проб предшествует прокачка прибора 3—4 холостыми качками, после чего к выпускному клапану 3 присоеди­ няется емкость для отбора проб. Пробы следует набирать одновременно в каждом слое через 15—20 мин до тех пор, пока характер падения концентрации не будет выяснен. Для большей надежности опытов в каждой точке (слое) через указанный выше интервал времени набирается по три пробы, и количество адсорбированных газов опреде­

41

ляется по средним их значениям. Затем по послойно заме­ ренным концентрациям устанавливается количество газов, содержащихся в отбитой породе, и закономерность C= f(t).

В целях контроля загазованности целесообразно отби-

.рать пробы с тем же интервалом времени по сечению са­ мой выработки на удалении 20—30 м от забоя, особенно если в нем начались погрузочные работы и включен вен­ тилятор частичного проветривания. При этом известными методами [6, 11, 12, 13] фиксируются основные метеопа­ раметры атмосферы (скорость движения воздуха, темпе­ ратура и влажность).

Для подобных исследований обычно выбираются пря­ молинейные горизонтальные выработки небольшого сече­ ния (S = 5—8 ж2), закрепленные однотипным креплением.

При массовых взрывах порядок пробоотбора сущест­ венно отличается от описанного, так как здесь приходит­ ся сталкиваться с большими объемами обрушенных руд и специфическими условиями работ при выпуске.

До выпуска свободное пространство камер проветри­ вается до допустимых норм, при этом фиксируется число воздухоподающих и воздухоотводящих выработок, а так­ же количество проходящего по ним воздуха. Затем на вен­ тиляционном горизонте, на горизонтах откатки или скре­ перования выбираются замерные пункты на удалении 10—12 м от места выпуска руды и сопряжений вентиля­ ционных выработок с очистным пространством. Для ана­ лиза газодинамики обычно применяется бескамерный ме­ тод с ручным пробоотбором, описанный выше. Набор проб производится сразу же после начала выпуска во все рабо­ чие смены с интервалом 3—4 час. Параллельно с этим фиксируются данные часовой производительности блока

.по выпуску. Опыты следует проводить до полного выпус­ ка обрушенной руды.

По результатам анализа проб строятся кривые Сусл—

= f(t), площади под которыми характеризуют количество газов, оставшихся в руде после взрыва.

При обработке результатов опытов можно использо­ вать следующую формулу:

где <ЬГ— объем ядовитых газов, выделившихся в дан­ ный момент времени из блока, ж3;

S — площадь под кривой Cycn=f(t), см2-,

42

СуСЛ— процентное содержание условной окиси угле­ рода ;

Q — количество воздуха, проходящее через выра­ ботку, м3/сек;

t — масштаб координаты времени, сек.

Для визуального анализа газовыделений сразу после взрыва и в процессе выпуска руды с успехом могут быть использованы качественные методы [23]. Наибольшей простотой отличается метод определения окислов азота подкрахмаленной бумагой, сущность которого заключает­ ся в реакции взаимодействия окиси и двуокиси азота с йодидом калия. Окись азота в растворе действует как передатчик кислорода и реакции протекают по схеме:

Способ приготовления подкрахмаленной бумаги сле­ дующий: навеска крахмала (10—12 г) растворяется в 50 мл воды и этот раствор перемешивают с 1 л кипящей воды. После охлаждения полученной смеси до комнатной температуры к ней добавляется 2 г йодида калия. Затем в растворе пропитывают обезволенные фильтры и тщатель­ но просушивают их. После просушки нарезаются полоски

.нужных размеров, которые следует хранить в герметич­ ной темной стеклянной емкости. В процессе опытов под­ крахмаленные индикаторы подвешиваются у кровли выработки на расстоянии 5 м друг от друга. При взаимодей­ ствии индикаторов с окислами азота, находящихся в про­ дуктах взрыва, подкрахмаленная бумага синеет, и по ин­ тенсивности окраски можно судить о длине распростране­ ния газов от места взрыва и примерной их концентрации.

В момент взрыва не все его газообразные продукты на: ходятся во взвешенном состоянии. Часть газов захваты­ вается горными породами и в последующем, особенно в моменты остановки вентиляторов частичного проветрива­ ния, выделяется из них. Ввиду того, что такие газовыделения могут привести к отравлению горнорабочих, на пред­ приятиях целесообразно производить их количественную оценку применительно к используемым видам взрывных работ. П. И. Балковой и И. А. Остроушко [9] рекомендуют пользоваться следующей методикой. Забой выработки -обуривается комплектом шпуров и скважин, как показано ■на рисунке 5. В шпурах взрывается 0,4—0,6 кг ВВ, и рес-

43

пираторщшш ВГСЧ отбирают пробы в выработке и скважи­ нах. По окончании газовыделений скважины вскрываются и через них отбирается несколько образцов взорван­ ной горной породы. Затем породы измельчаются в герме­ тизированной стержневой мельнице и из нее берутся про­ бы воздуха для анализа состава газообразных продуктов»

Для того чтобы определить глубину проникновения газов в окружающие выработки массивы пород, забой обуривается комплектом шпуров по схеме, показанной на рисунке 6.

