Тема 2. Пылегазовая обстановка в угольных шахтах при взрывных работах

2.1. Состав рудничной атмосферы, свойства и допустимые концентрации вредных газов

Атмосферный воздух содержит: 20,95% кислорода, 78,08% азота, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа и 0,01% прочих газов и паров воды.

По Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах объемная доля кислорода в рудничной атмосфере должна быть не менее20%. Снижение до 9 % вызывает смертельное удушье от кислородного голодания.

Азот (N2) – газ без цвета, запаха и вкуса, инертный, не поддерживает дыхания, не горит, но при высоких температурах и давлении окисляется с поглощением тепла.

Окислы азота образуются при взрывании ВВ: сначала оксид азота (NO), а затем – диоксид азота (NO2) – это газ бурого цвета, в полтора раза тяжелее воздуха. Хорошо растворяются в воде, поэтому при погрузке угля и породы после взрывания их необходимо смачивать водой, иначе выделяющиеся из отбитой массы адсорбированные окислы азота могут вызвать отравление. Токсичное действие NO2 выражается в отеке легких. Через 2- 12 часов наступает прогрессирующий отек легких, который при тяжелом отравлении приводит к смерти. Хроническое отравление бывает у взрывников.

Концентрации в атмосфере0,04-0,08% NO2 – опасно для здоровья; 0,08% и более – может привести к смерти.

ПДК окислов азота в рудничном воздухе – 0,0001%.

Оксид углерода или угарный газ(СО) – газ без цвета и запаха, легче воздуха, очень ядовит. При вдыхании, кровь теряет способность разносить кислород по организму, наступает кислородное голодание (аноксемия), а при сильном насыщении – наступает смерть.

При 0,01% СО - слабое отравление, головная боль, шум в ушах; при 0,1% - сильное отравление, а через 1-2 часа тяжелое отравление до смертельного исхода; при 1% - человек теряет сознание после нескольких вдохов и через несколько минут может наступить смерть.

ПДК СО – 0,02 мг/л или 0,0016%. Смесь СО с воздухом способна взрываться, доокисляясь до СО2, при ее содержании от12,5 до 75% (наи-

большей силы взрыв при30%), температура вспышки смеси СО с возду-

хом – 630-810 0С.

Диоксид углерода или углекислый газ (СО2) не имеет цвета, слегка ки-

словатый на вкус и запах, в 2 раза тяжелее воздуха, поэтому скапливается внизу выработки. Образуется при гниении дерева, при взрывах ВВ, дыхании людей, а также выделяется из пород.

2

При 3% СО2 частота дыхания удваивается, 5% – становится тяжелым, 6% – сильная одышка и слабость, 10% - обморочное состояние, 20% - смерть из-за недостатка кислорода.

ПДК СО : на рабочем месте– 0,5%; в исходящей струе воздуха–

2

0,75%; при восстановлении выработок, в завале – 1%.

Сернистый газ (SO2) выделяется при разработке сернистых углей, а также образуется при пожарах и при взрывах ВВ. SO2 действует на легкие и глаза. При сильных отравлениях наступает удушье.

При 0,02% SO2 – сильное раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, при 0,05% - сильное удушье и может наступить смерть. ПДК SO2 –

0,00035%.

Сероводород (H2S) – газ, имеющий характерный запах тухлых яиц, выделяется из угля, содержащего серные колчеданы, из старых выработок, где гниют органические вещества, очень ядовит. Действует на нервную систему, вызывая наркотическое состояние, глухоту и судороги.

При 0,0001-0,0002% H2S вызывает раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз через 5-10 минут, при 0,1-0,15% - быстро наступает смерть. ПДК – 0,00066%.

Метан (CH4) – природный газ без запаха и цвета, не ядовит, но не поддерживает дыхание. При 40% метана (О2 –12%) человек задыхается, при 57% метана (О2 – 9%) – смерть.

Метан образовался вместе с углем из растительных остатков, заполняя в угле и вмещающих породах трещины и пустоты. Уголь содержит в адсорбированном состоянии на своей поверхности метана в 70-90 раз больше своего объема (1 т угля может содержать до 100 м3 метана).

Количество метана в угле и породе характеризует их газоносность (в 1 м3 или в 1 т). От газоносности зависит и газообильность шахты.

Абсолютная газообильность – количество метана, выделяемое в шахте в течение суток.

Относительная газообильность – количество метана, отнесенная к 1

т среднесуточной добычи. По относительной газообильности шахты разделяют на категории:

I - (до 5 м3/т), II - (от 5 до 10 м3/т); III - (10-15 м3/т) и сверхкатегорные - (более 15м3/т).

