Воскресенье, 13 марта 2011 16: 36

Обнаружение газов

Оценить этот пункт
(0 голосов)

Все, кто работает в подземных шахтах, должны хорошо знать шахтные газы и знать об опасностях, которые они могут представлять. Также необходимы общие знания о приборах и системах обнаружения газа. Для тех, кому поручено использовать эти приборы, необходимо подробное знание их ограничений и газов, которые они измеряют.

Даже без инструментов человеческие органы чувств могут обнаруживать постепенное появление химических и физических явлений, связанных с самовозгоранием. Отопление нагревает вентиляционный воздух и насыщает его как поверхностной, так и интегральной влагой, удаляемой отоплением. Когда этот воздух встречается с более холодным воздухом в вентиляционном отверстии, возникает конденсат, что приводит к дымке и появлению потливости на поверхностях возвратов. Следующим признаком является характерный запах масла или бензина, за которым следует дым и, наконец, видимое пламя.

Угарный газ (CO), не имеющий запаха, появляется в измеримых концентрациях примерно от 50 до 60 °C до появления характерного запаха самовозгорания. Следовательно, большинство систем обнаружения возгорания полагаются на обнаружение повышения концентрации угарного газа выше нормального фона для конкретной части шахты.

Иногда нагрев впервые обнаруживается человеком, который на мгновение замечает слабый запах. Тщательный осмотр участка, возможно, придется повторить несколько раз, прежде чем можно будет обнаружить измеримое устойчивое повышение концентрации монооксида углерода. Соответственно, бдительность всех тех, кто находится в шахте, никогда не должна ослабевать, и должен быть реализован заранее подготовленный процесс вмешательства, как только возникнет подозрение или обнаружение индикатора и о нем будет сообщено. К счастью, благодаря значительному прогрессу в технологии обнаружения и мониторинга пожаров, достигнутому с 1970-х годов (например, детекторные трубки, карманные электронные детекторы и компьютеризированные стационарные системы), больше нет необходимости полагаться только на человеческие чувства.

Портативные приборы для обнаружения газа

Прибор для обнаружения газа предназначен для обнаружения и контроля наличия широкого спектра типов газа и концентраций, которые могут привести к пожару, взрыву и образованию токсичной или кислородной атмосферы, а также для обеспечения раннего предупреждения о вспышке спонтанного горение. Газы, для которых они используются, включают CO, двуокись углерода ( CO2), диоксид азота (NO2), сероводород ( H2S) и диоксид серы (SO2). Доступны различные типы инструментов, но прежде чем решить, какой из них использовать в конкретной ситуации, необходимо ответить на следующие вопросы:

 

  • Почему требуется обнаружение определенного газа или газов?
  • Каковы свойства этих газов?
  • Где и при каких обстоятельствах они возникают?
  • Какой прибор или устройство для обнаружения газа лучше всего подходит для этих обстоятельств?
  • Как работает этот инструмент?
  • Каковы его ограничения?
  • Как следует интерпретировать результаты, которые он дает?

 

Рабочие должны быть обучены правильному использованию портативных газоанализаторов. Инструменты должны обслуживаться в соответствии со спецификациями производителя.

Универсальные комплекты извещателей

Детекторный комплект состоит из подпружиненного поршневого или сильфонного насоса и ряда сменных стеклянных индикаторных трубок, содержащих химические вещества, характерные для определенного газа. Насос имеет объем 100 смXNUMX и может управляться одной рукой. Это позволяет набрать образец такого размера через индикаторную трубку перед подачей в сильфон. Предупреждающий индикатор на градуированной шкале соответствует самому низкому уровню общего обесцвечивания, а не самой глубокой точке проникновения цвета.

Прибор прост в использовании и не требует калибровки. Тем не менее, некоторые меры предосторожности применимы:

  • Индикаторные трубки (которые должны быть датированы) обычно имеют срок годности два года.
  • Индикаторную трубку можно использовать повторно десять раз при условии отсутствия изменения цвета.
  • Общая точность каждого определения обычно находится в пределах ± 20%.
  • Водородные трубы не одобрены для использования под землей из-за сильного выделения тепла.
  • «Предварительная трубка», заполненная активированным углем, требуется при оценке низких уровней окиси углерода в присутствии дизельных выхлопов или высших углеводородов, которые могут присутствовать в остаточном демпфировании.
  • Отработавший газ должен быть пропущен через охлаждающее устройство, чтобы убедиться, что температура ниже 40 °C, перед прохождением через индикаторную трубку.
  • Кислородные и метановые трубки не разрешены для использования под землей из-за их неточности.

