Todos os que trabalham em minas subterrâneas devem ter um bom conhecimento dos gases das minas e estar cientes dos perigos que podem representar. Um conhecimento geral dos instrumentos e sistemas de detecção de gás também é necessário. Para aqueles designados a usar esses instrumentos, o conhecimento detalhado de suas limitações e dos gases que eles medem é essencial.

Mesmo sem instrumentos, os sentidos humanos podem ser capazes de detectar o aparecimento progressivo dos fenômenos químicos e físicos associados à combustão espontânea. O aquecimento aquece o ar de ventilação e o satura com a umidade superficial e integral expelida pelo aquecimento. Quando esse ar encontra o ar mais frio na divisão de ventilação, ocorre a condensação, resultando em uma névoa e o aparecimento de suor nas superfícies nos retornos. Um cheiro característico de óleo ou gasolina é a próxima indicação, seguida eventualmente por fumaça e, finalmente, chamas visíveis.

O monóxido de carbono (CO), que é inodoro, aparece em concentrações mensuráveis ​​de cerca de 50 a 60 °C antes do aparecimento do cheiro característico de uma combustão espontânea. Consequentemente, a maioria dos sistemas de detecção de incêndio depende da detecção de um aumento na concentração de monóxido de carbono acima do fundo normal para a parte específica da mina.

Às vezes, um aquecimento é detectado pela primeira vez por um indivíduo que percebe um leve cheiro por um instante fugaz. O exame minucioso da área pode ter que ser repetido várias vezes antes que um aumento sustentado mensurável na concentração de monóxido de carbono possa ser detectado. Assim, a vigilância de todos os que estão na mina nunca deve ser relaxada e um processo de intervenção pré-programado deve ser implementado assim que a presença de um indicador for suspeitada ou detectada e relatada. Felizmente, graças ao considerável progresso na tecnologia de detecção e monitoramento de incêndio feito desde a década de 1970 (por exemplo, tubos detectores, detectores eletrônicos de bolso e sistemas fixos computadorizados), não é mais necessário confiar apenas nos sentidos humanos.

Instrumentos portáteis para detecção de gás

O instrumento de detecção de gás é projetado para detectar e monitorar a presença de uma ampla variedade de tipos e concentrações de gás que podem resultar em incêndio, explosão e atmosfera tóxica ou deficiente em oxigênio, bem como para fornecer alerta precoce de surto de contaminação espontânea combustão. Os gases para os quais são usados ​​incluem CO, dióxido de carbono (CO₂), dióxido de azoto (NO₂), sulfeto de hidrogênio (H₂S) e dióxido de enxofre (SO₂). Diferentes tipos de instrumentos estão disponíveis, mas antes de decidir qual usar em uma determinada situação, as seguintes perguntas devem ser respondidas:

• Por que é necessária a detecção de um determinado gás ou gases?
• Quais são as propriedades desses gases?
• Onde e em que circunstâncias eles ocorrem?
• Qual instrumento ou dispositivo de detecção de gás é mais adequado para essas circunstâncias?
• Como funciona este instrumento?
• Quais são as suas limitações?
• Como os resultados que ela fornece devem ser interpretados?

Os trabalhadores devem ser treinados no uso correto de detectores de gás portáteis. Os instrumentos devem ser mantidos de acordo com as especificações do fabricante.

Kits detectores universais

Um kit detector consiste em uma bomba do tipo pistão ou fole acionada por mola e uma variedade de tubos indicadores de vidro substituíveis que contêm produtos químicos específicos para um determinado gás. A bomba tem uma capacidade de 100 cc e pode ser operada com uma mão. Isso permite que uma amostra desse tamanho seja retirada através do tubo indicador antes de passar para o fole. O indicador de advertência na escala graduada corresponde ao nível mais baixo de descoloração geral, não ao ponto mais profundo de penetração da cor.

O dispositivo é fácil de usar e não requer calibração. No entanto, algumas precauções são aplicáveis:

• Os tubos indicadores (que devem ser datados) geralmente têm um prazo de validade de dois anos.
• Um tubo indicador pode ser reutilizado dez vezes, desde que não haja descoloração.
• A precisão geral de cada determinação é geralmente de ± 20%.
• Tubos de hidrogênio não são aprovados para uso subterrâneo por causa do intenso calor desenvolvido.
• Um “pré-tubo” preenchido com carvão ativado é necessário ao estimar baixos níveis de monóxido de carbono na presença de escapamentos de diesel ou de hidrocarbonetos superiores que podem estar presentes no pós-umidade.
• O gás de exaustão deve passar por um dispositivo de resfriamento para garantir que a temperatura esteja abaixo de 40 °C antes de passar pelo tubo indicador.
• Tubos de oxigênio e metano não são aprovados para uso subterrâneo por causa de sua imprecisão.

