РАЗДЕЛ III ВЕНТИЛЯЦИЯ, ОСВЕЩЕНИЕ И ВОДООТЛИВ ПРИ
ПРОВЕДЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
12. ВЕНТИЛЯЦИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
12.1. Состав и свойства рудничного воздуха
В задачу вентиляции горных выработок входит
обеспечение подачи рудничного воздуха необходимого состава, здоровых и
безопасных санитарно-гигиенических условий труда на рабочих местах.
Рудничным называется воздух, поступающий в -подземные выработки с
поверхности и претерпевающий изменения в процессе перемещения по ним.
Эти изменения выражаются прежде всего в уменьшении содержания кислорода
и увеличении содержания углекислого газа.
К основным причинам уменьшения содержания кислорода в воздухе горных
выработок относятся окисление горных пород, древесины, ведение взрывных
работ, работа двигателей внутреннего сгорания.
В рудничном воздухе могут оказаться такие газы, как азот, метан, окись
углерода, сернистый газ, сероводород, оксиды азота, метан, водород,
тяжелые углеводороды, радон, аммиак и другие вредные газы, а также пары
воды и пыль. Одни ядовитые газы образуются при взрывных работах или в
результате работы в подземных условиях двигателей внутреннего сгорания,
другие выделяются нз горных пород или полезных ископаемых и шахтных вод.
Давление, температура, скорость движения и влажность рудничного воздуха
также могут существенно отличаться от этих физических параметров
атмосферного воздуха.
Рудничный воздух, который по своему составу незначительно отличается от
атмосферного и движется в направлении забоя проветриваемой выработки,
называется свежим, а воздух, движущийся из забоя проветриваемой
выработки и содержащий то или иное количество загрязняющих примесей,
называется отработанным.
На разведочных шахтах воздушная струя, движущаяся от воздухоподающего
ствола к забоям выработок, называется поступающей, а от забоев к
воздуховыдающей выработке — исходящей струей.
Содержание газов в воздухе выражается объемной или массовой
концентрацией. Объемная концентрация — это выраженное в процентах
отношение объема данного газа ко все-му объему газовоздушной смеси.
Массовая концентрация газа — это отношение его массы к объему
газовоздушной смеси.
Объемную концентрацию можно пересчитать на массовую
(мг/м3) по формуле
См = 446МСоб, (12.1)
где М — относительная молекулярная масса газа.
Важнейшей составной частью рудничного воздуха
является кислород (02). Это газ без цвета, вкуса и запаха. Его
относительная плотность по сравнению с плотностью воздуха при О °С и
давлении 1013,257 гПа составляет 1,11. Плотность кислорода при
нормальных условиях равна 1,428 кг/м3.
В атмосферном воздухе кислорода содержится (по объему) 20,95%. В
соответствии с Правилами безопасности в СССР на подземных горных работах
в рудничном воздухе его должно содержаться не менее 20%.
Насыщение крови кислородом зависит от величины его парциального
давления. В глубоких шахтах парциальное давление кислорода в рудничном
воздухе выше его значения, соответствующего нормальному атмосферному
давлению. Такие условия наиболее благоприятны для усвоения кислорода
кровью людей. Наоборот, в высокогорных условиях парциальное давление
кислорода уменьшается и усвоение его кровью ухудшается.
При снижении содержания кислорода до 17% наступает сильная одышка и
сердцебиение, при содержании его, равном 12%, появляется обморочное
состояние, при 9% наступает смерть вследствие кислородного голодания.
Углекислый газ (С02) — бесцветный газ, без запаха, со слабокислым
вкусом. Относительная плотность—1,52. Относительная молекулярная масса —
44, плотность его при нормальных условиях 1,96 кг/м3. Растворимость в
воде при 0°С составляет 179,7% по объему.
Вследствие высокой относительной плотности углекислый газ скапливается
при плохом проветривании у почвы выработок и особенно в нисходящих
выработках. В небольших количествах (0,1—0,2%) он стимулирует дыхание,
но, являясь слабоядовитым, при содержании в воздухе в количестве 5—10%
раздражает слизистые оболочки глаз, рта и носа. При содержании 3%
учащается дыхание и наступает одышка, при 6—8% появляется сердцебиение и
потеря работоспособности, при 10% наступает обморочное состояние, при
15—20% человеку угрожает смерть. Предельная допустимая концентрация С02
в воздухе горных выработок согласно требованиям правил безопасности
должна быть не более 0,5%—у рабочих мест и в исходящей струе участка и
не более 0,75%—в исходящей струе крыла, горизонта или всей шахты.