 

Каталитические метанометры

Метанометр каталитического типа используется в подземных шахтах для измерения концентрации метана в воздухе. Он имеет датчик, основанный на принципе сети из четырех спиральных проводов с согласованным сопротивлением, обычно каталитических нитей, расположенных в симметричной форме, известной как мост Уитстона. В норме две нити активны, а две другие пассивны. Активные нити или шарики обычно покрывают катализатором на основе оксида палладия, чтобы вызвать окисление горючего газа при более низкой температуре.

Метан из атмосферы попадает в камеру для проб либо путем диффузии через спеченный диск, либо путем всасывания аспиратором или внутренним насосом. Нажатие рабочей кнопки метанометра замыкает цепь, и ток, протекающий через мост Уитстона, окисляет метан на каталитических (активных) нитях в камере для проб. Тепло этой реакции повышает температуру каталитических нитей, увеличивая их электрическое сопротивление и электрически разбалансируя мост. Протекающий электрический ток пропорционален сопротивлению элемента и, следовательно, количеству присутствующего метана. Это показано на индикаторе выхода, градуированном в процентах метана. Опорные элементы в схеме моста Уитстона служат для компенсации изменений условий окружающей среды, таких как температура окружающей среды и атмосферное давление.

Этот инструмент имеет ряд существенных ограничений:

  • И метан, и кислород должны присутствовать, чтобы получить ответ. Если уровень кислорода в камере для проб ниже 10 %, не весь метан, попадающий в детектор, будет окислен, и будут получены ложно-заниженные показания. По этой причине этот прибор не следует использовать для измерения уровня метана в остаточном демпфировании или в герметичных зонах с низкой концентрацией кислорода. Если в камере чистый метан, то вообще не будет показаний. Соответственно, операционная кнопка должна быть нажата перед перемещением прибора в предположительно метановый слой, чтобы втянуть в камеру некоторое количество кислородсодержащего воздуха. Наличие слоя будет подтверждено показаниями, превышающими полную шкалу, с последующим возвратом к шкале, когда кислород будет израсходован.
  • Каталитический тип метанометра будет реагировать на горючие газы, отличные от метана, например, водород и монооксид углерода. Таким образом, могут быть получены неоднозначные показания в газах, оставшихся после пожара или взрыва (остаточное затухание).
  • Приборы с диффузионными головками должны быть защищены от высоких скоростей воздуха, чтобы избежать ложных показаний. Этого можно добиться, прикрывая его рукой или каким-либо другим предметом.
  • Инструменты с каталитическими нитями могут не реагировать на метан, если нить вступает в контакт с парами известных ядов во время калибровки или использования (например, силиконы в полироли для мебели, полироли для пола и красках, фосфатные эфиры, присутствующие в гидравлических жидкостях, и используемые фторуглероды). в качестве пропеллента в аэрозольных баллончиках).
  • Метанометры, работающие по принципу моста Уитстона, могут давать ошибочные показания при различных углах наклона. Такие неточности будут сведены к минимуму, если держать прибор под углом 45° во время его калибровки или использования.
  • Метанометры могут давать неточные показания при различных температурах окружающей среды. Эти неточности будут сведены к минимуму путем калибровки прибора в температурных условиях, аналогичных тем, которые существуют под землей.

 

Электрохимические ячейки

Приборы, использующие электрохимические элементы, используются в подземных шахтах для измерения концентрации кислорода и окиси углерода. Доступны два типа: ячейка состава, реагирующая только на изменение концентрации кислорода, и ячейка парциального давления, реагирующая на изменение парциального давления кислорода в атмосфере и, следовательно, количества молекул кислорода в единице объема. .

В композиционной ячейке используется капиллярный диффузионный барьер, который замедляет диффузию кислорода через топливный элемент, так что скорость, с которой кислород может достичь электрода, зависит исключительно от содержания кислорода в образце. На эту ячейку не влияют изменения высоты (например, барометрического давления), температуры и относительной влажности. Наличие СО2 в смеси, однако, нарушает скорость диффузии кислорода и приводит к ложно высоким показаниям. Например, наличие 1% СО2 увеличивает показания кислорода на целых 0.1%. Несмотря на то, что это небольшое увеличение, оно все же может быть значительным и небезопасным. Особенно важно знать об этом ограничении, если этот прибор будет использоваться в условиях остаточного демпфирования или в других атмосферах, о которых известно, что они содержат CO.2.

Ячейка парциального давления основана на том же электрохимическом принципе, что и ячейка концентрации, но лишена диффузионного барьера. Он реагирует только на количество молекул кислорода в единице объема, что делает его зависимым от давления. СО2 в концентрациях ниже 10% не оказывает кратковременного влияния на показания, но в долгосрочной перспективе углекислый газ разрушает электролит и сокращает срок службы элемента.

