Метана, углекислого газа, кислорода и токсичных газов в рудничном воздухе
Для контроля состава рудничной атмосферы непосредственно Нй месте ведения работ или при разведке горных выработок применяются следующие переносные газоопределители: шахтные интерферометры ШИ-6, ШИ-10, ШИ-11, ИГА; газоанализаторы химические ГХ-5, ГХ-6, ГХ-М, мультигазоанализаторы МХ-2000, МХ- Л00, метанометры сигнализаторы термохимические МСТ и др. Шахтный интерферометр ШИ-10 представляет собой перенос- Ной прибор, предназначенный для определения концентрации ме- Т*на и углекислого газа в рудничном воздухе. Прибором могут Пользоваться вентиляционный надзор и ИТР шахт. Принцип работы прибора. Принцип действия прибора основан на Явлении зависимости изменения оптической плотности анализируемого воздуха от концентрации в нем СОг и СН4. Работа прибора организована так, что два когерентных луча све те проходят соответственно через чистый воздух и соде ржащий указанные газы. При наложении этих лучей создается интерференционная картина, которая может смещаться при изменении оптической плотности анализируемого воздуха. Величина смещения Пропорциональна разности между показателями преломления све та исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха, а следовательно, концентрации определяемого компонента. Интерференционная картина имеет две черные полосы. Исходное (нулевое) положение интерференционной картины фиксируется путем совмещения левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована й процентах (по объему). Цена деления шкалы 0,25 % (об.). Конструкция прибора. Общий вид прибора без футляра показан на рис. 7.1. На корпусе прибора размещены: штуцер 1 для забора пробы рудничного воз- 1 духа; распределительный кран 2; окуляр 3; штуцер 4, на который надевается трубка резиновой груши; микровинт Si для перемещения интерференционной! картины в поле зрения окуляра; переключатель 6 для перемещения газовоздушной камеры в положение «И» — измерение и «К» — контроль; кнопка 7 I включения источника света; патрон лампой 8; крышка отделения с поглотигельным патроном 9. Внутри корпус прибора разделен перегородками на три отделения. В первом отделении размещаются оптические детали I прибора (рис. 7.2 и 7.3): лампа накаливания Л; конденсорная линза К; плоскопараллельная пластинка (зеркало) 3; подвижная газовоздушная камера А, имеющая три сквозных полости — 1, 2, 3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинами 4; призмы полного внутреннего отражения П и П,; зеркало 3,; зрительная труба с объективом ОБ, окуляром ОК и щелевой диафрагмой с отсчетной шкалой Ш. На рис. 7.2 показан ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа. В этом случае свет от лампы накаливания Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало 3, где пучок света разлагается на два когерентных луча. Первый луч света отражается верхней гранью зеркала 3, проходит по полостям 1 и 3 газовоздушной камеры, которые заполнены чистым атмосферным воздухом, отражается призмами П, П, И после двухкратного прохождения по полостям 1 и 3 выходит из Камеры. Второй луч света, отразившись от нижней посеребренной грани иркала 3 и преломившись на его верхней грани, проходит через Полость 2 газовоздушной камеры, заполненной рудничным воздухом, после отражения призмами П, П, и четырехкратного прохождения полости 2 выходит из нее. Оба луча света, выйдя из камеры, попадают на зеркало 3 и отраженные его верхней и нижней гранями сходятся в один световой Пучок, который зеркалом 3, отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ. Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму Ш с отсчетной шкалой в окуляр ОК, через который наблюдается интерференционная картина. При этом лучи света проходят через разные газовоздушные среды, в результате чего происходит смещение интерференционной картины относительно нулевой отметки шкалы. По величине этого смещения производится определение процентного содержания метана и углекислого газа. На рис. 7.3 показан ход лучей при установке и проверке нулевого положения интерференционной картины. В этом случае свет от лампы Л проходит через конденсорную линзу К и параллельными пучками падает на зеркало 3, где пучок света Рис.7.3. Оптическая схема интерферометра разделяется на два интерферирую- ШИ-10 (ход лучей при установке и проверке нуля) Щих ЛУ43- Оба луча света, отразившись от верхней и нижней граней зеркала, дважды проходят через полости 1 и 2 газовоздушной камеры й результате отражения катетными гранями призм П и П,. Затем оба луча света попадают на зеркало 3, отражаются его нижней и верхней гранями и сходятся в один световой пучок, который зеркалом 3, отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ. Верхняя линза объектива выполнена подвижной, что дает возможность перемещать интерференционную картину вдоль отсчетной шкалы и устанавливать ее в нулевое положение. Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму Ш с отсчетной шкалой и попадает в окуляр ОК. В этом случае на пути интерферирующих лучей находятся полости 1 и 2 газовоздушной камеры. Так как оптическая длина пути обоих интерферирующих лучей света одинакова, независимо от того будет ли в газовой полости 2 газовоздушной камеры воздух, или другой газ, интерференционная картина смещаться не будет, т. е. останется в исходном, нулевом положении. Во втором отделении (нижнем) находится лабиринт, представляющий собой катушку с намотанной на ней трубкой из полихлорвинила. Здесь же помещается сухой элемент типа 343 для питания лампы. Эта часть прибора закрывается выдвижной крышкой. В третьем отделении корпуса прибора размещен поглотительный патрон. Здесь же находится штуцер, для резиновой груши, используемой при заполнении воздушной линии чистым атмосфер- I ным воздухом. После прокачки воздушной линии прибора штуцер I закрывается резиновым колпачком. Газовоздушная схема прибора (рис. 7.4) состоит из двух обособленных друг от друга линий, газовой и воздушной. В газовую входят: распределительный кран 4, предназначенный I для изменения направления движения газовой смеси в зависимо- I сти от определяемого газа (СН4 или С02); поглотительный патрон I 5, разделенный на две части; соединительные резиновые трубки 8; газовая полость 2 газовоздушной камеры. Одна часть патрона заполняется химическим поглотителем известковым (ХПИ) для поглощения С02 из газовой смеси, другая часть — гранулированным гелем для поглощения паров воды. Обе части поглотительною патрона имеют фильтры для улавливания пыли. В воздушную линию прибора входят: штуцер 6; соединительные резиновые трубки 9; воздушные полости 1 и 3 газовоздушной камеры; лабиринт 7, предназначенный для поддерживания в воздушной линии прибора давления, равного атмосферному, и сохранения чистого атмосферного воздуха. При определении метана рудничный воздух через распределительный кран попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное ХПИ, где очищается от С02. Затем воздух по соединительной трубке попадает в отделениепоглотительного патрона, заполненное силикагелем, где он очищается от паров воды и пыли. Далее попадает в полость 2 газовоздушной камеры, откуда через резиновую грушу выходит в Атмосферу. При определении С02 рудничный воздух через распределительныйкран и соединительную трубку сразу попадает в отделение поглотительного патрона, где очищается от влаги и пыли и далее попадает в полость 2 газовоздушной камеры. Направление движения атмосферного и рудничного воздуха при засасывании их в прибор показано на рис. 7.4 стрелками. Перед спуском в шахту прибор должен быть подготовлен к работе. Перед началом эксплуатации прибора (особенно после длительного хранения) необходимо проверить работоспособность поглотительного патрона. В случае необходимости надо сменить силикагель и ХПИ в соответствии с инструкцией по эксплуатации Проверить исправность резиновой груши. Для этого необходим мо сжать грушу рукой и, зажав конец ее резиновой трубки, проследить, как быстро расправляется груша в разжатой руке. Резиновым груша, пригодная для работы, не должна расправляться. В случав быстрого расправления ее следует заменить. Проверить герметичность газовой линии прибора. Для этого резиновую трубку груши надеть на штуцер (см. рис. 7.1), закрыть плотно штуцер 1 и произвести сжатие груши. Газовая линия герметична, если после разжатия руки груша не расправляется. При быстром расправлении необходимо найти и устранить неисправность прибора. Продуть воздушную и газовую линии прибора чистым атмосферным воздухом можно следующим образом: прибор вынуть ИЗ футляра, снять крышку 9 с отделения, в котором находится поглотительный патрон, со штуцера 6 (см. рис. 7.4) снять резиновый колпачок и на его место надеть резиновую трубку из комплекта прибора, второй конец которой надеть на штуцер 4 и сделать 5—6 сжатий груши. После прокачивания чистым воздухом воздушной и газовой линий штуцер 6 закрыть резиновым колпачком и надеть крышку, а прибор поместить в футляр. Нажать кнопку включения лампы и посмотреть в окуляр. Если интерференционная картина и шкала окажутся нечеткими, вращением окуляра добиться их резкого изображения. Установить интерференционную картину в нулевое положение. Для этого переключатель 6 (см. рис. 7.1) поставить в положение «К* и, наблюдая в окуляр за положением интерференционной картины, медленно вращать микровинт 5 до совмещения левой черной полосы интерференционной картины с нулевой отметкой шкалы. Поставить переключатель 6 в положение «И». Поместить прибор в футляр. В интерферометре ШИ-11 перемещение газовоздушной камеры в положение «К» производится нажатием на соответствующий переключатлеь с пружиной, которая затем автоматически переводит |П> и положение «И». При определении содержания метана распределительный кран рис. 7.1) ставится в положение «СН4». Путем трех сжатий ре- III поной груши проба рудничного воздуха через штуцер 1 или ионую трубку, надетую на этот штуцер, прокачивается через прибор. Если набранный в прибор рудничный воздух содержит метан, to интерференционная картина сместится вправо вдоль шкалы. При наблюдении в окуляр по смещенному положению левой черной полосы интерференционной картины производится отсчет де- к'иий шкалы, и результат выражается с точностью до 0,1 %. Для повторного определения содержания метана предварительной подготовки прибора не требуется, так как при трехкратном прокачивании грушей газовой линии предыдущая проба полнос тью удаляется из прибора и заменяется новой. Для определения содержания углекислого газа в рудничном воздухе необходимо вначале сделать измерение концентрации метана указанным выше способом. Затем распределительный Иран 2 ставится в положение «С02» и производится прокачивание рудничного воздуха в прибор путем сжатий резиновой груши. Отсчет по шкале выполняется так же, как и при определении концентрации метана. Полученный отсчет покажет суммарное содержание в воздухе Метана и С02. Оба эти определения необходимо делать в одном и том же месте и на одинаковой высоте от почвы выработки. Концентрация С02 равна разности второго и первого отсчетов. Газоопределителъ ШИ-6, или ИГА предназначен для определения рудничной атмосфере процентного содержания метана, углекислого газа и кислорода. Пределы измеряемых концентраций СН4 и С02 составляют от 0 до 6 % (об.), а кислорода — от 20,9 до 5 % (об.). Допустимая погрешность прибора ШИ-6 по метану и углекислому газу ± 0,3 %, а по кислороду — от ± 0,3 до 0,5 %. При применении шахтных интерферометров в аварийных условиях следует учитывать, что их показания соответствуют технической характеристике только при замерах в проветриваемых выработках. При ухудшении проветривания, вызвавшем понижение содержания кислорода в воздухе, при запуске в пожарный участок инертных газов, а также при наличии в рудничном воздухе водород интерферометры дают неверные показания. Такие отклонения возможны в условиях развитого пожара, при его изоляции, в этих случаях для контроля за составом рудничной атмосферы необходимо производить отбор проб воздуха для лабораторного анализа. Прибор ИГА (ШИ-6) помещается в специальный футляр с про* резями для доступа к выведенным наружу частям прибора, а рези» новая груша укрепляется на плечевом ремне футляра. | Вся оптическая часть прибора, газовоздушные камеры (подвижная и неподвижная) и лабиринт находятся в самом большом отделении корпуса прибора, плотно закрыты крышкой. В комплект прибора входят пять пронумерованных поглотительных трубок с активированным углем, предназначенных для адсорбции метана при определении кислорода. Перед спуском в шахту прибор должен быть подготовлен к работе. Для этого производят внешний осмотр прибора и устанавливают наличие всех деталей (колпачков, груши), целостность защитного стекла окуляра и стекла на шкале верньера, проверяют исправность резиновой груши и герметичность