Краткий курс аэрологии горных предприятий.

Атмосферный воздух состоит из смеси водяных паров и газов с объемным содержанием азота около 79,0 %, кислорода 20,95 % и углекислого газа 0,04 %. Суммарное содержание таких газов, как водород, неон, криптон, гелий и др., не превышает 0,01 %.

Струя воздуха, подаваемая с поверхности в шахту для проветривания горных выработок, называется свежей струей. Как правило, поступающий в шахту воздух по составу не отличается от атмосферного. Но в некоторых случаях он загрязняется газообразными и минеральными примесями, если вблизи находятся горящие отвалы пород, ведутся открытые горные разработки, и нуждается в предварительной очистке.

Воздух, заполняющий горные выработки, называется рудничным. По мере движения по выработкам в нем постепенно увеличивается содержание углекислого газа и азота, снижается содержание кислорода, появляются примеси взрывчатых и токсичных газов и пыли.

Поскольку при движении воздуха по горным выработкам он взаимодействует с породами, изменяются его влажность, температура и другие физические свойства.

Струя загрязненного воздуха, направляемая на поверхность, называется исходящей струей.

Рудничный газ

Термин «рудничный газ» обычно применяют для обозначения смеси газов, главным компонентом которой является метан. Газ этот опасен тем, что в смеси с воздухом он способен взрываться. Чаще всего метан выделяется на угольных шахтах, однако он встречается и при разработке месторождений других полезных ископаемых.

Происхождение метана

Образование метана связано с процессами углефикации растительных остатков в водной среде под влиянием сложных химических процессов, происходивших без доступа кислорода.

При определенных условиях органическая масса растительных остатков подвергалась разложению под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов с образованием углекислого газа и метана. Образующиеся газы первоначально имели возможность выделяться в атмосферу, однако по мере накопления покрывающих осадочных толщ все большая часть этих газов оставалась в угле. В последующие геологические периоды с увеличением мощности покрывающих пород и погружением пластов на большие глубины под воздействием высокого давления и температуры происходил процесс метаморфизации углей, который также сопровождался образованием метана.

Образовавшийся метан может находиться в угле в виде свободного газа, заполняющего трещины в угле, пустоты и поры, а также в виде сорбированного (связанного) газа. Различают адсорбированный газ, сгущенный в виде «пленки» на поверхности вещества, абсорбированный, образующий с углем твердый раствор, и хемосорбированный, находящийся в химической связи с углистым веществом. При изменении давления, под которым находятся пласты, и температуры сорбированный газ может переходить в свободное состояние и наоборот – свободный газ в сорбированное.

Обыкновенное газовыделение

Обыкновенное выделение метана происходит длительное время, медленно и непрерывно из микротрещин и пор в угле и породах. Как правило, это выделение происходит незаметно, без каких-либо шумовых эффектов.

Газ, заключенный в массиве угля, находится под значительным давлением, которое зависит от гидростатического давления пород, определяемого глубиной разработки и удельным весом пород, а также от целого ряда факторов, влияние которых приводит к тому, что на одних и тех же глубинах давление может колебаться в весьма значительных пределах.

Абсолютной газообильностъюназывается количество метана в кубических метрах, выделяющегося в шахте в течение суток. Абсолютное газовыделение достигает в наиболее газообильных современных угольных шахтах 150000 – 180000 м³! сутки, и в этих условиях для снижения содержания метала до безопасных пределов количество подаваемого в шахты в течение суток воздуха иногда по весу превышает суточную добычу угля в 8 – 9 раз.

Относительной газообилъностьюназывается количество метана в кубических метрах, выделяющегося на 1 т суточной добычи. По относительной газообильности шахты делятся на категории:

Газовыделение в шахтах происходит неравномерно в течение суток, что объясняется разной интенсивностью метановыделения при выполнении различных операций, а также влиянием на выделение газа изменения барометрического давления. Колебания газового дебита бывают обыкновенные и экстренные.

Суфлярные выделения

Суфлярные выделенияпредставляют собой сопровождающееся обычно шипением местное истечение газа из видимых на глаз трещин. Различают суфляры I и II рода.

Суфляры I рода, или первичные, возникают за счет выделения газа, находящегося под большим давлением в пустотах (образовавшихся в породах и угле в течение геологических периодов), а также в зонах разлома, заполненных сильно трещиноватыми углями и породами, и в тектонических трещинах.

Суфляры II рода, или вторичные, являются следствием изменения физико-механических свойств угля и вмещающих пород при ведении горных работ. В частности, они часто возникают за счет выделения больших количеств метана из газоносных пластов угля, залегающих вблизи разрабатываемого, через трещины, появляющиеся в кровле пли почве пласта под влиянием изменения напряженного состояния пород при подвигании очистного забоя.