Атмосфера подземных горных выработок, страница 4

Шахты, разрабатывающие рудные, нерудные и россып­ные месторождения, в которых хотя бы на одном пласте (за­лежи) обнаружен водород, относятся к опасным по газу и делятся на четыре категории (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Категории опасности шахт,  разрабатывающих рудные, нерудные и россыпные месторождения

Примечание. При делении шахт на категории принимается, что 1 м³ водоро­да эквивалент 2 м³ метана.

Максимально допустимая концентрация Н₂ в воздухе горных выработок – 0,5 %.

Тяжелые углеводороды, ацетилен. Из тяжелых углево­дородов в рудничном воздухе встречаются этан С₂Н₆, про­пан С₃Н₈ и бутан С₄Н₁₀. Они выделяются при разработке малометаморфизированных углей и калийных руд, могут обра­зовываться при взрывных работах. Все три газа взрывчаты, а также придают воздуху слабые наркотические свойства.

Ацетилен С₂Н₂ – взрывчатая примесь рудничного возду­ха. Он может образовываться при ведении взрывных работ. Од­нако в шахтах он встречается весьма редко.

Компрессорные газы. При работе компрессоров проис­ходит разложение смазочного масла с образованием компрес­сорных газов (СО, СН₄ и др.), которые, поступая вместе со сжатым воздухом в выработки, могут служить причиной взры­вов и отравлений.

Радиоактивные примеси. Из радиоактивных примесей в рудничном воздухе встречаются газообразные продукты рас­пада некоторых руд – эманации. Наиболее часто встречаются радон Rn, торон Tn и актион An. Например, при разработке урановых и ториевых руд в рудничный воздух поступает радон. Опасность эманации обусловлена их ионизирующим излуче­нием, вызывающим поражение клеток живого организма, об­разованием в водных растворах организма перекиси водорода, изменяющей строение белковых молекул, инактивацию жиз­ненно важных ферментов.

В воздухе могут находиться также продукты распада эмана­ции. Продуктами распада являются изотоп полония RaA, изотоп свинца RaB и изотоп висмута RaC , излучающие α-, β- и γ- лучи.

Нормирование ионизирующих излучений производится на основе рекомендаций международной комиссии по радиаци­онной защите. Установлены нормы облучения персонала, за­нятого на работах, связанных с использованием радиоактив­ных веществ (категория А), и для ограниченной части населе­ния (категория Б). ПДД – предельно допустимая доза, ПД – предельная доза. Значения ПДД и ПД приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Значения ПДД и ПД

Группы критических органов	ПДД и ПД (по категориям), Дж/кг в год
	А	Б
I группа – все тело, красный костный мозг	5 · 10–2	5 · 10–2
II группа – мышцы, жировая ткань, щитовидная железа, хрусталик глаза, внутренние органы	15 · 10–2	15 · 10–2
III группа – кожный покров, костная ткань, кисти, пред­плечья, лодыжки и стопы	30 · 10–2	3 · 10–2

Горючие и другие газы в калийных шахтах. В шахтах, раз­рабатывающих месторождения калийных солей, наблюдается выделение горючих газов: метана, водорода, этана, пропана, бутана, а также углекислого газа и азота.

На крупнейшем в мире Верхнекамском месторождении калийные соли содержат от 11 до 47 % метана, от 0,6 до 39 % водорода, до 13 % этана, до 47% азота и других инертных газов от общего объема газов.

Газоносность добываемых в СНГ карналлитов по горю­чим газам не превышает 12 см³/кг, сильвинитов – 14 см³/кг.

В калийных шахтах при взрывных работах выделяется 37 – 88 % газа от общего количества выделяющегося газа; обна­женные поверхности соляного массива дают 3 – 45 %, при скреперовании выделяется 5 – 46 % и при бурении шпуров 1 – 4 %. Выработанные пространства, как правило, не содер­жат горючих газов. Суфлярные выделения горючих газов и газовыделения, связанные с обрушением соли, на калий­ных шахтах СНГ характеризуются малой интенсивностью.

Метан и его физико-химические свойства

Метан (СН₄) – газ без цвета, вкуса и запаха. Плотность метана по отношению к воздуху равна 0,5539, молекулярная масса – 16,03, масса 1 м³ при нормальных условиях – 0,716 кг. Растворимость в воде при давлении 101,3 кПа и температуре + 20° С составляет 3,5 %. При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только с галоидами.

В небольших количествах метан физиологически без­вреден. Повышение содержания СН₄ в воздухе опасно лишь вследствие уменьшения содержания кислорода, вытесняе­мого метаном. Однако при 50 – 80 % метана в воздухе инор­мальном 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 + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О. (1.3)

В подземных выработках горение метана часто проис­ходит в условиях недостатка кислорода, что приводит к по­явлению в выработках окиси углерода:

СН₄ + О₂ = СО + Н₂ + Н₂О. (1.4)

Значительная часть образующихся при горении паров воды быстро конденсируется, что вызывает разрежение в данном месте.

Температура воспламенения метана 650-750 °С. Она зави­сит от содержания метана в воздухе, состава атмосферы, давле­ния, источника воспламенения. Теплота горения метана 78470 · 10³Дж/кг.

С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5 % он горит, 5 – 14 % – взры­вается, свыше 14 % – не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при притоке кислорода извне (рис. 1.1). Сила взрыва зависит от абсолютного количества участвующего в нем метана. Наибольшей силы взрыв дости­гает при содержании в воздухе 9,5 % метана. При большей концентрации метана часть его остается несгоревшей из-за недостатка кислорода. Вследствие высокой теплоемкости ме­тана эта его часть охлаждает пламя взрыва. При содержании в воздухе СН₄ свыше 14 – 16 % происходит его полное само­гашение и взрыв не возникает.