Следующие условия влияют на надежность показаний кислорода, производимых датчиками парциального давления:

  • Высота над уровнем моря и барометрическое давление: Поездка с поверхности на дно шахты увеличит показания кислорода на 0.1% на каждые 40 м пройденного пути. Это относится и к провалам, встречающимся в подземных выработках. Кроме того, нормальные ежедневные колебания барометрического давления в 5 миллибар могут изменить показания кислорода на целых 0.1%. Грозовая активность может сопровождаться падением давления на 30 миллибар, что приведет к падению показаний кислорода на 0.4%.
  • Вентиляция: Максимальное изменение вентиляции на вентиляторе будет составлять 6-8 дюймов водяного столба или 10 миллибар. Это приведет к падению показаний кислорода на 0.4% при переходе от впуска к возврату вентилятора и на 0.2% при перемещении от самой дальней стороны от дна приямка.
  • Температура: Большинство детекторов имеют электронную схему, которая измеряет температуру ячейки и корректирует влияние температуры на выходной сигнал датчика.
  • Относительная влажность: Увеличение относительной влажности от сухой до насыщенной при 20 °C приведет к снижению показаний кислорода примерно на 0.3%.

 

Другие электрохимические элементы

Были разработаны электрохимические ячейки, способные измерять концентрацию CO от 1 ppm до верхнего предела 4,000 ppm. Они работают путем измерения электрического тока между электродами, погруженными в кислый электролит. CO окисляется на аноде с образованием CO2 и реакция высвобождает электроны прямо пропорционально концентрации CO.

Также доступны электрохимические элементы для водорода, сероводорода, оксида азота, диоксида азота и диоксида серы, но они обладают перекрестной чувствительностью.

В продаже нет электрохимических ячеек для CO.2. Этот недостаток был преодолен за счет разработки портативного прибора, содержащего миниатюрную инфракрасную ячейку, чувствительную к углекислому газу в концентрациях до 5%.

 

Недисперсионные инфракрасные детекторы

Недисперсионные инфракрасные детекторы (NDIR) могут измерять все газы, содержащие такие химические группы, как -CO, -CO.2 и -СН3, которые поглощают инфракрасные частоты, характерные для их молекулярной конфигурации. Эти датчики дороги, но они могут обеспечить точные показания для таких газов, как CO, CO.2 и метана в условиях меняющегося фона других газов и низкого уровня кислорода, и поэтому идеально подходят для мониторинга газов за уплотнениями. О2, N2 и Н2 не поглощают инфракрасное излучение и не могут быть обнаружены этим методом.

Другие портативные системы с детекторами на основе теплопроводности и показателя преломления нашли ограниченное применение в угольной промышленности.

Ограничения портативных приборов для обнаружения газа

Эффективность портативных газоанализаторов ограничивается рядом факторов:

  • Требуется калибровка. Обычно это включает в себя ежедневную проверку нуля и напряжения, еженедельную проверку диапазона и калибровочные испытания уполномоченным внешним органом каждые 6 месяцев.
  • Датчики имеют ограниченный срок службы. Если производитель не указал дату приобретения, необходимо указать дату приобретения.
  • Датчики можно отравить.
  • Датчики могут иметь перекрестную чувствительность.
  • Чрезмерная экспозиция может привести к насыщению сенсора, что приведет к его медленному восстановлению.
  • Наклон может повлиять на чтение.
  • Аккумуляторы требуют зарядки и регулярной разрядки.

 

Централизованные системы мониторинга

Проверки, вентиляция и обследования с помощью ручных инструментов часто позволяют обнаружить и определить местонахождение небольшого нагревателя с ограниченным выделением CO до того, как газ будет рассеян системой вентиляции или его уровень превысит установленные законом пределы. Однако этого недостаточно, когда известно, что существует значительный риск возгорания, уровень метана в возврате превышает 1% или существует подозрение на потенциальную опасность. В этих условиях требуется непрерывный мониторинг в стратегически важных точках. Используется несколько различных типов централизованных систем непрерывного мониторинга.

Системы трубных пучков

Система трубных пучков была разработана в Германии в 1960-х годах для обнаружения и мониторинга самовозгорания. Он включает в себя серию из 20 пластиковых трубок из нейлона или полиэтилена диаметром 1/4 или 3/8 дюйма, которые простираются от группы анализаторов на поверхности до выбранных мест под землей. Трубки оснащены фильтрами, дренажами и пламегасителями; анализаторы обычно инфракрасные для CO, CO2 и метан и парамагнетик для кислорода. Поглотительный насос одновременно прокачивает образец через каждую пробирку, а последовательный таймер направляет образец из каждой пробирки по очереди через анализаторы. Регистратор данных записывает концентрацию каждого газа в каждом месте и автоматически подает сигнал тревоги при превышении заданных уровней.

