2.7.1 Рудничный воздух

Шахты при разработке рудных и нерудных месторождений подразделяются на негазовые и газовые, в которых выделяются метан, водород, сероводород, а также опасные по взрыву сульфидной пыли.

Сухой атмосферный воздух при нормальном давлении содержит по объёму около 78 % азота, 21 % кислорода и 1 % других (преимущественно инертных) газов. В числе последних 0,03 % углекислого газа. В состав атмосферного воздуха входят также водяные пары (от 0,1 до 7,5 %). Плотность воздуха 1,29 кг/м. Атмосферный воздух, поступая в подземные выработки, насыщается другими газами (оксидом углерода, метаном, сернистым газом и др.) и пылью, что приводит к изменению содержания в нём различных газов, в том числе кислорода. Изменяется и давление воздуха. В глубоких шахтах давление может достигать 0,113 МПа, а температура 30 °С и выше. Воздух, заполняющий горные выработки, называется рудничным. Его называют свежим, если его состав существенно не отличается от атмосферного. К нему относят воздух, поступающий в подземные выработки до забоев и рабочих мест. Воздух, прошедший объекты проветривания и насыщенный вредными газами и пылью, называют загрязнённым (отработанным). Рассмотрим главные составные части рудничного воздуха.

Кислород (0₂ - газ без цвета, запаха и вкуса, его плотность 1,43 кг/м³. В высокогорных районах вследствие низкого давления воздуха кровь человека недостаточно насыщается кислородом, возникает кислородное голодание. Потребление кислорода человеком зависит от интенсивности выполняемой им работы и составляет от 1 до 3,5 л/мин.

Снижение содержания кислорода до 17 - 18 % вызывает одышку и учащённое сердцебиение, до 12 % приводит к обморочному состоянию, которое может закончиться смертельным исходом. Согласно правилам безопасности содержание кислорода в рудничном воздухе должно быть не ниже 20 %. Уменьшение содержания кислорода в рудничной атмосфере происходит вследствие окисления полезного ископаемого, древесины, работы двигателей внутреннего сгорания, повышения содержания других газов.

Азот (N₂) - газ без цвета, запаха и вкуса, его плотность 1,25 кг/м³. Азот химически инертен, но при высоких температурах (например, при ведении взрывных работ и др. ) окисляется, образуя ядовитые газы. Дополнительными источниками его поступления в рудничный воздух являются взрывные работы и выделения из горных пород. Содержание азота в рудничной атмосфере не нормируется, но повышение его концентрации приводит к снижению концентрации кислорода.

Углекислый газ (СО₂) - бесцветный газ, имеющий слегка кисловатый запах и вкус, его плотность 1,96 кг/м³. Так как он тяжелее воздуха, то скапливается у почвы выработок. При повышении его концентрации до 5 % учащается дыхание и наступает одышка, при 10 % -наступает обморочное состояние. При дальнейшем повышении концентрации человеку угрожает смерть. По правилам безопасности концентрация углекислого газа у рабочих мест не должна превышать 0,5 %, а в исходящей струе - 0,75 %.

Концентрация углекислого газа повышается вследствие взрывных работ, пожаров, работы двигателей внутреннего сгорания, гниение органических веществ, выделения из горных пород.

Оксид углерода (СО) - газ без цвета, запаха и вкуса, его плотность 1,25 кг/м³; он сильно ядовит. По сравнению с кислородом в 300 раз активнее соединяется с гемоглобином крови, в результате чего кровь теряет способность поглощать кислород. Способен вызывать лёгкое отравление при концентрации 0,02 - 0,05 %. При концентрации оксида углерода в воздухе 1 % смерть наступает после нескольких вдохов. Предельно допустимая его концентрация 0,0017 %. Газ несколько легче воздуха, поэтому скапливается в верхних частях выработок. Образуется при взрывных работах, пожарах, работе двигателей внутреннего сгорания.

Диоксид азота (N0 ₂ ) - газ красно - бурого цвета с резким запахом, его плотность 2,06 кг/м³. Он вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и органов дыхания, удушающий кашель, в тяжёлых случаях - отёк лёгких, наступающий не сразу, а через 4 - 30 ч после вдыхания. При концентрации 0,025 % отравление наступает немедленно. Наряду с диоксидом азота при взрывных работах образуются другие оксиды (NO, N ₂ O). Максимально допустимая концентрация оксидов азота в пересчёте на N0 ₂ равна 0,00026 %, а на N ₃0 ₅ - 0,0001 %.

