Zagrozenia gazowe i pylowe- kolokwium - opracowanie, STUDIA


  1. Co to jest powietrze kopalniane, jego skład oraz charakterystyka następujących gazów kopalnianych:

  1. Tlen;

  2. Metan;

  3. Tlenek węgla;

  4. Dwutlenek węgla;

  5. Tlenki siarki.

Powietrze kopalniane jest mieszaniną powietrza atmosferycznego i gazów wydzielających się do wyrobisk górniczych. Gazy te pochodzą z procesów chemicznych zachodzących w pokładach węgla, procesów produkcyjnych oraz z maszyn i urządzeń pracujących pod ziemią.

W normalnych warunkach powietrze kopalniane nie jest powietrzem suchym, ale posiada pewną zawartość pary wodnej.

Skład powietrza:

Lp.

Gaz

Udział w procentach

objętościowy

masowy

1.

Azot - N2

78,09

75,54

2.

Tlen - O2

20,95

23,14

3.

Argon - Ar

0,93

1,25

4.

Dwutlenek węgla - CO2

0,03

0,05

5.

Wodór - H2

0,00005

0,000004

6.

Neon - Ne

0,0018

0,0012

7.

Hel - He

0,0052

0,000072

8.

Krypton - Kr

0,0001

0,0003

9.

Ksenon - Xe

0,000008

0,000036

Dodatkowo w powietrzu kopalnianym możemy mieć do czynienia z różnymi stężeniami takich gazów, jak: metan, wodór, tlenek węgla, tlenki siarki, tlenki azotu oraz siarkowodór.

O, oxygenium. Należy do grupy tlenowców. Bezbarwny i bezwonny gaz, słabo rozpuszczalny w wodzie. Temperatura krzepnięcia 218,4 °C, temperatura skraplania 182,96 °C, gęstość 1,429 kg/m3. Skroplony stanowi niebieską ciecz. Tlen jest pierwiastkiem niezbędnym do życia. W temperaturze pokojowej jest stosunkowo mało aktywny chemicznie. Reaguje bezpośrednio, zwłaszcza w temperaturze podwyższonej, prawie ze wszystkimi pierwiastkami chemicznymi (tworząc tlenki lub nadtlenki), a także z wieloma substancjami organicznymi i nieorganicznymi. Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym w przyrodzie. W stanie wolnym występuje w powietrzu w ilości 20,95 % objętościowo. Stanowi 46,5 % masy skorupy ziemskiej.

Polskie przepisy dotyczące bezpieczeństwa pracy w kopalniach określają, aby zawartość tlenu w powietrzu, w miejscach pracy, nie była niższa od 19 %. Efekty zdrowotne i odpowiedź fizjologiczna organizmu na niskie stężenia tlenu w powietrzu przy normalnym ciśnieniu, dla podanych niżej wartości, wyglądają następująco:

METAN

[ Dotyczy również pytania 11.Ogólne wiadomości o metanie (co to jest metan, dlaczego jest taki niebezpieczny, granica wybuchowości, sposoby wydzielania się metanu, kontrola zawartości metanu oraz przepisu co do zawartości metanu).]

CH4. Związek organiczny. Najprostszy węglowodór nasycony. Bezbarwny, palny gaz, bez smaku i zapachu. Temperatura wrzenia 164 °C. Gęstość w warunkach normalnych wynosi 0,6687 kg/m3. Z powietrzem lub tlenem tworzy mieszaniny wybuchowe. Składnik gazu ziemnego, gazu węglowego, wchodzi w skład gazów występujących w kopalniach węgla i może być przyczyną wybuchów i pożarów w kopalniach. Jest także głównym składnikiem gazu błotnego (stąd często jest nazywany gazem kopalnianym lub błotnym). Metan powstaje w wyniku beztlenowej fermentacji celulozy pod wpływem bakterii metanowych.

Temperatura zapłonu metanu wynosi od 650 do 750 °C i uzależniona jest od zawartości metanu w powietrzu, składu atmosfery, ciśnienia, temperatury i źródła zapłonu. Metan jest gazem wybuchowym o granicach od 5 do 15 %, nazywanych granicami wybuchowości. Najsilniejszy wybuch następuje przy 9,5 % zawartości metanu w powietrzu. Najłatwiej zapala się mieszanina o zawartości metanu od 7 do 8 %.

Według polskiego prawa górniczego:

Obowiązek wyłączenia nie dotyczy urządzeń elektrycznych, które mogą być eksploatowane przy dowolnej zawartości metanu w powietrzu.

W razie stosowania metanometrii automatycznej, zawartość metanu na wylocie z rejonowych prądów powietrza może wynosić 1,5 %.