В атмосферу выработок С02 поступает вследствие взрывных работ, выделений
из горных пород, гниения органических ве-
ществ, работы двигателей внутреннего сгорания, а
также выделения из шахтных вод.
Азот (N2)—газ без цвета, вкуса и запаха. Относительная плотность его —
0,97, плотность при нормальных условиях 1,25 кг/м3. Азот химически
инертен, однако при очень высоких температурах, возникающих, например,
во время взрывных работ и электродуговой сварки, способен окисляться,
образуя очень ядовитые газы N0 и N02.
Увеличение содержания N2 в воздухе оказывает влияние на человека
вследствие уменьшения при этом содержания кислорода.
В рудничный воздух азот поступает в основном за счет взрывных работ,
гниения органических веществ и иногда выделения из горных пород.
Содержание N2 в атмосфере горных выработок не нормируется.
Окись углерода (СО)—газ без цвета, вкуса, запаха. Относительная
плотность — 0,97, плотность его при нормальных условиях 1,25 кг/м3. В
воде плохо растворим. Горит и взрывается при концентрации в воздухе от
12,5 до 75%.
Газ весьма ядовит, легко соединяется с гемоглобином крови, препятствуя
поступлению в кровь кислорода и вызывая кислородное голодание организма.
При легком отравлении СО появляется шум в ушах, головная боль, учащенный
пульс, учащенное поверхностное дыхание, слабость, рвота (это проявляется
через 40—50 мин при содержании СО, равном 0,05%).
При сильном отравлении (через 0,5—1 ч при содержании СО, равном 0,128%)
происходит, кроме того, потеря способности двигаться и притупляется
сознание. Смертельное отравление наступает после непродолжительного
вдыхания воздуха с содержанием СО, равном 0,4%. При содержании СО,
составляющем 1%, потеря сознания наступает после двух-трех часов.
Первая помощь при отравлении СО — искусственное дыхание на свежей струе
воздуха.
СО образуется при взрывных работах, при тлении и горении веществ, работе
двигателей внутреннего сгорания.
По Правилам безопасности концентрации СО в воздухе горных выработок в
пересчете на условную окись углерода при длительном воздействии (т. е. в
течение 6—7 ч) не более 0,0016% (20 мг/м3) и при кратковременном
воздействии не более 0,008% (100 мг/м3). Под условной окисью углерода
понимают суммарный объем всех ядовитых газов, пересчитанных с учетом их
токсичности в объем СО, при этом 1 л N02 принимается эквивалентным 6,5 л
СО, а 1 л S02 или H2S — 2,5 л СО.
Двуокись азота (N02) является наряду с N204 наиболее устойчивым в
воздухе окислом азота. Весьма ядовита, как и другие окислы азота.
Относительная плотность—1,59, плотность при нормальных условиях 2,05
кг/м3. Имеет бурый цвет и характерный резкий запах. Вызывает раздражение
слизистых обо-
лочек верхних дыхательных путей и глаз, а в тяжелых
случаях — отек легких. Симптомами отравления являются кашель, головная
боль, рвота, синюшность, повышение температуры тела и расстройство
сердечной деятельности.
При оказании первой помощи пострадавшему его необходимо прежде всего
вывести на свежую струю воздуха и обеспечить ему покой.
В соответствии с Правилами безопасности предельно допустимая
концентрация окислов азота в пересчете на N02 составляет 0,00025% (5
мг/м3).
Сернистый газ (S02) бесцветен, имеет кислый и сильный раздражающий запах
горящей серы. Его относительная плотность— 2,213, а плотность при
нормальных условиях 2,86 кг/м3. Хорошо растворяется в воде. Сернистый
газ весьма ядовит. Его присутствие в воздухе вызывает раздражение
слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, а в тяжелых случаях
воспаление бронхов, отек гортани и легких. Сернистый газ образуется при
взрывных работах по сернистым породам, выделяется из сульфидных руд, а
также в процессе окисления горных пород, содержащих серу.
Предельно допустимая концентрация SO2 в соответствии с ПБ 0,00035% (10
мг/м3).
Сероводород (H2S) —газ без цвета, со сладковатым вкусом и запахом тухлых
яиц. Ощутим по запаху уже при содержании его, равном 0,0001%.