Бывает 3 вида выделения метана из массива угля и вмещающих -по

род:

1 – обыкновенное выделение – непрерывное, почти равномерное выделение из открытых пор и трещин, происходит с больших обнаженных поверхностей с легким шорохом, шипением или лопаньем пузырьков на воде;

2 – суфлярное выделение – в течение дней, месяцев, лет из видимых на глаз трещин и пустот в массиве местное выделение метана, отличающееся большей интенсивностью, сопровождается свистом, шипением, а изпод воды – клокотанием;

3

3 – внезапное выделение (выброс) – неожиданный местный выброс большого количества (от нескольких м3 до тысяч м3) метана в течение короткого промежутка времени, сопровождающееся разрушением вмещающего массива с выбросом угля и породы. Это газодинамические явления. Внезапные выбросы пород обычно происходят на глубине более 400 м при проведении выработок в крепких упругих породах.

Резкое увеличение содержания метана в выработке происходит после взрывной отработки угля и породы. В этом случае происходит интенсивное дробление горной массы, раскрытие большого числа пор и трещин и высвобождение метана. Поэтому при взрывных работах необходимо эффективное проветривание выработок, чтобы за короткий промежуток времени снизить концентрацию метана до безопасных пределов.

Доля метана в воздухе, поступающем в выработку, не должна превышать 0,5 %; в исходящем из выработки– 1%; исходящим из шахты– 0,75%, а при производстве взрывных работ – 1%.

При местном скоплении метана2% и более работы прекращаются, электричество отключается, люди выводятся, забой проветривается до снижения концентрации до 1 %.

При содержании в воздухе 4,5-15% метана достигается его взрывчатая концентрация, а при 9,5% - происходит взрыв наибольшей силы.

2.2. Образование, места отложения и свойства угольной пыли

Большое количество угольной пыли образуется при отбойке угля комбайнами или взрывом, при погрузке в вагонетки и на конвейер, при транспортировании.

Около забоя оседает от 30 до 300 кг пыли. При этом в 5-10 м от забоя

– 50 % , в 10-20 м – 35 %, более 20 м – 13 %. Особенно много пыли оседает на сопряжениях с лавами, в районе погрузочных пунктов (за сутки осаждается от 1 до 8 кг пыли на 1 м выработки), особенно по ходу вентиляционной струи. На расстоянии до 300 м от лавы в вентиляционном штреке оседает до 85 % всей пыли. С поверхности груженых вагонеток 1000с т транспортируемого сухого угля сдувается до 200 кг пыли на 1 км выработки.

Каменноугольная пыль пластов, содержащих 10 % и более летучих веществ, отнесенных к безводной и малозольной массе, относится к взрывчатой. Во взрыве принимают участие частицы диаметром от0,1 до 1 мм. Наиболее взрывоопасна пылевоздушная смесь, содержащая 300-600 г пыли в 1 м3 воздуха. Общий диапазон взрывчатой концентрации пыли – от 1000 до 2500 г/м3. Температура вспышки пылевоздушной смеси находится в пределах 750-900 0С.

Взрывчатость угольной пыли устанавливают лабораторными исследованиями.

4

2.3. Источники воспламенения метанопылевоздушной смесей при взрывных работах

Воспламенение и взрыв метановоздушной смеси зависят не только от концентрации в ней метана, но и от температуры вспышки смеси Т и индукционного периода t – времени с момента зарождения очага нагрева до момента вспышки. Чем выше температура нагрева(вспышки), тем короче индукционный период.

Так, при Т = 650 0С индукционный период равенt =10 с, а при Т = 2000 0С вспышка происходит мгновенно.

Индукционный период пылевоздушной смеси меньше, чем метановоздушной, так как при нагревании из угольной пыли выделяются летучие легковоспламеняющиеся компоненты. При этом мощная ударная волна, идущая впереди волны взрыва пылевоздушной смеси, поднимает осевшую в выработках пыль и увлекает её за собой, в том числе и в незапыленные выработки.

Вспышки метана и взрывы угольной пыли, возникающие в забоях, где ведутся взрывные работы, могут распространяться на расстояния до -не скольких километров.

Воспламенение метаноили пылевоздушной смеси произойдет, если хоть в одной точке смесь будет нагрета до температуры, превышающей критическую температуру воспламенения смеси в данных условиях, в течение времени, превышающем индукционный период.