Metanômetros do tipo catalítico

O metanômetro do tipo catalítico é usado em minas subterrâneas para medir a concentração de metano no ar. Possui um sensor baseado no princípio de uma rede de quatro fios espirais de resistência combinada, geralmente filamentos catalíticos, dispostos de forma simétrica conhecida como ponte de Wheatstone. Normalmente, dois filamentos são ativos e os outros dois são passivos. Os filamentos ou grânulos ativos são geralmente revestidos com um catalisador de óxido de paládio para causar a oxidação do gás inflamável a uma temperatura mais baixa.

O metano na atmosfera atinge a câmara de amostra por difusão através de um disco sinterizado ou por aspiração ou bomba interna. Pressionar o botão de operação do metanômetro fecha o circuito e a corrente que flui através da ponte de Wheatstone oxida o metano nos filamentos catalíticos (ativos) na câmara de amostra. O calor dessa reação eleva a temperatura dos filamentos catalíticos, aumentando sua resistência elétrica e desequilibrando eletricamente a ponte. A corrente elétrica que flui é proporcional à resistência do elemento e, portanto, à quantidade de metano presente. Isso é mostrado em um indicador de produção graduado em porcentagens de metano. Os elementos de referência no circuito da ponte de Wheatstone servem para compensar variações nas condições ambientais, como temperatura ambiente e pressão barométrica.

Este instrumento tem uma série de limitações significativas:

• Tanto o metano quanto o oxigênio devem estar presentes para obter uma resposta. Se o nível de oxigênio na câmara de amostra estiver abaixo de 10%, nem todo o metano que atinge o detector será oxidado e uma falsa leitura baixa será obtida. Por esta razão, este instrumento não deve ser usado para medir níveis de metano em pós-umidade ou em áreas fechadas onde a concentração de oxigênio é baixa. Se a câmara contiver metano puro, não haverá nenhuma leitura. Consequentemente, o botão de operação deve ser pressionado antes de mover o instrumento para uma camada de metano suspeita, a fim de atrair algum ar contendo oxigênio para a câmara. A presença de uma camada será confirmada por uma leitura maior que a escala completa, seguida de um retorno à escala quando o oxigênio for consumido.
• O tipo catalítico de metanômetro responderá a gases inflamáveis ​​além do metano, por exemplo, hidrogênio e monóxido de carbono. Leituras ambíguas, portanto, podem ser obtidas em gases pós-incêndio ou explosão (pós-umidade).
• Instrumentos com cabeças de difusão devem ser protegidos de altas velocidades de ar para evitar falsas leituras. Isso pode ser feito protegendo-o com a mão ou algum outro objeto.
• Instrumentos com filamentos catalíticos podem não responder ao metano se o filamento entrar em contato com os vapores de venenos conhecidos ao ser calibrado ou usado (por exemplo, silicones em polidores de móveis, polidores de piso e tintas, ésteres de fosfato presentes em fluidos hidráulicos e fluorocarbonetos usados como propulsor em aerossóis).
• Metanômetros baseados no princípio da ponte de Wheatstone podem fornecer leituras errôneas em ângulos de inclinação variáveis. Essas imprecisões serão minimizadas se o instrumento for mantido em um ângulo de 45° quando for calibrado ou usado.
• Os metanômetros podem fornecer leituras imprecisas em temperaturas ambientes variáveis. Essas imprecisões serão minimizadas calibrando o instrumento sob condições de temperatura semelhantes às encontradas no subsolo.

Células eletroquímicas

Instrumentos que usam células eletroquímicas são usados ​​em minas subterrâneas para medir as concentrações de oxigênio e monóxido de carbono. Dois tipos estão disponíveis: a célula de composição, que responde apenas a mudanças na concentração de oxigênio, e a célula de pressão parcial, que responde a mudanças na pressão parcial de oxigênio na atmosfera e, portanto, no número de moléculas de oxigênio por unidade de volume .

