Контроль состава рудничной атмосферы

Безопасность ведения горных работ и

Горноспасательное дело

 

Методические указания к практическим занятиям

для студентов специальности 140604.65 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

 

Пермь, 2010

УДК 622.8 [622:621.3 (076.5)

 

Методические указания к практическим занятиям «Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело» для студентов специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»./ М.Ю. Постникова. Пермь, 2010. – 27 с.

 

Приведены общие методические указания для практических занятий по дисциплине «Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело», список литературы, вопросы для самопроверки по отдельным темам.

Предназначены для студентов очной формы обучения специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

 

 

Табл. 5. Рис. 14. Библиогр. 9.

 

Рецензент: докт.техн.наук., вице-президент по науке и технической политике ГП ЗУМК Земсков А.Н.

 

 

© Пермский государственный технический университет, 2010

 

 

Содержание

 

Введение ………………………………………………………………………………………..
1.	Контроль состава рудничной атмосферы………………………………………….......
2.	Самоспасатели……………………………………………………………………………
	2.1. Самоспасатель для подземных работ ШСС-Т ……………………………………..
	2.2. Фильтрующий самоспасатель СПП-2 ……………………………………………...
3.	Респираторы……………………………………………………………………………..
4.	План ликвидации аварий……………………………………………………………….
5.	Первая медицинская помощь…………………………………………………………..
Список литературы…………………………………………………………………………….

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В горной промышленности состояние безопасности труда и всей промышленной безопасности вызывает серьезную озабоченность. Общий уровень аварийности и производственного травматизма в отрасли остается недопустимо высоким, причем обусловлен он не только технологической спецификой горной промышленности, но и общими тенденциями и условиями. Аварии часто происходят из-за недопустимо изношенного оборудования, некачественного или несвоевременного выполнения работ по обслуживанию и ремонту.

В ряде случаев причинами аварий становятся непродуманные проектные и технические решения, крайне низкая технологическая и трудовая дисциплина.

Одним из факторов, определяющих безопасность ведения подземных работ, с которым столкнулись горняки еще до начала нашей эры, была шахтная атмосфера. В данном методическом пособие описан контроль за рудничной атмосферой, способы отбора газовых проб и приборы для определения газов в рудничной атмосфере.

Значительное место в данном пособие отводится вопросам горноспасательного дела – рассматриваются специальные аппараты, которые используются для выполнения аварийно-спасательных работ в атмосфере, непригодной для дыхания (при подземных пожарах, выбросах угля и газа, взрывах метана и т.д.): самоспасатели и респираторы, так же составление плана ликвидации аварий и первая медицинская помощь.

Безопасность труда – это такое состояние условий труда, при которых исключено воздействие на работающих опасных (вредных) производственных факторов.

Горноспасательное дело – отрасль горного дела, разрабатывающая научные основы и осуществляющая комплекс организационных мероприятий по борьбе с авариями в шахтах. Наиболее опасные аварии - взрывы метана, угольной и колчеданной пыли, подземные пожары, внезапные выбросы газа, угля и породы, горные удары, внезапные прорывы в горные выработки плывунов, подземных и поверхностных вод.

 

Контроль состава рудничной атмосферы

Контроль соответствия состава шахтного воздуха нормам, которые устанавливаются нормативными актами, заключается в плановой проверке состава воздуха службой ВТБ (службой вентиляции и техники безопасности), для чего в шахте в установленных местах отбираются пробы воздуха с последующим их химическим анализом в лабораториях ВГСЧ. Кроме того, проверка состава воздуха может осуществляться с помощью переносных приборов. В выработках, содержащих вредные газы выше допустимых норм, проверка состава воздуха должна проводиться в респираторах.

Для профилактического контроля состава рудничной атмосферы обычно берут пробу воздуха на рабочем месте. Хотя эта проба и не будет отражать средний состав воздуха в выработке, однако она зафиксирует ту среду, в которой работает или придется работать человеку. Чаще всего рабочим местом является пространство на расстоянии 1-3 м от груди забоя, купол (забой) восстающих выработок в проходке и пр. Набор средней пробы на рабочем месте может быть осуществлен перемещением сосуда, в кото-

Рис. 1.1. Перемещение сосуда для отбора пробы воздуха в выработке

рый набирается исследуемый воздух, или прибора зиг-загообразно от почвы к кровле и обратно, как показано на рис. 1.1, а. Однако наиболее пред-ставительная проба может быть получена при перемещении сосуда по спирали (рис. 1.1, б). Объясняется это тем, что при зигзагообразном перемещении сосуда отдельные отрезки дуг в сумме всегда будут меньшей протяженности, чем дуга спи-рали (у потолочины или у почвы выработки). Это и обес-печивает более равномерное взятие пробы там, где состав рудничного воздуха оказы-

вается наиболее неравномерным.