Заряд ВВ весом 0,4 кг закладывается в центральный шпур, который забивается плотной забойкой. Сразу же после взрыва из остальных шпуров отбираются пробы в показанном на рисунке 6 порядке.

Определенный интерес вызывает адсорбционная спо­ собность породной пыли, образующейся после взрывных работ. Количество адсорбированного пылью газа зависит от состава пыли и газа, а также от условий протекания процесса (температура, давление). Этим, по существу, и определяется повышенная агрессивность рудничной пыли»

Адсорбции и десорбции взрывных газов посвящены работы многих авторов [24—28]. Исследование этих во­ просов весьма важно с точки зрения токсичности, так как в общем газовом балансе выработок пыли принадлежитнезначительная роль.

Экспресс-методы определения газовости ВВ

В условиях производства довольно часто встречаются случаи, когда пробоотбор и анализ химсостава продуктов

44

взрыва описанными выше методами сопряжен с опреде­ ленными трудностями. Здесь на помощь может прийти экспресс-анализ рудничной атмосферы, отличающийся простотой и оперативностью, но несколько меньшей точ­ ностью. Сама методика проведения опытов существенно не отличается от приведенных ранее, а принципиальная раз­ ница заключается лишь в использовании аппаратуры, по­ зволяющей регистрировать концентрацию ядовитых газов непосредственно в месте замеров.

В настоящее время на горных предприятиях довольно широко распространены газоопределители типа ГХ и МАМ-4 конструкции МакНИИ по горноспасательному делу, которые состоят из мехового аспиратора и комплек­ та индикаторных трубок [13]. При помощи мехового аспиратора загазованный воздух просасывается через индикаторную трубку, заполненную химреактивом. По интенсивности окраски последнего судят о концентрации того или иного газа.

Отечественная промышленность выпускает стеклян­ ные запаянные индикаторы длиной 125 и диаметром 7 мм, причем для определения каждого ядовитого компо­ нента смеси взрывных газов предназначается свой комплект трубок.

Анализ атмосферы газоопределителем ГХ осуществля­ ется в следующем порядке:

—вскрываются концы стеклянной трубки;

—трубка вставляется в отвод всасывающего патрубка аспиратора по направлению стрелки, имеющейся на труб­ ке;

—осуществляется просос газов через индикатор мехо­ вым аспиратором, при этом за один качек просасывается 100 мл загрязненного воздуха;

—определяется концентрация газа по шкале, имею­ щейся на упаковке комплекта индикаторных трубок.

При пробоотборе мех аспиратора сжимается до преде­ ла и затем освобождается, за счет чего осуществляется просос воздуха через трубку. Если за один качек (100 мл) окраска реактивного препарата изменений не претерпела,

•то количество качков увеличивают до 10 (1000 мл), при этом плавно обводится все сечение выработки аналогично способу «перед собой» [12].

Газоопределители ГХ могут использоваться и при ди­ станционном пробоотборе.

Первые подобные опыты были проведены в Кривом Ро­ ге в забоях восстающих и подэтажных выработок [13].

На рисунке 7 показана схема дистанционного пробоот­

45

бора с отсосом воздуха к газоопределителю за счет ва­ куума, создаваемого в трубопроводе вытекающей водой.

При отборе пробы перекрывается вентиль 1 магистра­ ли сжатого воздуха, отвертывается гайка 2 от тройни­ ка 3 и подключается к вентилю 4. Затем вен­ тиль 4 открывается и.

трубопровод заполняется, водой. После этого вен­ тили 4 и 5 закрываются, а вентиль 6 открывается.. Индикаторная трубка 7 вставляется в отверстие резиновой прокладки 8„ вентиль 9 открывается и. набирается проба.

зовать специальное приспособление, монтируемое в трубо­ проводе сжатого воздуха или специально проложенным; для этой цели воздуховодом. На рисунке 8 показано такое приспособление. В заглушку 6 с уплотнительным коль-

Рис. 8. Приспособление для набора проб зага­ зованного воздуха.

цом 7 вставляется индикаторная трубка 8 и с патрубка 4- снимается заглушка. Далее перекрывается вентиль 2 и сжатый воздух из трубопровода 1 по трубке 3 поступает в патрубок 4 и выбрасывается в атмосферу. В результатеразряжения в верхней части трубопровода 9 загазованный; воздух поступает к индикаторной трубке 8.

Существуют и другие схемы дистанционного пробоотбора взрывных газов при помощи газоопределителя ГХ..

46

Однако почти повсеместно используется либо гидравли­ ческий, либо вакуумный способ отбора проб.

