 |
|
Методические указания
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. Г.В. ПЛЕХАНОВА
(технический университет)
Кафедра безопасности производства и разрушения горных пород
ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАНА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЕ ПРИБОРАМИ ЭПИЗОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Методические указания
Санкт-Петербург
2009 год
Правила безопасности при выполнении работы
1. Перед использованием приборов изучить их конструкцию и правила пользования ими.
2. Соблюдать осторожность при работе с индикаторными трубками: не ронять их, не подносить близко к лицу при обламывании их концов.
3. Производить замеры строго по указаниям преподавателя.
4. Не производить никаких действий, не предусмотренных настоящими указаниями.
Введение
По способу организации различают два вида контроля за состоянием воздуха в шахтах: плановый (периодический) и оперативный контроль.
Плановый периодический контроль осуществляется путём отбора проб воздуха в горных выработках и последующего анализа этих проб в лаборатории.
Достоинства этого вида контроля состоят в том, что он позволяет определить полный газовый состав шахтного воздуха, т.е. все содержащиеся в нём газовые примеси, и обеспечивает высокую точность определения содержания этих примесей.
Недостатком его является значительный разрыв во времени между моментом отбора пробы и получением результатов анализа (3-24 часа).
В негазовых шахтах и в шахтах I и II категории по газу плановый контроль производится один раз в месяц, на шахтах III категории и на шахтах, разрабатывающих пласты угля, склонного к самовозгоранию - два раза в месяц, на шахтах сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам - три раза в месяц.
Оперативный контроль осуществляется приборами двух типов: автоматическими приборами непрерывного действия и приборами эпизодического действия.
Достоинство оперативного контроля в том, что разрыв во времени между моментом опробования и получением результата практически отсутствует, и он позволяет определять содержание вредных газов непосредственно в месте опробования.
Однако каждое отдельное опробование приборами для оперативного контроля позволяет установить содержание только одного газа в воздухе, причём с точностью меньшей, чем при лабораторном анализе.
Приборами оперативного контроля широко пользуются рабочие, инженерно-технические работники, бойцы ВГСЧ. Как при оперативном, так и при плановом контроле (перед отбором проб).
Наиболее часто и в наибольших количествах в шахтах выделяется метан и углекислый газ: при этом метан, обладая взрывчатыми свойствами, является и наиболее опасной газовой примесью в рудничном воздухе.
В соответствии с требованиями Правил Безопасности в угольных и сланцевых шахтах (ПБ) все подземные рабочие должны быть обучены замеру содержания метана и углекислого газа. Все лица технического надзора при посещении шахты обязаны производить замеры метана и углекислого газа и в случае обнаружения недопустимого содержания этих газов принимать соответствующие меры.
К переносным приборам эпизодического действия, используемым для контроля содержания метана и углекислого газа в рудничном воздухе относятся шахтные интерферометры (ШИ), химические газоопределители (ГХ) и предохранительные бензиновые лампы.
Подробно требования к контролю за состоянием рудничной атмосферы сформулированы в параграфах 220-229 ПБ, и в “Инструкции по замеру концентрации газов в щахте и применению автоматических приборов контроля содержания метана”, в “Инструкции по отбору проб рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категории шахт по метану”.
Цель настоящей лабораторной работы - изучить организацию оперативного контроля за содержанием метана и углекислого газа в шахтах переносными приборами эпизодического действия, устройство, принцип действия этих приборов и правила пользования ими.
Для проверки усвоения изучаемого материала студент должен ответить на контрольные вопросы и измерить (по указанию преподавателя) содержание газа приборами ШИ и ГХ.
2.Организация оперативного контроля за содержанием
метана в рудничной атмосфере
2.1. Пункты контроля за содержанием метана
Контроль концентрации метана в газовых шахтах должен осуществляться во всех выработках, где может выделяться или скапливаться метан. Конкретные места контроля устанавливаются начальником участка вентиляции и техники безопасности (ВТБ) и утверждаются главным инженером шахты.