Для предотвращения попадания в пробу выдыхаемого воздуха пробоотборщик должен в процессе набора пробы становиться против вентиляционной струи и держать сосуд в вытянутой руке.

Способы набора газовых проб:

а) способ, основанный на вытеснении воды воздухом («мокрый» способ);

б) набор газовых проб продуванием;

в) вакуумный и вакуумно-химический;

г) набор проб закачиванием воздуха в резиновые камеры.

 

«Мокрый» способзаключается в следующем: берется сосуд (обычная бутылка с хорошо пригнанной резиновой пробкой), который заполняется обычной водопроводной водой под самую пробку, чтобы не было даже видно пузырьков воздуха. При наборе пробы вода выливается из сосуда, а пространство внутри его заполняется исследуемым воздухом. Чтобы проба воздуха, набранная в сосуд, была надежно изолирована от окружающего воздуха, сосуд перевозят опрокинутым с оставленной над пробкой водой слоем 5-10 мм, который является дополнительным гидравлическим затвором. Хранение проб, как и транспортирование, осуществляется в опрокинутых сосудах (бутылках).

«Мокрый» способ применяется для отбора проб на газы, которые плохо растворяются в воде. К ним относятся метан (СН₄), водород (Н₂), оксид углерода (СО), кислород (О₂) и отчасти углекислый газ (СО₂). Если пробы отбираются на углекислый газ, сосуды следует заполнять насыщенным раствором поваренной соли, который при наборе проб собирается в отдельную посуду для повторного использования. Заполнять сосуды, предназначенные для набора проб воздуха на углекислый газ, обычной водопроводной водой не рекомендуется, т.к. это приводит к появлению ошибки в анализе (в сторону небольшого занижения результатов) за счет растворения углекислого газа в капельках воды на стенках сосуда и в слое воды над пробкой.

Набор газовых проб продувкойзаключается в том, что воздух из сосуда принудительно вытесняется исследуемой пробой. Для набора проб чаще всего применяют сухие стеклянные пипетки с притертыми кранами с двух сторон или обычные бутылки. К

обычным бутылкам изготавливают специальные пробки, через которые пропускают две трубки - длинную до дна и короткую до среза пробки (рис. 2, а). На месте набора пробы краны пипетки или трубки бутылки открываются и один из концов пипетки (или одна из трубок бутылки) подсоединяется к отсасывающему устройству (аспиратору, эжектору, насосу, груше). Для полного вытеснения находящегося в сосуде воздуха достаточно через него пропустить рудничный воздух в объеме, превышающем объем сосуда в 10-12 раз. После набора пробы краны пипетки (трубки бутылки) закрываются и сосуды с пробами доставляются в химическую лабораторию. Данный метод может быть применен для любых газов. Вакуумно-химический способотбора проб заключается в том, что в сосуд или обычную бутылку, снабженную хорошо пригнанной резиновой пробкой 4 с отверстием, в которое вставляется прочная стеклянная трубочка 3, на наружный конец которой надевается резиновая трубка 2,

Рис. 1.2. Сосуды для набора проб воздуха: а - продувкой; б - вакуумно-химическим способом

закрывающаяся стеклянной палочкой 1 или металлическим зажимом наливается небольшой объем реагента 5, химически связывающего определенный газ (компонент). Из снаряженной бутылки откачивается воздух в лаборатории, и она выдается для набора проб пробоотборщику.

В месте отбора пробы пробоотборщик, держа сосуд в правой руке и пережав пальцами резиновую трубку, левой рукой достает из трубки стеклянную палочку. Постепенно разжимая резиновую трубку, набирает исследуемый воздух по сечению выработки. После набора пробы резиновая трубка закрывается стеклянной палочкой, и проба доставляется в лабораторию.