прибора. Далее необходимо заполнить чистым воздухом газовую камеру Для этого не менее пяти раз сжимают грушу. Затем воздушную линию заполняют чистым воздухом, для чего необходимо вынуть прибор из футляра, сняв предварительно грушу со штуцера с фильтром; снять крышку с отделения с поглотительным патроном; со штуцера, через который производят заполнение чистым воздухом воздушной линии прибора, снять резиновый колпачок и на его место напеть резиновую трубку, имеющуюся в комплекте прибора, второй конец надеть на свободный выхлопной штуцер резиновой груши. Конец другой трубки от груши (со стороны всаса) надеть на штуцер с фильтром и 5—10 раз сжать грушу, нагнетая осушенный воздух в воздушную линию, после чего закрыть штуцер резиновым колпачком. После того как будут заполнены чистым воздухом газовая и воздушная линии прибора, переключатель положения подвижной I камеры поставить в положение «02», нажать кнопку и посмотреть [•Окуляр. Если видимые в поле зрения окуляра интерференционная [ картина и шкала будут неясными, то нужно добиться улучшения с помощью вращения окуляра вправо или влево. Далее необходимо установить прибор на «нуль» шкалы. Для это- hi, вращая маховичок, установить механизм верньера на нуль, отвернуть резьбовой колпачок и, наблюдая в окуляр за положением рференционной картины, вращать маховичок вправо или вле- №, чтобы добиться совмещения левой черной полосы с нулевым делениемшкалы для метана. Для определения содержания метана переключатель ставят в положение «СН4» и не менее 5 раз сжимают резиновую грушу. Затем Нажимают кнопку (прибор держат кнопкой «от себя») и производят втечет по шкале метана. При этом нулевое деление шкалы верньера Должно быть совмещено с неподвижной риской. Пользоваться верньером во время определения метана или углекислого газа нельзя. Для установления содержания С02 необходимо прежде определитьконцентрацию метана в том же месте и на той же высоте от Подошвы выработки, где будет производиться замер углекислого газа. Затем следует отвернуть и снять колпачок и снова произвес ти подачу воздуха в прибор, сжимая грушу не менее 5 раз, после Чего произвести отсчет по шкале. Вычтя из полученного показания отсчет, соответствующий содержанию метана, получим содержание углекислого газа в воздухе. Содержание кислорода в рудничном воздухе определяется в средней части сечения выработки. Переключатель нужно поставить • положение «02», колпачок закрыть, к штуцеру для всасывания воздуха подсоединить поглотительную трубку с активированным углем, служащую для поглощения метана из пробы воздуха, и 11 раз сжать резиновую грушу. При определении содержания кислорода необходимо строго придерживаться указанного количества сжатий, так как это обеспечивает просасывание необходимого объема воздуха через прибор. Поглотительная трубка с активированным углем предназначена для разового определения концентрации кислорода в рудничном воздухе. Повторное использование ее возможно после продувки чистым воздухом на поверхности или на входящей вентиляционное струе, не содержащей метана. Продувка поглотительной трубки производится до полного удаления из нее метана, для чего необходимо 60 раз сжать грушу, надетую на трубку. Отсчет содержания кислорода производится при нажатой кноп* ке следующим; образом; целое число процента отсчитывают ПО шкале кислорода, видимой в окуляре, а десятые доли процента — по шкале верньера. Если левая черная полоса интерференционной картины находится между двумя штрихами шкалы кислорода, ТО,вращая маховичок механизма верньера против часовой стрелки, эту полосу необходимо совместить с целым делением шкалы кислорода, после чего произвести отсчет, как указано выше. Газоопределитель химический ГХ-6 (ГХ-М) предназначен для определения концентраций СО, S02, H2S, оксидов азота, 02и СО} п рудничной атмосфере и воздухе рабочей зоны производственных помещений. Работа газоанализатора основана на линейно-колориметрическом методе анализа. При протягивании воздуха, содержащего вредные примеси, через индикаторные трубки происходит изменение окраски индикаторного порошка. Длина окрашенного столбика пропорциональна концентрации исследуемого вещества. ГХ-М состоит из сильфонного мехового аспиратора АМ-5 (рис. 7.5) и набора индикаторных трубок, каждая