Замер содержания метана производится:
1) во всех выработках, по которым воздух поступает на крыло, на выемочный участок, в очистные и проходческие забои (тупиковые выработки);
2) во всех выработках со струёй воздуха, исходящей из очистных и проходческих забоев, выемочных участков, крыльев и из шахты;
3) в призабойных пространствах всех очистных и подготовительных выработок;
4) в машинных камерах;
5) у всех мест производства работ в выработках, т.е. в местах где работают люди и где возможно появление источников воспламенения метана (например, в местах ремонта путей, крепи, возведения перемычек и т.п.);
6) у действующих машин, механизмов и аппаратов, могущих являться источником воспламенения метана (у выемочных, погрузочных машин, приводов конвейеров, лебёдок, вентиляторов местного проветривания (ВМП) и т.п.);
7) во всех местах, где возможны местные скопления метана.
Местные скопления метана возможны там, где происходит интенсивное его выделение, а также в восстающих (поскольку метан легче воздуха) и недостаточно проветриваемых выработках или их участках.
В соответствии с указаниями, местные скопления метана следует ожидать у геологических нарушений, у работающих выемочных машин, в тупиковых выработках (особенно восстающих), у перемычек и завалов, в куполах обрушения, в нишах лав, в кутках уступов, в бутовых штреках, под бутовыми полосами.
Характерные пункты замеров содержания метана на выемочном участке показаны на рис.1.
В указанных пунктах (см. рис.1.) производится измерение по сечению выработки концентрацию метана в струях воздуха:
1, 10 - поступающего на выемочный участок; допустимое среднее содержание метана в этих струях, Сд =< 0.5%;
2 - поступающего в тупиковый забой, Сд =< 0.5%;
3 - поступающего в очистной забой, Сд =< 0.5%;
5, 6 - исходящего из очистного забоя, Сд =< 1%;
7 - исходящего из выемочного участка, Сд =< 1%;
9 - исходящего из тупиковой выработки, Сд =< 1%;
В струях воздуха, исходящего с крыла и из шахты, среднее содержание метана (в околоствольных выработках и вентиляционных стволах) не должно превышать 0.75%.
Пункты замеров должны располагаться в 10-20 м от поворотов, слияний и разветвлений воздушных струй.
На рис.1. показаны следующие места замеров максимальной концентрации метана, которая не должна превышать 2% в любой точке поперечного сечения выработки:
4 - у работающей выемочной машины в очистном забое;
8 - в призабойном пространстве тупиковой выработки;
5, 6 - в струе, исходящей из очистного забоя.
2.2. Персонал, осуществляющий контроль
В общешахтных выработках контроль за содержанием метана осуществляется работниками ВТБ;
- в участковых выработках и машинных камерах - работниками ВТБ, лицами сменного надзора участка, электрослесарями (при включении-выключении энергии, ремонте электроаппаратуры), персоналом, обслуживающим камеры;
- в забоях действующих очистных и подготовительных выработок - работниками ВТБ, надзором участка, бригадирами, звеньевыми, электрослесарями, машинистами машин.
2.3. Частота замеров
Частота замеров метана переносными приборами эпизодического действия (ППЭД) зависит от пункта замера, категории шахты по газу, а также от наличия или отсутствия автоматического контроля за содержанием метана в воздухе.
В действующих тупиковых выработках, в исходящих струях тупиковых очистных забоях, в исходящих струях тупиковых очистных выработок и выемочных участков, т.е. в пунктах 4-9 на рис.1, при отсутствии автоматического контроля замеры концентрации метана должны производиться:
- в шахтах I и II категории - не менее двух раз в смену;
- в шахтах III категории и выше - не менее трёх раз в смену.
В машинных камерах замеры должны производиться не реже одного раза в смену, а в поступающих в тупиковые и очистные выработки струях, т.е. в пунктах 2 и 3 на рис.1 - не реже одного раза в сутки.
В тупиковых выработках и на выемочных участках, оснащённых стационарными автоматическими приборами контроля метана, работниками участка ВТБ должны производить контрольные замеры ППЭД не реже одного раза в сутки.
Результаты замеров, выполненных приборами эпизодического действия, выносятся на специальные доски, установленные в пунктах замеров.