Вакуумно-химическим способом набирают пробы воздуха на такие газы, как окислы азота (оксид и диоксид), сероводород, сернистый газ, альдегиды и др. Этот способ незаменим в тех случаях, когда последующее определение поглощенного компонента выполняется каким-нибудь восприимчивым методом - калориметрическим, полярографическим, спектральным и т.д.

Метод закачивания в резиновые камерызаключается в том, что в обычные резиновые волейбольные (футбольные) камеры с помощью насоса или резиновой груши закачивается исследуемый воздух. Отбор проб воздуха может быть произведен для всех газов, однако необходимо помнить, что такие газы, как водород и метан, диффундируют (проходят) через резину. Поэтому взятые в резиновые камеры пробы воздуха как можно скорее должны быть доставлены в лабораторию для анализа.

Анализ проб воздуха в лабораториях требует продолжительного времени (по крайней мере срочные анализы производятся в течение трех часов), за которое газовая обстановка может существенно измениться.

Приборы для определения состава воздуха по принципу действия разделены на 3 группы:

а) химические;

б) физические, основанные на измерении отдельных физических констант рудничных газов (коэффициентов преломления, диффузии, теплопроводности и т.д.);

в) физико-химические (термохимические), основанные на измерении физических констант продуктов химических реакций.

Приборы 1-й группы (химические)не применяются для контроля содержания метана и водорода в связи с химической инертностью данных газов. В то же время приборы этой группы являются основными для определения содержания оксида углерода, сернистого газа, сероводорода, окислов азота, паров бензина, бензола и т.д. Наибольшее распространение на шахтах и рудниках получили химические газоопределитель типа ГХ, предназначенные для экспресс-анализа содержания ядовитых газов.

Прибор ГХ (газоопределитель химический, рис.1.3) состоит из сильфонного аспиратора АМ-5 и запаянных с двух сторон стеклянных индикаторных трубок. Аспиратор представляет собой резиновый мех, позволяющий за один полный ход протянуть через индикаторную трубку 100 мл воздуха.

Индикаторная стеклянная трубка заполнена реактивом, меняю-щим окраску при взаимодействии только с определенным газом, если тот содержится в протягиваемом через трубку воздухе. В месте отбора проб воздуха концы трубки отламываются, она вставляется в мундштук аспиратора (по стрелке, нанесенной на трубке) и производится полное сжатие меха. Под действием пружины, вмонтированной внутри меха, мех растягивается, протягивая по трубке воздух. Если после одного сжатия окраска реактива не изменилась (при СО - светло-зеленая, при H2S - коричневая, при SO2 - темно-синяя) или она не достигла первого деления шкалы на трубке,

Рис. 1.3. Газоанализатор химический ГХ-1

то делается еще 9 качаний с перерывами в 3 с. Чем больше газа в воздухе, тем больше прореагировавшего с ним реактива, т.е. тем выше окрашенный в трубке столбик реактива. Количество газа в воздухе определяется высотой окрашенного в трубке столбика реактива и эталонной шкалой, прилагаемой к каждой партии индикаторных трубок.

Среди физических приборовгазового контроля наиболее распространены газоанализаторы, основанные на оптическом методе измерения смещения интерференционной картины в связи с разностью показателей преломления лучей света, пропускаемых через чистый воздух и газовоздушную смесь. Широкое распространение на шахтах получили приборы типа ШИ (шахтные интерферометры: ШИ-8, ШИ-10, ШИ-11, ШИ-12), с помощью которых можно определять процентное содержание метана и углекислого газа, находящихся в шахтной атмосфере. Для определения содержания метана, водорода, который выделяется вместе с метаном в калийных и других рудниках, и углекислого газа как при раздельном, так и при совместном их присутствии в анализируемой газовой смеси, применяется газоанализатор интерференционный комплексный ГИК-1 и ГИК-1м.

Функциональная схема прибора, состоящая из связанных между собой оптической и газовой схем, показана на рис. 1.4. Свет от источника О, проходя через линзу Л, падает пучком на зеркало М, где разделяется в результате преломления в стекле на два луча. Первый луч, отразившись от наружной плоскости зеркала, проходит по полости 3 газовоздушной камеры и, дважды отразившись на гранях призмы Р1, проходит по полости 1. Эти полости заполнены чистым атмосферным воздухом.

