Состав и свойства атмосферного и рудничного воздуха

Пары мышьяка (As), ртути(Hg), цианистый водород (HCN). Очень редкие примеси рудничного воздуха. Могут образоваться при взрывных работах, выделяются при разработке соответствующих руд. Весьма ядовиты.

Водород (H₂). Водород – бесцветный газ с удельным весом 0,07; вес 1л при нормальных условиях 0,09г; растворимость при воде 0⁰С и 760мм рт.ст.-2,1%. Водород горит, взрывается при содержании его в воздухе от 4 до 74%. Легче всех других газов диффундирует через пористые перегородки. Максимальная допустимая концентрация в воздухе 0,5%.

Тяжелые углеводороды, ацетилен. Из тяжелых углеводородов в рудничном воздухе встречается этан C₂H₆ , пропан C₃H₈ и бутан C₄H₁₀.  Они выделяются при разработке малометаморфизированных углей и могут образоваться при взрывных работах. Все три газа взрывчаты, а также придают воздуху слабые наркотические свойства.

Ацетилен C₂H₂ - взрывчатая примись рудничного воздуха. Он может встречается весьма редко.

Радиоактивные примеси. Из радиоактивных примесей в рудничном  воздухе встречаются газообразные продукты распада некоторых руд - эманации. Наиболее часто встречаются радон Rn, торон Tn, актион An.Опасность эманаций обусловлена их ионизирующим излучением, вызывающим поражение клеток живого организма, образованием в водных растворах организма перекиси водорода, изменяющей строение белковых молекул, инактивацию жизненно важных ферментов. Санитарная норма содержание радона в рудничном воздухе равна 100*10^-11 кюри/л.

 

Ядовитые газообразные примеси рудничного воздуха

Окись углерода (СО) — газ без цвета и запаха, удельный вес 0,97. Взрывается при концентрации 12,8—75%, температура воспламенения взрывчатой смеси с воздухом 630—810° С.

Окись углерода образуется при взрывных работах по породам  и негорючим полезным ископаемым вследствие разложения взрывчатых веществ, а при взрывании по углю и сланцу, кроме того, выделяется из участвующих во взрыве угольной и сланцевой пыли и мелочи. Поэтому в настоящее время рекомендуется при расчете проветривания считать, что при взрывании по породе образуется 40 л условной окиси углерода на 1 кг взрывчатых веществ, а при взрывании по углю и сланцам — 100 л. При этом под условной окисыо углерода понимается собственно СО, образовавшаяся при взрыве ВВ, и двуокись азота, пересчитанная на СО, считая 1 л N0₂ равным 6,5 л СО.

В больших количествах  образуется окись углерода при работе дизельных двигателей и двигателей внутреннего сгорания в случае применения для откатки при проведении тоннелей большого сечения, на открытых разработках и в калийных рудниках автотранспорта. Громадные количества окиси углерода образуются при подземных пожарах и взрывах угольной пыли, а также при взрывах гремучего газа, если в этих взрывах принимает некоторое участие и угольная пыль. Особую опасность в этом отношении представляют пожары от самовозгорания углей, так как они часто не сразу обнаруживаются и в выработки начинает поступать окись углерода, которая может вызвать отравление людей.

В буроугольных шахтах комбината  Александрияуголь происходит непрерывный процесс образования окиси углерода за счет низкотемпературного окисления угля. При остановках вентиляторов главного проветривания в очистных забоях этих шахт через 30—40 мин, а в подготовительных через 1—1,5 ч содержание окиси углерода обычно превышает санитарную норму, а через 3—4 ч достигает уже 0,01%. Газовая съемка показала, что выделение СО в очистных забоях на шахте № 2—3 этого комбината составляет в среднем 0,008 м^г/т, а на шахте" №   3-бис 0,0055 м³/т. В подготовительных выработках газовыделение составляет на шахте № 2—3 в среднем 0,002 м³/мин на километр выработки, а на шахте № 3-бис 0,0014 м³/мин.

Отравляющее действие окиси  углерода объясняется тем, что она  значительно легче кислорода  соединяется с гемоглобином крови {в 250—300 раз) и вместо оксигемоглобина (гемоглобин + кислород) по телу человека начинает циркулировать карбоксигемоглобин (гемоглобин f- окись углерода), не поддерживающий жизненных функций организма, что приводит к кислородному голоданию. Степень отравления зависит от количества гемоглобина, связанного с окисью углерода. Если это количество превышает 60%, то человек теряет сознание и может наступить быстрая смерть. В легких случаях при отравлении возникают головная боль, головокружение, боль в висках, тошнота, мышечная слабость. Малые концентрации окиси углерода не вызывают отравления, однако они также оказывают вредное воздействие на человеческий организм.

Предельно допустимая концентрация окиси углерода в подземных выработках составляет 0,03 мг/л, или 0,0024% по объему, однако, в соответствии с Правилами безопасности, допуск рабочих в забой после взрывных работ разрешается при содержании ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода, не превышающем 0,008%.

Тяжелое отравление окисью углерода может возникнуть после  пребывания человека в течение 0,5—1 ч в атмосфере, содержащей •0,128% СО, а при концентрации 0,4% СО даже кратковременное вдыхание такого воздуха является смертельно опасным.

Сероводород (H₂S) — газ, обладающий резким запахом тухлых яиц, удельный вес 1,19. При концентрациях 4,3—45,5% взрывается. Образуется в шахтах при гниении органических веществ, разложении водой серного колчедана и гипса, горении угольных пластов, при взрывных работах (неполные взрывы) и при горении огнепроводного шнура. Сероводород выделяется из пород и полезного ископаемого совместно с другими газами (из угля, каменной соли, из нефтяных, озокеритовых и серных месторождений), а также из минеральных источников, пересекаемых выработками.

Иногда в трещинах и пустотах скапливается большое  количество сероводорода, вследствие чего имели место случаи бурных выделений этого газа при обуривании забоев и при взрывных работах.

Сероводород хорошо растворяется в воде. Так, при  нормальных условиях в одном объеме воды растворяется 3,24 объема сероводорода. Поэтому необходимо соблюдать осторожность при передвижении по обводненным выработкам, в воздухе которых ощущается запах сероводорода, так как при возмущении воды газ может выделиться из нее. Эта особенность сероводорода известна давно. Еще И. Шлаттер в своем курсе горного искусства (1760 г.) писал: «Сей род худого воздуха наипаче ложится на воде, в ямах находящейся наподобие синей перепонки. Когда оная вода каким-нибудь случаем перемутится, то вредительные пары подымаются и причиняют опасные следствия».

При больших  концентрациях сероводорода в атмосфере  выработок он обладает сильным отравляющим действием, так как нарушает внутритканевое дыхание (ткани перестают усваивать кислород). При легком отравлении возникает раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, начинаются головная боль, одышка, сердцебиение. В тяжелых случаях при содержании в воздухе более 0,066% Н₂S человек теряет сознание, в дальнейшем возможен отек легких.

Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе подземных  выработок — 0,00066%. Присутствие небольших  количеств этого газа в воздухе легко обнаруживается по запаху, а при большой концентрации сероводород производит на органы обоняния анестезирующее действие и по запаху не обнаруживается.

 

Сернистый газ (SО₂) — тяжелый газ с удельным весом 2,2, обладающий резким запахом и действующий раздражающе на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Выделяется иногда из пород и полезного ископаемого вместе с другими газами. Известны случаи выделения SО₂ совместно с метаном из углей. В рудниках сернистый газ образуется при ведении взрывных работ по серным и колчеданным рудам в результате сгорания и взрывов серосодержащей пыли, осевшей на стенках шпуров и поверхности выработок вблизи забоя. Борьба с образованием сернистого газа в этих случаях ведется путем тщательной очистки шпуров от буровой мелочи и обильного орошения водой забоя и примыкающей к нему части выработки.

Длительное вдыхание воздуха, содержащего небольшие  количества сернистого газа, приводит к заболеванию хроническим гастритом, бронхитом, ларингитом и эмфиземой легких. При высоких содержаниях возникают тяжелый бронхит и спазмы голосовой щели. Предельно допустимая концентрация этого газа равна 0,01 мг/л, или 0,00035% по объему. При вдыхании в течение часа воздуха, содержащего 0,02% сернистого газа, может возникнуть опасное отравление. Присутствие в воздухе сернистого газа даже в незначительных концентрациях обнаруживается по резкому запаху и разъедающему действию, вызывающему слезотечение.

 

Окислы азота образуются при взрывчатом разложении нитроглицериновых и аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.

Наибольшей устойчивостью  обладает двуокись азота N0₂ — газ бурого цвета с удельным весом 1,6. Этот газ легко обнаруживается по цвету и резкому запаху задолго до возникновения опасной концентрации.