При производстве взрывных работ источниками нагрева смеси могут быть:

1 – взрыв открытого заряда ВВ (расположенного на поверхности породы и угля, а также в шпурах, но частично открытого взрывом предыдущих серий) или частично открытого заряда(в шпурах без забойки, со сквозными трещинами – в атмосферу выработки);

2 – выгорающие заряды ВВ в шпурах и отбитой взрывом горной массе при затухании детонации ВВ и переходе её в горение, являющееся источником открытого пламени;

3 – неполные взрывы и выгорание ВВ в детонаторах; 4 – горячие и раскаленные частицы ВВ, металлических гильз и чаше-

чек детонаторов, кусочков проводов и шлака сгоревшего замедляющего состава детонаторов;

5 – электрические искры в электровзрывных сетях; 6 – высокотемпературные продукты (горячие газы) взрыва ВВ;

7 – прямые и отраженные ударные волны, образующиеся при взрыве зарядов ВВ;

8 – искры, образующиеся при ударе разлетающихся при взрыве кусков металла о металл или породы о металл.

5

2.4. Принципы создания и методы испытаний предохранительных ВВ

Основные принципы создания предохранительных ВВ:

1 – ВВ должны иметь ограничения по температуре продуктов и энергии взрыва;

2 – введение в состав ВВ пламегасителей– ингибиторов, которые либо вводят равномерно в состав ВВ, либо применяют в виде предохранительных оболочек, либо получают в процессе химической реакции взрыва.

Допустимый уровень температуры и энергии взрыва определяется условиями применения и является основой классификации предохранительности ВВ.

Испытания предохранительных ВВ на безопасность по газу (метану) и угольной пыли проводят в опытном штреке (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Опытный металлический штрек для определения предохранительных свойств ВВ при взрыве зарядов:

1 – мортира для угольной пыли; 2 – термопара; 3 – диафрагма; 4 – смеситель; 5 – взрывная камера объемом 10 м3; 6 – днище штрека; 7 – вентиляционная труба; 8 – тележка с мортирой; 9 – газопровод с метаном

Считается, что ВВ выдержало испытания на безопасность, если в 10 опытах не произошло ни одного воспламенения пыли или газа в атмосфере штрека, и ему присваивается один из следующихклассов предохранитель-

ности:

III класс – в канал мортиры (55 х 900 мм) помещают заряд ВВ массой 0,6 кг, глиняную забойку 10 мм и предохранительный ЭД мгновенного действия, в камеру штрека нагнетается метан до концентрации 8-10%;

IV класс – в канал мортиры помещают 0,7 кг ВВ без забойки, в камеру штрека нагнетается метан до концентрации 8-10 %, для создания угольной пыли применяют пыле-распылительную мортиру с6 кг пыли влажностью до 2 %, содержащую более 30 % летучих и не более 9 % золы, ВВ массой

6

50 г взрывают предохранительным детонатором мгновенного действия, за

2-5 с до взрыва испытуемого ВВ;

V класс – взрывается в пылегазовой атмосфере штрека свободно подвешенный заряд ВВ массой 0,2 кг;

VI класс – взрывается в пылегазовой атмосфере штрека свободно подвешенный заряд ВВ массой1 кг, или заряд массой 1 кг, размещенный в уголковой мортире с отражательной стенкой на расстоянии 0,2 м (рис. 2.2); VII класс – взрываются в пылегазовой атмосфере одновременно20

зарядов ВВ, размещенных в штреке по определенной схеме (рис. 2.3).

Рис. 2.2. Схема размещения уголковой мортиры с отражательной стенкой в опытном штреке:

1 – уголковая мортира (стальной цилиндр диаметром 230 мм, длиной 2000 мм); 2 – заряд ВВ; 3 – стальная отражательная стенка 1х2 м; 4 – стенка штрека

Рис. 2.3. Схема испытания открытых рассредоточенных зарядов ВВ в опытном штреке:

1– диафрагма;

2– деревянная стойка;

3– стенка штрека;

4– заряды ВВ;

5– капроновая леска или провод;

6– дно штрека

7

2.5.Приборы для обнаружения и изоляции газов

2.5.1.Сигнализатор метана со звуковым извещателем С1МЗ-1

Сигнализатор метана со звуковым извещателем -1СМЗ (изготовлен ПО "ЭЛЕКТРОТОЧПРИБОР", г. Омск) предназначен для непрерывного контроля содержания метана в атмосфере шахты, освещения рабочего места и сигнализации пользователю о достижении объемного содержания метана заданного уровня.

Рис. 2.4. Сигнализатор метана со звуковым извещателем СМЗ-1

Сигнализатор метана по уровню взрывозащиты имеет исполнение РВ и может использоваться в условиях шахт всех категорий и внекатегорийных.

По конструктивному исполнению сигнализатор полностью повторяет СМС-4. Электронная схема выполнена на современной элементной базе с использованием поверхностного монтажа, что обеспечивает высокую надежность и ремонтопригодность аппаратуры.

Фара сигнализатора СМЗ-1 имеет дополнительный патрубок для установки электродинамического излучателя без увеличения габаритов фары.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