Рис. 1.4.Функциональная схема прибора ГИК-1м

Второй луч светового пучка, отразившись от нижней посеребренной грани зеркала М, проходит по полости 2 газовоздушной камеры и также попадает на призму Р1. Дважды отразившись от граней призмы, световой пучок снова проходит по полости 2, которая заполняется пробой анализируемого воздуха. Оба луча, выйдя из камеры, вновь попадают на зеркало М и, отразившись от него, сходятся в один световой луч, который, пройдя через призму Р2, отклоняется под прямым углом в объектив ОБ. В фокальной плоскости зрительной трубы, на которую падает световой луч после объектива ОБ, помещена щелевая диафрагма с отсчетной шкалой. В этой же фокальной плоскости наблюдается интерфе-ренционная картина через окуляр ОК. Действие прибора основано на изменении смещения интерферен-ционной картины, происходящего

вследствие изменения состава исследуемого воздуха на пути одного из двух лучей, способных интерферировать (смещаться).

Смещение картины относительно ее нулевого положения происходит пропорционально разности между показателями преломления исследуемой газовой смеси (которая пропорциональна содержанию метана, водорода или углекислого газа в полости 2) и атмосферного воздуха (в полостях 1 и 3). Интерференционная картина представляет белую ахроматическую полосу, ограниченную черными полосами с симметрично окрашенными краями.

При заполнении воздушной и газовой полостей камеры чистым воздухом интерференционная картина не смещается, т.к. оба луча проходят через однородную среду. Это исходное положение фиксируется путем совмещения середины левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Такое положение является нулевым положением прибора.

В газовую камеру входят кран-переключатель, блок газоподготовки (фильтр воздуха, поглотитель влаги, углекислого газа и водорода), газо-воздушная камера (с тремя сквозными полостями 1, 2 и 3), лабиринт, груша. Кран-переключатель служит для последовательного переключения прокачиваемой пробы воздуха через блок газоподготовки.

В положении 1 - СН₄ - проба воздуха под действием разрежения, создаваемого грушей, прокачивается через фильтр (гигроскопическую вату), поглотитель влаги КСМ (крупный селикагель мелкопористый), поглотитель углекислого газа ХПИ (химический поглотитель иридиевый), поглотитель водорода ХПП (химический поглотитель палладиевый), снова через поглотитель влаги и попадает в газовую полость 2. Таким образом в полость 2 попадает смесь метана с воздухом, очищенная от углекислого газа, водорода и паров влаги. В этом положении определяется концентрация метана в анализируемом воздухе.

В положении 2 - Н₂ - исключается прохождение пробы через ХПП (поглотитель водорода) и определяется содержание водорода.

В положении 3 - СО₂ - проба воздуха проходит только через поглотитель влаги - определяется концентрация углекислого газа.

В положении 4 - О (нуль) - полости 1, 2 и 3 камеры и лабиринт заполняются чистым воздухом - это нулевое положение прибора.

Лабиринт предназначен для поддержания в воздушной линии прибора давления, равного атмосферному. Приборы типа ГИК и ШИ представляют прямоугольную коробку из алюминиевого сплава. Корпус разделен на два отделения. В одном из них размещены оптическая и газо-воздушная части. Это отделение закрывается герметично крышкой. Недостатком приборов является их конструктивная сложность, относительно высокая стоимость и прерывистый характер контроля содержания газов.

Для анализа содержания метана или совместно метана и водорода стали широко применяться термохимические приборы (газоанализаторы), основанные на беспламенном сжигании горючих газов на катализаторе и обладающие большой чувствительностью по сравнению с другими газоанализаторами. Так, при изменении содержания метана в воздухе на 1 % происходит прирост температуры при горении на 16 %, температуры нагретой нити катализатора при беспламенном сжигании метана на 3 %, в то время как коэффициент рефракции (отклонения пучка света) в интерферометрах меняется всего лишь на 0,5 %. В основу термохимических приборов положен автокомпенсационный однокамерный термокаталитический датчик метана, разработанный А.Н.Щербанем и А.И.Фурманом (рис.1.5).

Измерительный TR₁ и компенсационный TR₂ теплочувствительные элементы (термосопротивления) помещены в общую камеру сгорания взрывобезопасной конструкции. Под каждым из них помещены нагреватели - на рисунке соответственно Н₁ и Н₂. Полость камеры сообщается с внешним анализируемым воздухом через торцовые взрывозащитные латунные сетки.

