В.А. Колмаков Газовая съемка в шахтах

Министерство образования Российской Федерации

Государственное учреждение Кузбасский государственный технический университет

Кафедра аэрологии, охраны труда и природы

ГАЗОВАЯ СЪЕМКА В ШАХТАХ

Методические указания для практической работы по курсу «Аэрология горных предприятий» для студентов горных специальностей дневной и заочной форм обучения

Составитель В.А.Колмаков

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 5 от 28.12.01

Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 090200 Протокол № 5 от 28.12.01

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2002

1

1. Цель работы: научиться производить газовую съемку для расчета газового баланса, предотвращения загазирований шахтной атмосферы и взрывов газа.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1.Газовая съемка - это комплекс работ по замеру газовых параметров рудничной атмосферы: расхода воздуха, концентрации газа и газообильности по источникам газовыделения (табл. 1).

Своевременное обнаружение в шахтном воздухе опасных отклонений от допустимой Правилами безопасности концентрации газов (табл. 2, 3, 4) позволяет принять меры по их устранению и восстановить безопасные условия труда. Контроль за составом и содержанием газов

ввоздухе может осуществляться непрерывно и эпизодически.

В зависимости от назначения приборы газового контроля (газоанализаторы) подразделяются на переносные индивидуальные и автоматические стационарные и встроенные. Переносные приборы служат для эпизодического контроля содержания газов в местах работы людей, а стационарные - для непрерывного контроля содержания газов в наиболее характерных узловых местах горных выработок. Последние обеспечивают отключение электрооборудования в случае превышения допустимой Правилами безопасности концентрации газов. Встроенные в горные машины приборы сигнализируют о содержании газов в воздухе и отключают их, если концентрация газов превышает допустимую.

Таблица 1 2.2. Параметры и приборы для измерения газовой съемки

№ п/п	Параметры	Ед. изм.		Приборы
1	С - концентрация	мг/м3, %	1. химического
2	J - абсолютное газовыделение	м3/мин	действия – УГ-2,
3	q - относительное газовыделе-	м3/т	ГХ-4, ГХ-6;
	ние		2. физического
4	Q - расход воздуха	м3/мин	действия – ШИ-3,
5	К - кратность обмена	ч-1	ШИ-5, ШИ-7,
6	Кн - коэффициент неравно-		ШИ-10, ШИ-11
	мерности примеси		и др.
7	Xi - физико-химические свой-		3.	физико-химического
	ства веществ		действия– СМП-1, СШ-2,
			ПГФ-2м, АМТ-3, УГ-2 идр.

2

Из вышеперечисленных параметров наибольшее воздействие на человека оказывает концентрация, которая приводит к взрыву газа, удушью.

Таблица 2

2.3. НормыконцентрациигазовпоГОСТ12.1.005-76 иПБвпомещениях

Наименование		ПДК,		Класс
вещества		мг/м3		опасности
Ацетон			200	4
Бензол			5	2
Аммиак			20	4
Бензин-растворитель (в пересчете на С)			300	4
Динитротолуол			1	2
Керосин (в пересчете на С)			300	4
				Таблица 3
2.4. НормыконцентрациигазовпоГОСТ12.1.005-76 иПБвшахтах
Наименование газа	ПДК газа в действующих веществах
	% на объем			мг/м3
Метан	0,5; 0,75; 1,3; 2			-
Окись углерода	0,0017			20
Двуокись углерода	0,5; 0,75; 1			-
Окись азота	0,00010			5
Сернистый ангидрид	0,00033			10
Сероводород	0,00071			10

3

Таблица 4

2.5. Нормы содержания СО2 и СН4

		Недопустимая	Недопустимая
Вентиляционная струя		концентрация	концентрация
		метана	углекислого
		по объему, %	газа, %
Исходящая из очистной или тупи-
ковой выработки выемочного	уча-
стка		более 1	0,5
Исходящая из крыла шахты		более 0,75	0,75
Поступающая на выемочный уча-
сток в очистные выработки к тупи-
ковым забоям		более 0,5	0,5
Местные скопления метана и угле-
кислого газа в очистных, тупиковых
и других выработках		2 и более	1

