Состав рудничного воздуха

Лекция 1

Шахтный воздух.

Атмосферный и рудничный воздух

Атмосферный воздух это газообразная оболочка, окружающая земную поверхность и состоящая из смеси газов и паров. Его состав, вследствие высокой турбулизации, постоянен над земной поверхностью до высот порядка 20 км.

Средний состав атмосферного воздуха на уровне моря (в %, по объему) включает азот (78, 08%), кислород (20, 95%), аргон (0, 93%), углекислый газ (0, 03%) и группу различных газов, включая инертные (0, 01%).

Атмосферный воздух, поступивший в горные выработки и заполнивший их, в процессе своего движения, называется рудничным воздухом. Наиболее существенные изменения воздуха происходят в выработках очистных и подготовительных участков. Поэтому, условно, рудничный воздух, заполняющий горные выработки до забоев очистных и подготовительных выработок, называется свежим, а воздух, заполняющий выработки за забоями (за лавами и тупиковой частью подготовительных выработок) – отработанным. Соответственно этому разделению, струя воздуха, движущаяся от поверхности к забоям, называется поступающей (свежей), а от забоев к поверхности земли – исходящей.

Атмосферный воздух, попадая в горные выработки, изменяет свои физические параметры, химический состав и загрязняется различными примесями.

Состав воздуха, при движении по горным выработкам, постоянно изменяется. Уменьшается содержание кислорода, увеличивается содержание углекислого газа и азота, появляется ряд газов, не содержащихся в рудничной атмосфере.

Содержание газов в воздухе характеризуется их концентрацией – отношением количества данного газа (в объемных или весовых единицах) ко всему количеству газо-воздушной смеси. Чаще всего используется объемная концентрация, выраженная в процентах.

Состав рудничного воздуха

В состав рудничного воздуха (как и атмосферного) входят кислород, углекислый газ и азот. Кроме этого в рудничном воздухе могут присутствовать взрывчатые, ядовитые, радиоактивные, инертные газы и пары.

Кислород (О₂) – газ без цвета, вкуса и запаха. Его удельный вес равен (по отношению к удельному весу воздуха) 1, 11 при температуре 0⁰С и давлении 760 мм. рт. ст.

Согласно Правилам безопасности, содержание кислорода в рудничном воздухе должно быть не менее 20%.

Содержание кислорода в горных выработках уменьшается вследствие его участия в окислительных процессах и замещении различными газами выделяющимися из угля и горных пород (метан, углекислый газ и др.). К окислительным процессам, поглощающим кислород, в первую очередь относится окисление полезных ископаемых. Кроме того, уменьшение содержания кислорода происходит вследствие взрывных и сварочных работ, работы двигателей внутреннего сгорания, также при рудничных пожарах, взрывах метана и угольной пыли.

При снижении концентрации кислорода примерно до 17% наступают одышка и повышенное сердцебиение, а при 12% атмосфера становится смертельно опасной.

Углекислый газ (СО₂) - бесцветный, со слабокислым запахом. Удельный вес – 1, 52. Химически инертен, не горит и не поддерживает горение.

Различают три вида выделения углекислого газа в горные выработки: обыкновенное, суфлярное и внезапное.

При обычном выделении СО₂ поступает в рудничную атмосферу непосредственно с обнаженной поверхности горного массива или образуется при измельчении горной массы.

При суфлярном выделении газ интенсивно поступает в выработку через крупные трещины в горном массиве. Дебит суфляров, со временем, уменьшается. В Донецком угольном бассейне относительная углекислотность шахт не превышает 15 м³/т.

Угольные шахты по углекислотообильности делятся на 4 категории:

I - до 5 м³/т, II – от 5 до 10 м³/т, III – от 10 до 15 м³/т и сверхкатегорная – более 15 м³/т. Это деление используется при расчете количества воздуха для проветривания шахт.

Максимальные допустимые концентрации СО₂ в шахтах и рудниках:

- рабочие места и общие исходящие струи участков: 0, 5%;

- общая исходящая крыла, шахты: 0, 75%;

- проведение и восстановление выработок по завалу: 1%.

Азот (N₂) – газ без цвета, вкуса и запаха. Удельный вес – 0, 97. Химически инертен. В рудничный воздух поступает из угля и пород. Кроме того, N₂ образуется при взрывных работах и гниении органических веществ. Содержание азота в рудничном воздухе не нормируется.