из которых предназначена для определения концентрации одного из газов. Внутри аспиратора имеются пружины, удерживающие его в разжатом положении; под всасывающим штуцером, в мундштуке, расположена защитная сетка для предотвращения попадания осколков стекла от индикаторных трубок или шихты внутрь аспиратора. Аспиратор должен удовлетворять следующим условиям: объем воздуха, просасываемого за один полный ход — 100±5 мл; время просасывания 100 мл воздуха через контрольное сопротивление 125±5 мм рт. ст. при скорости 1 л/мин (такое сопротивление имеет индикаторная трубка на монооксид углерода) — 8+9 с; время раскрытия меха без трубки — 1+2 с. Индикаторные трубки — это стеклянные трубки длиной 125 мм N наружным диаметром 7 мм, запаянные с обоих концов. Трубки ■Полнены адсорбентом белого цвета, обработанным реактивами, и (меняющими окраску в присутствии того или иного газа. На поверхности трубок нанесены: химическая формула определяемого газа, шкала, имеющая маркировочные кольца, цифры и Штрихи, отвечающие определенным значениям концентрации определяемых газов, стрелка, указывающая направление движения Просасываемого воздуха. На одном конце трубки имеется закрашенная полоса для нанесения необходимых отметок и надписей. Индикаторные трубки упаковываются в картонные коробки по 24 шт., а трубки для определения кислорода — по 10 шт. На коробках отпечатаны формулы определяемых газов, шкала для измерения концентраций и краткие правила анализа. Погрешность определения концентрации ± 25 % от значения показаний (относительная погрешность) в интервале температур от 0 до +35 °С при определении СО, от +5 до +35 'С — при определении остальных газов. Объем пробы исследуемого газа составляет 100+1000 мл. Гарантийный срок действия трубок: на СО — 36 мес.; 02 и С02 — 24 мес.; на H2S, S02 и оксиды азота — 12 мес. Техническая характеристика газоопределителя представлена ниже. Техническая характеристика ГХ-М
В выработке, где необходимо замерить содержание одного изуказанных газов, вскрывают трубку-анализатор. Для этого легким нажатием в проушине мехового аспиратора отламывают оба ее конца, следя за тем, чтобы не нарушить прокладку и слой порошка. Затем трубку плотно вставляют в мундштук (в резиновую трубку) так, чтобы стрелка показала направление к аспиратору. Прибор сжимают рукой до упора, а затем отпускают. Конец всасывания определяется по натяжению дистанционных ремешков. При этом через индикаторную трубку протягивается 100 мл воздуха. После полного расправления меха делается пауза 3—4 с, затем производится следующее сжатие меха и т. д. Десять сжатий аспиратора обеспечивают протягивание 1 л воздуха. Замеры каждого из газов имеют свои особенности. Замер СО производится в следующем порядке: исследуемый воздух протягивают через индикаторную трубку сначала одним ходом аспиратора и рассматривают ее. Если зеленая окраска достигла деления с цифрой 1 или превысила его, трубку прикладывают к шкале на коробке таким образом, чтобы начало окрашенного столбика реактивного порошка совпало с нулевым делением шкалы. Длина окра- | шейного столбика укажет на левой шкале (для 100 мл пробы) [ концентрацию СО. Высотой окрашенного столбика считается зона, где зерна порошка окрашены по всей окружности. При больших концентрациях СО индикаторный порошок в начале шкалы может иметь коричневую или бурую окраску. Если после одного ввода сильфона окраска не появилась или не достигла деления с цифрой 1, делают еще девять сжатий (всего десять сжатий), труб- КУ прикладывают к шкале и снимают показания (для 1000 мл). После каждого замера необходимо удалять из аспиратора поступающий из трубки газ (пары серной кислоты), для чего делается Несколько сжатий сильфона без трубки. Индикаторная трубка-анализатор при наличии в воздухе СО Используется 1 раз. Если в воздухе окись углерода отсутствует, и реактивная масса не изменила окраску, трубку можно использовать До 3 раз в тот же день. Окраска сохраняется 2-3 дня при условии герметизации трубки (закрыть концы резиновой трубкой с заглушками). При определении концентрации других газов делают десять сжа тий аспиратора, выдерживая после каждого расправления сильфо на паузу в 3-4 с. Далее трубку прикладывают к шкале и снимают Показания. При замере H2S и оксидов азота показания