Данная система имеет ряд преимуществ:

  • Взрывозащищенные приборы не требуются.
  • Обслуживание относительно простое.
  • Подземное питание не требуется.
  • Он охватывает широкий спектр газов.
  • Инфракрасные анализаторы обычно достаточно стабильны и надежны; они сохраняют свою специфичность в изменяющемся фоне горючих газов и в атмосфере с низким содержанием кислорода (высокие концентрации метана и/или двуокиси углерода могут быть перекрестно чувствительными к показаниям угарного газа в диапазоне низких частей на миллион).
  • Приборы могут быть откалиброваны на поверхности, хотя калибровочные пробы газов должны быть отправлены через трубки для проверки целостности системы сбора и системы определения мест, где были взяты конкретные пробы.

 

Есть и некоторые недостатки:

  • Результаты не в реальном времени.
  • Утечки видны не сразу.
  • В трубках может скапливаться конденсат.
  • Дефекты в системе не всегда сразу бросаются в глаза, и их может быть трудно идентифицировать.
  • Трубы могут быть повреждены в результате взрыва, пожара или взрыва.

 

Телеметрическая (электронная) система

Телеметрическая автоматическая система контроля загазованности имеет модуль управления на поверхности и искробезопасные датчики, стратегически расположенные под землей, которые соединены телефонными линиями или оптоволоконными кабелями. Датчики доступны для метана, CO и скорости воздуха. Датчик CO аналогичен электрохимическому датчику, используемому в портативных приборах, и имеет те же ограничения. Датчик метана работает за счет каталитического сжигания метана на активных элементах схемы моста Уитстона, которые могут быть отравлены соединениями серы, сложными эфирами фосфорной кислоты или соединениями кремния и не будут работать при низкой концентрации кислорода.

К уникальным преимуществам этой системы относятся:

  • Результаты доступны в режиме реального времени (т. е. есть быстрые признаки возгорания или скопления метана).
  • Возможны большие расстояния между головками датчиков и блоком управления без ущерба для системы.
  • Неисправность датчика распознается немедленно.

 

Есть и некоторые недостатки:

  • Требуется высокий уровень технического обслуживания.
  • Диапазон датчика CO ограничен (0.4%).
  • Разнообразие датчиков ограничено; для СО их нет2 или водород.
  • Датчик метана подвержен отравлению.
  • На месте требуется калибровка.
  • Перекрестная чувствительность может быть проблемой.
  • Возможна потеря мощности (например, >1.25% для метана).
  • Срок службы датчика ограничен 1-2 годами.
  • Система не подходит для атмосфер с низким содержанием кислорода (например, за уплотнениями).

 

Газовый хроматограф

Газовый хроматограф представляет собой сложное оборудование, которое анализирует образцы с высокой степенью точности и которое до недавнего времени могло полностью использоваться только химиками или специально квалифицированным и обученным персоналом.

Пробы газа из системы пучкового типа вводятся в газовый хроматограф автоматически или могут быть введены вручную из проб мешков, вынесенных из шахты. Колонка со специальной насадкой используется для разделения различных газов, а подходящий детектор, обычно теплопроводный или пламенно-ионизационный, используется для измерения каждого газа по мере его элюирования из колонки. Процесс разделения обеспечивает высокую степень специфичности.

Газовый хроматограф имеет особые преимущества:

  • Никакой перекрестной чувствительности от других газов не происходит.
  • Он способен измерять водород.
  • Он способен измерять этилен и высшие углеводороды.
  • Он может точно измерять от очень низких до очень высоких концентраций большинства газов, которые образуются или образуются под землей в результате нагревания или пожара.
  • Общепризнанно, что современные методы борьбы с пожарами и нагревом в угольных шахтах могут быть наиболее эффективно реализованы на основе интерпретации газовых анализов из стратегически важных мест в шахте. Точные, надежные и полные результаты требуют газового хроматографа и интерпретации квалифицированным, опытным и полностью обученным персоналом.

 

К его недостаткам относятся:

  • Анализы делаются относительно медленно.
  • Требуется высокий уровень технического обслуживания.
  • Аппаратное обеспечение и элементы управления сложны.
  • Периодически требуется внимание специалиста.
  • Калибровка должна планироваться часто.
  • Высокие концентрации метана мешают измерениям низкого уровня CO.

Выбор системы

Системы с пучком труб предпочтительнее для мест мониторинга, в которых не ожидается быстрых изменений концентрации газа или, как в герметичных зонах, может быть среда с низким содержанием кислорода.

