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

При отборе проб следует соблюдать определенные правила. Во избежание попадания в пробы выдыхаемого воздуха набор­ щик должен становиться лицом против струи воздуха и держать сосуд, в который набирается проба, на расстоянии вытянутой

руки перед собой. Если берется средняя проба по сечению вы­ работки, то наборщик должен, открывая сосуд, водить им зиг­ загообразно от кровли к почве и обратно, постепенно передви­

гаясь по всему сечению выработки. В стволах зигзаг делается

в плоскости, перпендикулярной струе. В случаях, когда тре­ буется определить максимальное содержание в воздухе метана или углекислоты, набор пробы производится соответственно

у кровли или у почвы выработки.

Лабораторный анализ проб рудничного воздуха выполняется различными методами, на различных приборах.

В качестве примера на рис. 29 приведен аппарат ВГСЧ-2, пред­

назначенный для анализа газовых смесей, в которые могут вхо­ дить кислород, углекислота, метан, окись углерода, водород,

углеводороды. Анализ газов на аппарате ВГСЧ-2 основан на газообъемном методе, сущность которого состоит в том, что из точно отмеренного объема газовой смеси удаляются один за дру­

гим составляющие ее компоненты и измеряется происходящее при этом изменение объема.

Прибор (см. рис. 29) имеет: бюретку 1 для измерения объ­ ема и засасывания пробы; цилиндр-термостат 2, заполненный

водой; компенсационный манометр 3 для приведения объема газа к первоначальным условиям; напорный сосуд 4, заполненный

вместе с резиновой трубкой и нижней частью бюретки ртутью и служащий для засасывания и перемещения газа внутри при­

бора; гребенки 5 — трубки с кранами и отводами, сообщающими систему с атмосферой (трубки 6, 15) или с поглотительными сосудами; поглотительный сосуд 7, заполняемый сернокислот­ ным раствором двухромовокислого калия для поглощения не­ предельных углеводородов (СпНт)\ поглотительный сосуд 8, заполненный подкисленной водой и служащий приемником га­ зов в процессе выполнения анализа; поглотительный сосуд 9 с 25%-ным раствором едкого калия (КОН) для поглощения уг­ лекислого газа; поглотительный сосуд 11 со щелочным раство­ ром пирогаллола для поглощения из пробы кислорода; грушу 10

со спиралью для сжигания метана и напорным сосудом 12;

петлю 13, наполненную окислителем (СиО) и служащую для сжигания водорода и окиси углерода; съемную электропечь 14, применяемую для нагревания петли 13\ трансформатор ЛАТР-2 для понижения напряжения сети.

Переводя пробу из измерительной бюретки в патрон с опре­ деленным реактивом, отбирают из нее определенный компонент газовой смеси и, вновь возвращая пробу в измерительную бю­

ретку, замеряют происшедшее при этом уменьшение объема пробы.

69

Г л а в a II

РУДНИЧНАЯ ПЫЛЬ

§ 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Рудничная пыль — это совокупность дисперсных мине­ ральных частиц размером от 1 мм до долей микрона в попереч­

нике, поступающих в рудничные выработки в процессе горных работ.

Взвешенная в воздухе пыль образует с ним дисперсную си­

стему — пылевой аэрозоль; осевшая пыль представляет собой пылевой аэрогель.

По степени дисперсности различают три категории пыли:

1)пыль с частицами размером больше 10ц, которые оседают

внеподвижном воздухе с возрастающей скоростью;

2)пыль с частицами от 10 до 0,1 ц, оседающими в неподвиж­ ном воздухе с постоянной скоростью по закону Стокса, выражен­ ному формулой

Для шахтных выработок характерно наличие движения воз­ духа в них.

В этих условиях, как показывают исследования, пылинки раз­ мером 2—3,п почти не оседают и разносятся вентиляционной струей на значительные расстояния, если при своем движении не прилипнут к какой-либо поверхности.

71

Способность пыли оставаться во взвешенном состоянии зави­ сит от ряда факторов: тонкости пыли, плотности и формы ча­ стиц, от влажности, температуры и скорости движения воздуха

и некоторых других. Способность осевшей пыли переходить вновь во взвешенное состояние также зависит от многих факторов;, она различна для разных пылей.

Особое значение при определении степени опасности пыли и разработке мер ее подавления имеет ее физико-химическая и ми­ нералогическая характеристика.

При тонком диспергировании вещества (угля, руды, породы)

существенно меняются его физико-химические свойства. Изменя­

ются условия течения химических реакций, процессов адсорб­ ции, флокуляции (слипания), смачиваемости. Происходит элек­ тризация частиц, появляется способность частиц к оседанию на: более холодных поверхностях (термическая преципитация) и т. д.

Так, негорючие в больших кусках колчеданные руды дают при измельчении взрывчатую пыль. В еще большей степени это-

относится к каменному углю. Адсорбция пылинками воздуха препятствует их флокуляции и замедляет процесс смачивания пылинок. Электрозаряженность частиц, происходящая путем ад­ сорбции ионов из газа или вследствие трения пылинок о твер­ дую поверхность, при разноименных зарядах пылинок способст­ вует их флокуляции, а при одинаковых — оседанию на стенки, выработок вследствие взаимного отталкивания пылевых частиц.

Чем меньше радиус пылинки, тем труднее поддается она смачи­ ванию. Минералогический состав пыли обычно отличается от ми­ нералогического состава разрушаемых пород.

Пыли различного минералогического состава создают каче­ ственно различную загрязненность рудничной атмосферы.

Наличие пыли в рудничном воздухе, даже если она не ядо­

вита, нежелательно в двух отношениях:

i)рудничная пыль вредна для здоровья и

2)пыль некоторых веществ, например каменного угля, может' образовывать с воздухом взрывчатую смесь.

Профессиональную вредность представляют пыли с диамет­ ром частиц менее 10р. и особенно менее 2ц, участие во взрывепринимают пылевые частицы размером до 1000ц (1 мм) в попе­

речнике.

В горных работах пыль образуется при производственных процессах, связанных с разрушением горных пород и их транс­ портировкой. Приближенно можно считать, что при сухом бу­ рении в рудных шахтах имеет место следующее распределение количества образующейся пыли в зависимости от источников, пылеобразования: буровые работы дают 80—85% общего коли­ чества взвешенной в воздухе пыли; взрывные работы—10— 15% и прочие источники — 5—10%; при мокром бурении буро­

72

вые работы дают 40—50% общего количества пыли, взрывные работы — 35—45% и прочие источники—10—20%.

В угольных шахтах 55—65% из общего количества пыли об­ разуется при работе врубовых машин и комбайнов, 15—20%

при отбойке и навалке угля на конвейер, 15—20% при транспор­ тировке ископаемого.

Конечно, для разных шахт или участков доли отдельных пы­ леобразующих процессов будут разными.

Для характеристики пылеобразования при различных произ­

водственных процессах применяют следующие показатели:

1)удельный выход пыли — количество пыли, поступа­ ющей в воздух на единицу веса отбитой или погруженной массы

(г/т);

2)интенсивность пылеобразования— количе­

ство пыли, поступающей в воздух в единицу времени при дан­

ном процессе (г/лшн); 3) запыленность воздуха — концентрация пыли в воз­

духе (лггДи3).

Примерное представление о балансе пылеобразования по участку угольной шахты (включая очистные и подготовительные работы) дает табл. 8.

Таблица 8

Баланс пылеобразования по участку

При ведении проходческих работ по породе большое значение имеет пылеобразование при бурении. На 1 л3 породы образуется до 20 г пыли. Значительное количество пыли дают взрывные ра­ боты.

Запыленность воздуха в зависимости от характера производ­ ственного процесса и мер предотвращения пылеобразования мо­ жет составлять от нескольких миллиграммов до нескольких грам­ мов на 1 м3 воздуха.

73

Так, при отсутствии мероприятий по борьбе с пылью запы­ ленность воздуха в забоях достигает: после взрывных работ

70 000 л«г/м3; у врубовых машин и проходческих комбайнов 25 000—30 000 жг/л13; у сбоечно-буровых машин и при пересыпа­

погрузки угля 1500—30 000 жг/м3; у пунктов разгрузки вагонеток

2000—50 000 лга/л3.

При проведении полного комплекса мер борьбы против пыли удается снизить запыленность воздуха до норм, допускаемых Правилами безопасности.

Образующаяся при производственных процессах пыль неод­ нородна по крупности.

По данным П. И. Мустеля [58], анализ буровой муки, взятой

на апатитовом руднике, показал, что количество пыли размером менее Юр. составляет в среднем 6,4% к общему весу буровой муки.

Неоднородна по крупности и взвешенная в воздухе пыль. Проведенные канд. техн, наук П. Н. Торским и др. [92] на

Для количественной оценки степени дисперсности пыли од­ ним показателем пользуются средним диаметром пыли D, кото­

этих фракций.