Беспламенное сжигание метано-воздушной смеси происходит на нагретом до температуры 360 ⁰С нагревателе Н₁, тепло от которого конвективно передается только на терморсопротивление TR₁. Для соблюдения тепловой симметрии термосопротивления и нагреватели располагаются симметрично относительно оси камеры и имеют одинаковый геометрический вид и равные сопротивления (TR₁ и TR₂). Так как чувствительный и компенсационный элементы установлены в одной камере сгорания, то любое изменение физико-химических параметров воздуха, за исключением содержания метана (или других горючих газов), воспринимается обоими термоизмерителями TR₁ и TR₂ одинаково, благодаря чему мостовая электрическая схема остается уравновешенной.

Разбаланс ее происходит только при появлении метана в атмосфере и обусловлен изменением сопротивления TR₁ за счет дополнительной температуры, появляющейся на нагревателе Н₁.

Нагреватель Н₁ (как и нагреватель Н₂) выполнен из платиновой спирали, играющей роль катализатора при сжигании метана, нижняя температура воспламенения которого при нормальных условиях составляет 650 ⁰С (на катализаторе метан сгорает беспламенно при температуре 360 ⁰С).

Рис. 1.5. Термокаталитичес- кий датчик метана

Термокаталитический датчик метана типа ДМТ универсален и положен в основу целого ряда переносных (СПМ, эксплозиметр горноспа-сательный ЭГ-2, измеритель концентрации газов ИКГ-4р, индикатор взрывоопасных газов ИВГ-1р производства НП ЗАО “Галус” и др.), встроенных (ТМРК) и стационарных (АМТ-3Т, АМТ-3И, СПИ-1) приборов контроля. Ниже в табл. 1.1 и на рис.1.6-1.8 приведены современные газоанализаторы горючих газов, которые используются на рудниках.

Таблица 1.1.

Газоанализаторы горючих газов

 

Параметры	ЕХ 2000	TX/OX 2000	MX 2100
Определяемые газы	Взрывоопасные газы и пары (NH3, H2, CH4 и др.)	CO, H2S, NO, NO2, NH3, O2	О2, CO + H2S, SO2, CO2, NH3, NO, NO2, HF, Cl2, HCl, HCN, PH3, SlH4, ClO2, COCl2, ASH3,О3, Н2, САТ(СН4 100% об)
Датчик	взаимозаменяемый термокаталитический	взаимозаменяемый электрохимический	Интеллектуальные предварительно откалиброванные взаимозаменяемы
Измерение	непрерывное

 

 

Рис. 1.6. Переносной газоанализатор горючих газов EX 200	Рис. 1.7. Переносной газоанализатор токсичных газов/кислорода ТХ/ОХ 2000
Рис. 1.8. Мультигазоанализатор МХ 2100

Вопросы

1. Способы набора газовых проб?

2. На какие группы разделены приборы для определения состава воздуха по принципу действия?

3. В чем заключается «мокрый» способ отбора проб воздуха?

4. В чем заключается вакуумно-химический способ отбора проб воздуха?

5. Функциональная схема прибора ГИК-1м.

6. Какие есть физические приборы газового контроля воздуха?

 

Самоспасатели

Цель работы –изучить устройство, принцип действия шахтных самоспасателей и правила пользования ими.

 

Самоспасателями называются портативные ручные противогазы кратковременного действия (30-60 мин), предназначенные для выхода из выработок с непригодной для дыхания атмосферой.

В случае, когда выход из выработок оказывается невозможным, в самоспасателе можно находиться во вредной для дыхания атмосфере в течение 1-5 ч до получения помощи от горноспасательных частей.

По принципу действия самоспасатели делятся на фильтрующие (СПП) и изолирующие (ШСС-Т).

Фильтрующие самоспасатели являются противогазами одноразового действия и используются при наличии в рудничной атмосфере оксида углерода, пыли и дыма. Эффективность защиты и срок защитного действия самоспасателей зависит от газового состава окружающей среды, от величины физической нагрузки включенного в них человека и от свойств патрона-фильтра, через который осуществляется вдох.

Изолирующие самоспасатели являются дыхательными аппаратами, полностью изолирующими органы дыхания человека от окружающей среды. Изолирующие самоспасатели применяются в угольной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для кратковременной защиты органов дыхания работающих при выходе из зон с атмосферой, непригодной для дыхания, а также при краткосрочном наполнении аварийно-технических работ в условиях, допускающих применение самоспасателей.