Телеметрические системы предпочтительны в таких местах, как кольцевые дороги или на забое, где могут иметь значение быстрые изменения концентрации газа.

Газовая хроматография не заменяет существующие системы мониторинга, но увеличивает диапазон, точность и надежность анализов. Это особенно важно, когда речь идет об определении риска взрыва или когда нагрев достигает продвинутой стадии.

Вопросы выборки

  • Большое значение имеет размещение точек отбора проб в стратегически важных местах. Информация из одной точки отбора проб на некотором расстоянии от источника носит лишь предположительный характер; без подтверждения из других мест это может привести к переоценке или недооценке серьезности ситуации. Следовательно, точки отбора проб для обнаружения вспышки самовозгорания должны располагаться там, где наиболее вероятно возникновение нагрева. Между нагревом и датчиками должно быть небольшое разбавление потоков. Следует учитывать возможность наслоения метана и теплых продуктов сгорания, которые могут подниматься вверх по провалу в герметичной зоне. В идеале места отбора проб должны располагаться в возвратных стыках панелей, за заглушками и пломбами, а также в основном потоке вентиляционного контура. Применимы следующие соображения:
  • Место отбора проб должно быть установлено на расстоянии не менее 5 м от тюленя (т. е. ближе к морде), поскольку тюлени «вдыхают» воздух при повышении атмосферного давления.
  • Пробы следует брать из скважин только тогда, когда они выдыхаются и когда можно убедиться, что скважина свободна от утечек.
  • Пробы следует отбирать на расстоянии более 50 м по ветру от места пожара, чтобы обеспечить перемешивание (Mitchell and Burns 1979).
  • Пробы следует отбирать по уклону от пожара у крыши, поскольку горячие газы поднимаются вверх.
  • Пробы следует брать через вентиляционную дверь, чтобы избежать утечки.
  • Все точки отбора проб должны быть четко показаны на картах-схемах шахтной вентиляционной системы. Взятие проб газа под землей или из поверхностных скважин для анализа в другом месте затруднено и чревато ошибками. Образец в мешке или контейнере должен действительно отражать атмосферу в месте отбора проб.

 

Пластиковые пакеты в настоящее время широко используются в промышленности для отбора проб. Пластик сводит к минимуму утечку и может хранить образец в течение 5 дней. Водород, если он присутствует в мешке, будет разлагаться с ежедневной потерей около 1.5% его первоначальной концентрации. Образец в футбольном пузыре изменит концентрацию через полчаса. Мешки легко наполнять, а образец можно вдавить в анализатор или откачать с помощью насоса.

Металлические пробирки, заполняемые насосом под давлением, могут хранить образцы в течение длительного времени, но размер образца ограничен, а утечка является обычным явлением. Стекло инертно по отношению к газам, но стеклянная тара хрупкая, и пробу трудно извлечь без разбавления.

При отборе проб контейнер следует предварительно промыть не менее трех раз, чтобы убедиться, что предыдущий образец полностью смыт. На каждом контейнере должна быть бирка с такой информацией, как дата и время отбора проб, точное местонахождение, имя лица, отбирающего пробы, и другая полезная информация.

Интерпретация данных выборки

Интерпретация результатов отбора и анализа проб газа является сложной наукой, и ею должны заниматься только люди со специальной подготовкой и опытом. Эти данные жизненно важны во многих аварийных ситуациях, поскольку они предоставляют информацию о том, что происходит под землей, которая необходима для планирования и реализации корректирующих и предупреждающих действий. Во время или сразу после подземного прогрева, пожара или взрыва все возможные параметры окружающей среды должны контролироваться в режиме реального времени, чтобы ответственные лица могли точно определить состояние ситуации и измерить ее развитие, чтобы они не теряли времени на инициирование любых необходимых спасательных операций. виды деятельности.

Результаты газового анализа должны соответствовать следующим критериям:

  • Точность. Приборы должны быть правильно откалиброваны.
  • Надежность. Перекрестная чувствительность должна быть известна
  • Полнота. Все газы, включая водород и азот, должны быть измерены.
  • своевременность. Если в режиме реального времени невозможно, следует провести анализ тенденций.
  • срок действия. Точки отбора проб должны находиться на месте происшествия и вокруг него.

 

При интерпретации результатов газового анализа необходимо соблюдать следующие правила:

  • Необходимо тщательно выбрать несколько точек отбора проб и отметить их на плане. Это лучше для выявления тенденций, чем выборка из множества точек.
  • Если результат отклоняется от тенденции, его следует подтвердить путем повторной выборки или проверить калибровку прибора, прежде чем предпринимать какие-либо действия. Изменения внешних воздействий, таких как вентиляция, атмосферное давление и температура или работающий в данном районе дизельный двигатель, часто являются причиной изменения результата.
  • Состав газа или смесь в условиях, не связанных с добычей полезных ископаемых, должны быть известны и учтены в расчетах.
  • Ни один результат анализа нельзя принимать на веру; результаты должны быть достоверными и проверяемыми.
  • Следует иметь в виду, что отдельные цифры не говорят о прогрессе — тренды дают более точную картину.