Диоксид серы (SO₂ - бесцветный с раздражающим запахом горящей серы плотностью 2,86 кг/м³. Образуется при взрывных работах, окислении или горении сульфидных руд. Вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, отёк лёгких. Предельно допустимое его содержание в воздухе 0,00038 %.

Сероводород (H ₂ S) - бесцветный, с неприятным запахом газ, ощутимым при концентрации 0,0001 %. При длительном вдыхании угнетающе действует на органы обоняния, вследствие чего запах его не ощущается. Вызывает сильные головные боли, рвоту, заболевание печени и лёгких. Образуется при взрывных работах, гниении органических веществ, горении огнепроводного шнура. Максимально допустимое содержание в воздухе 0,00071 %.

Допуск людей в забой разрешается при концентрации вредных газов в пересчёте на условный оксид углерода 0,008 % при условии дальнейшего проветривания и снижения их концентрации в течение 2 ч до указанных выше предельных норм.

Акролеин (СН ₂ СНСОН) и формальдегид (НСОН) - ядовитые продукты, содержащиеся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. Максимально-допустимая концентрация акролеина 0,000009 %, формальдегида 0,00004 %.

Метан (СН ₄) - горючий газ без цвета, запаха и вкуса, легче воздуха (плотность 0,72 кг/м³). Выделяется при разложении органических веществ без доступа кислорода. Особенно большие его выделения наблюдаются в угольных шахтах, меньшие - в калийных. Смесь метана с воздухом воспламеняется при температуре 600 ° С. При концентрации его в воздухе до 5% сгорает голубым пламенем, при концентрации 5-16 % взрывается, при большей концентрации из-за недостатка кислорода не горит и не взрывается. При взрыве метана выделяется большая энергия, температура достигает 2500°С, возникающая при этом ударная воздушная волна наносит большие повреждения в выработках.

Максимально допустимая концентрация метана в струе, исходящей из забоев, 1%, а в общешахтной исходящей струе 0,75%.

Содержание кислорода в воздухе выработок, в которых находятся или могут находиться люди, должно составлять не менее 20 % (по объёму). Содержание углекислого газа в рудничном воздухе не должно превышать на рабочих местах 0,5%; в выработках с общей исходящей струёй шахты - 0,75% и при проведении и восстановлении выработок по завалу- 1%.

Воздух в действующих подземных выработках не должен содержать ядовитых газов (паров) больше предельно допустимой концентрации.

Количество воздуха, необходимого для проветривания выработок, должно рассчитываться по наибольшему числу людей, занятых одновременно на подземных работах; по углекислому газу, ядовитым и горючим газам, пыли, ядовитым газам, образующимся при производстве взрывных работ; по вредным компонентам выхлопных газов, выделяющихся при применении оборудования с ДВС, а также по минимальной скорости движения воздуха, причем принимается к учету наибольшее количество воздуха, полученного при расчете по вышеуказанным факторам.

Количество воздуха, рассчитываемого по числу людей, должно быть не менее 6 м³ /мин. на каждого человека, считая по наибольшему числу одновременно работающих людей в смене.

Количество воздуха, подаваемого в каждый забой, в котором производятся взрывные работы, должно быть таким, чтобы перед допуском рабочих в указанный забой образовавшиеся при взрываний ядовитые продукты взрыва (окись углерода, окись азота и др.) были разжижены не менее чем до 0,008% по объёму при перерасчете на условную окись углерода, такое разжижение должно быть достигнуто в течение не свыше 30 минут. В течение не менее двух часов после допуска рабочих воздух должен подаваться в места взрывания в том же количестве, в каком он поступал после взрывания до допуска рабочих в забой.

Скорость движения воздуха в очистных забоях при температуре до 20°С должна быть не ниже 0,5 м/с, в подготовительных и нарезных выработках - не ниже 0,25 м/с, при проведении стволов - не ниже 0,15 м/с. Скорость движения воздуха не должна превышать следующих норм:

• в очистных и подготовительных горных выработках - 4 м/с;

• в квершлагах, вентиляционных и главных откаточных штреках, капитальных уклонах - 8м/с;

• в остальных выработках - 6 м/с;

• в стволах, по которым производятся спуск и подъём людей и грузов - 8 м/с;

Для определения скорости движения воздуха в шахте используются электронные приборы без тарировочной кривой. Температура воздуха в подготовительных, очистных и других действующих выработках не должна превышать 26°С. Температура воздуха, подаваемого в шахту не должна быть менее 2⁰.