книги из ГПНТБ / Рудничная вентиляция учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов канд. техн. наук М. Н. Бодягин.1960 - 23 Мб

(смесь Са(ОН)2, СаСОз, NaOH, Na2CO3) для очистки исследуе­ мого воздуха от углекислого газа; груши 6 для продувки камеры и набора проб воздуха; медной спирали 7 для поглощения кис­ лорода; штока с хвостовиком 8 для введения медной спирали

вкамеру реакции. Камера 3 отделяется от сосуда 1 резиновой

пробкой, надетой на шток. Проба воздуха подается в реакцион­ ную камеру несколькими (8—10) нажатиями груши, после этого кран закрывается, герметизируя камеру. При помощи хвосто­ вика 8 и штока медная спираль извлекается из раствора и вво­ дится в камеру реакции, где кислород пробы воздуха погло­

щается медью спирали. Через 5 мин. спираль погружается вновь

враствор, а камера соединяется с манометром. Вследствие по­ глощения кислорода медью в реакционной камере образуется разрежение, которое фиксируется манометром, градуированным1

на процентное содержание кислорода в воздухе.

Точность прибора — до 0,2% содержания кислорода. Перезарядку поглотителя в приборе производят через каж­

дые сто замеров.

2. Азот (N2)

Азот — газ без цвета, запаха и вкуса; молекулярный вес

28,02; удельный вес по отношению к воздуху 0,97.

При нормальных условиях 1 л азота весит 1,25 г; раствори­ мость в воде незначительная: при температуре 20° в 100 объемах воды может раствориться 1,54 объема азота. Газ физиологиче­ ски безвреден, не поддерживает дыхания и горения. Благодаря малой химической активности азот сохраняется в воздухе без изменений и только при высокой температуре способен соеди­

ниться с водородом, кислородом и металлами.

Увеличение процентного содержания азота в рудничном воз­ духе вредно для здоровья человека лишь потому, что в этом слу­ чае снижается процентное содержание кислорода.

Источники увеличения содержания азола в шахтном воздухе: процессы гниения органических веществ, взрывные работы, вы­

деление азота из угля и пород.

3. Углекислый газ (СО2)

Углекислый газ, или углекислота, — бесцветный газ со слабо­ кислым запахом и вкусом; удельный вес по отношению к воз­ духу 1,52, хорошо растворяется в воде: при температуре 20° в 100 объемах воды растворяется около 88 объемов СО2; слабо ядовит. При давлении около 60 ат и температуре 20° углекис­

лота превращается в жидкость. Углекислый газ не поддержи­ вает горения и не пригоден для дыхания.

В малых количествах углекислый газ возбуждающе дейст­ вует на дыхательные центры нервной системы, в больших коли­

чествах— отравляюще. Частота и объем дыхания зависят от содержания СО2 в легких. При содержании СО2 в воздухе 3%

9

дыхание человека, находящегося в состоянии покоя, удваивается, а при 5%—утраивается. Дальнейшее повышение процента со­ держания углекислоты вызывает сильную одышку и слабость.

При содержании СО2 в воздухе до 10% и выше может наступить обморочное состояние, а при 20—25% —смерть.

В шахтных условиях, когда повышение содержания углекис­ лоты в воздухе сопровождается понижением содержания кис­ лорода, вредное действие углекислоты проявляется в наиболее

сильной степени. Будучи тяжелым газом по .сравнению с возду­

хом, углекислота в непроветриваемых и слабопроветриваемых выработках скапливается у почвы. Опасные скопления СО2 мо­ гут создаваться также в непроветриваемых забоях выработок, проходимых сверху вниз. Поэтому при посещении слабопровет­ риваемых выработок необходимо предварительное опробование воздуха на содержание СО2. Несоблюдение этого требования не­

однократно являлось причиной несчастных случаев с людьми. Основными источниками образования углекислого газа в под­

земных выработках являются:

1)выделение газа из угля и горных пород;

2)медленное окисление угля, крепежного леса и других ор­

ганических веществ;

3)разложение кислыми шахтными водами углекислых пород,

таких, как известняки, мергели и др.;

4)взрывы метана и угольной пыли, а также рудничные по­

жары.

Выделение СО2 из горных пород и угля может происходить

в форме спокойного и равномерного истечения или в виде вне­ запных выбросов. Так, в 1935 г. во Франции в бассейне Гар на руднике «Нордале» произошло внезапное выделение углекис­ лого газа, сопровождавшееся выбросом большого количества

(5000 т) угольной мелочи.