74

Дисперсный состав рудничной пыли зависит от физико-меха­ нических свойств горных пород, которые очень часто изменяются

даже в пределах одного рудника или одной шахты.

В зависимости от производственных процессов дисперсность пыли, образующейся при выполнении горных работ, неодина­ кова. Наиболее мелкая породная пыль образуется при бурении шпуров, наиболее крупная — при погрузочных операциях.

Методы определения запыленности рудничного воздуха и дис­

персного состава пыли рассмотрены ниже.

§ 8. РУДНИЧНАЯ ПЫЛЬ КАК ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ВРЕДНОСТЬ

По действию на человеческий организм рудничная пыль де­

породная и угольная пыль, загрязняя атмосферу, может

вызывать легочные заболевания, носящие общее название «п н е-

вмокониоз ы».

Пневмокониоз, вызванный кремнистой пылью (содержащей SЮ2), называют силикозом, а угольной пылью — антрако­ зом (силициум — кремень, антракон — уголь).

Наиболее тяжелым заболеванием является силикоз. Упро­ щенно процесс заболевания силикозом можно представить сле­ дующим образом. Пылевые частицы, преимущественно разме­ ром менее 5ц (0,005 мм), проникают вместе с вдыхаемым возду­ хом в легочные пузырьки — альвеолы и задерживаются на их стенках. Под влиянием тканевых жидкостей SiO2 переходит в H2S1O3 — кремневую кислоту, оказывающую химические воз­ действия на ткани. Организм человека стремится изолировать попавшие в легкие инородные частицы: пылинки захватываются

и поглощаются особыми подвижными клетками—фагоцитами.

Но воздействие кремневой кислоты понижает жизнедеятельность фагоцитов, и при значительном количестве пыли фагоциты не справляются с задачей выноса пылинок из организма. Они начи­ нают скопляться в полости альвеол, а также в лимфатических путях легких. Постепенно под воздействием H2SiOs поглотившие

ваясь, образуют силикотические узелки размерами до 1—4 мм.

Поочередно единичные фиброзные узелки соединяются в группы.

Отдельные группы альвеол легкого постепенно замещаются фиброзной тканью. Это отрицательно сказывается на нервной, сосудистой, лимфатической системах легкого. Поражение фиб­ розной тканью одной части альвеол вызывает необходимость

повышения интенсивности работы другой их части, что ведет к ненормальному растяжению альвеол. Нарушение работы лег­ ких ведет к нарушениям и в кровообращении, в работе сердца.

75

В конечном счете человек погибает от декомпенсации сердца или пневмонии. Этот процесс осложняется наличием также ряда других явлений, вызываемых вредным действием НгБЮз на орга­ низм человека.

Различают несколько форм силикоза: обыкновенный, быстро­ текущий, поздний.

Наиболее распространенной является первая форма — обык­

новенный силикоз, развивающийся у человека в течение длительного периода (5—10 лет). На первой стадии заболева­ ния человек ощущает боли в груди, легкий сухой кашель, оды­

шку при большом напряжении организма. Силикотические узелки обнаруживаются при рентгеноскопии только в небольшом коли­ честве. Во второй стадии болезненные ощущения усиливаются — при кашле появляется мокрота, одышка возникает уже при не­ большом физическом напряжении. Силикотические узелки зани­ мают значительную часть легкого. В третьей стадии все эти явления еще более усиливаются. Рентгеноскопия позволяет установить наличие массивного фиброза в различных частях лег­ кого.

Быстротекущий силикоз имеет те же стадии, что и обыкновенный, но болезнь развивается более активно — в те­ чение 2—3 лет протекают все три стадии.

Поздним называют силикоз, наступающий у человека че­ рез некоторое время после того, как он уже оставил работы

в опасных по силикозу условиях. Такие случаи не часты и также

объясняются действием накопившейся в легких пыли, которая в начальный период болезни успешно подавлялась организ­

мом.

Иногда силикоз, особенно в последней стадии, осложняется туберкулезом, в этом случае болезнь называется силикотуберку-

лезом.

При заболевании антракозом образование фиброзной ткани в легких происходит менее интенсивно. Поражения легких не бывают такими тяжелыми, как при силикозе. Развивается антра­

коз значительно медленнее силикоза и обычно у людей, имеющих

стаж подземной работы не менее 10 лет.

Различные люди обладают различной восприимчивостью ор­ ганизма к заболеванию пневмокониозом. Важную роль в этом

играют также и общие условия жизни человека.