2.6. Места и периодичность замера газов в шахте

Для оценки качества воздуха, правильности его распределения по выработкам и определения газообильности шахты должны производиться проверка состава воздуха и замеры его расхода в исходящих струях очистных и тупиковых выработок, выемочных участков, крыльев, пластов и шахты в целом, а на поступающих струях при последовательном проветривании забоев или при выделении метана на пути движения свежей струи – у ВМП и в зарядных камерах, а также у забоев тупиковых восстающих выработок в негазовых шахтах. Кроме указанных выше мест, замеры расхода воздуха должны производиться на главных входящих струях шахты, у всех разветвлений свежих воздушных струй шахты, у забоев тупиковых выработок, у ВМП и в других местах, установленных главным инженером шахты.

Проверка состава воздуха и размер его расхода должны производиться на шахтах не газовых, I и II категории по газу один раз в месяц, на шахтах III категории - два раза в месяц, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам угля и газа – три раза в месяц, а на шахтах, разрабатывающих пласты угля, склонного к самовозгоранию, два раза в

4

месяц. При этом во всех местах проверки состава воздуха измеряются его скорость и температура.

Подача ВМП измеряется один раз в месяц.

Проверка состава воздуха после взрывных работ должна производиться не реже одного раза в месяц в стволах независимо от их глубины и в других тупиковых выработках при их длине 300 м и более.

Проверка состава воздуха при проходке стволов, переведенных на газовый режим, должна производиться не реже двух раз, а в остальных стволах – один раз в месяц. Проверка производится в двух местах: на расстоянии 20 м от устья и у забоя.

Для обнаружения в выработках слоевых скоплений измерять концентрацию метана следует на 5 см ниже затяжек кровли в следующих местах:

а) в призабойных пространствах выработок, а также в 20 м от за-

боя;

б) в куполах за крепью – на участках длиной 200 м, примыкающих к очистным и подготовительным забоям;

в) в тупиках вентиляционных выработок, погашаемых вслед за очистной выработкой и у входа в тупик;

г) у перемычек, изолирующих старые выработки (периодичность замеров газа у перемычек, изолирующих старые выработки, устанавливается главным инженером шахты);

д) у бутовых полос в вентиляционных штреках, поддерживаемых в выработанном пространстве, - на участках 10-200 м очистной выработки через 15-20 м;

е) у открытых скважин – на расстоянии не более 5 см от устья по направлению движения вентиляционной струи и в 5 см от поверхности бурения скважины;

ж) около работающих выемочных машин; з) в верхних нишах лав – в кутках ниш в 5 см от забоя;

и) в бутовых штреках – у забоев штреков в 5 см от пород кровли; к) в призабойном пространстве лав; л) в газоотводящем трубопроводе при изолированном отводе ме-

тана из выработанного пространства за пределы выемочного участка у вентилятора и у лавы, а также на выходе из смесительной камеры в 5 см от решетки. Замеры должны выполняться сменными инженернотехническими работниками участка не реже одного раза в смену, а вентиляционным надзором - не реже одного раза в сутки;

5

м) в пустотах за крепью замеры необходимо производить на расстоянии 0,5-1 м выше затяжек через 2-2,5 м, начиная от забоя выработки.

3.ПРИБОРЫ ДЛЯ ЗАМЕРА ГАЗОВ

3.1.Типы приборов

Индивидуальные переносные приборы: предохранительная бензиновая лампа ЛБШ, химический газоанализатор типа ГХ-4 (ГХ-5, ГХ-6, УГ-2), интерферометр ШИ-10 (ШИ-3, ШИ-5, ШИ-7, ШИ-8, ШИ-11, ШИ-12, ИГА, ГИК и др.), для автоматического замера метана - переносные автоматические приборы СШ-2 (СММ-1, СМС-1, "Сигнал 2" и др.), автоматические стационарные газоанализаторы АМТ-3 (АМТ-ЗТ, АМТ-3У, АМТ-3И) и встроенные газоанализаторы ТМРК-3 и др.