Относительная плотность H2S—1,18, плотность при нормальных условиях 1,52
кг/м3. Сероводород горит, а при концентрации в воздухе 6% взрывается.
Хорошо растворяется в воде.
Сероводород весьма ядовит, раздражает слизистые оболочки глаз и
дыхательных путей. Симптомами сильного отравления являются тошнота,
рвота и обморок.
Сероводород поступает в воздух выработок из шахтных вод, пластов
калийных солей, за счет разложения серосодержащих пород шахтными водами
и в процессе гниения древесины.
Акролеин — бесцветная, легко испаряющаяся жидкость. Образуется при
разложении дизельного топлива в условиях высокой температуры. Весьма
ядовит. Предельно допустимая концентрация в воздухе 0,000009% (0,2
мг/м3).
Альдегиды (анисовый, коричный, ацетальдегид, бензальде-гид,
формальдегид, хлораль) —очень ядовитые продукты разложения топлива при
работе двигателей внутреннего сгорания. Наиболее опасным является
формальдегид. Он легко растворим в воде. Предельно допустимая
концентрация формальдегида 0,000037% (0,5 мг/м3).
Тяжелые углеводороды — этан (С2Н6), пропан (С3Н8) и бутан
(С4Н10)—взрывчатые газы, выделяющиеся из слабомета-
морфизованных углей. Могут образовываться при
взрывных работах. Обладают слабым наркотическим действием.
Компрессорные газы (СО, СН4 и др.) образуются при разложении смазочных
масел в компрессорах и попадают со сжатым воздухом в горные выработки.
Могут явиться причиной взрывов и отравлений.
Радон — радиоактивный продукт распада в урановых разведочных шахтах
(22286Rn). Плотность его 9,905 кг/м3, относительная плотность — 7,526.
Хорошо растворим в нефти, бензине и воде. Сам радон не стабилен, его
период полураспада Т=3,825 сут. При распаде радона образуются, в свою
очередь, радиоактивные продукты — изотопы полония RaA, свинца RaB и
висмута RaC. Процесс их образования и разложения сопровождается
образованием а-частиц, р и -у-лучей.
Опасность ионизирующих облучений связана с поражением клеток живого
организма, образованием в водных растворах организма перекиси водорода,
разрушающей белковые молекулы и вызывающей инактивацию важных ферментов.
Санитарная норма содержания радона в воздухе горных выработок составляет
5,55-104 Бк/м3.
Метан (СН4) —газ без цвета, запаха и вкуса. Относительная плотность —
0,554, плотность его при нормальных условиях 0,716 кг/м3. Слабо
растворим в воде. В больших количествах встречается на угольных
месторождениях, в меньших — на месторождениях калийных солей, в
небольших — на месторождениях некоторых других полезных ископаемых.
Метан выделяется в смеси с другими газами (N2, СОг), называемой
рудничным газом. Метан горюч и при концентрации в воздухе 5—16%
взрывается. Метановоздушная смесь взрывается при температуре источника
воспламенения 635 °С и более, причем взрыв происходит не сразу, а по
истечении некоторой паузы — периода индукции. Длительность индукционного
периода зависит как от температуры источника воспламенения, так и от
концентрации метана. При увеличении концентрации метана длительность
индукционного периода увеличивается, а при повышении температуры
уменьшается. Для концентрации 6%, например, она составляет 1,08 с при
температуре 775 °С и 0,039 с при температуре 1075 °С.
Наибольшей силы взрыв метана достигает при концентрации 9,1%.
Согласно ПБ, концентрация метана в исходящей струе из забоев должна быть
не более 1%, в исходящей струе шахты или ее крыла — не более 0,75% а в
поступающей струе — не более 0,5%.
Водород (Н2) — газ без цвета, вкуса и запаха, самый легкий из всех
газов. Относительная плотность водорода — 0,0696, плотность его при
нормальных условиях 0,09 кг/м3. В воде растворяется слабо. Горит и
взрывается при содержании его в воздухе от 4 до 72%. Температура
воспламенения и взрыва 577—
590 °С. Взрывается мгновенно без индукционного
периода. Встречается на калийных и угольных месторождениях как примесь к
метану и углеводородам, выделяется при зарядке аккумуляторов.
Предельно допустимая концентрация ъодо-рода в воздухе 0,5%.