Активных средств лечения силикоза пока нет, и поэтому основная медико-санитарная работа ведется в направлении про­ филактики силикоза, ранней диагностики и своевременного пере­ рода заболевшего силикозом на работу, не связанную с вдыха­ нием пыли и вредных газов (при выполнении последнего требо­ вания развитие болезни в большинстве случаев приостанавли­

вается) .

На опасных по силикозу шахтах устанавливается специаль­ ный режим: сокращенный рабочий день, профилактические

76

медицинские осмотры, ультрафиолетовое облучение рабочих в специальных помещениях (фотариях). В некоторых случаях

производят для рабочих ингаляцию верхних дыхательных путей маслами с примесью пенициллина, ментола и др.

Первостепенное значение для предотвращения заболевания

силикозом имеет проведение инженерно-технических мероприя­ тий, обеспечивающих уменьшение пылеобразования при рабо­ чих процессах и своевременное подавление пыли таким образом, чтобы в местах нахождения рабочих пылесодержание в атмо­ сфере не превышало установленных Правилами безопасности

норм.

По санитарным нормам, «.. .предельно допускаемое количе­

ство пыли в рудничной атмосфере при содержании свободной дву­ окиси кремния в породах и полезных ископаемых 10% и выше должно быть не более 2 мг на 1 м3 воздуха. При содержании

свободной двуокиси кремния в породах и полезном ископаемом

рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным спо­ собом». Металлургиздат, 1955).

Свободная двуокись кремния встречается в виде минералов кварцевой группы (кварц, халцедон и др.) и входит в состав

многих горных пород. Так, свободную двуокись кремния содер­ жат: песчаник 33—76%, песчанистый известняк 15—37%, обык­ новенный известняк 0,2—8%.

Результаты анализов по определению содержания свободной двуокиси кремния во взвешенной пыли в породных забоях, про­ веденные на ряде шахт Карагандинского и Кузнецкого бассей­ нов, показывают, что в первом случае содержание SiO2 колеб­ лется от 18,5 до 25%, во втором случае — от 9,2 до 33,9%. На некоторых шахтах Кизеловского бассейна верхний предел содер­ жания свободной двуокиси кремния при буровых работах дости­ гает 80—90%.

Некоторое количество SiO2 содержится в угольной пыли.

Так, в угольной пыли Кизеловского бассейна содержание

свободной SiO2 колеблется от 0,9 до 1,36%, а общей —

до 9%.

Наличие SiO2 в угольной пыли подтверждается и для углей других угольных месторождений.

Среднее содержание SiO2 в пыли по шахте, крылу или отдель­ ной выработке определяется на основе данных анализа проб по­ род и проб взвешенной в воздухе пыли, отобранных в забоях и других рабочих местах.

Содержание SiO2 в пробе устанавливается на основе петро­ графического анализа пробы под микроскопом или на основе хи­

мического анализа пробы, выполняемого по специальной мето­

дике (метод МакНИИ и др.).

77

§ 9. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА 1*

На предприятиях горной промышленности регулярно осу­ ществляется контроль за состоянием запыленности рудничного воздуха.

Отбор проб с целью определения запыленности воздуха про­

изводится лабораториями в следующих местах:

1)во всех очистных выработках при закладке выработан­ ного пространства пневматическими или метательными маши­ нами и при перепуске закладочного материала;

2)в забоях подготовительных, вспомогательных и нарезных выработок;

Рис. 30. Схема установки для определения запыленности воз­ духа весовым методом

3)в откаточных выработках в местах погрузки и разгрузки вагонеток и в перегрузочных пунктах закладочного материала;

4)при последовательном проветривании лав на промежуточ­

ных штреках; 5) на обогатительных фабриках в цехах углеподготовки,

у дробилок, грохотов и др.

Запыленность воздуха шахт и промышленных помещений определяется двумя способами: весовым и счетным.

При весовом (гравиметрическом) способе запы­ ленность воздуха выражают в весовых единицах—-миллиграм­ мах на 1 м3 воздуха (жг/ж3); при счетном (кониметриче- ском)—числом пылинок в единице объема воздуха (обычно в 1- см3).

За основной в настоящее время принят весовой метод-—бо­ лее простой по технике его выполнения и обеспечивающий отно­

сительно точное определение запыленности, хотя и без характе­ ристики дисперсности пыли. Существующие в СССР предельно

в одном и том же смысле.

78