CC BY
44
УДК 622.81.574
Б.М. Стефанюк, В.В. Сенкус, К.Д. Лукин
ВЛИЯНИЕ ОБЪЕМОВ ДОБЫЧИ УГЛЯ НА ШАХТНУЮ АТМОСФЕРУ
Дан анализ состава шахтной атмосферы с точки зрения взрывобезопасности при увеличении мощности привода исполнительных органов и увеличения при этом технической производительности комбайнов. Приведены конкретные рекомендации по повышению промышленной и экологической безопасности шахт.
~ҐЬ настоящее время основная масса
■Я-9 добываемого в шахтах угля осуществляется с помощью режущего инструмента, которым оснащены проходческие комбайны и очистные комплексы, и образующего пыль при отработке угольного пласта. По существующим Правилам безопасности, горные машины с механическим органом обязательно должны быть оснащены системой подавления пыли, в частности - оросительной системой подачей воды под зубок, чтобы осадить пыль и не допустить нагрева зубка до температуры воспламенения метана. Норматив орошения составляет не менее 30-60 литров воды на тонну добываемого угля [1].
Молекулы каменного угля содержат более 1000 атомов углерода, серы, водорода и кислорода, а их размеры оцениваются величиной 0,08-0,25 мкм. Фрагмент структуры молекул каменного угля приведен на рисунке 1[2]. Размеры угольных частиц пыли, оседающих в ольвеольных тканях легких шахтеров, составляют менее 0,5 мкм [3].
Достижения механохимии [4] позволяют считать, что при резании образуются не только частицы пыли, содержащие молекулы каменного угля, а так же “осколки” молекул каменного угля. Авторы работы [5] считают, что при температурной деструкции угольной
пыли могут выделяться горючие компоненты (газ, пар).
При рассмотрении деструкции каменного угля в кокосовой батареи, находится около 350 веществ - “осколков” молекулы каменного угля, которые содержат от 1 до 26 атомов углерода, имеющие линейные, циклические и линейно-циклические структуры [6]. Температура образования летучей фазы этих веществ (то есть температура кипения) находится в широких пределах от 0 до 500 °С. С точки зрения экологии шахтной атмосферы, в первую очередь следует обратить внимание на вещества с температурой кипения до 150 °С, которая может возникать при резании угля зубком.
Под воздействием режущего инструмента - зубка, действует два фактора деструкции молекулы каменного угля: механохимии и термохимии.
В угольной пыли имеются “осколки” каменноугольной молекулы. С высокой вероятностью мы получаем с учетом изомеров 80 веществ - “Осколков”, содержащих до 8 атомов углерода, а также атомов водорода, серы, кислорода, азота, групп БН, КЫ2, ОН.
Большинство из них следует отнести к числу “безобидных” с точки зрения взрывобезопасности.
он зн
он
Рис. 1. Фрагмент молекулы каменного угля
Но 20 из них являются взрывоопас-
1 5 = С=5' 11 0
з Н 1 н—с—з—н 1 н 12
3 н 1 н—с—с=м 1 н 13
4 0 14 О
5 15 О
6 X. 16
7 0 17 6
8 и 18
9 — 19 а"
10 А/ 80 сг
ными с весьма низкими пределами взрываемости (НПВ) [7, 8].
Перечень этих веществ приводится в таблице, а их структурная формула на рис. 2.
В сложившийся ситуации сложность вопроса заключается в том, что рудничное взрывозащищенное электрооборудование рассчитано на рудничный метан категории I, для которого безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ), обеспечивающий не возможность передачи взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси метана с воздухом составляет более 1 мм.
Для перечисленных в таблице веществ категории 11А БЭМЗ составляет более 0,9 мм, а категории 11В - до 0,5 мм. Следовательно, эти вещества при наличии взрывоопасных концентраций
Рис. 2. Структурные формулы «осколков» молекулы каменного угля
№ п/п Вещество Брутто форму- ла Темпе- ратура кипения °С Плотность газа (пара) 2/см3 Взрыво- опасность Пределы концентрации % об. [8]
кате- гория груп- па НПВ ВПВ
1 Сероуглерод сб2 46,2 1,264 ІІС Т5 1,25 50
2 Этилмеркаптан С2 ИбБ 37 0,846 ІІА Т3
3 Ацетонитрил с2н2ы 81,9 0,753 ІІА Т1
4 Ацетон СзНбО 56,3 0,782 ІІА Т1 2,55 12.8
5 Бутан С4Н10 -0,5 0,600 ІІА Т2 1,86 8.41
6 Изобутан С4Н10 -11,7 0,603 ІІА Т1 1,80 8,44
7 Метилэтилкетон С4ЩО 88,0 0,837 ІІА Т1 1,81 9.5
8 Циклопендадиен С5Н6 41,0 0,805 ІІА Т1
9 Пентан С5Н12 36,0 0,625 ІІА Т3 1,4 7,8
10 Изопентан С5Н12 16,5 0,620 ІІА Т2 1,32
11 Пиридин С5Н5Ы 115,3 0,982 ІІА Т1
12 1,3-Пентадиен С5Щ 42,1 0,672 ІІА Т2
13 Гексан СбН14 68,6 0,660 ІІА Т3 1,25 6.9
14 Бензол СбНб 80,2 0,879 ІІА Т1 1,41 6.75
15 Циклогексан С6Н10 83 0,810 ІІА Т3 1,33 8.35
16 Гептан С7Н16 98,7 0,684 ІІА Т3 1,00 6,00
17 Толуол С7Щ 110,6 0,876 ІІА Т1 1,27 6.75
18 Октан CgH18 125,8 0,703 0,95
19 Стирол CgHg 146 0,906 ІІА Т1
20 Этилбензол CgH1o 136,2 0,867 ІІА Т2 0.66 4.0
НПВ - нижний предел взрываемости, при температуре 15-20°С, ВПВ - верхний предел взрываемости, при температуре 15-20°С.