Газоопределитель ГХ можно отнести к категории уни­ версальных, поскольку он позволяет производить аналиа многокомпонентной смеси. Тем не менее широкое распро­ странение имеют и так называемые однокомпонентные газоанализаторы и к их числу, прежде всего, следует от-

Рис. 9. Схема газоопределителя

нести газоопределитель ОС-! конструкции МакНИИ, дистанционный газоопределитель РДВ-2, прибор Ю. Ф. Гедаснова и др.

Первые два прибора предназначены для определения окиси углерода в воздухе, и их принцип действия основан на измерении теплового эффекта реакции окисления оки­ си углерода в углекислый газ в присутствии катализато­ ра — гопкалита (рис. 9). Эти приборы могут быть исполь­ зованы и при дистанционном пробоотборе [13].

Прибор Ю. Ф. Гедаснова представляет собой составной цилиндр из оргстекла и служит для определения окислов

азота, которые поглощаются реактивом Грисса, нанесен­ ным на поверхность силикагеля. При наличии высоких концентраций окислов азота силикагель в открытой сек­ ции прибора быстро краснеет и по интенсивности окраски можно судить о наличии окислов азота. Прибор рассчитан на отбор шести проб, так как имеет 6 секций [13].

Несмотря на простоту работы прибора Гедаснова,. он не получил такого широкого распространения, как ОС-3 и РДВ-2. Это обусловлено сравнительно низкой точностью

47'

Г л а в а III

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРОБООТБОРНИКОВ ГАЗА

Для изучения аэрогазодинамических явлений после взрывных работ, а точнее для контроля шахтной атмосфе­ ры, в настоящее время разработано большое количество автоматических и полуавтоматических газоанализаторов, в которых используется одно из характерных физических или физико-химических свойств регистрируемых вредных газов, таких, как теплопроводность, длина поглощения инфракрасных волн, скорость распространения звука в разных газах, показатели преломления и пр.

Существующие газоопределители можно подразделить на две большие группы — переносные и стационарные, причем переносные должны иметь небольшой вес, габари­ ты и питание их осуществляется от автономных источни­ ков энергии. Переносные газоопределители выпускаются преимущественно для взрывоопасных газов, и принцип их действия основан на различной теплопроводности газов по отношению к воздуху или на оптико-интерферометри­ ческом методе.

В стационарных приборах могут применяться самые различные физико-химические свойства анализируемых газов. Например, для определения концентрации окиси углерода и метана используется измерение теплового эф­ фекта реакции окисления СО до СОг в присутствии катали­ затора. На этом принципе в ФРГ изготавливается газоопределитель на СО типа d EI фирмы «Дрегер» [29].

В последнее время большое распространение получили приборы, основанные на оптико-абсорбционном методе, — инфраанализаторы и оптико-акустические газоанализа­ торы.

Замеры концентрации ядовитых газов при помощи ав­ томатических и полуавтоматических газоанализаторов осуществляются непрерывно или дискретно с выводом по-

казаний для полного представления об изменении кон­ центрации газов за определенный промежуток времени. Обладая таким положительным качеством, газоопределители в то же время представляют собой сложную анали­ тическую систему, состоящую из нескольких блоков, уз­ лов, выполняющих самостоятельные функции.

Установка автоматических анализаторов в шахте за­ труднена, что связано со специфическими условиями под­ земной разработки. Из-за наличия в атмосфере пыли не­ обходимо анализируемый воздух пропускать через фильт­ ры, а повышенная относительная влажность часто приво­ дит приборы в негодность. Кроме того, к приборам должен быть подведен один из видов энергии — сжатый воздух или электрический ток. Для предохранения от механиче­ ских повреждений газоопределители обычно помещаются в специальные помещения или специальные шкафы. По­ этому они требуют тщательного обслуживания и система­ тической проверки, что в подземных условиях осложнено. Такие анализаторы целесообразно использовать в лабора­ торных условиях, а отбор производить силами ПВС или ВГСЧ. Такая система применяется на многих рудниках для текущего контроля изменения состава атмосферы. Однако она не приемлема для оценки газодинамики после взрывных работ.

Бойцы ВГСЧ, согласно действующей инструкции, на­ чинают пробоотбор в загазованных выработках спустя 2 час и более после взрыва. В связи с этим из-под контро­ ля выпадает весьма существенный промежуток времени, в течение которого в очистных выработках происходят основные газодинамические явления. К недостаткам тако­ го пробоотбора следует отнести еще продолжительность и трудоемкость набора проб, очевидную опасность работ ввиду повышенной загазованности атмосферы, и экономи­ ческую нецелесообразность.

Эти недостатки исключаются при использовании авто­ матических отборников газовых проб, которые обладают рядом известных достоинств:

— позволяют регистрировать изменение загазованно­ сти во времени, начиная с момента взрыва и кончая зна­ чениями предельно допустимых концентраций;

—могут быть установлены в необходимом месте;

—обеспечивают заданную равномерность пробоот­

бора;

—обеспечивают полную безопасность для обслужи­ вающего персонала;

—просты в эксплуатации и экономически выгодны.

50