Gr 1/II	Pomiar stężenia gazów	ZiIP Rok II
9.11.09r.	Golmento Maciej Bubula Jakub Głuszek Tomasz	Wydz. GiG

CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest dokładne zapoznanie się z budową i zasadą pracy przyrządów służących do pomiaru składników gazowych w mieszaninie gazowo-powietrznej z techniką prawidłowego przeprowadzania pomiaru danego składnika mieszaniny gazów.

WSTĘP TEORETYCZNY:

Powietrzem kopalnianym nazywamy mieszaninę gazów i par która wypełnia podziemne wyrobiska górnicze, niezależnie od składu chemicznego tej mieszaniny. Powietrze sprowadzane szybami wdechowymi do podziemnych wyrobisk górniczych ma skład chemiczny taki jak powietrze atmosferyczne.

W czasie przepływu powietrza przez podziemne wyrobiska górnicze jego skład chemiczny może ulegać znacznym zmianom w stosunku do pierwotnego składu. Zazwyczaj następuje obniżenie zawartości tlenu w powietrzu zwiększa się zawartość CO₂ a także mogą pojawić się gazy takie jak: metan, tlenek węgla, tlenki azotu, siarkowodór, tlenki siarki i inne. Poza tym zmienia się temperatura, wilgotność, gęstość i ciśnienie powietrza oraz stopień jego zapylenia.

Obecność w powietrzu kopalnianym innych składników gazowych niż te które występują w powietrzu atmosferycznym jest wynikiem:

1. wydzielania się gazów ze złożą i skał otaczających złoże

2. powstanie gazów w czasie pożarów, wybuchów metanu i pyłu węglowego

3. powstania gazów przy robotach strzelniczych oddychaniu ludzi, pracy silników spalinowych, itp.

4. powstania radonu przy rozpadzie radioaktywnych pierwiastków występujących w złożu i skałach

Metan(CH₄) – jest gazem palnym, bez barwy, smaku i zapachu, o względnym ciężarze właściwym wynoszącym 0,5539 i ciężarze molekularnym 16,03 j.m.a (jednostek masy atomowej). Metan w pokładach węgla powstawał i powstaje, podobnie jak dwutlenek węgla, w czasie uwęglania roślinnej substancji organicznej, z której powstały pokłady węgla. Metan zawarty w pokładach węgla występuje w postaci gazu zabsorbowanego, tj. gazu związanego fizyko-chemicznie z węglem oraz występuje jako gaz swobodny zawarty w porach i szczelinach węgla. Wydzielanie metanu do wyrobisk górniczych może następować na drodze:

1. powolnego wydzielania się z odkrytej calizny złoża węgla bez żadnych objawów akustycznych

2. wzmożonego wydzielania z calizny węglowej, charakteryzującego się nieregularnym szumem i lekkimi trzaskami, spowodowanymi pękaniem banieczek gazu i wody w przypadku pokładów wilgotnych

3. gwałtownego wydzielania metanu ze szczelin, w postaci tzw. fukaczy lub suflarów

4. nagłych wyrzutów metanu i skła w najbardziej gazowych pokładach węgla i soli

Tlenek węgla(CO) – jest gazem bez barwy, smaku i zapachu o względnym ciężarze właściwym wynoszącym 0,97 i ciężarze molekularnym 28 j.m.a (jednostek masy atomowej). Tlenek węgla stanowi duże zagrożenie, zwłaszcza w górnictwie podziemnym. Wykazuje on bowiem silne działanie trujące. Mechanizm trującego działania tlenku węgla jest złożony. Właściwości trujące CO polegają, m. in. na jego zdolności łatwego łączenia się z hemoglobiną krwi, tworząc tym samym nieodwracalne połączenie, tzw. hemoglobinę tlenkowęglową HbCO. Połączenie tlenku węgla z hemoglobiną, powoduje, że hemoglobina traci zdolność przenoszenia tlenu z płuc do tkanek. Ponadto utrudnia oddawanie tlenu tkankom przez tę część hemoglobiny, która nie została związana z tlenkiem węgla. Tlenek węgla hamuje oddychanie komórkowe wskutek blokowania jednego z enzymów, który bierze udział w oddychaniu komórkowym. Istota zatruciem tlenkiem węgla polega więc przede wszystkim na uduszeniu.