Для периодического замера в шахтном воздухе применяются: Химические газоанализаторы ГХ-4, ГХ-5, ГХ-6, УГ-2 предназна-

чены для экспресс - определения в шахтном воздухе малых концентраций окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистого газа и др. и основаны на принципе взаимодействия газа и реактива, нанесенного на твердый носитель - селикогель. Каждый реактив предназначен для определенного газа. Последний заключен в стеклянную трубку.

3.2. Газоопределитель ГХ-4 (рис. 1,а) состоит из мехового аспирационного насоса АМ-3 (1) и набора индикаторных трубок 2 . Каждый набор трубок предназначен только для определения одного газа.

Меховой насос служит для просасывания воздуха через трубку. В течение 6-9 с просасывается 100 мл воздуха.

Порядок замера газа ГХ - 4 Подготовка прибора ГХ-4 к работе заключается в проверке герме-

тичности мехового насоса, для чего в мундштук 3 насоса вставляют запаянную индикаторную трубку 2 (заглушку), сжимают мех до упора. Насос считается герметичным, если в течение 10 минут сжатый мех полностью не раскрылся и ремешки 4 не натянулись.

6

а б

2

4

3

1

Рис. 1. Газоопределитель ГХ-4

Непосредственно на рабочем месте отламывают оба конца трубки

впроушине 5 насоса

-вставляют трубку в мундштук насоса так, чтобы стрелка на трубке показала направление к насосу;

-делают одно качание (однократное сжатие насоса), и если окраска порошка достигла первого деления или превысила его, замер газа следует прекратить и немедленно выйти на свежую струю, так как концентрация любого из определяемых газов в этом случае превышает предельно допустимые нормы;

-если после одного хода меха окраска не появилась или не достигла первого деления шкалы, замер продолжают и делают еще девять качаний меха (всего 10);

-значения концентраций газа определяют с помощью шкал, имеющихся на упаковке, для этого трубку прикладывают к шкале так, чтобы маркировочное кольцо трубки совпало с делениями шкалы, а на-

чало окрашенного столбика − с нулевым делением шкалы (рис. 1,б). При одном качании насоса концентрация определяется по правой

стороне шкалы, при 10 качаниях − по левой.

В случае полностью отрицательного результата индикаторную трубку можно использовать повторно до 5 раз в день.

Газоопределители ГХ-4 обеспечивают измерение концентрации окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистого газа в диапа-

7

зонах 0,2; 0,005; 0,0066; 0,007%, соответственно. Погрешность измере-

ний ±0,25 %.

На аналогичном принципе созданы и другие типы газоанализаторов ГХ-5, ГХ-6 и УГ-2. С помощью газоанализатора ГХ-5 определяется концентрация углекислого газа. В комплект ГХ-5 входят меховой аспиратор АМ-5 и индикаторные трубки с диапазонами измерений 15 и 50%. Погрешность измерений составляет 10% от верхней шкалы каждого типа трубки. Газоопределитель ГХ-6 служит для определения концентрации кислорода в шахтном воздухе. Газоопределитель состоит из аспиратора АМ-5 и индикаторных трубок.

Универсальным газоанализатором УГ-2 можно определять содержание окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистого газа, хлора, паров бензина, бензола, этилового эфира, ацетилена, толуола, ксилола, углеводородов, нефти. Достоинство этих газоанализаторов заключается в том, что они позволяют быстро (в течение 1-5 мин) определить концентрацию газа. Недостатком их является малая точность определения (допустимая погрешность измерения ±25%).

3.3. Интерферометры типа ШИ

(ШИ-5, ШИ-7, ШИ-8, ШИ-10, ШИ-12)

Действие интерференционных газоанализаторов основано на измерении смешения интерференционных полос, вызванного различной оптической плотностью исследуемого газа и эталонной газовой смеси, т.е. спектра, имеющего одну белую охрамотическую полосу, ограниченную двумя узкими черными полосами.

Шахтный интерферометр (рис. 2,а) состоит из металлического корпуса, на котором размещены: электрическая лампочка для подсветки шкалы 1; поводок для перемещения интерференционной картины 2; выдвижная крышка 3; входной штуцер 4; переключатель 5; окуляр 6; штуцер для подсоединения резиновой трубки 7; распределительный кран 8; кнопка включения лампочки 9; резиновая груша 10; резиновая трубка 11.

Вкорпусе прибора размещены газовоздушные коммуникации, оптическая схема, поглотительный патрон и источник питания.

Оптическая схема прибора представлена на рис. 2,б.

Винтерферометре ШИ-10 свет отлампы1, пройдяконденсорнуюлинзу К, параллельным пучком падает на зеркало 3, где разделяется на два ин-

8

терферирующих луча. Один из них проходит полость 1 газовоздушной камеры А, заполненной шахтным воздухом, другой - полость 2, заполненную чистым атмосферным воздухом. Оба отражаются призмой П на зеркало 3, где сходятся в световой пучок, который зеркалом 3 отклоняется в объектив ОБ. Верхняя линза объектива подвижна, что дает возможность перемещать интерференционную картину вдоль отсчетной шкалы и устанавливать её в нулевое положение. Пучок света, выйдя из объектива и пройдя щелевую диафрагмуСсотсчетнойшкалой, попадаетвокулярОК.

В результате прохождения двух интерферирующих лучей через разные газовоздушные среды происходит смещение интерференционной картины, величина которой пропорциональна содержанию газа.

Код лучей при проверке и установке интерференционной картины в нулевое положение (на рис. 2,б) отражен положениями полостей 11 и 12, когда оба луча проходят через одну полость 11 газовоздушной камеры, т.е. через однородную газовую среду. В этом случае интерференционная картина не будет смещаться независимо от того, чем заполнена полость − атмосферным воздухом или газом; она остается в исходном нулевом положении. Интерферометры разных типов служат для замера газов: метана и углекислого (ШИ), кислорода (ИГА), водорода (ГИК-1). Принцип их действия практически одинаков, поэтому в качестве примера рассматривается один из приборов – ШИ-10.

Порядок замера газа интерферометром Перед спуском в шахту ШИ-10 готовят к работе. В начале прове-

ряют исправность клапанов, герметичность резиновой груши и резиновой трубки (см. рис. 2,а). Для этого снимают со штуцера 7 резиновую трубку и, прижав её конец, нажимают на грушу. Если груша не расправляется, то это свидетельствует о герметичности всасывающего устройства. Затем, используя тот же принцип, проверяют герметичность газовой линии прибора, для чего резиновую трубку надевают на штуцер 7 и перекрывают отверстие входного штуцера.

Места замера газа при газовой съемке указаны в разделе 2.6 и на рис. 3.

		9
а		б	Сз
6	7		ОК
			С
5
			Г
4	11		ОБ
3	8
2	9	З
1	10

Рис. 2. Шахтный интерферометр ШИ-10: а – схема прибора; б – оптическая схема

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Преподаватель дает пояснения о цели работы и особенностях ее выполнения. Выдает каждому студенту одну на все лабораторные работы типовую рабочую схему вентиляции шахты в соответствии с возможной его будущей работой или по желанию. Типовые рабочие схемы вентиляции угольных и рудных шахт вычерчены на рабочих планшетах, вывешенных в лаборатории, а также имеются в методических указаниях по составлению вентиляционных планов.

Студент вычерчивает схему на каждую лабораторную работу с рабочего планшета или ксерокопирует задание с полученной от преподавателя методички. На каждое занятие студент приходит с приготовленной рабочей схемой.

Преподаватель знакомит студента с типовой методической схемой мест замера аэрологических параметров данной лабораторной работы. Методические схемы для каждой съемки аэрологических параметров вычерчены на планшетах. В соответствии с типовой методической схемой студент наносит места замера параметров на свою рабочую схему.