На шахтах СССР внезапные выбросы углекислого газа не за­ регистрированы.

Из второстепенных источников образования углекислого

газа в шахтах следует отметить горение ламп, дыхание людей и взрывные работы.

Как указывалось выше, выдыхаемый человеком воздух со­ держит около 4% СО2. Поэтому в течение 1 часа рабочий вы­

деляет около 50 л углекислоты. Это количество не может в ка­ кой-то степени заметно отразиться на составе рудничного воз­

духа и лишь в некоторых случаях, например при работе в узком глухом забое, лишенном деятельного проветривания, концентра­ ция углекислого газа за счет дыхания может заметно увели­ читься.

На долю второстепенных источников приходится 5—10%, иногда до 30% углекислого газа, выделяющегося в шахте.

Среднесуточное абсолютное количество углекислоты, кото­

рое образуется и выделяется в шахте — абсолютная у г л е-

40

к и с л от о о б и л ь н о сть—зависит в основном от склонности

угля и пород выделять СО2 и окисляться с образованием СО2,

размеров шахты и продолжительности ее эксплуатации. Чем больше срок службы шахты, тем больше в ней старых выработок и, следовательно, больше источников образования углекислого газа. Для угольных шахт установлено (Г. Д. Лидиным), что ко­

вшахту, %;

п— содержание углекислоты в струе воздуха, выхо­

дящей из шахты, %.

Относительное количество углекислого газа, приходящееся на 1 т добычи, — относительная углекислотообиль­ ность-— определяется по формуле

1 т добычи, положено в основу деления шахт на группы по

углекислотообильности:

проходимых по завалу, 1,0%.

11

Для определения содержания углекислого газа в воздухе, так же как и для определения кислорода, применяют пламенные бен­ зиновые лампы и переносные газоанализаторы. Точно концентра­

цию углекислого газа при помощи бензиновой лампы завода «Свет шахтера» определить нельзя, так как сила света лампы зависит от ряда факторов: качества горючего и заправки, со­

стояния воздуха и содержания в воздухе кислорода. Так как процессы уменьшения содержания Ог и увеличения содержания СО2 идут обычно одновременно, считают, что в неподвижном воз­ духе пламя лампы гаснет примерно при 3—4%< СОг, в движу­ щемся— при 5% СО2.

Рис. 2. Схема переносного газоанализатора на углекислый газ УП-3 конструкции МакНИИ

Достаточно точно концентрацию СО2 в шахтных условиях можно определить при помощи переносных газоанализаторов на углекислый газ типов УП-3 и ШИ-3.

Переносный газоанализатор на углекислый газ УП-3 кон­

струкции МакНИИ работает по принципу измерения разрежения в реакционной камере после поглощения углекислого газа из ис­

следуемого воздуха известковым химическим поглотителем

(ХПИ). Прибор (рис. 2) состоит из камеры реакции 1, наполо­ вину заполненной ХПИ, трехходового крана 2, позволяющего герметически закрывать камеру или соединять ее с атмосферой или манометром, манометра 3, увлажнителя 4, заполненного увлажненной пемзой, и воздушного насоса 5. Прибор смонтиро­ ван в металлическом футляре. Шкала манометра градуируется в процентах содержания углекислого газа.

Для определения содержания углекислого газа кран перево­ дят в положение, при котором камера реакции соединяется с атмосферой; насосом производят 8—10 качаний для очистки камеры от воздуха, находившегося в ней ранее, и заполнения ее испытуемым воздухом, который предварительно увлажняется

впатроне 4. После этого камеру герметически закрывают.

Втаком положении прибор выдерживается 3 мин., в течение которых углекислота поглощается химическим поглотителем, и

12

давление в камере уменьшается. После этого соединяют реак­ ционную камеру с манометром, по которому определяется про­

Второй пучок, отраженный от плоскости зеркала 77—77,

проходит через газовую камеру 2, дважды преломляется в при­ зме П\ и вновь через камеру 2 возвращается к зеркалу В. Отра­ зившись от поверхности зеркала I—I, он также поступает на поворотную призму П-2. Из призмы 772 пучок света попадает в объектив (Об) зрительной трубки и собирается в ее фокальной

плоскости (Ф), где находится щелевая диафрагма для огра­ ничения поля интерференционной картины. Последняя рас­

ной, заданной оптической системой прибора, разности хода коге­ рентных лучей. За нулевое положение спектра принимается

спектр, получаемый при заполнении камер 1, 2, 3 чистым возду­ хом; его положение фиксируется по неподвижной шкале, нахо-

13

дяшейся над спектром, в поле зрения окуляра. Перемещение спектра производится поворотом призмы /72.