TLENEK WĘGLA

CO. Bezbarwny, bezwonny, palny, bardzo toksyczny gaz. Temperatura wrzenia: -191,5 °C. Temperatura topnienia: -204 °C. Gęstość w warunkach normalnych wynosi 1,25 kg/m3. Tlenek węgla ma nieco mniejszą gęstość od powierza. Jest trudno rozpuszczalny w wodzie. Ma właściwości redukujące. Jest to gaz palny, pali się niebieskim płomieniem. W wyniku spalania powstaje dwutlenek węgla. Tworzy się w wyniku niecałkowitego spalania węgla lub redukcji dwutlenku węgla. Ma zastosowanie w wielu procesach przemysłowych.

Z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Granice wybuchowości wynoszą od 12,5 do 75 %. Największa siła wybuchu następuje przy koncentracji 30 %. Temperatura zapłonu wynosi od 630 do 810 °C. Wdychanie CO powoduje śmierć (gaz ten łączy się z hemoglobiną krwi, uniemożliwiając przyłączanie przez nią tlenu).

Dopuszczalna zawartość CO w powietrzu kopalnianym wynosi 0,0026 %.

DWUTLENEK WĘGLA

CO2. W temperaturze pokojowej jest to gaz bezbarwny, bezwonny, o słabo kwasnym smaku i niepalny. Dobrze rozpuszczalny w wodzie. Gęstość w warunkach normalnych wynosi 1,96 kg/m3. Jest cięższy od powietrza (ok. 1,5 razy). Pod normalnym ciśnieniem przechodzi ze stanu stałego do gazowego.

W naturze występuje w stanie wolnym w atmosferze i związanym (np. jako składnik CaCO3). Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddychania. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. Tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Występuje w kopalniach, cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach i studzienkach kanalizacyjnych. W małych stężeniach nie jest trujący, w większych stężeniach ditlenek węgla jest szkodliwy dla zdrowia, a nawet zabójczy (ma działanie duszące). Jego działanie powoduje powstawanie hiperkapni, a co za tym idzie kwasicy oddechowej i w następstwie obrzęk mózgu.

Dopuszczalna zawartość CO2 w powietrzu kopalnianym wynosi 1 %.

TLENKI SIARKI

SO2, SO3. Związki chemiczne siarki z tlenem. Tlenek siarki (IV) (dwutlenek siarki), SO2, bezbarwny gaz o ostrym zapachu i kwaśnym smaku. Temperatura skraplania 10,1 °C. Gęstość w warunkach normalnych wynosi 2,86 kg/m3. Rozpuszczalny w wodzie i w wielu rozpuszczalnikach organicznych. W odpowiednich warunkach ulega redukcji do siarki lub siarkowodoru bądź utlenieniu do trójtlenku siarki. Na skalę techniczną otrzymywany przez spalanie siarki, prażenie siarczków metali ciężkich albo przez rozkład termiczny siarczanów z dodatkiem koksu. Ma właściwości bakteriobójcze. Stosowany m.in. jako środek bielący, dezynfekujący, konserwujący, owadobójczy oraz, w postaci ciekłej, w chłodnictwie.

Tlenki siarki znajdujące się w powietrzu (jedno z głównych zanieczyszczeń atmosfery) są przyczyną kwaśnych opadów. SO2 tworzy się podczas pożarów kopalnianych oraz strzelania materialami wybuchowymi zawierającymi siarkę.

Dopuszczalna zawartość SO2 w powietrzu kopalnianym wynosi 0,000075 %.

2. Definicja NDS oraz NDSCh

Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) to wartość średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pracy, określonego w Kodeksie pracy, przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

Najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh) to wartość średnia stężenia, które nie powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika, jeżeli występuje w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie częściej niż 2 razy w czasie zmiany roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niż 1 godzina

Najwyższe dopuszczalne stężenia (NDS i NDSCh) w miejscu pracy.

Rodzaj gazu

NDS

NDSCh

mg/m3

objętościowo %

mg/m3

objętościowo %

Dwutlenek węgla

-

1,0

-

1,0

Tlenek węgla

30

0,0026

180

0,015

Tlenek azotu

5

0,00026

10

0,00052

Dwutlenek siarki

2

0,000075

5

0,00019

Siarkowodór

10

0,0007

20

0,0014

3. Jakimi znanymi metodami lub programami możemy określić niebezpieczeństwo wybuchu gazów pożarowych

Oznaczenie granic wybuchowości mieszaniny gazów pożarowych na podstawie jej składu chemicznego dokonuje się za pomocą specjalnych przyrządów (eksplozymetry), metodą matematyczną lub komputerową. Niebezpieczeństwo wybuchu gazów pożarowych określa się na podstawie zmodyfikowanego współczynnika Le Chatelier'a:

0x01 graphic
,

gdzie:

CH4, CO, H2, CxHy - oznaczają procentowe zawartości tych gazów w próbce powietrza

Przyjmuje się, że niebezpieczeństwo wybuchu gazów pożarowych istnieje, gdy współczynnik LCh jest większy lub równy 0,6, a stężenie tlenu w gazach pożarowych jest większe lub równe O2 min, przy czym:

0x01 graphic
.