снимают сразу же после протягивания через трубку 1 л воздуха, а при заме ре концентрации S02 — спустя 2 мин. В том случае, если реактивный слой окрашивается на всю высоту при количестве ходов аспиратора меньше десяти (при больших концентрациях газов), значение концентрации X может быть определено приблизительно по формуле П ’ где С — концентрация газа, замеренная по трубке, % (об.); Я — количество ходов меха, шт. Определение 02 производится следующим образом. В месте измерения концентрации 02 аспиратором делают два-три холостых хода для продувки клапана. Затем вынимают из футляра трубку и отламывают один ее конец вблизи цифры «25». Отломанным концом трубку быстро вставляют в гнездо аспиратора, а второй ее конец отламывают с помощью специального приспособления, но так, чтобы не нарушить положения фильтра-прокладки и слоя порошка. Далее быстро сжимают сильфон до упора и просасывают 100 мл исследуемого воздуха через трубку. Сразу же после полного раскрытия сильфона аспиратора определяют концентрацию 02по размещению границы, изменившего окраску слоя реагента в диапазоне градуированной шкалы трубки. Полученный результат умножается на коэффициент К, учитывающий барометрическое давление I месте замера. Значение коэффициента К приведено в табл. 7.3. Значение коэффициента К Таблица 7
Мультигазоанализатор MX-2000 (рис. 7.6) представляет собой автономный портативный прибор, предназначенный для непрерывного измерения концентраций взрывчатых и токсичных газов, а также концентрации 02. Он позволяет одновременно определять в атмосфере 2, 3 и 4 компонента, а в случае превышения ПДК — выдавать предупредительную и аварийную сигнализацию. МХ-2000 имеет четыре измерительных канала для замера концентрации СН4, 02, СО и др. токсичных газов при установке соответствующего датчика (на H2S, NO, S02). Газоанализатор обеспечивает: вывод на алфавитно-цифровой дисплей поочередно по каждому каналу символ газа и текущее значение его концентрации; автоматическую или ручную установку нуля; самотестирование после включения и аварийную световую и звуковую сигнализацию при обнаружении неисправных элементов газоанализатора; световую и звуковую сигнализацию включенного состояния газоанализатора; аварийную световую и звуковую сигнализацию при превышении установленных пороговых значений мгновенного содержания компонента, а также при разряде аккумуляторной батареи. Принцип действия газоанализатора смешанный: для канала горючих газов — термохимический, для канала кислорода и токсичных газов — электрохимический. Способ отбора пробы — диффузионный. Чувствительными элементами газоанализатора являются электрохимические ячейки для измерения содержания кислорода и токсичных газов и термохимическая Рис. 7.6. Мультигазоанализатор ячейка для измерения содержа- МХ-2000 ния горючих газов. МХ-2000 имеет встроенный микропроцессор, позволяющий легко устанавливать пороговые значения срабатывания сигнализации, проводить калибровку газоанализатора и самодиагностику, осуществлять сигнализацию о неисправности газоанализатора (неисправности датчиков, разрядку батареи питания и т. п.). Диапазоны измерений концентрации газов МХ-2000 указаны в табл. 7.4. Таблица 7.4 Диапазоны измеряемых концентраций газа газоанализатором MX-J2000
Малогабаритный переносной метанометр-сигнализатор термо- химческий МСТ (рис. 7.7) предназначен для непрерывного контроля содержания СН4 в атмосфере горных выработок щахт и рудников, в том числе опасных по газу, пыли и внезапным выбросам. Метанометр может эксплуатироваться в следующих условиях: наличие угольной пыли не более 1 г/м3; изменение пространственного положения (угол наклона от вертикально положения) не более 90°. Действие прибора основано на измерении сигнала термохимического датчика при бс пламенном каталитическом горении на и СН4. В приборе используется схема перио, ческой подачи напряжения на датчик с периодом 7 с. Техническая характеристика метанометра сигнализатора представлена ниже. Подготовка МСТк работе. Включить метанометр. При включении возникает звуковой сигнал, который исчезнет через 1-2 с. Через 1 минуту можно приступать к работе с прибором. При превышении пороговой концентрации СН4 срабатывает прерывистая звуковая и световая сигнализация, Техническая характеристика МСТ
|