3. Организация оперативного контроля за содержанием углекислого газа в рудничной атмосфере
Контроль за содержанием углекислого газа должен производиться как в газовых, так и в негазовых шахтах.
Замеры средней по сечению выработки концентрации углекислого газа производятся:
- в выработках, по которым воздух поступает на крыло, на выемочный участок, в очистные и проходческие забои (пункты 1, 2, 3, 10 на рис.1);
- в выработках со струёй воздуха, исходящей из тупиковой выработки (пункт 9), выемочных участков (пункт 7), крыльев и шахты;
- замеры максимальной концентрации углекислого газа производятся в призабойных пространствах очистных и подготовительных выработок (пункты 4, 8);
- замеры средней и максимальной концентрации - в исходящих струях очистных выработок (пункты 5, 6).
Содержание углекислого газа в рудничном воздухе не должно превышать:
- в поступающих струях, на рабочих местах, в исходящих струях очистных, подготовительных выработок и выемочных участков – 0,5%;
- в выработках с исходящей струёй крыла, горизонта и шахты в целом – 0,75%;
- при проведении и восстановлении выработок по завалу - 1%.
Замеры содержания углекислого газа лицами сменного надзора участков производится не реже одного раза в смену.
4. Основные правила замера содержания метана и углекислого газа переносными приборами эпизодического действия
1) Замеряющий должен располагаться против движения воздушной струи и держать прибор перед собой с таким расчётом, чтобы дыхание замеряющего не могло влиять на показания прибора.
2) Средняя концентрация газов в поступающих и исходящих струях участков, крыльев и шахты замеряется в центре поперечного сечения выработки.
Это связано с тем, что в удалении от источников газовыделения при скорости движения воздуха более 0.15 м/с содержание метана в воздухе равномерно возрастает, а содержание углекислого газа, наоборот, равномерно уменьшается от почвы к кровле выработки, поэтому среднее содержание соответствует центру выработки.
3) Средняя концентрация газов в исходящей струе очистной выработки (пункты 5, 6 на рис.1) определяется как среднеарифметическое из трёх замеров: под кровлей, в центре и у почвы выработки.
Это связано с тем, что на выходе из очистного забоя, где происходит интенсивное выделение газов, распределение их по сечению неравномерное.
Так же определяется средняя концентрация газов в камерах, где скорость движения воздушной струи невелика.
4) Максимальная концентрация метана определяется под кровлей выработки, а углекислого газа - у почвы.
Это связано с тем, что метан легче воздуха, а углекислый газ - тяжелее.
5) Для замеров концентрации метана в верхних частях выработок, в куполах и других труднодоступных местах приборы должны оснащаться трубками или специальными пробозаборниками.
5. Шахтные интерферометры
5.1. Общие сведения
Основным типом переносного прибора эпизодического действия для определения концентрации метана и углекислого газа в рудничном воздухе служит шахтный интерферометр (ШИ).
Действие приборов типа ШИ основано на явлении интерференции лучей света, проходящих через разные газовые среды с неодинаковой оптической плотностью.
Определение концентрации газа производится путём измерения смещения интерференционной картины относительно её нулевого положения. Величина смещения пропорциональна разности между оптической плотностью чистого воздуха и исследуемой
газовой смеси. Эта разность тем больше, чем выше концентрация исследуемого газа в газовой смеси (рудничном воздухе).
В настоящее время шахты оснащены интерферометром ШИ-10, ШИ-11, ШИ-12 и ШИ-6. Приборы ШИ-10 и ШИ-11 предназначены для определения содержания CH4 и CO2 в рудничном воздухе в пределах от 0 до 6 % по объёму. Прибор ШИ-12 предназначен для измерения высоких (до 100 %) концентраций метана (например, в дегазационных трубопроводах). Прибор ШИ-6 служит для измерения содержания CH4, CO2 и кислорода в шахтном воздухе.
Далее рассматривается устройство прибора ШИ-11 и порядок работы с ним. ШИ-11 применяются для контроля рудничной атмосферы при ведении горноспасательных работ, в трубопроводах шахтных и дегазационных системах, в колодцах, промышленных котлах и резервуарах. Конструкция приборов обеспечивает автоматическую установку газовоздушной камеры из положения “контроль” в положение “измерение”; установку микровинтом интерференционной картины в нулевое положение. Прибор относится к взрывозащищенному электрооборудованию с уровнем взрывозащиты “особовзрывоопасная”; вид взрывозащиты “искробезопасная электрическая цепь” (РО, И).
5.2. Основные технические данные
| Пределы измерения содержания газов в объемных долях | 0 - 6, % |
| Рабочие условия эксплуатации прибора: | |
| температура окружающей среды,°С | от -10 до +40 |
| атмосферное давление, мм рт.ст. | 720 - 800 |
| Время одного определения, мин | 0,5 |
| Исполнение прибора: | |
| - рудничное | РО |
| - искробезопасное | И |
| Габаритные размеры, мм | 115×54×186 |
| Масса прибора без футляра, кг | 1,45 |
5.3. Конструкция
Интерферометр ШИ-11 имеет литой силуминовый корпус, в котором смонтированы все детали прибора.
Общий вид прибора показан на рис. 2.
 |
Рис.2 Шахтный интерферометр ШИ-11
На корпусе прибора размещены:
1 - штуцер для засасывания в прибор рудничного воздуха;
2 - распределительный кран, устанавливаемый либо в положении “CH4” (измерение метана), либо в положение “CO2” (измерение углекислого газа);
3 - окуляр для наблюдения за положением интерференционной картины относительно шкалы;
4 - штуцер с фильтром, на который надевается трубка резиновой груши 10;
5 - микровинт для перемещения интерференционной картины в нулевое положение;
6 - кнопка “К” для перемещения газовоздушной камеры в положение “контроль”;
7 - кнопка “И” включения лампы для измерения;
8 - крышка отделения, где находится лабиринт и элемент для питания лампы;
9 - крышка отделения, где находятся поглотительный элемент и лампа.
Внутри корпуса прибора размещены детали оптической и газовоздушной схемы.
В оптическую схему (рис.3) входят:
а) лампа накаливания Л;
б) конденсорная линза К;
в) плоскопараллельная пластина (зеркало) З;
г) подвижная газовоздушная камера А, имеющая три сквозных полости 1,2,3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинами 4;
д) призмы полного внутреннего отражения П, П1;
е) зрительная труба с объективом ОБ, окуляром ОК и щелевой диафрагмой с отсчётной шкалой Ш.
На рис.4 схематично изображена газовоздушная камера прибора с газовой (2) и воздушными (1 и 3) полостями и показан ход лучей света через эти полости (один луч показан пунктиром, а другой - сплошной линией).
Ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа, т.е. при нажатой кнопке “И” и свободной кнопке “К” показан на рис.3 и 4а.
В этом случае свет от лампы Л падая на зеркало З, разлагается на два интерферирующих луча. Первый луч отражается верхней гранью зеркала З, проходит по полостям 1 и 3 газовоздушной камеры, которые заполнены чистым атмосферным воздухом, отражается призмами П и П1 и выходит из камеры.
Второй луч света отражается от нижней посеребренной грани зеркала З, проходит через полость 2 газовоздушной камеры, которая заполнена рудничным воздухом, отражается призмами П и П1 и выходит из полости.
Затем оба луча света вновь попадают на зеркало З, отражаясь его гранями, сходятся в один световой пучок, который зеркалом З1 направляется в зрительную трубу. Через окуляр зрительной трубы на фоне отсчётной шкалы наблюдается интерференционная картина.
Так как интерферирующие лучи проходят через газовоздушные среды с разной оптической плотностью (первый луч - через чистый атмосферный воздух в полостях 1 и 3, а второй - через рудничный воздух с примесью газов в полости 2), то возникает дополнительная разность хода этих лучей, в результате чего интерференционная картина смещается относительно нулевой отметки шкалы. Это смещение пропорционально концентрации измеряемого газа в рудничном воздухе.