4. Co to jest system dyspozytorski na kopalni, czym się charakteryzuje oraz jakie urządzenia pomiarowe wchodzą w jego skład

System dyspozytorski- to system, który służy do monitorowania parametrów atmosfery na dole kopalni, który charakteryzuje się:

W skład systemu dyspozytorskiego wchodzą:

5. System dyspozytorski SEMP oraz ZEFIR- do czego służą

Program SEMP umożliwia prowadzenie kompleksowego nadzoru dyspozytorskiego nad urządzeniami dołowymi systemu.

Polega on na ciągłym monitorowaniu ich stanu, alarmowania stanów niebezpiecznych, archiwizacji pracy systemu (tzw. raportów).

Zadaniem systemu dyspozytorskiego ZEFIR jest prowadzenie ciągłego nadzoru nad pracą różnorodnych maszyn i urządzeń zainstalowanych na kopalni, dla potrzeb operatywnego kierowania, dokumentowania i analizy przebiegu procesu produkcyjnego oraz wybranych zagadnień z dziedziny bezpieczeństwa pracy.

6. Definicja pyłu węglowego, granice wybuchowości oraz czynniki wpływające na wybuch pyłu węglowego

Pył węglowy- to ziarna węgla przechodzące przez sito o wymiarach oczek równych 1x1 mm.

Granica wybuchowości dla pyłu węglowego wynosi od 50 do 1000 g/m³. Najsilniejszy wybuch jest przy stężeniu od 250 do 350 g/m³.

Pył węglowy podobnie jak inne pyły ciał stałych po zmieszaniu z powietrzem może stworzyć mieszaninę wybuchową i na tą wybuchowość mają wpływ następujące czynniki:

7. Miejsca możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego

  1. Miejsca wykonywania robót strzałowych w wyrobiskach zagrożonych wybuchem pyłu węglowego.

  2. Miejsca urabiania węgla.

  3. Miejsca stwierdzonych nagromadzeń metanu w ilości co najmniej 1,5%.

  4. Miejsca nagromadzenia pyłu węglowego niebezpiecznego w ilości co najmniej

500 g/m³ wyrobiska w pyle kopalnianym niezabezpieczonym na długości większej niż 30m , w wyrobisku, gdzie eksploatowane są maszyny lub urządzenia elektryczne.

  1. Pola pożarowe.

  2. Zbiorniki węgla.

  3. Składy materiałów wybuchowych.

  4. Strefy szczególnego zagrożenia tąpaniami w pokładach drugiej, trzeciej i czwartej kategorii zagrożenia metanowego.

  5. Wyrobiska o nachyleniu większym niż 10º z transportem linowym , kołowym lub kolejkami, w których zainstalowane są kable lub przewody elektryczne.

8. Klasy zagrożenia wybuchem pyłu węglowego

Ustala się dwie klasy zagrożenia wybuchem pyłu węglowego:

      1. Pokładów węgla lub ich części.

      2. Wyrobisk lub ich części w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny oraz wyrobisk podziemnych lub ich części w odkrywkowych zakładach górniczych wydobywających węgiel brunatny.

Do klasy A zagrożenia wybuchem pyłu węglowego zalicza się pokłady węgla lub ich części, wraz z wyrobiskami drążonymi w tych pokładach lub częściach, w których występuje pył węglowy zabezpieczony w sposób naturalny.

Do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego zalicza się pokłady węgla lub ich części, wraz z wyrobiskami drążonymi w tych pokładach lub częściach, które nie spełniają wymagań określonych w ust. 2

9. Linie obrony przed wybuchem pyłu węglowego

Pierwsza linia obrony

  1. Ograniczenie powstawania pyłu węglowego (nawilżanie pokładów),

  2. Usuwanie pyłu węglowego (odpylanie wylotowych prądów powietrza),

  3. Zwalczanie lotności pyłu węglowego (stosowanie instalacji zraszających).

Druga linia obrony

Zwalczanie zapoczątkowania wybuchu

  1. Przestrzeganie zasad bezpiecznego prowadzenia robót strzałowych i stosowanie środków strzałowych dopuszczonych do konkretnych warunków zagrożenia pyłowego i metanowego, oraz usuwanie pyłu węglowego i zmywanie stref przyprzodkowych,

