Moje areologia.doc

(144 KB) Pobierz

Areologia zajmuje się :

- wydzielaniem gazów

- warunkami klimatycz.

- pożarami kopalnianymi oraz ich wpływem na stan atmosfery.

Atmosfera kopalniana – w jej skład wchodzą: powietrze oraz gazy wydobywające się z procesów technologicz.

Skład atmosfery:

- Tlen 20,969% obj.

- azot 78,1% obj.

- CO2 0,03% obj.

- argon, meon, wodór ok. 1% obj.

Powietrze kopalniane zawiera: metan, tlenek: węgla, azotu, siarka, wodór, aldehydy, tlenek siarki. Skład gazów jest ściśle określony i zapisany w przepisach górniczych.

NDS – największe stężenie średnie gazów w ciągu 8 godz. dnia pracy. Stężenie tych gazów nie może być szkodliwego wpływu na człowieka przez jego okres zdolności do pracy ani jego potomstwa.

NDSCh – największe dopuszczalne stężenie chwilowe, które nie może być większe przez 30 min. w ciągu 8 godz. pracy.

NDSP – największe dopuszczalne stężenie progowe, które nie może być przekroczone. Dotyczy szczególnie gazów trujących i

szkodliwych dla zdrowia.

Tlen – O2 – gaz bezbarwny, bez zapachu i smaku, niepalny i nie wybuchowy, bardzo aktywny ( łączy się z innymi pierwiastkami).

W zależności od szybkości reakcji mówimy o:

- utlenianie – powolne łączenie się

- palenie – szybkie łączenie się z towarzyszącymi zjawiskami świetlnymi.

- wybuch – szybkie łączenie się, zjawiska świetlne i akustyczne.

Ilość tlenu najlepsza do oddychania dla człowieka to 21%. Do 19% mogą być prowadzone prace. Przy 17% oddech staje się cięższy, występują zawroty głowy, gaśnie płomień. Przy 15% człowiek jest niezdolny do wysiłku fizycznego. Prz ok. 12% życie jest zagrożone. 10% - wymioty, omdlenia. Przy 7% następuje śmierć w krótkim czasie.Maleje przy pożarach. Zawartość tlenu badana jest przy pomocy analizy chemicznej, rurkami wskaźnikowymi, analizatorów.

Azot – N2 – bezbarwny, bez smaku i zapachu, obojętny dla procesów oddychania. Zawartość azotu może wynosić 77-81%. Zwiększanie zawartości azotu zachodzi kosztem tlenu. Może się on wydzielać do wyrobisk np. z materiałów wybuchowych. Zawartość azotu w powietrzu kopalnianym wykrywana jest poprzez analizę chemiczną.

Dwutlenek węgla – CO2 – bezbarwny, bez zapachu, o kwaskowym smaku, nie palny i nie wybuchowy. Jego zawartość wzrasta podczas robót strzałowych, oddychania. Należy do gazów duszących. Gdy zawartość CO2 jest większa niż 2% to następuje zaburzenia czynności oddechowych. Powyżej 8% utrata przytomności. CO2 jest cięższy od powietrza 1,5 razy dlatego gromadzi się przy spągu wyrobiska. Jego zawartość wykrywana jest przy pomocy: rurki wskaźnikowej, metanomierza interferencyjnego, analizy chemicznej.

Tlenek węgla – CO – bezbarwny, bez zapachu i smaku nafty pochodzącej od dyscylacji. Gaz palny, przy odpowiedniej zawartości z tlenem tworzy mieszaninę wybuchową (12,5 – 74%). Jest to gaz trujący, zdolny do łatwego łączenia z hemoglobiną krwi, która zdolność do przenoszenia tlenu. Objawy zatrucia to: uczucie ucisku, tętnienie w sromach, zawroty głowy, wymioty, problemy ze wzrokiem. Zawartość tlenu węgla w wyrobiskach wykrywana jest poprzez: analizę chemiczną, analizatory oraz rurki wskaźnikowe.

Tlenki azotu – NO, NO2 – są trujące o gryzącym zapachu, w zależności od temp.barwa przybiera kolor od żółtego do brunatnego. Uszkodzenie pęcherzyków płucnych, tchawicy, objawy występują po kilku godzinach: kaszel, drażnienie błon śluzowych, potem duszenie i sinica. Występuje m.in. tam gdzie są maszyny samojezdne o napędzie spalinowym. Wykrywanie: analizatory, rurki wskaźnikowe, analiza chemiczna.

SO2 – bezbarwny, bardzo silnym, ostrym duszącym zapachu, powoduje podrażnienie błon śluzowych, spojówek tchawicy. Jest niepalny, tworzy się przy pożarach, przy urabianiu materiałami zawierającymi siarke. Wykrywanie: analiza chemiczna, rurki wskaźnikowe.