Если камеру 2 заполнить не чистым воздухом, а воздухом, содержащим СО2 или СН4 или оба эти газа, то вследствие раз­ личных показателей преломления для воздуха и его смеси с га­ зом возникает дополнительная разность хода когерентных лучей,

которая вызовет смещение интерференционной картины относи­ тельно шкалы. Величина смещения картины вдоль шкалы по­ казывает относительное содер­ жание примеси газа. Общий вид прибора показан на рис. 4.

На корпусе размещены: шту­ цер 1 для присоединения рези­

новой груши; штуцер 2 для засасывания исследуемого воздуха; «мостик» 3, который служит для выключения фильтра с химиче­

ским поглотителем углекислоты; окуляр, закрываемый колпач­ ком 4; патрон 5 для электрической лампочки; кнопка 6 включе­ ния источника света; маховичок 7 для установки спектра прибора в нулевое положение; крышка 8 патрона-фильтра. Общая схема устройства прибора показана на рис. 5.

Прибор позволяет производить замер содержания в воздухе одного метана или суммарного содержания метана и углекис­ лоты. В первом случае воздух, содержащий примесь газа, про­ ходит через патрон с поглотителем углекислоты ХПИ (химиче­ ский поглотитель известковый) и осушитель с хлористым каль­

цием (СаС12). Во втором случае воздух проходит только через осушитель. Для очистки пробы воздуха от пыли прибор имеет

ватные фильтры, помещенные в поглотительном патроне. Воз­

14

душные камеры прибора соединены с атмосферой через лаби­ ринт— трехметровую трубку внутренним диаметром 1 мм. Ла­ биринт предназначен для предотвращения загрязнения камер 1 и 3 шахтным воздухом. Питание прибора производится сухим

элементом типа 1-КС-У-З. В качестве источника света исполь­ зуется электрическая лампочка типа МН-1 (напряжение 1 в, по­ требляемая сила тока 0,075 а). Пределы измерения прибором от

0 до 6% с точностью +0,25%. Количество замеров без смены поглотителей — 350—400. Время замера до 1 мин. Габариты при­

бора 215Х90Х 40 мм, вес 1,3 кг. Прибор взрывобезопасен и пригоден для замеров при колебаниях температуры окружающей среды от 0 до 4-40°. Перед началом замеров прибором следует

убедиться в его исправности и в правильном положении интер­ ференционной картины.

Нормально прибор находится в положении для замера ме­ тана. При замере в шахте продувают газовую камеру прибора через штуцер 1 пятикратным сжатием груши и наблюдают в оку­ ляр при включенной лампочке за смещением интерференционной картины. По делению шкалы, находящемуся против левой черной полосы, определяют содержание метана в исследуе­ мом воздухе в процентах по объему. Если при замере от­ вернуть колпачок 3 с «мостика» (см. рис. 4), который располо­

жен между поглотителем углекислоты и осушителем, то погло­ титель окажется выключенным. В этом случае прибор покажет

суммарное содержание газов СОг и СН4.

Очевидно, что разность показаний двух описанных замеров

(CO2-I-CH4 и СН4) дает содержание углекислоты в процентах

по объему.

§ 3. ЯДОВИТЫЕ ПРИМЕСИ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА

1. Окись углерода (СО)

Окись углерода (угарный газ)— газ, не имеющий цвета, вкуса и запаха. Удельный вес относительно воздуха 0,97. Окись угле­ рода горит синеватым пламенем и образует с воздухом при со­ держании СО от 13 до 75% и давлении 1 ат взрывчатую смесь.

Наибольшая сила взрыва угарного газа имеет место при содер­ жании его в воздухе около 30%.

В воде окись углерода растворяется слабо: при температуре1 20° в 100 объемах воды растворяется лишь 3 объема газа.

Окись углерода очень ядовита и является наиболее частой причиной отравлений и гибели подземных рабочих. Физиологиче­

ское воздействие окиси углерода основано на том, что она обла­

дает значительно большим сродством с гемоглобином крови, не­ жели кислород (гемоглобин крови в 250—300 раз энергичнее соединяется с окисью углерода, чем с кислородом), и поэтому

кровь утрачивает способность усваивать кислород. В результате

15-

у человека появляется аноксемия (недостаток кислорода в арте­ риальной крови), являющаяся причиной удушения.

В табл. 1 указана токсичность окиси углерода для человека, находящегося в состоянии покоя.