A célula de composição emprega uma barreira de difusão capilar que retarda a difusão de oxigênio através da célula de combustível, de modo que a velocidade na qual o oxigênio pode atingir o eletrodo depende apenas do teor de oxigênio da amostra. Esta célula não é afetada por variações de altitude (ou seja, pressão barométrica), temperatura e umidade relativa. A presença de CO₂ na mistura, no entanto, perturba a taxa de difusão de oxigênio e leva a falsas leituras altas. Por exemplo, a presença de 1% de CO₂ aumenta a leitura de oxigênio em até 0.1%. Embora pequeno, esse aumento ainda pode ser significativo e não à prova de falhas. É particularmente importante estar ciente desta limitação se este instrumento for usado em pós-umidade ou outras atmosferas conhecidas por conter CO₂.

A célula de pressão parcial é baseada no mesmo princípio eletroquímico da célula de concentração, mas não possui a barreira de difusão. Ele responde apenas ao número de moléculas de oxigênio por unidade de volume, tornando-o dependente da pressão. CO₂ em concentrações abaixo de 10% não têm efeito de curto prazo na leitura, mas a longo prazo, o dióxido de carbono destruirá o eletrólito e encurtará a vida útil da célula.

As seguintes condições afetam a confiabilidade das leituras de oxigênio produzidas por células de pressão parcial:

• Altitude e pressão barométrica: A viagem da superfície até o fundo do poço aumentaria a leitura de oxigênio em 0.1% para cada 40 m percorridos. Isso também se aplica a quedas encontradas nos trabalhos subterrâneos. Além disso, as variações diárias normais de 5 milibares na pressão barométrica podem alterar a leitura de oxigênio em até 0.1%. A atividade de tempestade pode ser acompanhada por uma queda de pressão de 30 milibares que causaria uma queda de 0.4% na leitura de oxigênio.
• Ventilação: A variação máxima de ventilação no ventilador seria de 6 a 8 polegadas de medidor de água ou 10 milibares. Isso causaria uma queda de 0.4% na leitura de oxigênio indo da entrada para o retorno no ventilador e uma queda de 0.2% no deslocamento da face mais distante do fundo do poço.
• Temperatura: A maioria dos detectores possui um circuito eletrônico que detecta a temperatura da célula e corrige o efeito da temperatura na saída do sensor.
• Humidade relativa: Um aumento na umidade relativa de seco para saturado a 20 °C causaria uma diminuição de aproximadamente 0.3% na leitura de oxigênio.

Outras células eletroquímicas

Foram desenvolvidas células eletroquímicas que são capazes de medir concentrações de CO de 1 ppm até um limite superior de 4,000 ppm. Eles operam medindo a corrente elétrica entre eletrodos imersos em um eletrólito ácido. CO é oxidado no ânodo para formar CO₂ e a reação libera elétrons em proporção direta à concentração de CO.

Células eletroquímicas para hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, óxido nítrico, dióxido de nitrogênio e dióxido de enxofre também estão disponíveis, mas sofrem de sensibilidade cruzada.

Não há células eletroquímicas comercialmente disponíveis para CO₂. A deficiência foi superada com o desenvolvimento de um instrumento portátil contendo uma célula infravermelha miniaturizada sensível ao dióxido de carbono em concentrações de até 5%.

Detectores infravermelhos não dispersivos

Detectores infravermelhos não dispersivos (NDIRs) podem medir todos os gases que contêm grupos químicos como -CO, -CO₂ e -CH₃, que absorvem frequências infravermelhas que são específicas para sua configuração molecular. Esses sensores são caros, mas podem fornecer leituras precisas para gases como CO, CO₂ e metano em um ambiente variável de outros gases e baixos níveis de oxigênio e, portanto, são ideais para monitorar gases atrás de vedações. O₂, N₂ e H₂ não absorvem radiação infravermelha e não podem ser detectados por este método.

Outros sistemas portáteis com detectores baseados em condução térmica e índice de refração encontraram uso limitado na indústria de mineração de carvão.

Limitações dos instrumentos portáteis de detecção de gás

A eficácia dos instrumentos portáteis de detecção de gás é limitada por vários fatores:

• A calibração é necessária. Isso normalmente envolve uma verificação diária de zero e tensão, uma verificação semanal do span e um teste de calibração por uma autoridade externa autorizada a cada 6 meses.
• Os sensores têm uma vida finita. Se não for datado pelo fabricante, a data de aquisição deve ser inscrita.
• Os sensores podem ser envenenados.
• Os sensores podem sofrer de sensibilidade cruzada.
• A superexposição pode saturar o sensor causando sua lenta recuperação.
• A inclinação pode afetar a leitura.
• As baterias precisam ser carregadas e descarregadas regularmente.

Sistemas de monitoramento centralizado

Inspeções, ventilação e pesquisas com instrumentos portáteis geralmente conseguem detectar e localizar um pequeno aquecimento com marcas limitadas de CO antes que o gás seja disperso pelo sistema de ventilação ou seu nível exceda os limites legais. Estes não são suficientes, no entanto, quando um risco significativo de combustão é conhecido, os níveis de metano nos retornos excedem 1% ou há suspeita de um perigo potencial. Nessas circunstâncias, é necessário monitoramento contínuo em locais estratégicos. Vários tipos diferentes de sistemas de monitoramento contínuo centralizado estão em uso.

Sistemas de feixe de tubos

O sistema de feixe de tubos foi desenvolvido na Alemanha na década de 1960 para detectar e monitorar o progresso da combustão espontânea. Trata-se de uma série de até 20 tubos plásticos feitos de náilon ou polietileno de 1/4 ou 3/8 de polegada de diâmetro que se estendem de um banco de analisadores na superfície até locais selecionados no subsolo. Os tubos são equipados com filtros, drenos e corta-chamas; os analisadores são geralmente infravermelhos para CO, CO₂ e metano e paramagnético para oxigênio. Uma bomba de remoção puxa uma amostra através de cada tubo simultaneamente e um cronômetro sequencial direciona a amostra de cada tubo através dos analisadores por sua vez. O registrador de dados registra a concentração de cada gás em cada local e aciona automaticamente um alarme quando os níveis predeterminados são excedidos.

Este sistema tem várias vantagens:

• Não são necessários instrumentos à prova de explosão.
• A manutenção é relativamente fácil.
• Energia subterrânea não é necessária.
• Abrange uma ampla gama de gases.
• Os analisadores infravermelhos são geralmente bastante estáveis ​​e confiáveis; eles mantêm sua especificidade em um ambiente variável de gases de incêndio e atmosferas com baixo teor de oxigênio (altas concentrações de metano e/ou dióxido de carbono podem ser sensíveis à leitura de monóxido de carbono na faixa de ppm baixo).
• Os instrumentos podem ser calibrados na superfície, embora amostras de calibração de gases devam ser enviadas pelos tubos para testar a integridade do sistema de coleta e o sistema de identificação dos locais de origem de determinadas amostras.

Existem também algumas desvantagens:

• Os resultados não são em tempo real.
• Os vazamentos não são imediatamente aparentes.
• A condensação pode se acumular nos tubos.
• Defeitos no sistema nem sempre são imediatamente aparentes e podem ser difíceis de identificar.
• Os tubos podem ser danificados por explosão ou incêndio ou explosão.

Sistema telemétrico (eletrônico)

O sistema telemétrico de monitoramento automático de gás possui um módulo de controle na superfície e cabeças de sensor intrinsecamente seguras estrategicamente localizadas no subsolo que são conectadas por linhas telefônicas ou cabos de fibra ótica. Sensores estão disponíveis para metano, CO e velocidade do ar. O sensor de CO é semelhante ao sensor eletroquímico usado em instrumentos portáteis e está sujeito às mesmas limitações. O sensor de metano funciona através da combustão catalítica do metano nos elementos ativos de um circuito de ponte de Wheatstone que pode ser envenenado por compostos de enxofre, ésteres de fosfato ou compostos de silício e não funcionará quando a concentração de oxigênio for baixa.

As vantagens únicas deste sistema incluem:

• Os resultados estão disponíveis em tempo real (ou seja, há indicação rápida de incêndio ou acúmulo de metano).
• Longas distâncias entre as cabeças dos sensores e a unidade de controle são possíveis sem comprometer o sistema.
• A falha do sensor é reconhecida imediatamente.

Existem também algumas desvantagens:

• É necessário um alto nível de manutenção.
• A faixa do sensor para CO é limitada (0.4%).
• A variedade de sensores é limitada; não há nenhum para CO₂ ou hidrogênio.
• O sensor de metano está sujeito a envenenamento.
• No local calibração é necessária.
• A sensibilidade cruzada pode ser um problema.
• Pode haver uma perda de energia (por exemplo, >1.25% para metano).
• A vida útil do sensor é limitada a 1 a 2 anos.
• O sistema não é adequado para atmosferas com baixo teor de oxigênio (por exemplo, atrás de vedações).

Cromatógrafo a gás

O cromatógrafo a gás é um equipamento sofisticado que analisa amostras com alto grau de precisão e que, até recentemente, só podia ser totalmente utilizado por químicos ou pessoal especialmente qualificado e treinado.

Amostras de gás de um sistema do tipo feixe de tubos são injetadas no cromatógrafo a gás automaticamente ou podem ser introduzidas manualmente a partir de amostras de bolsas trazidas da mina. Uma coluna especialmente empacotada é usada para separar gases diferentes e um detector adequado, geralmente condutividade térmica ou ionização de chama, é usado para medir cada gás à medida que elui da coluna. O processo de separação fornece um alto grau de especificidade.

O cromatógrafo a gás tem vantagens particulares:

• Não ocorre sensibilidade cruzada de outros gases.
• É capaz de medir o hidrogênio.
• É capaz de medir etileno e hidrocarbonetos superiores.
• Ele pode medir com precisão de concentrações muito baixas a muito altas da maioria dos gases que ocorrem ou são produzidos no subsolo por aquecimento ou incêndio.
• É bem reconhecido que os métodos modernos de combate a incêndios e aquecimentos em minas de carvão podem ser implementados de forma mais eficaz com base na interpretação das análises de gás de locais estratégicos na mina. Resultados precisos, confiáveis ​​e completos requerem um cromatógrafo a gás e interpretação por pessoal qualificado, experiente e totalmente treinado.

Suas desvantagens incluem:

• As análises são relativamente lentas.
• É necessário um alto nível de manutenção.
• O hardware e os controles são complexos.
• A atenção especializada é necessária periodicamente.
• A calibração deve ser agendada com frequência.
• Altas concentrações de metano interferem nas medições de baixo nível de CO.

Escolha do sistema

Os sistemas de feixe de tubos são preferidos para monitorar locais onde não se espera mudanças rápidas nas concentrações de gás ou, como áreas seladas, podem ter ambientes com baixo teor de oxigênio.

Os sistemas telemétricos são preferidos em locais como estradas de cintura ou na face onde mudanças rápidas nas concentrações de gás podem ser significativas.

A cromatografia gasosa não substitui os sistemas de monitoramento existentes, mas aumenta o alcance, a precisão e a confiabilidade das análises. Isso é particularmente importante quando a determinação do risco de explosão está envolvida ou quando um aquecimento está atingindo um estágio avançado.

Considerações de amostragem

• A localização de pontos de amostragem em locais estratégicos é de grande importância. A informação de um único ponto de amostragem a certa distância da fonte é apenas sugestiva; sem a confirmação de outros locais, pode levar a super ou subestimação da gravidade da situação. Consequentemente, os pontos de amostragem para detectar um surto de combustão espontânea devem ser localizados onde os aquecimentos são mais prováveis ​​de ocorrer. Deve haver pouca diluição de fluxos entre o aquecimento e os detectores. Deve-se levar em consideração a possibilidade de formação de camadas de metano e gases de combustão quentes que podem subir o mergulho em uma área selada. Idealmente, os locais de amostragem devem estar localizados em retornos de painel, atrás de paradas e vedações e no fluxo principal do circuito de ventilação. As seguintes considerações são aplicáveis:
• O local de amostragem deve ser colocado a pelo menos 5 m de distância (ou seja, em direção à face) de uma vedação porque as vedações “respiram” quando a pressão atmosférica aumenta.
• As amostras devem ser retiradas dos furos apenas quando expiram e quando pode ser assegurado que o furo está livre de vazamentos.
• As amostras devem ser coletadas a mais de 50 m a favor do vento de um incêndio para garantir a mistura (Mitchell e Burns 1979).
• As amostras devem ser coletadas no gradiente de um incêndio próximo ao telhado porque os gases quentes sobem.
• As amostras devem ser coletadas em uma porta de ventilação para evitar vazamentos.
• Todos os pontos de amostragem devem ser claramente mostrados em mapas de esquemas do sistema de ventilação da mina. A coleta de amostras de gás no subsolo ou de furos de superfície para análise em outro local é difícil e propensa a erros. A amostra no saco ou recipiente deve representar verdadeiramente a atmosfera no ponto de amostragem.

As sacolas plásticas são agora amplamente utilizadas na indústria para coleta de amostras. O plástico minimiza o vazamento e pode manter uma amostra por 5 dias. O hidrogênio, se presente na bolsa, se degradará com uma perda diária de cerca de 1.5% de sua concentração original. Uma amostra em uma bexiga de futebol mudará a concentração em meia hora. Os sacos são fáceis de encher e a amostra pode ser espremida em um instrumento de análise ou pode ser extraída com uma bomba.

Tubos de metal que são enchidos sob pressão por uma bomba podem armazenar amostras por muito tempo, mas o tamanho da amostra é limitado e vazamentos são comuns. O vidro é inerte aos gases, mas os recipientes de vidro são frágeis e é difícil retirar a amostra sem diluição.

Ao coletar amostras, o recipiente deve ser pré-lavado pelo menos três vezes para garantir que a amostra anterior seja completamente lavada. Cada recipiente deve ter uma etiqueta contendo informações como a data e hora da amostragem, a localização exata, o nome da pessoa que coleta a amostra e outras informações úteis.

Interpretação dos Dados de Amostragem

A interpretação dos resultados da amostragem e análise de gás é uma ciência exigente e deve ser tentada apenas por indivíduos com treinamento e experiência especiais. Esses dados são vitais em muitas emergências, pois fornecem informações sobre o que está acontecendo no subsolo, necessárias para planejar e implementar ações corretivas e preventivas. Durante ou imediatamente após um aquecimento subterrâneo, incêndio ou explosão, todos os parâmetros ambientais possíveis devem ser monitorados em tempo real para permitir que os responsáveis ​​determinem com precisão o status da situação e meçam seu progresso para que não percam tempo em iniciar qualquer resgate necessário Atividades.

Os resultados da análise de gás devem atender aos seguintes critérios:

• Precisão. Os instrumentos devem estar corretamente calibrados.
• Confiabilidade. As sensibilidades cruzadas devem ser conhecidas
• Completude. Todos os gases, incluindo hidrogênio e nitrogênio, devem ser medidos.
• oportunidade. Se o tempo real não for possível, a tendência deve ser realizada.
• Validade. Os pontos de amostragem devem estar dentro e ao redor do local do incidente.

As seguintes regras devem ser seguidas na interpretação dos resultados da análise de gás:

• Alguns pontos de amostragem devem ser cuidadosamente selecionados e marcados no plano. Isso é melhor para tendências do que coletar amostras de muitos pontos.
• Se um resultado se desviar de uma tendência, deve ser confirmado por reamostragem ou a calibração do instrumento deve ser verificada antes de agir. Variações em influências externas, como ventilação, pressão barométrica e temperatura ou um motor a diesel funcionando na área, geralmente são a razão para a alteração do resultado.
• A composição ou mistura de gás em condições não relacionadas à mineração deve ser conhecida e considerada nos cálculos.
• Nenhum resultado de análise deve ser aceito com base na fé; resultados devem ser válidos e verificáveis.
• Deve-se ter em mente que números isolados não indicam o progresso – as tendências dão uma imagem mais precisa.

Calculando resultados sem ar

Os resultados sem ar são obtidos calculando o ar atmosférico na amostra (Mackenzie-Wood e Strang 1990). Isso permite que amostras de uma área semelhante sejam adequadamente comparadas após a remoção do efeito de diluição do vazamento de ar.

A fórmula é:

Resultado sem ar = resultado analisado / (100 - 4.776 O₂)

É derivado da seguinte forma:

Ar atmosférico = O₂ + N₂ =O₂ + 79.1 O₂ / 20.9 = 4.776 O₂

Os resultados sem ar são úteis quando a tendência dos resultados é necessária e há risco de diluição do ar entre o ponto de amostra e a fonte, vazamento de ar nas linhas de amostra ou amostras de bolsa e selos podem ter sido inalados. Por exemplo, se a concentração de monóxido de carbono de um aquecimento estiver sendo monitorada, então a diluição do ar de um aumento na ventilação pode ser mal interpretada como uma diminuição no monóxido de carbono da fonte. A tendência das concentrações sem ar daria os resultados corretos.

Cálculos semelhantes são necessários se a área de amostragem estiver produzindo metano: o aumento na concentração de metano diluiria a concentração de outros gases presentes. Portanto, um nível crescente de óxido de carbono pode realmente aparecer como uma diminuição.

Os resultados sem metano são calculados da seguinte forma:

Resultado sem metano = resultado analisado / (100 - CH4%)

Combustão espontânea

A combustão espontânea é um processo pelo qual uma substância pode entrar em ignição como resultado do calor interno que surge espontaneamente devido a reações liberando calor mais rapidamente do que pode ser perdido para o ambiente. O aquecimento espontâneo do carvão geralmente é lento até que a temperatura atinja cerca de 70 °C, conhecida como temperatura de “cruzamento”. Acima desta temperatura, a reação geralmente acelera. Acima de 300 °C, os voláteis, também chamados de “gás de carvão” ou “gás de crack”, são liberados. Esses gases (hidrogênio, metano e monóxido de carbono) se inflamam espontaneamente a temperaturas de aproximadamente 650 °C (foi relatado que a presença de radicais livres pode resultar no aparecimento de chamas no carvão a cerca de 400 °C). Os processos envolvidos em um caso clássico de combustão espontânea são apresentados na tabela 1 (carvões diferentes produzirão imagens variadas).

Tabela 1. Aquecimento do carvão - hierarquia de temperaturas

Fonte: Chamberlain et al. 1970.

Monóxido de carbono

O CO é realmente liberado cerca de 50 °C antes que o cheiro característico de combustão seja percebido. A maioria dos sistemas projetados para detectar o início da combustão espontânea é baseada na detecção de monóxido de carbono em concentrações acima do fundo normal para uma determinada área da mina.

Uma vez detectado um aquecimento, ele deve ser monitorado para determinar o estado do aquecimento (ou seja, sua temperatura e extensão), a taxa de acelerações, emissões tóxicas e explosividade da atmosfera.

Monitorando um aquecimento

Existem vários índices e parâmetros disponíveis para ajudar os planejadores a determinar a extensão, a temperatura e a taxa de progressão de um aquecimento. Estes são geralmente baseados em mudanças na composição do ar que passa por uma área suspeita. Muitos indicadores foram descritos na literatura ao longo dos anos e a maioria oferece uma janela de uso muito limitada e é de valor mínimo. Todos são específicos do local e diferem com diferentes carvões e condições. Alguns dos mais populares incluem: tendências de monóxido de carbono; produção de monóxido de carbono (Funkemeyer e Kock 1989); Proporção de Graham (Graham 1921) gases traçadores (Chamberlain 1970); Razão de Morris (Morris 1988); e a relação monóxido de carbono/dióxido de carbono. Após a vedação, os indicadores podem ser difíceis de usar devido à ausência de um fluxo de ar definido.

Nenhum indicador oferece um método preciso e seguro de medir o progresso de um aquecimento. As decisões devem basear-se na recolha, tabulação, comparação e análise de toda a informação e na sua interpretação à luz da formação e da experiência.

Explosões

Explosões são o maior perigo individual na mineração de carvão. Tem o potencial de matar toda a força de trabalho subterrânea, destruir todos os equipamentos e serviços e impedir qualquer operação adicional da mina. E, tudo isso pode acontecer em 2 a 3 segundos.

A explosibilidade da atmosfera na mina deve ser monitorada em todos os momentos. É especialmente urgente quando os trabalhadores estão envolvidos em uma operação de resgate em uma mina gasosa.

Assim como no caso dos indicadores para avaliar um aquecimento, existem várias técnicas para calcular a explosibilidade da atmosfera em uma mina subterrânea. Eles incluem: Triângulo de Coward (Greuer 1974); Triângulo de Hughes e Raybold (Hughes e Raybold 1960); diagrama de Elicott (Elicott 1981); e razão de Trickett (Jones e Trickett 1955). Devido à complexidade e variabilidade das condições e circunstâncias, não existe uma fórmula única que possa ser considerada como garantia de que uma explosão não ocorrerá em um determinado momento em uma determinada mina. Deve-se confiar em um alto e incessante nível de vigilância, um alto índice de suspeita e um início sem hesitação de ação apropriada ao menor indício de que uma explosão pode ser iminente. Uma parada temporária na produção é um prêmio relativamente pequeno a pagar pela garantia de que não ocorrerá uma explosão.

Conclusão

Este artigo resumiu a detecção de gases que podem estar envolvidos em incêndios e explosões em minas subterrâneas. As outras implicações de saúde e segurança do ambiente gasoso em minas (por exemplo, doenças de poeira, asfixia, efeitos tóxicos, etc.) são discutidas em outros artigos deste capítulo e em outras partes deste enciclopédia.

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