 

Расчет результатов без воздуха

Результаты без воздуха получаются путем расчета атмосферного воздуха в образце (Mackenzie-Wood and Strang 1990). Это позволяет правильно сравнивать образцы из аналогичной области после устранения эффекта разбавления из-за утечки воздуха.

Формула:

Результат без воздуха = Проанализированный результат / (100 - 4.776 О2)

Он выводится следующим образом:

Атмосферный воздух = О2 + N2 = О2 + 79.1 О2 / 20.9 = 4.776 О2

Результаты без воздуха полезны, когда требуется анализ тренда результатов и существует риск разбавления воздуха между точкой отбора проб и источником, утечка воздуха в линиях отбора проб или возможное вдыхание проб мешков и уплотнителей. Например, если концентрация угарного газа от отопления имеет тенденцию, то разбавление воздуха из-за увеличения вентиляции может быть неверно истолковано как уменьшение угарного газа из источника. Тренды концентраций без воздуха дадут правильные результаты.

Аналогичные расчеты необходимы, если в зоне отбора проб образуется метан: увеличение концентрации метана приведет к разбавлению концентрации других присутствующих газов. Следовательно, повышение уровня оксида углерода может на самом деле проявляться как снижение.

Результаты без содержания метана рассчитываются следующим образом:

Результат без метана = Проанализированный результат / (100 - СН4%)

Самовозгорание

Самовозгорание — это процесс, при котором вещество может воспламениться в результате внутреннего тепла, возникающего самопроизвольно из-за реакций, высвобождающих тепло быстрее, чем оно может быть потеряно в окружающую среду. Самопроизвольный нагрев угля обычно происходит медленно, пока температура не достигает примерно 70 °C, что называется температурой «перехода». Выше этой температуры реакция обычно ускоряется. При температуре свыше 300 °C выделяются летучие вещества, также называемые «угольным газом» или «газом крекинга». Эти газы (водород, метан и окись углерода) самовозгораются при температурах около 650 °C (сообщалось, что присутствие свободных радикалов может привести к появлению пламени в угле при температуре около 400 °C). Процессы, происходящие в классическом случае самовозгорания, представлены в таблице 1 (разные угли дают разные картины).

Таблица 1. Нагрев угля – иерархия температур

Температура, при которой уголь поглощает O2 образовывать комплекс и выделять тепло

30 ° C

Комплекс распадается с образованием CO/CO2

45 ° C

Истинное окисление угля с образованием CO и CO2

70 ° C

Температура перехода, нагрев ускоряется

110 ° C

Влажность, Н2 и выделяется характерный запах

150 ° C

Десорбированный CH4, выделяются ненасыщенные углеводороды

300 ° C

Крекинг-газы (например, H2, СО, СН4) выпущенный

400 ° C

Открытый огонь

Источник: Чемберлен и др. 1970.

Монооксид углерода

CO фактически выделяется примерно при 50 ° C до того, как будет заметен характерный запах горения. Большинство систем, предназначенных для обнаружения начала самовозгорания, основаны на обнаружении угарного газа в концентрациях выше нормального фона для конкретного участка шахты.

Как только нагрев обнаружен, его необходимо контролировать, чтобы определить состояние нагрева (т. е. его температуру и степень), скорость ускорений, токсичные выбросы и взрывоопасность атмосферы.

Мониторинг отопления

Существует ряд индексов и параметров, которые могут помочь специалистам по планированию определить степень, температуру и скорость нагревания. Обычно они основаны на изменениях состава воздуха, проходящего через подозрительную зону. Многие индикаторы были описаны в литературе на протяжении многих лет, и большинство из них предлагают очень ограниченное окно использования и имеют минимальную ценность. Все они зависят от конкретного места и различаются в зависимости от угля и условий. Некоторые из наиболее популярных из них включают в себя: тенденции угарного газа; вырабатывают окись углерода (Funkemeyer and Kock 1989); коэффициент Грэма (Graham, 1921); индикаторные газы (Chamberlain, 1970); коэффициент Морриса (Morris 1988); и соотношение оксида углерода/диоксида углерода. После герметизации индикаторы могут быть затруднены из-за отсутствия определенного потока воздуха.

Ни один индикатор не дает точного и надежного метода измерения хода нагрева. Решения должны основываться на сборе, табулировании, сравнении и анализе всей информации и ее интерпретации в свете обучения и опыта.

Взрывы

Взрывы представляют собой наибольшую опасность при добыче угля. Он может убить всю подземную рабочую силу, уничтожить все оборудование и службы и предотвратить дальнейшую работу шахты. И все это может произойти за 2-3 секунды.

Необходимо постоянно контролировать взрывоопасность атмосферы в шахте. Это особенно актуально, когда рабочие заняты спасательной операцией в загазованной шахте.

Как и в случае с показателями оценки прогрева, существует ряд методик расчета взрывоопасности атмосферы в подземной шахте. К ним относятся: треугольник Кауарда (Greuer, 1974); треугольник Хьюза и Рейбольда (Hughes and Raybold 1960); Диаграмма Эликотта (Эликотт, 1981); и коэффициент Трикетта (Джонс и Трикетт, 1955). Из-за сложности и изменчивости условий и обстоятельств не существует единой формулы, на которую можно было бы положиться как на гарантию того, что взрыв не произойдет в определенное время в конкретной шахте. Нужно полагаться на высокий и неослабевающий уровень бдительности, высокий показатель подозрительности и без колебаний инициировать соответствующие действия при малейших признаках того, что взрыв может быть неизбежен. Временная остановка производства — это относительно небольшая надбавка за гарантию того, что взрыва не произойдет.

Заключение

В этой статье обобщены методы обнаружения газов, которые могут быть причиной пожаров и взрывов в подземных шахтах. Другие последствия газовой среды в шахтах для здоровья и безопасности (например, пылевые заболевания, удушье, токсические эффекты и т. д.) обсуждаются в других статьях этой главы и в других разделах этой главы. Энциклопедия.

 

Назад

Читать 9867 раз Последнее изменение Среда, 03 августа 2011 г., 18:21

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание:

Справочные материалы по добыче полезных ископаемых

Agricola, G. 1950. De Re Metallica, перевод Х. Х. Гувера и Л. Х. Гувера. Нью-Йорк: Dover Publications.

Бикель, КЛ. 1987. Анализ дизельного горного оборудования. В материалах семинара Бюро по передаче горных технологий: Дизели в подземных шахтах. Информационный циркуляр 9141. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Бюро шахт. 1978. Предотвращение пожаров и взрывов в угольных шахтах. Информационный циркуляр 8768. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

—. 1988. Последние разработки в области противопожарной защиты металлов и неметаллов. Информационный циркуляр 9206. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Чемберлен, EAC. 1970. Окисление угля при температуре окружающей среды в связи с ранним обнаружением самопроизвольного нагрева. Горный инженер (октябрь) 130 (121): 1-6.

Элликотт, CW. 1981. Оценка взрывоопасности газовых смесей и мониторинг тенденций времени выборки. Материалы симпозиума по возгораниям, взрывам и пожарам. Иллавара: Австралийский институт горного дела и металлургии.

Агентство по охране окружающей среды (Австралия). 1996. Передовая практика экологического менеджмента в горнодобывающей промышленности. Канберра: Агентство по охране окружающей среды.

Funkemeyer, M и FJ Kock. 1989. Предотвращение пожаров в рабочих швах, склонных к самовозгоранию. Глюкауф 9-12.

Грэм, Дж.И. 1921. Нормальное производство окиси углерода в угольных шахтах. Труды Института горных инженеров 60:222-234.

Граннес С.Г., Акерсон М.А. и Грин Г.Р. 1990. Предотвращение выхода из строя автоматических систем пожаротушения на ленточных конвейерах подземных горных работ. Информационный циркуляр 9264. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Гройер, RE. 1974. Изучение тушения шахтных пожаров инертными газами. Отчет по контракту USBM № S0231075. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Гриффин, RE. 1979. Оценка детекторов дыма в шахтах. Информационный циркуляр 8808. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Хартман, HL (ред.). 1992. Справочник по горному делу для малых и средних предприятий, 2-е издание. Балтимор, Мэриленд: Общество горнодобывающей промышленности, металлургии и разведки.

Герцберг, М. 1982. Ингибирование и подавление выбросов угольной пыли и метана. Отчет о расследовании 8708. Вашингтон, округ Колумбия: Горное бюро.

Хук Э., Кайзер П.К. и Боуден В.Ф. 1995. Проект опоры для подземных рудников с твердыми породами. Роттердам: А. А. Балкема.

Хьюз, А.Дж. и В.Е. Рэйболд. 1960. Экспресс-определение взрывоопасности шахтных пожарных газов. Горный инженер 29:37-53.

Международный совет по металлам и окружающей среде (ICME). 1996. Тематические исследования, иллюстрирующие природоохранную практику в горнодобывающих и металлургических процессах. Оттава: ICME.