  2. Niedopuszczanie do powstawania zagrożeń metanowych takich jak przystropowe nagromadzenie metanu,

  3. Stosowanie zabezpieczenia metanometrycznego jak i kontrole indywidualne zgodne z wymogami przepisów,

  4. Przestrzeganie zasad zwalczania zagrożenia zapłonu metanu od iskier mechanicznych podczas pracy kombajnu,

  5. Stosowanie odpowiedniej kontroli stanu kabli, muf kablowych i urządzeń elektrycznych. Unikanie lokalizacji muf kablowych w strefach znacznego zapylenia,

  6. Przestrzeganie zasad bezpiecznego prowadzenia eksploatacji pokładów tąpiących w warunkach zagrożenia metanowego i pyłowego,

  7. Usuwanie otwartego ognia z kopalń zagrożonych metanem i pyłem węglowym,

  8. Prowadzenie akcji uświadamiającej i szkoleniowej górników podwyższającej poziom ich wiedzy.

Trzecia linia obrony

W strefach zabezpieczających zmywa się woda lub opyla pyłem kamiennym wyrobiska na całym ich obwodzie, łącznie z obudową, na długości co najmniej 200m od miejsc możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego określonych odrębnymi przepisami.

Zawartość części niepalnych stałych w pyle kopalnianym w strefie zabezpieczającej, oznaczona zgodnie z Polskimi Normami, powinna wynosić co najmniej:

    1. 70% w polach niemetanowych,

    2. 80% w polach metanowych.

W wyrobiskach, w których nie jest możliwe utrzymywanie stref zabezpieczających, zastępuje się je rozstawnymi zaporami przeciwwybuchowymi.

Czwarta linia obrony

  1. W wyrobiskach zaliczonych do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego stosuje się zapory przeciwwybuchowe, w sposób określony w rozporządzeniu,

  2. Służby dla zwalczania zagrożenia wybuchem pyłu węglowego kontrolują stan zapór przeciwwybuchowych nie rzadziej niż co 30 dni.

10. Zapory przeciwwybuchowe, ich podział oraz zasada działania

  1. Główne zapory przeciwwybuchowe

  2. Pomocnicze zapory przeciwwybuchowe

Główne zapory przeciwwybuchowe buduje się na wlocie i wylocie każdego rejonu wentylacyjnego oraz we wszystkich pozostałych wyrobiskach łączących rejony wentylacyjne.

Pomocnicze zapory przeciwwybuchowe buduje się wewnątrz rejonów wentylacyjnych, w odległości od 60 m do 200 m od miejsc możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego.

Zapory przeciwwybuchowe pyłowe

Zapory przeciwwybuchowe wodne

  1. Kategorie zagrożenia metanowego.

Kategorie zagrożenia metanowego:

      pierwszej kategorii zagrożenia metanowego, jeżeli stwierdzono występowanie metanu pochodzenia naturalnego w ilości od 0,1 do 2,5 m3/Mg, w przeliczeniu na czystą substancję węglową,

      drugiej kategorii zagrożenia metanowego, jeżeli stwierdzono występowanie metanu pochodzenia naturalnego w ilości powyżej 2,5 m3/Mg, lecz nie większej niż 4,5 m3/Mg, w przeliczeniu na czystą substancję węglową,

      trzeciej kategorii zagrożenia metanowego, jeżeli stwierdzono występowanie metanu pochodzenia naturalnego w ilości powyżej 4,5 m3/Mg, lecz nie większej niż 8 m3/Mg, w przeliczeniu na czystą substancję węglową,

  1. Podział wyrobisk górniczych w zależności od zagrożenia wybuchem metanu.

W zależności od stopnia zagrożenia wybuchem wyrobiska w polach metanowych zalicza się do wyrobisk:

      ze stopniem "a" niebezpieczeństwa wybuchu, jeżeli nagromadzenie metanu w powietrzu powyżej 0,5% jest wykluczone,

      ze stopniem "b" niebezpieczeństwa wybuchu, jeżeli w normalnych warunkach przewietrzania nagromadzenie metanu w powietrzu powyżej 1% jest wykluczone,

  1. Sposoby profilaktyki metanowej w tym metody odmetanowania.

  2. Co to jest zagrożenie wyrzutami gazów skał oraz wymień czynniki decydujące o występowaniu tegoż zagrożenia?

Zjawisko wyrzutu gazów i skał polega na dynamiczne przemieszczenie rozkruszonych skał lub węgla z calizny do wyrobisk przez energię gazów wydzielonych z górotworu.

Czynniki decydujące o występowaniu zagrożenia: