Рудничная атмосфера в горных выработках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рудничная атмосфера в горных выработках

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 0 ⁰С), 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 20 ⁰С 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. атмосферный воздух ядовитый

Основными источниками выделения 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 %.

1.3 Ядовитые примеси рудничного воздуха

Наиболее часто в атмосферу угольных шахт выделяются следующие ядовитые примеси: окись углерода, сернистый газ, сероводород и окислы азота.

Окись углерода (СО) - газ без цвета, запаха и вкуса. Относительная плотность-0.97. Плохо растворим в воде. Окись углерода горит синеватым пламенем и образует с воздухом при содержании от 16.2 до 73.4 % взрывчатую смесь. Наибольшая сила взрыва имеет место при содержании окиси углерода в воздухе 30 %. Отравление человека окисью углерода происходит потому, что гемоглобин крови, в 300 раз активнее соединяется с окисью углерода, чем с кислородом, что приводит к кислородному голоданию тканей. Токсичность окиси углерода зависит от ее концентрации и времени воздействия:

При концентрации 0.05 % и времени воздействия 1 час- слабое отравление;

При концентрации 0.12 % и времени воздействия 0.5 часа - тяжелое отравление;

При концентрации 0.4 % -смертельное отравление после кратковременного воздействия;

Для полного насыщения крови человека окисью углерода ее достаточно 300 см³.

Признаки отравления: биение и ощущение давления в висках, головная боль, чувство стеснения в груди, слабость в ногах, тошнота, рвота.

Основным источником образования окиси углерода являются взрывные работы. В небольших количествах окись углерода может выделяться из угольных пластов.

В больших количествах окись углерода образуется при взрывах метана и угольной пыли.

После взрывных работ люди могут быть допущены в забой при концентрации условной окиси углерода, не превыщающей 0.008 % при условии непрерывного проветривания выработки. Предельно допустимая концентрация (ПДК) окиси углерода в воздухе действующих выработок равна 0.0017 %.

Сернистый газ (SO₂) - бесцветный, обладает запахом горящей серы и кисловатым вкусом, не горит и не поддерживает горение. Относительная плотность 2.3. Хорошо растворим в воде. В одном объеме воды растворяется 40 объемов сернистого газа.

Сернистый газ ядовит, вызывает раздражение верхних дыхательных путей и глаз, а при высокой его концентрации поражает легкие. При концентрации 0.05% сернистый газ опасен для жизни человека даже при кратковременном воздействии. Ощутим по запаху при содержании его в воздухе 0.0005 %.

Образуется при производстве взрывных работ по породам, содержащим серу, рудничных пожарах, а также выделяется из угольных пластов.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе действующих выработок согласно требований правил безопасности (ПБ) равна 0.00038 %.

Сероводород (Н₂S0) - газ без цвета, имеет сладковатый вкус и характерный запах тухлых яиц. относительная плотность 1.19. Хорошо растворим в воде. При температуре 20 ⁰С в одном объеме воды растворяется 2.5 объема сероводорода.

Сероводород горюч и образует с воздухом при содержании от 4.3 до 45.5 % взрывчатую смесь.

Образуется при окислении полусульфидов и колчедана, а также при гниении органических веществ и ведении взрывных работ.

В случаях легкого отравления человека сероводородом наблюдается раздражение слизистой оболочки глаз и верхних дыхательных путей, появляется боль в глазах, светобоязнь, цветовые круги вокруг источников света, кашель, стеснение в груди. При отравлении средней тяжести поражается нервная система, возникает головная боль, головокружение, слабость, рвота, оглушенное состояние.

Тяжелое отравление сероводородом вызывает рвоту, нарушение сердечно сосудистой деятельности и дыхания, обморочное состояние и смерть.

Уже при содержании сероводорода 0,02 % через 5-8 мин наступает головная боль, тошнота, слезотечение, а при концентрации 0.08 % человек теряет сознание и наступает смерть от паралича дыхания. Сероводород ощутим по запаху, уже при концентрации 0.0001 %, но при высоких концентрациях обоняние быстро притупляется.

Допустимое содержание сероводорода в рудничном воздухе согласно ПБ равно 0.00071 %.

Окислы азота (NO, NO₂, N₂ O₄, N₂ O₅) имеют темно-бурый цвет и характерный резкий чесночный запах. Относительная плотность окислов азота колеблется от 1.04 до 4.8. Хорошо растворимы в воде, образуя азотную и азотистую кислоты.

Образуются при ведении взрывных работ.

Острое отравление человека окислами азота происходит в несколько стадий. В начальной стадии появляется небольшой кашель, слабость, головная боль. Через 30-60 мин наступает период мнимого благополучия, скрытый период, который длится 3-6 часов и более. В это время начинается отек легких, который нарастает и вызывает боль в груди, кашель, усиление одышки, что может привести к смерти. Смертельное отравление вызывает содержание окислов азота в воздухе, равное 0.025 %. Допустимая концентрация окислов азота в действующих выработках в пересчете на NO₂ 0.00026 %.

Размещено на Allbest.ru