Международная организация труда (МОТ). 1994. Последние разработки в угольной промышленности. Женева: МОТ.

Джонс, Дж. Э. и Дж. К. Трикетт. 1955. Некоторые наблюдения по исследованию газов, образующихся при взрывах в угольных шахтах. Труды Института горных инженеров 114: 768-790.

Маккензи-Вуд П. и Джей Стрэнг. 1990. Огненные газы и их интерпретация. Горный инженер 149(345):470-478.

Ассоциация по предотвращению несчастных случаев на шахтах Онтарио. n Руководство по обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям. Отчет Постоянного технического комитета. Норт-Бэй: Ассоциация предотвращения несчастных случаев на шахтах, Онтарио.

Митчелл, Д. и Ф. Бернс. 1979. Интерпретация состояния пожара в шахте. Вашингтон, округ Колумбия: Министерство труда США.

Моррис, Р.М. 1988. Новый коэффициент огнестойкости для определения условий в закрытых помещениях. Горный инженер 147(317):369-375.

Морроу, Г.С. и К.Д. Литтон. 1992. Оценка детекторов дыма в шахтах. Информационный циркуляр 9311. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA). 1992а. Кодекс пожарной безопасности. NFPA 1. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1992б. Стандарт пылевидных топливных систем. NFPA 8503. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1994а. Стандарт по предотвращению пожаров при использовании процессов резки и сварки. НФПА 51В. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1994б. Стандарт для переносных огнетушителей. NFPA 10. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1994с. Стандарт для пенных систем средней и высокой кратности. НФПА 11А. Кунси, Массачусетс: NFPA.

—. 1994г. Стандарт для систем сухого химического пожаротушения. NFPA 17. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1994г. Стандарт на углеобогатительные фабрики. NFPA 120. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1995а. Стандарт по предотвращению пожаров и борьбе с ними в подземных шахтах по добыче металлов и неметаллов. NFPA 122. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1995б. Стандарт по предотвращению пожаров и борьбе с ними в подземных угольных шахтах. NFPA 123. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996а. Стандарт противопожарной защиты для самоходной и передвижной горнодобывающей техники. NFPA 121. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996б. Кодекс легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. NFPA 30. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996с. Национальный электротехнический кодекс. NFPA 70. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996г. Национальный кодекс пожарной сигнализации. NFPA 72. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996г. Стандарт на установку спринклерных систем. NFPA 13. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996ф. Стандарт для установки систем распыления воды. NFPA 15. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996г. Стандарт для систем пожаротушения с чистым агентом. NFPA 2001. Куинси, Массачусетс: NFPA.

—. 1996г. Рекомендуемая практика противопожарной защиты на электростанциях и высоковольтных преобразовательных станциях постоянного тока. NFPA 850. Куинси, Массачусетс: NFPA.

Нг, Д и С.П. Лаззара. 1990. Эффективность перекрытия из бетонных блоков и стальных панелей при моделировании пожара в шахте. Пожарная техника 26(1):51-76.

Нинтеман, диджей. 1978. Самопроизвольное окисление и возгорание сульфидных руд в подземных шахтах. Информационный циркуляр 8775. Вашингтон, округ Колумбия: Горное управление.

Помрой, У.Х. и Т.Л. Малдун. 1983. Новая система пожарной сигнализации с запахом газа. В материалах ежегодного общего собрания и технических сессий MAPAO 1983 г. Норт-Бэй: Ассоциация предотвращения несчастных случаев на шахтах, Онтарио.

Рамасватны, А. и П.С. Катияр. 1988. Опыт применения жидкого азота при тушении угольных пожаров под землей. Журнал Mines Metals and Fuels 36 (9): 415-424.

Смит, AC и CN Томпсон. 1991. Разработка и применение метода прогнозирования потенциала самовозгорания битуминозных углей. Представлено на 24-й Международной конференции НИИ безопасности горных работ, Макеевский государственный научно-исследовательский институт безопасности угольной промышленности, Макеевка, Российская Федерация.

Тиммонс, Э.Д., Винсон Р.П. и Киссель Ф.Н. 1979. Прогнозирование опасности метана в металлических и неметаллических рудниках. Отчет о расследованиях 8392. Вашингтон, округ Колумбия: Горное бюро.

Департамент технического сотрудничества в целях развития Организации Объединенных Наций (ООН) и Немецкий фонд международного развития. 1992. Горное дело и окружающая среда: Берлинские руководящие принципы. Лондон: Книги горного журнала.

Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП). 1991. Экологические аспекты отдельных цветных металлов (Cu, Ni, Pb, Zn, Au) при добыче руды. Париж: ЮНЕП.