Таблица 1

Токсическое действие окиси углерода на человека

зависит от концентрации ее в воздухе и продолжительности ее

воздействия. Быстрота отравления зависит от быстроты крово­ обращения, а также от того, непрерывно ли вдыхается отрав­ ленный воздух или же вдыхание его чередуется с вдохами све­ жего воздуха; в последнем случае быстрота отравления резко снижается. Пульс у человека 60—70 ударов в минуту, у мелких животных и птиц — несколько сот, поэтому последние отравля­ ются быстрее1 (канарейки и мыши использовались в прошлом

в качестве индикаторов на окись углерода).

Ежедневное (по нескольку часов) пребывание и работа чело­ века в атмосфере, содержащей до 0,01 % окиси углерода, вызы­ вают хроническое отравление. Симптомами хронического отрав­

ления являются: головная боль, тошнота, быстрая утомляемость, ослабление памяти, общая слабость, раздражительность.

По Правилам безопасности, на шахтах СССР концентрация

окиси углерода в рудничном воздухе допускается не более

0,0016% по объему.

Перед допуском рабочих в забой после взрывных работ содержание условной окиси углерода в атмосфере не должно

превышать 0,0080% по объёму.

Под условной окисью углерода понимают суммарное количе­ ство образующихся при взрыве газов — собственно СО и дву­ окиси азота в пересчете на СО, причем 1 л двуокиси азота счи­ тается эквивалентным 6,5 л окиси углерода.

1 Это имеет место при сравнительно высоких концентрациях СО; при небольших концентрациях наблюдается обратное явление. Прим. ред.

56

Основными источниками образования окиси углерода в шахте ■являются: рудничные пожары; взрывы рудничного газа и угольной пыли; взрывные работы. Иногда некоторое количество ■СО находится в самом угле в смеси с другими газами. Кроме того, в небольших количествах окись углерода может получаться при медленном низкотемпературном (20—30°) окислении угля. По подсчетам акад. А. А. Скочинского [83], при сгорании в СО

углерода, содержащегося в одном дверном окладе (две стойки по 2,1 м и верхняк длиной 2,4 л) при диаметре леса 18 см, до­ статочно для образования такого количества газа (97 ж3 СО), чтобы в выработке сечением 4—5 л2 сделать атмосферу смер­ тельно ядовитой на протяжении 2 км.

Особенно большое количество СО получается при взрывах угольной пыли.

При взрывных работах 1 кг ВВ дает 40 л условной окиси углерода.

Опробование рудничного воздуха на окись углерода произ­

водится:

1)термическими индикаторами, регистрирующими выделение

тепла при окислении СО в СО2 в присутствии катализатора;

2)колориметрическими индикаторами, регистрирующими из­

менение цвета различных реактивов под действием СО;

3)химическим лабораторным анализом проб шахтного воз­

духа.

Для определения СО в шахтных условиях основным прибо­

ром является термический индикатор.

Термический газоопределитель окиси углерода МакНИ И

типа ОС-3 (рис. 6) представляет собой прибор переносного типа. Действие прибора основано на принципе измерения тепло­ вого эффекта при реакции окисления окиси углерода до угле­ кислого газа в присутствии катализатора гопкалита (смесь СпО

и МпО2). Реакция протекает согласно уравнению

СО +-£ О2 = СО2 + 5660 ккал на 1 кг углерода.

Количество выделившегося тепла фиксируется термобатареей из железоконстантановых термопар, к которым подключен галь­ ванометр.

Газоопределитель окиси углерода смонтирован в металличе­ ском корпусе размером 222X 134X 149 мм. Схема газоопределителя приведена на рис. 7.

Прибор состоит из следующих основных частей: ручного на­ соса 1 с пылеуловительным фильтром для прокачивания иссле­ дуемого воздуха; воздухосборника 2 емкостью 0,4 л; крана 3 воздухопровода; колонок 4, 5 и 6 с карбогелем; реакционной ка­

Г._ гос. г-у {,ГСцная’“¥ л jt ль. sj

Конструкция насоса обеспечивает в воздухосборнике давле­ ние, достаточное для равномерного протекания воздуха через

Рис. 6. Общий вид термического газоопределителя окиси углерода типа ОС-3

всю систему поглотителей со скоростью 2 л/мин. Поглотитель­

ные колонки служат для очистки воздуха от влаги, сильно сни­

Шкала гальванометра расположена на верхней панели прибора и имеет 50 делений. С внутренней.стороны крышки корпуса по­

18