Окислы азота хорошо растворяются в воде, вследствие чего при взрывных работах в сырых забоях концентрация их с течением времени даже при неудовлетворительном проветривании снижается. Газ действует раздражающе на слизистые оболочки дыхательных путей, однако его действие проявляется не сразу, а только через 6 ч и более.

При легкой степени отравления появляется кашель, общее недомогание, иногда рвота. Тяжелая степень отравления приводит к отеку легких. Предельно допустимая концентрация равна 0,004мг/л, или 0,0002% по объему, смертельная опасность возникает при концентрации около 0,02%.

 

 Формальдегид НСНО — бесцветный газ с удельным весом 1,035, обладающий резким удушливым запахом.. Действует на слизистые оболочки и центральную нервную систему и вызывает конъюнктивиты, насморк, бронхиты. Содержится в выхлопных газах бензиновых двигателей и двигателей внутреннего сгорания совместно с окисью углерода и окислами азота. При работе двигателей под нагрузкой содержание альдегидов в выхлопных газах бензиновых двигателей по некоторым данным может достигать 0,137%, а двигателей внутреннего сгорания — 0,031%. Предельно допустимая концентрация равна 0,005 мг/л, или 0,00037% по объему.

Пары акролеина. Акролеин — бесцветная легколетучая жидкость с резким запахом пригорелых жиров, образующаяся при разложении дизельного топлива под воздействием высоких температур. Тяжелые пары акролеина с удельным весом около 1,9 встречаются в тех горных выработках, где работают автосамосвалы. Пары акролеина ядовиты и вызывают раздражение слизистых оболочек, головокружение, тошноту. Предельно допустимая концентрация их в воздухе равна 0,002 мг/л, или 0,00008% по объему. Кратковременное пребывание в атмосфере, содержащей 0,014% акролеина, смертельно.

 

Эманации радиоактивных веществ. Газообразные эманации радиоактивных веществ представлены радоном, тороном и актиноном, которые образуются в процессе альфа-распада радия, тория и актиния.

Эманации накапливаются  в порах и трещинах горных пород  и вместе с другими газами мигрируют  в сторону горных выработок. Период полураспада у радона равен 3,825 суток, у торона 54,5 сек, у актинона 3,92 сек.

Торон и актинон вследствие малого периода полураспада перемещаются по трещинам на короткие расстояния и редко встречаются в горных выработках в опасных концентрациях. Основную опасность представляет радон, который несмотря на малую проникающую способность выделяемых им альфа-лучей приводит к заболеванию организма лучевой болезнью, так как проникает в легкие вместе с вдыхаемым воздухом и растворяется в крови.

Компрессорные газы. Так называются вредные газообразные примеси (в основном окись углерода и метан), которые иногда обнаруживаются в сжатом воздухе, приводящем в действие пневматические шахтные механизмы. Компрессорные газы возникают при возгонке смазочного масла под действием нагретых деталей компрессора. Чтобы избежать образования этих газов, смазку компрессоров необходимо производить только специально предназначенным для этого маслом.

 

Газы, образующиеся при взрывных работах. При разложении взрывчатых веществ образуется смесь газов, состоящая из углекислого газа, окиси углерода, азота и его окислов — NO, N0₂ и иногда N₂0₅, а также сернистого газа S0₂, который образуется главным образом при взрывании по колчеданным рудам. В небольшом количестве может образовываться сероводород, главным образом при горении огнепроводного шнура.

Характеристика перечисленных  газов приведена выше. Для получения представления об общей токсичности смеси этих газов их пересчитывают на условную окись углерода, принимая 1 л N0₂ эквивалентным 6,5 л СО. Общее количество и состав образующихся при взрывании ВВ ядовитых газов непостоянны и зависят от вида ВВ, влажности, полноты детонации, минерального состава среды, в которой производится взрыв, и ряда других факторов.

В настоящее время, как указывалось  выше, принято считать, что при взрывных работах по рудам и породам при взрыве 1 кг ВВ образуется 40 л условной окиси углерода, а при взрывании по углю 100 л.

Близкое к этому количество газов  выделяется и при ведении взрывных  работ по горючим сланцам.

 

 

 

Список литературы

 

1. Порцевский А.К. Безопасность  жизнедеятельности при горных  и горно-разведочных работах.  Часть 1: Учебное пособие. –  М. – 2005. – 80с.

2. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения. Под ред. Ф.С. Клебанова. –  М.: Недра, 1981. – 471 с.

3. Ильин А.М. Безопастность труда  на открытых горных породах.  М:Недра, 1995.-270с.