I. Рудничная атмосфера

1. Рудничный воздух

1.1 Изменение химического состава и свойств атмосферного воздуха при его движении по горным выработкам

Состав атмосферного воздуха, поступающего в шахту практически постоянен и в среднем содержит азота (N₂) 78.08 %, кислорода (О₂) 20.95 %, углекислого газа (СО₂) 0.03 %, аргона 0.93 %, суммарное содержание гелия, неона, криптона, ксенона, озона не превышает 0.01%.

В процессе движения воздуха по горным выработкам изменяется его состав и физические свойства. Воздух загрязняется взрывчатыми, ядовитыми, удушливыми газами, рудничной пылью увеличиваются его температура, влажность и давление.

Рудничный воздух – это смесь газов и паров заполняющих горные выработки.

Рудничный воздух, поступающий к рабочим местам в шахте, пока он еще не загрязнен различными примесями, и мало отличается по составу от атмосферного воздуха, называется свежим (свежая струя на схемах проветривания обозначается красным цветом).

Рудничный воздух, удаляемый из рабочих мест и имеющий большую по сравнению с атмосферным воздухом загрязненность называют – испорченным или отработанным (исходящая струя на схемах проветривания обозначается синим цветом).

1.2 Постоянные составные части рудничного воздуха и их свойства

К постоянным составным частям рудничного воздуха относят кислород, азот и углекислый газ.

Кислород-газ без цвета, вкуса и запаха. Его плотность по отношению к воздуху равна 1.11. Кислород плохо растворим в воде (5 % по объему при температуре 0⁰С), Но легко соединяется со многими веществами и участвует в окислительных процессах. Кислород необходим человеку для дыхания. В состоянии покоя человек потребляет около 0.3 л/мин кислорода, а при большой физической работе человека - 3-4 л/мин. Только 20 % кислорода содержащегося в воздухе усваивается организмом. Вдыхаемый воздух содержит около 21 % кислорода , а выдыхаемый около-17 %. Количество выдыхаемого углекислого газа несколько меньше количества усвоенного кислорода.

Основными причинами снижения содержания кислорода в рудничном воздухе являются процессы окисления полезного ископаемого, пород и древесины, а также присоединение к воздуху газов, выделяющихся из окружающих пород в горные выработки (метан, углекислый газ и др.).

Второстепенными причинами снижения содержания кислорода является дыхание людей, взрывные работы и т. д.

При снижении содержания кислорода до 19 % наблюдается слабая одышка, при 18 % одышка усиливается, дыхание удваивается, при 17 % появляется шум в ушах и ощущается пульсация крови в висках, а при 12 % наступает обморочное состояние и смерть.

По правилам безопасности содержание кислорода в действующих выработках, куда разрешен допуск людей, должно быть не менее 20 %.

Азот - инертный газ без цвета, запаха и вкуса. Его относительная плотность по отношению к воздуху-0.97. плохо растворим в воде. Содержание азота в воздухе находится на границе свободного горения (при увеличении его содержания на 3-4 % свободное горение в атмосферном воздухе было бы невозможно).

Содержание азота в горных выработках увеличивается за счет его выделения из угольных пластов. По данным Г.Д. Лидина, содержание азота в угольных пластах может достигать 2 м³/т.

Азот всегда содержится в крови человека. С повышением атмосферного давления его содержание увеличивается. При внезапном уменьшении давления (например, аварийная ситуация в кессоне, быстрый подьем водолаза из воды на поверхность) в крови могут образовываться пузырьки азота, что вызывает кессонную болезнь и даже смерть. Насыщение организма азотом при высоком давлении вызывает токсичное действие. Чтобы избежать отрицательных последствий, режим декомпрессии строго контролируется, а приведении работ под водой на большой глубине азот заменяют другими газами (например, гелием).

Содержание азота в шахтном воздухе не нормируется.

Углекислый газ - газ без цвета, имеет слабокислый вкус. Его плотность по отношению к воздуху равна 1.52. Хорошо растворим в воде. В 100 объемах воды при температуре 20⁰С растворяется 88 объемов углекислого газа. Углекислый газ постоянно вырабатывается в организме человека в результате окислительных процессов и играет роль стимулятора дыхания. При содержании углекислого газа в воздухе 3 % дыхание учащается в 2 раза даже в состоянии покоя, а при содержании около 5 % - в 3.раза. При содержании 5-8 % появляются признаки раздражения слизистой оболочки глаз и верхних дыхательных путей, головная боль, шум в ушах, возбуждение, головокружение, ощущение жара, сердцебиение, одышка, тошнота, повышение артериального давления. При 20 %-ном содержании (при работе в изолирующих респираторах) наблюдается покраснение кожи, чувство покалывания. Содержание углекислого газа 20-25 % смертельно опасно.

Основными источникамивыделения углекислого газа в шахтах являются процессы гниения и окисления древесины и угля, разложение горных пород кислыми водами, выделение из пород и угольных пластов. Также источниками могут быть взрывы метана и угольной пыли, пожары. На крупных шахтах Донбасса выделение углекислого газа достигает 200000 м³/сут. Количество углекислого газа выделяющегося из шахты в единицу времени называется абсолютной углекислотообильностью шахты ( м³/мин, м³/сут). Она определяется по формуле

I_co2=; м³/сут (1.1)

где Q– количество воздуха в исходящей струе шахты, м³/мин;

с – концентрация углекислого газа в исходящей струе шахты, %.

Количество углекислого газа выделяющегося в шахте на одну тонну суточной добычи называется относительной углекислотообильностью шахты

q_co2 =; м³/т.с.д (1.2)

где А_сут– суточная добыча угля на шахте, т/сут.

В зависимости от величины q _co шахты по углекислому газу подразделяются на 4 категории: 1 категория - 0-5.м³/т.с.д., 2 категория - 5-10.м³/т.с.д., 3 категория -10-15.м³/т.с.д., 4 категория - более 15.м³/т.с.д.

По Правилам безопасности содержание углекислого газа в воздухе не должно превышать следующих значений: на рабочих местах и в исходящих струях участков-0.5.%, в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и щахты-0.75 %, при проведении и восстановлении выработок по завалу- 1.0 %.