H2S – bezbarwny, zapach zgniłych jaj. Palny, tworzy mieszaninę wybuchową (4-46%), silnie trujący, powoduje podrażnienie ośrodka oddechowego, śmierć. Wydziela się przy gniciu, rozpuszcza się b. dobrze w wodzie. Wykrywanie: analiza chemiczna, rurki wskaźnikowe, analizatory.

Wodór – H2 – bezbarwny bez zapachu i smaku jest najlżejszy: obojętny ale palny, tworzy mieszaninę wybuchową (4 – 70%) występuje w gazach pożarowych, ma niską temp. Zapłonu, niebezpieczeństwa wybuchu gazu. Wydziela się m.in. w ładowniach akumulatorów. Dopuszczalna zawartość 0,5 %. Wykrywanie próbami średnimi i punktowymi, które są pobierane sposobem: mokrym, z przedmuchiwaniem, próżniowym, chemicznie, pochłanianie.

METAN – jest gazem bezbarwnym, bez zapachu i smaku, dla procesów oddychania jest obojętny, przy 40% zawartości tlenu wynosi 12%. Jest palny i tworzy z powietrzem mieszaninę wybuchową ( 4 – 15%). Wybuch powoduje wzrost ciśnienie i temp., potem fale wsteczne. Wybuch metanu jest początkiem wybuchu pyłu węglowego. Produktem tego wybuchu jest wysoka temp., brak tlenu oraz duża zawartość tlenku węgla. W obecności metanu:

- do 1% - wszystkie roboty górnicze włącznie z robotami strzałowymi.

- 1 - 1,5% - wszystkie roboty górnicze z robotami strzałowymi przy użyciu materiałów wybuchowych specjalnych.

- 1,5 – 2% - wszystkie roboty górnicze bez robót strzałowych

- powyżej 2% - roboty są zabronione, po za pracami mającymi na celu przywrócenie prawidłowego stanu wentylacji w wyrobiskach.

Metan towarzyszy generalnie pokładom węgla. Jako gaz lżejszy od powietrza ma tendencje do migrowania do powierzchni, a CO2 w głąb ziemi. Zawartość metanu w pokładach węgla będzie związana z tektoniką i budową pokładów.

Sorbcje gazów ( metanu ) – to chemiczne połączenie gazu z węglem jak również fizyczne. Metan występuje w postaci związanej z substancją węglową i w postaci luźnej wypełniającej pustki i szczeliny. Metanu w stanie wolnym jest ok. 5- 10%, zwiększa się w miarę wzrostu głębokości zalegania pokładów węgla. Na głębokości 700 do 800 m jest mała ilość gazu występująca w postaci wolnej. W naszych pokładach – 17 m3/ tone czystej substancji węglowej.

Metanowość - to naturalne nagromadzenie metanu w pokładzie węgla.

CWS- czysta substancja węglowa, czyli węgiel bez wody i popiołu.

Zawartość metanu w pokładach węgla opisuje się równaniem Langiura.

a, b- współczynniki sorbcji.

W miarę wzrostu ciśnienia ilość tego gazu zaabsorbowanego nie ulega zmianie. Przy rozdrabnianiu węgla będzie wydzielał się metan. Pokłady węglowe zostały sklasyfikowane na cztery kategorie zagrożenia metanowego pokładów:

a) 0,1-2,5

b) 2,5 – 4,5 --//--

c) 4,5 – 8 --//--

d) pow. 8 --//--

Pole metanowe jest gdy zawartość metanu jest mniejsza niż 0,1.

Są dwie kategorie zagrożenia metanowego w złożach soli:

1) złoże soli lub jego część jeśli stwierdzono występowanie metanu pochodzenia naturalnego lub łącznie z gazami wybuchowymi i innymi pochodzenia naturalnego w ilości większej niż 0,1%

2)złoże bądź część złoża jeśli wystąpił nagły wpływ lub wyrzut metanu pochodzenia naturalnego oddzielania lub łączenie z innymi gazami lub skałami- w ilości pow. 1%.

Rudy miedzi oraz innych kopalin i te złoża zaliczamy do dwóch kategorii zagrożenia metanowego:

1)złoże lub część złóż jeśli stwierdzono występowanie w powietrzu metanu pochodzenia naturalnego w ilości pow. 0,1%.

2)jeśli występuje możliwość wzmożonego wydzielania lub nagły wpływ metanu pochodzenia naturalnego z górotworu lub wody dopływającej do wyrobisk.

