книги / Рудничная аэрология.-1

воспламенения газо-воздушной смеси в этом случае 630—810° С* цвет пламени голубовато-синий. Реакция горения:

2СО + 0 2 = 2С02.

Газ весьма ядовит: легко соединяясь с гемоглобином кров» (в 250—300 раз активнее, чем кислород), он вытесняет из нее кисло­ род, вызывая тем самым кислородное голодание организма. Для полного насыщения крови человека окисью углерода ее требуется всего лишь 300 см3.

Симптомы нехронического отравления окисью углерода:

при слабом отравлении, являющемся следствием вдыхания в те­ чение до 1 ч воздуха с содержанием 0,048% СО, — головная больг шум в ушах, головокружение, сердцебиение;

при сильном отравлении, вызываемом вдыханием в течение 0,5— 1 ч воздуха с содержанием 0,128% СО, — кроме вышеуказанных симптомов потеря способности двигаться и притупление сознания; при смертельно опасном отравлении, наступающем после очень непродолжительного вдыхания воздуха с содержанием 0,4% СО, — потеря сознания, судороги; при содержании СО около 1% потеря

сознания наступает после нескольких вдохов.

Кроме концентрации СО в воздухе и продолжительности вдыха­ ния отравленного воздуха на степень отравления оказывают влияние частота дыхания, скорость кровообращения, чередование вдыхания чистого и отравленного воздуха, состояние организма (покой, физи­ ческая работа), комплекция человека (худой, полный). Человек отравляется быстрее при большей частоте дыхания и скорости крово­ обращения, при отсутствии чередования вдохов чистого и отравлен­ ного воздуха, при ходьбе и выполнении физической работы.

Основными источниками загрязнения рудничного воздуха окисью углерода являются взрывные работы, рудничные пожары, взрывы угольной пыли и метана, работа двигателей внутреннего сгорания* В обычных условиях основное количество СО в шахтах дают взрыв­ ные работы. Чтобы уменьшить образование окиси углерода, необхо­ димо устранять неполное взрывание ВВ, не допускать забойки шпуров угольной мелочью, применять ВВ с нулевым кислородным балансом и со специальными добавками как в самом ВВ, так и в обо­ лочках патронов и в забойке.

Содержание СО в рудничном воздухе действующих выработок не должно превышать 0,0024% при длительном пребывании людей в них. Перед допуском людей в забои после взрывных работ содер­ жание условной окиси углерода (т. е. собственно окиси углерода плюс двуокись азота, умноженная на коэффициент 6,5) не должна превышать 0,008% при условии продолжающегося непрерывнога проветривания забоев.

Окислы азота. Окислы азота образуются при взрывных работах и состоят из смеси окиси азота N0, двуокиси азота N 0 2, двучетырех-

окиси азота N20 4, пятиокиси азота N20 6. Окислы эти имеют бурый цвет и характерный резкий запах. Наиболее устойчивы в воздухе

NOo и N20 4.

Двуокись азота N 0 2 имеет удельный вес 1,59, молекулярный вес 46,01; вес 1 л N 0 2 при нормальных условиях 2,05 г.

Двучетырехокись азота N20 4 имеет удельный вес 3,18, молеку­ лярный вес 92,02; вес 1 л при нормальных условиях 4,11 г. При повышении температуры она распадается на двуокись азота: N20 4

2N 02. N 0 2 и N20 4 легко растворяются в воде.

Окислы азота весьма ядовиты, вызывают раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, а в тяжелых случаях — отеки легких. Токсическое действие окислов азота проявляется через 4—6 ч (иногда через 20—30 ч). Симптомы отравления: кашель, голов­ ная боль, рвота, сишошность, повышение температуры тела, рас­ стройство сердечной деятельности. Смертельная концентрация окис­ лов азота при кратковременном вдыхании — 0,025%.

При оказании первой помощи пострадавшему его нужно прежде всего вывести на свежую струю и обеспечить ему покой.

Содержание окислов азота в воздухе действующих выработок

тельным кислородным балансом и со специальными добавками. Необходимо также устранять неполное взрывание ВВ.

Сернистый газ (S02). Сернистый газ бесцветен, имеет сильный раздражающий запах и кислый вкус; удельный вес его 2,22, молеку­ лярный вес 64,07, вес 1 л при нормальных условиях 2,86 г. При 20° С в 1 объеме воды растворяется 40 объемов S 0 2. Сернистый газ весьма ядовит: он раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, в тяжелых случаях вызывает воспаление бронхов,

Сернистый газ образуется при взрывных работах, если они ве­ дутся в сернистых породах или если ВВ содержит серу, при руднич­

содержании его в воздухе от 0,0001%); удельный вес его 1,19, моле­ кулярный вес 34,09, вес 1 л при нормальных условиях 1,52 г. При

Сероводород очень ядовит, действует раздражающе на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Симптомы отравления (в по­ рядке увеличения степени отравления): раздражение и жжение

в глазах и дыхательных путях, усталость, тошнота, рвота, обморок. Смертельно опасна даже при кратковременном воздействии кон­ центрация H 2S 0,1%.