могут быть “переносчиками” взрыва из оболочки рудничного взрывозащищенного электрооборудования категории I во внешнюю среду.
С увеличением мощности привода исполнительных органов и увеличение при этом технической производительности комбайнов, возрастает вероятность возникновения взрывоопасной ситуации, стимулируемой перечисленными веществами, особенно при добычи углей с высоким содержанием азота N и серы Б.
Серьезность ситуации в том, что у перечисленных веществ нижний предел взрываемости (НПВ) существенно в 2-5 раз ниже, чем у метана (4,9 %).
Даже при наличии каждого из них в шахтной атмосфере в количестве 0,1 %
объемного, то согласно закону Ле-Шателье, общая суммарная опасность составит 2 %, что создает реальную угрозу их взрыва, как ’’детонатора”
В настоящее время установлено, что смесь метана и угольной пыли подчиняется не закону Ле-Шателье, а экспоид-ному закону с показателем степени меньше единицы [9].
Поведение перечисленных веществ с угольной пылью не изучено.
Для повышения промышленной и экологической безопасности шахт необходимо решить следующие задачи.
1. Мониторинг шахтной атмосферы должен включать, кроме известных параметров температуры, влажности, концентрации газов метана, углекислого
и угарного газа, сероводорода и объема подаваемого на проветривание воздуха, дополнительные параметры о наличии в шахтной атмосфере газов, получаемых при деструкции угля, добываемого с помощью механического резания.
2. Установить закономерности взаимодействия в шахтной атмосфере газов, “осколков” угля с угольной пылью и на их основе выдать рекомендации и технические требования к рудничному
1. Справочник по борьбе с пылью в горнодобывающей промышленности. - М.: Недра, 1982. - 240 с.
2. Эткинс П. Молекулы. /Пер. с англ. - М.: Мир, 1991. - 216 с.
3. СанПиН 2.2.3.570-96. Гигиенические требования к предприятиям угольной промышленности и организации работ. - М.: Минздрав России, 1998. - 84 с.
4. Шрадер Р. Механохимия твердых тел. /Сб. тр. «Наука и человечество» - М.: Знание, 1969. - 385 с .
5. Мясников А.А., Старков С.П., Чикунов В. И. Предупреждение взрывов газа и пыли в угольных шахтах. - М.: Недра, 1985. - 205 с.
взрывозащищенному электрооборудо-
ванию.
3. До решения двух первых задач угольному машиностроению временно воздержаться от существенного увеличения мощности исполнительных органов горных комбайнов.
4. Минздраву РФ необходимо уточнить санитарные правила и нормы для людей, работающих в шахтах.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Дмитриев М.М, Обуховский Я.М. Краткий справочник коксохимика. - М.: Госиздат по черной и цветной металлургии, 1960. - 253 с.
7. Правила устройства электроустановок -С-Пб.: Изд. ДЕАН, 1999. - 926 с.
8. Арнополин А.Г., Шевченко Н.Ф. Взрывозащищенное электрооборудование. - М.: Энергия, 1973. - 208 с.
9. Стефанюк Б.М. Законы пределов взры-
ваемости пылеметановоздушной среды.
//Безопасность жизнедеятельности: экологические, производственные, правовые, медикобиологические и социальные аспекты. /Тр. I Международ. научно-практич. конф. - Новокузнецк, 2005. - С. 19-20. ППЛЗ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------
Сенкус В.В., Стефанюк Б.М., Лукин К.Д.- Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк.
Статьи авторов Сенкуса В.В., Сенкуса Вал.В., Стефанюка Б.М., Лукина К.Д., Фрянова В.Н., Гершго-рина В. С. представлены Новокузнецким филиалом - институтом ГОУВПО «Кемеровский государственный университет.
Рецензенты: Мельник В.В., доктор технических наук, профессор,
Атрушкевич В.А., доктор технических наук, профессор,
Московский государственный горный университет.