Dwutlenek węgla(CO₂) – jest gazem bezbarwnym, bez zapachu o smaku słabo kwaśnym. Jego względny ciężar właściwy wynosi 1,53, zaś ciężar molekularny 44 j.m.a (jednostek masy atomowej). Dwutlenek węgla jest gazem łatwo rozpuszczalnym w wodzie, nie jest gazem trującym, należy do gazów duszących, gdyż pozbawia organizm ludzki dostępu tlenu. Stężenie CO₂ w powietrzu większe od 2% objętościowo, powoduje już występowanie zaburzeń czynności oddechowych. Przy zawartości 4% objętościowo dwutlenku węgla w powietrzu pojawiają się bóle i zawroty głowy, szum w uszach, następuje wzrost ciśnienia krwi oraz pojawia się niepokój, lęk. Przy zawartości w powietrzu 5% występuje znaczne przyspieszenie i pogłębienie oddychania, zaś przy zawartości 8% CO₂ pojawia się duszność. Powyżej tego stężenia we wdychanym powietrzu występuje utrata przytomności, sinica, porażenie oddychania.

PRZYRZĄDY DO POMIARU GAZÓW:

Metanomierze indywidualne interferencyjne – przyrządy do pomiaru stężeń metanu i dwutlenku węgla w powietrzu kopalnianym.

Metanomierz Riken 18 – precyzyjny metanomierz interferencyjny produkcji japońskiej, używany głównie przez osoby dozoru służb wentylacyjnych kopalń, wyposażony w kompensator (noniusz) zwiększający dokładność odczytu do 0,02 %, zakres pomiarowy do 6,0 % (CH₄ i CO₂)

Metanomierz Szi-3 – metanomierz interferencyjny produkcji radzieckiej, zakres pomiarowy do 6,0 % (CH₄ i CO₂), dokładność pomiaru 0,2 %

Metanomierz VM-1 – metanomierz działający na zasadzie katalitycznego spalania metanu w komorze pomiarowej, produkowany przez Zakład Elektroniki Górniczej w Tychach na licencji francuskiej, zakres pomiarowy 0,3-5,0 % (tylko CH₄), dokładność 10 % wartości odczytanej, posiadał możliwość wskazywania wyższych stężeń metanu.

WYNIKI:

Uzyskaliśmy następujące wyniki:

1. Pomiar stężenia CH₄ w dwóch komorach metanomierzami interferencyjnymi

CH4	Komora I (%)	Komora II (%)
Metanomierz Szi-3	4	3,9
Metanomierz Riken + pochłaniacz	0,75	1

1. Pomiar stężenia CH₄ w dwóch komorach metanomierzami żarowymi

CH4	Komora I (%)	Komora II (%)
VM-1z	2,5	1,4
M-1ce	2,0	0,9

1. Pomiar stężenia CH₄ + CO₂ w dwóch komorach metanomierzem interferencyjnymi

CH4 + CO2	Komora I (%)	Komora II (%)
Metanomierz Rekin	0,5	0,25

1. Pomiar stężenia CO rurką wskaźnikową

CO	Komora I	Komora II
Rurka wskaźnikowa	115 [ppm] = 0,0115(%)	120 [ppm] = 0,0120(%)

1. Pomiar stężenia CO₂ rurką wskaźnikową

CO2	1,1% = 20,13mg/l = 20130 mg/m^3

1. Normy.

Nazwa gazu	Dopuszczalne stężenie % obj. (ppm)
	NDS
Metan CH4	dla ludzi 2 %
Dwutlenek węgla CO2	1
Tlenek węgla CO	0,0026 (26)

WNIOSKI:

Po porównaniu odczytu z komory I i II z normami stwierdzamy:

1. przy zawartości metanu powyżej 2% zabronione są wszelkie roboty poza pracami mającymi na celu przywrócenie prawidłowego stanu wentylacji w wyrobiskach.

2. przy średniej zawartości CO₂ powyżej 1% zostało przekroczone Największe Dopuszczalne Średnie Stężenie oraz Największe Dopuszczalne Stężenie Chwilowe.

3. zawartości CO w granicach 115 do 120 [ppm] nie mieści się w granicach określonych przez NDS oraz NDSCh. Taka zawartość stanowi przeszkody do kontynuowania wszelkich prac.

4. Odmienne wskazania metanomierzy mogą być spowodowane: złą pracą pochłaniacza.

5. W warunkach normalnych dolna granica zawartości metanu, przy której jest możliwy wybuch wynosi od 5% do 6%, zaś górna granica od 14% do 16%. Wynika z tego że metan w obydwu komorach nie stwarza zagrożenia wybuchowości.