Первая помощь при отравлении — искусственное дыхание на свежей струе, вдыхание хлора (например, с помощью платка, смоченного хлорной известью).

Содержание H 2S в воздухе действующих выработок не должно превышать 0,00066%.

Сероводород выделяется в рудничный воздух из горных пород (особенно из пластов каменной соли) и минеральных источников; кроме того, он образуется при гниении органических веществ, раз­ ложении шахтными водами содержащих серу пород, при рудничных пожарах, взрывных работах (неполное взрывание ВВ, горение огнепроводного шнура).

Поскольку сероводород хорошо растворяется в воде, следует, проходя по заброшенным выработкам, стараться не возмущать воды, так как из нее может выделиться значительное количество ранее растворенного сероводорода.

Согласно «Единым правилам безопасности при разработке руд­ ных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом», шахты, в которых хотя бы на одном пласте (залежи) обнаружен серо­

тельны опережающее бурение скважин при проведении выработок, отвод шахтных вод при наличии в них растворенного H 2S по закры­ тым водопроводам, обеспечение рабочих респираторами.

Аммиак (NH3). Аммиак — газ без цвета, с резким характерным запахом; удельный вес его 0,596, молекулярный вес 17,03, вес 1 л при нормальных условиях 0,77 г. Газ этот хорошо растворим в воде. При содержании в воздухе 30% аммиака он взрывается.

Аммиак ядовит, раздражает слизистые оболочки и кожу, а при высоких концентрациях вызывает отек гортани.

Образуется NH3 при разложении азотосодержащих соединений, возможно выделение его в воздух после взрывных работ, при тушении пожаров (при контакте воды с раскаленным углем). NH3 выделяется из апатитово-нефелиновых пород.

Допустимое содержание NH3 в воздухе — 0,0025%.

Акролеин (СН2СНСОН). Акролеин — бесцветная легко испаря­ ющаяся жидкость. Образуется в результате разложения дизельного топлива под действием высокой температуры. В атмосфере выработок может присутствовать в виде пара с удельным весом 1,9, который хорошо растворим в воде.

Акролеин очень ядовит, раздражает слизистые оболочки, вызы­ вает головокружение, тошноту, боли в желудке, рвоту. Десяти­

Уменьшение содержания в воздухе акролеина, как и других выхлопных газов, достигается очисткой последних в специальных фильтрах.

Альдегиды. Альдегиды (анисовый альдегид СН3ОСвН4СОН, аце­ тальдегид СН8СОН, бензальдегид СвОбСОН, коричневый альдегид. СвН5СНСНСОН, формальдегид НСОН, хлораль СС13СОН) обра­ зуются, так же как и акролеин, при работе двигателей внутреннего сгорания. Все альдегиды ядовиты, раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, действуют на центральную нервную систему.

Один из наиболее опасных альдегидов — формальдегид. Его удельный вес 1,04. Он легко растворим в воде. Формальдегид вызы­ вает некроз кожи, конъюнктивит, насморк, бронхит, чувство сла­ бости, расстройство пищеварения, головные боли, сердцебиение, бессоницу, отсутствие аппетита, заболевание слизистых оболочек. Максимально допустимая концентрация формальдегида 0,00037%.

Пары мышьяка (As), ртути (Hg), цианистый водород (HCN). Очень редкие примеси рудничного воздуха. Могут образовываться при взрывных работах, выделяются при разработке соответству­ ющих руд. Весьма ядовиты.

Водород (Н2). Водород — бесцветный газ с удельным весом 0,07; вес 1 л при нормальных условиях 0,09 г; растворимость в воде при 0° С и 760 м м р т . cm. — 2,1%. Водород горит и взрывается при содержании его в воздухе от 4 до 74%. Температура воспламенения на 100—200° С ниже температуры воспламенения метана. Водород легче всех других газов диффундирует через пористые перегородки. Водород выделяется в рудничный воздух из пород, из калийных пластов и из угля при средней степени его метаморфизма, а также образуется в шахтах при зарядке аккумуляторных батарей.

Шахты, разрабатывающие рудные, нерудные или россыпные месторождения, в которых хотя бы на одном пласте (залежи) обна­ ружен водород, относятся к опасным по газу и делятся на четыре категории (табл. 1).

П р и м е ч а н и е . При делении шахт на категории прини­ мается, что i м8 водорода эквивалентен 2 м8 метана.

сивностью, однако на шахтах ГДР и ФРГ их интенсивность достигает 700 тыс. м8 газа.

Газообильность калийных шахт СССР невелика.

В СССР наибольшее количество горючих газов выделяется на Верхнекамских соляных рудниках (до 2200 м3/сутки); относитель­ ная газообильность рудников достигает 1,5 м3 на 1 м3 добытой соли.

Газообильность Березниковского рудника находится в пре­ делах 300 м3 горючих газов, приведенных к метану, в сутки, или 0,03 м3 па 1 м8 добытой калийной соли; газообильность Соликам­ ского рудника равна соответственно 600 м3/сутки, или 0,11 м3/м3. Как правило, в исходящих струях блоков, панелей и участков при­ сутствие горючих газов практически не наблюдается. Взрывы и вспышки газов на шахтах редки и имеют в основном местный характер.

Г л а в а II МЕТАН

Метан является основной составной частью р у д н и ч н о г о г а з а , представляющего собой смесь газов, выделяющихся в горные выработки из пород и полезного ископаемого. Состав рудничного газа зависит от свойств горных пород. В угольных шахтах он сострит

В литературе часто рудничным газом называют собственно метан.

§ 6. Физико-химические свойства метана

Метан (СН4) — газ без цвета, вкуса и запаха. Удельный вес его 0,5539, молекулярный вес 16,03, вес 1 л при нормальных условиях 0,716 г. Растворимость в воде при 760 мм pm. cm. и 20° С — 3,5%. При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только

сгалоидами.

Внебольших количествах метан физиологически безвреден. Повышение содержания СН4 в воздухе опасно лишь вследствие уменьшения содержания кислорода, вытесняемого метаном. Однако при 50—80% метана в воздухе и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость. Примесь к метану этана и пропана придает воздуху слабое наркотическое свойство.

Метан горит бледным голубоватым пламенем. Это используется при определении содержания метана в воздухе с помощью пламенных бензиновых ламп, в которых его концентрация определяется по высоте пламени метана («ореола») над прикрученным собственным пламенем лампы.

Реакция горения метана:

СН4 + 202 = СО2 -j- 2Н20,

Пределы взрывчатости метано-воздушной смеси расширяются с повышением ее начальной температуры и давления смеси. Так, при начальном давлении 10 am метано-воздушная смесь взрывается при содержании метана от 5,9 до 17,2%.

через некоторое время после возникновения контакта с источником тепла. Время запаздывания вспышки называется и н д у к ц и о н ­ н ы м п е р и о д о м . Длительность индукционного периода быстро уменьшается при повышении температуры воспламенителя и незна­ чительно увеличивается при увеличении содержания метана в воздухе (табл. 2). Изменение атмосферного давления в шахтных условиях практически не оказывает влияния на время запаздывания вспышки.

Наличие индукционного периода создает условия для преду­ преждения вспышки метана при взрывных работах путем примене­ ния предохранительных ВВ. При этом время, необходимое для остывания продуктов взрыва ниже температуры воспламенения метана, должно быть меньше длительности индукционного периода.

Температура продуктов взрыва метана в неограниченном объеме достигает 1875° С, а внутри замкнутого объема — 2150—2650° С. Давление газа в месте взрыва примерно в 9 раз превосходит началь­ ное давление газо-воздушной смеси до взрыва. Так, если ее начальное давление было равно 1 am, то после взрыва оно будет 9 am. Предва­ рительное сжатие метано-воздушной смеси, распространяющейся взрывной волной, способствует развитию высоких давлений (до 30 am и выше).

Скорость распространения взрывной волны вдоль выработки при увеличении содержания метана свыше 5—6% сначала возрастает, а затем уменьшается до нуля при 14—15%. Скорость эта больше, если смесь перед взрывом находилась в движении. Наличие холодных поверхностей на пути движения уменьшает скорость волны, а все­ возможные препятствия (сужения, выступы, отдельные предметы и т. п.), способствуя повышению давления, увеличивают скорость распространения волны. Скорость эта при взрыве метана в воздухе

распространяющуюся от источника воспламенения к периферии взрывную волну, воспламеняющую все более удаленные от центра взрыва объемы метана. Обратный удар представляет собой взрывную волну, распространяющуюся в обратном направлении, к центру взрыва, вследствие возникающего там разрежения после конденсации образующихся при взрыве паров воды. Обратный удар обычно слабее прямого.

ственно пламенем взрыва, вторичное возникает в результате зажи­ гания оставшегося на пути взрыва метана при притекании к нему кислорода из прилегающих выработок.

§ 7. Происхождение и формы связи метана с горными породами

Процессы образования метана протекали одновременно с форми­ рованием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества.

При образовании углей в результате метаморфизма первичной органической массы, покрытой наносами и лишенной доступа кисло­ рода, происходило образование метана, его высших гомологов, сероводорода, аммиака и водорода. Существенная роль при этом принадлежала процессам брожения (в определенных условиях мета­ нового брожения), вызываемым деятельностью анаэробных бактерий. Разложение клетчатки при этом протекало, по-видимому, по следу­ ющим схемам:

2СвНюОв —5СЫ4-(-бСОг “}■2С)

4С6Н10Об= 7СН4 + 8С02 + ЗН20 + С ^ О .

Подобные процессы метанообразования возможны и в иных условиях при разложении органических веществ без доступа кисло­ рода (каменносоляные, стронцианитовые, серные, глиняные, гематитовые залежи, болота, пруды).

В породах метан находится в д в у х с о с т о я н и я х : в в и д е с в о б о д н о г о и с о р б и р о в а н н о г о ( с в я ­ з а н н о г о ) г а з а . На современных глубинах работ (давление газа в пределах 50 am) основное количество метана находится в сор­ бированном состоянии. Различают три формы связи газа с твердым веществом: а д с о р б ц и ю (связывание молекул газа на поверх­ ности твердого вещества под действием сил молекулярного притяже­