Formy wydzielania się metanu:

1)powolne, filtracyjne wydzielanie się metanu

2)w postaci fukacza – wydzielanie się CH4 ze zbiorników pod odpowiednim ciśnieniem

3)wyrzuty metanu lub metanu i skały

Przy zachowaniu równowagi następuje wyrzucenie gazu lub gazu z pokruszoną skałą. Powstanie atmosfery beztlenowej. Metan to zagrożenie naturalne jak również: zagrożenia wodą, tąpnięciem czy pozarem.

Określenie i prognozowanie ilości metanu w wyrobiskach:

Nasycenie pokładu węgla na rejonieRybnicko – Jastrzębskim:

Ruch gazu w ośrodku porowatym:

V = - k/u grad. p - rów.filtracji k – współ. przepuszczalności

u – współ. lepkości dynamicznej gazów

div(V)+m∂p/∂t=W

równanie ciągłości

m- porowatość ośrodka

równanie stanu (przemiana izotermiczna)

Wydzielanie metanu do wyrobisk chodnikowych:

Z ociosów pokładu węgla metan wydziela się jak na wykresie

6miesięcy po tym czasie uznajemy, że do wyrobiska metan się nie wydziela. W wyrobisku mówimy o dwóch składnikach wydzielania: z ociosu q0, urobionego węgla w [m3/min] qu.

q=q0+qu

qu=b*m*V*(W0-Wk)/1440

1440-czas trwania doby w min, W0-metanowość istotna, Wk-metanowość końcowa, m-miąższość, miąższość-postęp w metrach na dobę,-ciężar właściwy węgla.

Metoda filtracji:

Qt=qd/sqrt t

Qd-początkowe wydzielanie metanu z calizny odsłoniętej

Q0=k*m*V*qd*sqrt t

t-czas drążenia wyrobiska,

t=x/V

Metoda Instytutu Górniczego Skoczyńskiego:

Qt=qd/sqrt t

Q0=2*m*V*qd(2*sqrt t –1)

Prognozowanie wydzielania metanu do wyrobisk ścianowych:

Metan wydobywa się nie tylko z wyrobisk aktualnie eksploatowanych, ale także z pokładów nad i podebranych. P – ciśnienie z wyrobisk ścianowych, pu-ciśnienie gazu naturalne w skałach, ponieważ pu-jest większe od p to gaz będzie migrował do wyrobiska

Jeżeli w obrębie tego stanu będą pokłady węgla to z tego gaz też będzie migrował do wyrobiska.

Źródła wydzielanie metanu: pokład ekspl., pokładu naruszone ekspl., pokład i skały płone naruszone ekspl.

Metody wydzielania do ścian: wykreślna Stuffkena, i Schultra),analityczna, empiryczna. Metoda dynamiczna. Pokłady węgla nie są równomiernie nasycone. Metody przewidywania wydzielanie metanu wykonujemy dla pola biegu ściany. Prognozy wykonujemy dla pewnych obszarów.

Metody prognozowania:

a)metoda wytycznych (MG)

b)metoda instytutu górniczego im. Skoczyńskiego:

Ks=-dla ściany prowadzonej od granic.

L- dł. ściany; b-szer. chodnika; zasięg strefy odprężenia calizny węglowej.

h=13m dla węgli antracytowych i tłustych.h=18m dla węgli koksowych.h=23m dla węgli pozostałych.

Xp=Zk*me(1,2+cosa)

a-kąt nachylennia pokładu. Zk- wsp. zależny od sposobu kierowania stropem. me-miąższość eksploatowanego pokładu.

Zk-60-pełny zawał.Zk=45-podsadzka częściowa.Zk=20-przy podsadzce pełnej.

Dla pokładów nadebranych Xp=35m

Qsp=Kn*Qs Kn=0.25-pełny zawał.Kn=0.2-częściowa podsadzka.Kn=0.1-pełna podsadzka.

Woi’=Woi-(Woi-Wki)*(1-.Wydzielanie metanu nie jest wprost proporcjonalne do wydobycia.

ZWALCZANIE METANU: dwa sposoby:

1) intensywna wentylacja: V= Pmax-dopuszczalna max.zawartość metanu w przodku.Pd-koncetracja na wlocie do wyrobiska.q- ilość prognozowana metanu wydzielającego się.K-wsp.uwzględniający nierówności wydzielania CH4.

2) odmetanowanie górotworu.Przedzielanie mateanu zawsze da się zrobić przy pomocy powietrza. Wtedy stosujemy odmetanowanie-tj.planowane ujęcie mateanu z górotworu i doprowadzenie szczelnymi przewodami do dróg zużytego powietrza lub na powierzchnię. E=-efektywność odmetanowania

Odmetanowanie nie jest celem ale koniecznością dla bezpieczeństwa.

PRAWO BOILA:

PRAWO CHARLESA:

P*Vn=Ro*T

Vn-objętość molowa

PRAWO DALTONA:

Pb=Pp+Pw Pb-ciś.barometryczne;Pw-ciś.pary wodnej.

WILGOTNOŚĆ WŁAŚCIWA - wyraża stosunek zawartości pary wodnej do 1kg powietrza suchego.

STOPIEŃ NASYCENIA POWIETRZA:

Wilgotność bezwzględna-tj. masa pary wodnej zawarta w 1m3 powietrza wilgotnego. r=

Wilgotność względna: określa wilgotność pary wodnej w powietrzu w stosunku do nasycenia:

RÓWNANIE PSYCHROMETRYCZNE(SZTUNGA): Pw=Pwn-Pok(Ts-Tm)

K=[K-1] ; k=6,677*10-4[K-1]

K=10-5965+; V-prędkość powietrza w pobliżu zbiorniczka wilgotnego w .

Gęstość powietrza suchego: I=U+pV

i=ip+Xiw – entalpia

ip-entalpia powietrza suchego ; ip=0,007*t

i=0,007*t+x(2500+1,84t) [

WYKRES PSYCHROMETRYCZNY

Ciśnienie odniesione do próżni nosi nazwę ciśnienia bezwzględnego,jeśli będziemy to odnosić do ciśnienia barometrycznego to mówimy o podciśnieniu lub nadciśnieniu. Urządzenia mierzące różnice ciśnień: -manometry;-mikromanometry różnicowe.

Przyrządy do pomiaru ciśnienia bezwzględnego to: 1.barograf różnicowy 2.barometr rtęciowy 3.aneroidy 4.baroluk

Jednostki ciśnienia:

Pa=N/m2=kg/ms2; 1bar=105Pa;1mmH2O=1KG/m3=9,81N/m2; 1mmHg=

13,6

CIEPLARNIANE WARUNKI PRACY:

Na komfort ciepła wpływa:

1.Wilgotność powietrza 2.temp.powietrza oraz temp. ociosów 3.prędkość przepływu powietrza 4.ciśnienie powietrza 5.skład chemiczny powietrza 6.promieniowanie ciepła 7.zanieczyszczenia.

RÓWNANIE BILANSU ENERGETYCZNEGO DLA ORGANIZMU CZŁOWIEKA:

M=W+Qp+Qk+Qr+Qo+A

M-energia wytwarzana w wirniku; Qp-cieplo wytwarzane przez parowanie; Qr-ciepło stracone lub zyskane przez promieniowanie; Qo-straty ciepła w oddychaniu; A-energia akumulowana w organizmie; W-energia związana z wykonywaniem pracy; Qk-ciepło oddawane lub przyjmowane przez konwekcje.

WARUNKI PRACY :

-8godz.pracy jeżeli temp.na termometrze suchym i intensywność chłodzenia jest<11

-jeżeli temp.powietrza 28-33 lub intensywność chłodzenia jest mniejsza od 11k to czas pracy do 6 godz.

Intensywność powietrza mierzymy katametrem:

F-stała katometru

Mierzymy czas opadania alkoholu między 38-350C

K=F/ mówimy o tym ile mcal jest odprowadzanych w ciągu 1s. z 1 cm2 katometra.

WSKAZNIKI OCENIAJĄCE WARUNKI PRACY:

1.temp sucha 2.intensywność chłodzenia 3.berlinska temp.efektywna

BTE=0.9tm+0,1t <340

Tm-temp wilgotna

- temp francuska: FTE=0,7

- wskaźnik oceny mikroklimatu górniczego:

dla pom. zamkniętych

Tmn-temp.mierzona na termometrze wilgotnym bez wymuszenia przepływu powietrza wokół zbiornika termometru; Tg-temp.poczerninej kuli; Ta-temp.powietrza na termometrze suchym.

NA TEMP.POWIETRZA KOPALNIANEGO:

W 50% wpływa ciepło z górotworu; w 25% proces utleniania; w 25%s \

inne zródła.

Temp.powietrza w wyrobisku zależy od: -temp.na wlocie; -szeregu przemian termodynamicznych, które będą miały miejsce.

Czynniki wpływające na średnią temp w wyrobisku.

- zmiana entalpii powietrza w wyniku sprężenia lub rozprężenia pod wpływem zmian ciśnienia barometrycznego.

- wymiana ciepła między górotworem a przepływającym powietrzem

- wymiana wilgoci i zmiana stanu skupienia wilgoci

- wydzielania ciepła w wyniku egzotermicznych procesów utleniania

- wymiana ciepła między powietrzem sprężonym płynącym w rurociągu, a powietrzem kopalnianym.