2.2 Изменение состава и свойств воздуха при его движении по горным выработкам

Атмосферный воздух, поступая в подземные выработки шахт и перемещаясь по ним, претерпевает изменения, состоящие, в основном, в изменении его физического состояния (давления, температуры, скорости) и химического состава, загрязнении механическими примесями (пылью, копотью и т. п.), изменении влагосодержания.

Изменение давления состоит в его увеличении с ростом глубины шахт. Некоторое влияние на величину давления оказывает работа шахтного вентилятора. В глубоких шахтах атмосферное давление может составлять 850 мм. рт. ст. и более.

Особенность теплового состояния воздуха в подземных выработках, по сравнению с атмосферным воздухом, состоит в уменьшении суточных и сезонных колебаний его температуры и в повышении температуры, по сравнению со среднегодовой температурой воздуха, на поверхности. С глубиной температура воздуха повышается и в глубоких шахтах при отсутствии охлаждения может составлять 30^оС и более. Скорость воздуха в подземных выработках регламентируется требованиями ПБ и изменяется в пределах 1÷16 м/сек.

Загрязненность воздуха механическими примесями в подземных выработках выше, чем на поверхности, вследствие происходящих в шахте процессов дробления горных пород и полезного ископаемого, а в некоторых случаях также в результате работы двигателей внутреннего сгорания и наличия в выработках открытого огня.

Влажность шахтного воздуха повышается вследствие притока в выработки подземных вод и составляет в среднем 80-90%.

Изменения состава воздуха при его движении по горным выработкам состоят в уменьшении содержания кислорода, увеличении содержания углекислого газа и азота и в появлении ряда газов, не содержащихся в земной атмосфере (метан, окись углерода и др.)

Воздух, поступивший с поверхности в горные выработки и претерпевший определенные изменения, называется рудничным воздухом.

Наиболее существенные изменения происходят в местах ведения очистных и подготовительных работ. Поэтому, с некоторой условностью, рудничный воздух в выработках до забоев называется свежим, а воздух после проветривания забоев─ отработанным. Соответственно этому, воздушную струю, движущуюся от воздухоподающего ствола к забоям, называют поступающей или свежей, а от забоев к воздуховыдающему стволу – исходящей или отработанной.

3. Основные составные части рудничного воздуха

Основными составными частями рудничного воздуха, также как и атмосферного, являются кислород, углекислый газ и азот.

В рудничном воздухе, по сравнению с атмосферным, содержится меньше кислорода и больше углекислого газа и азота.

Кислород (О₂) ─ газ без цвета вкуса и запаха с удельным весом 1,11 при t=0⁰ С и 760 мм. рт. ст.

При дыхании человек поглощает примерно 1/5 всего количества кислорода, содержащегося во вдыхаемом воздухе. В результате выдыхаемый воздух содержит около 17 % О₂ и около 4% СО₂, в нем несколько увеличивается содержание азота. Количество поглощенного организмом кислорода несколько больше, чем выделяемого углекислого газа.

Максимальное насыщение крови человека кислородом происходит при его парциальном давлении 160 мм. рт. ст., что при нормальном атмосферном давлении соответствует содержанию кислорода в воздухе, равному примерно 21%, т.е. нормальному содержанию его в приземном слое атмосферы. В силу ряда причин, содержание кислорода в рудничном воздухе неизбежно уменьшается, по сравнению с атмосферным.

Согласно ПБ, минимальное содержание кислорода в рудничном воздухе должно быть не менее 20%.

В ряде зарубежных стран минимально допустимой концентрацией кислорода является 19,5-19,6%.

В условиях подземных работ, при снижении кислорода примерно до 17%, наступает одышка и учащенное сердцебиение, а при 12% атмосфера становится смертельно опасной.

При хорошей вентиляции шахт содержание кислорода в выработках, как правило, превышает 20%. В непроветриваемых выработках, при взрывах метана и угольной пыли и при пожарах, содержание О₂ в воздухе может снижаться до 1-3%; в такой атмосфере человек теряет сознание через 1-2 минуты, а через 5-10 мин наступает клиническая смерть.

Углекислый газ (СО₂) ─ бесцветный газ со слабокислым вкусом. Удельный вес 1,52. Химически весьма инертен, не горит и не поддерживает горения.

Физиологически углекислый газ слабо ядовит. При 6% появляется одышка и слабость, при 10% возможно обморочное состояние, при 20÷25% ─ смертельное отравление.

Основными причинами появления углекислого газа в шахтах являются процессы: окисления древесины и угля, разложения пород кислыми рудничными водами и выделения его из угля и пород.

Углекислый газ образуется также при взрывных работах, рудничных пожарах, взрывах метана и угольной пыли, дыхании людей. Некоторые количества СО₂ могут поступать с поверхности при горении близкорасположенных породных отвалов.

Максимально допустимые концентрации СО₂ на рабочих местах и исходящих струях участков ─ 0,5%, в общих исходящих струях крыла шахты – 0,75%, при проведении и восстановлении выработок по завалу– 1,0%.

В хорошо проветриваемых шахтах СО₂ находится в пределах 0,1÷0,15%.

Азот(N₂) ─ газ без цвета, вкуса и запаха. Удельный вес его 0,97. Азот весьма инертен химически. Увеличение содержания N₂ в воздухе оказывает влияние на человека лишь за счет уменьшения содержания кислорода.

В рудничный воздух азот поступает из угля и пород; он образуется при взрывных работах и при гниении органических веществ.

Содержание азота в рудничном воздухе ПБ не нормируется.