Если углекислый газ и метан отсутствуют в рудничном воздухе, то оптическая плотность его будет равна оптической плотности чистого атмосферного воздуха. В этом случае дополнительная разность хода интерферирующих лучей не возникает, и интерференционная картина не смещается относительно нулевого положения.
Для контроля нулевого положения интерференционной картины необходимо одновременно нажать кнопки “К” и ”И”. При этом газовоздушная камера смещается относительно лучей света так, что первый и второй лучи проходят сначала через газовую полость 2, а затем через воздушную полость 3 (рис.4б). В этом случае оба луча проходят через одинаковые газовоздушные среды (сначала через рудничный воздух, а затем через чистый атмосферный). Так как оптическая длина пути обоих лучей в этом случае одинакова, то вне зависимости от содержания метана и углекислого газа в рудничном воздухе дополнительная разность хода интерферирующих лучей не возникает и интерференционная картина не смещается, оставаясь в исходном нулевом положении.
Газовоздушная схема
Газовоздушная схема (рис.5) состоит из двух обособленных друг от друга линий: газовой и воздушной. В газовую линию входят:
4 - распределительный кран (на рис.2 этот кран обозначен цифрой 2);
5 - поглотительный патрон, разделённый на две части.
Одна часть прибора заполнена химическим поглотителем (ХПИ) для поглощения углекислого газа из исследуемого рудничного воздуха, другая часть - гранулированным силикагелем марок КСК, КСМ для поглощения паров воды. Обе части поглотительного патрона имеют фильтры для улавливания пыли и разделены клапаном.
2 - газовая полость газовоздушной камеры;
8 - соединительные резиновые трубки.
В воздушную линию прибора входят:
1, 3 - воздушные полости газовоздушной камеры;
6 - штуцер для продувки воздушных полостей 1 и 3 чистым атмосферным воздухом;
7 - лабиринт, который выполняет роль воздушной пробки и предназначен для поддержания в воздушной линии прибора давления равного атмосферному, и сохранения чистого атмосферного воздуха;
8 - соединительные резиновые трубки.
Пробозаборник
В комплект прибора входит пробозаборник, состоящий из резиновой и составных пластмассовых трубок. Пробозаборник используется при определении концентрации метана и углекислого газа в труднодоступных местах, куполах и в верхней части выработок.
5.4. Подготовка прибора к работе
Прибор должен быть подготовлен к работе перед спуском в шахту. Необходимо произвести следующие действия.
1. Проверить исправность резиновой груши. Для этого необходимо сжать грушу рукой, и пережав конец её резиновой трубки, проследить за расправлением груши в разжатой руке. Исправная груша не должна расправляться. В случае быстрого расправления груши её следует заменить.
2. Проверить герметичность газовой линии прибора. Для этого резиновую трубку груши надеть на штуцер 4 (рис. 2), закрыть плотно штуцер и сжать грушу. Газовая линия герметична, если после разжатия руки груша не расправляется.
3. Проверить герметичность пробозаборника. Для этого резиновую трубку груши надеть на штуцер 4, резиновую трубку пробозаборника - на штуцер 1, закрыть входной штуцер пробозаборника и сжать грушу. Пробозаборник герметичен, если после разжатия руки груша не расправляется.
4. Продуть воздушную и газовую линии прибора чистым атмосферным воздухом. Для этого необходимо вынуть прибор из футляра, снять крышку 9 (рис.2) с отделения, где находится поглотительный патрон и штуцер 6 (рис.5), снять со штуцера 6 резиновый колпачок и вместо него надеть резиновую трубку, прилагаемую к комплекту прибора; второй конец этой трубки надеть на выхлопной штуцер резиновой груши, а трубку резиновой груши надеть на штуцер 4 (рис.2) и сжать грушу 5-6 раз.
При этом чистый атмосферный воздух будет поступать через штуцер 1 (рис.2), распределительный кран 4 (рис.2) и соединительные трубки в газовую полость 2 газовоздушной камеры, а из неё по соединительной трубке 8 в резиновую грушу; затем через выхлопной штуцер груши и надетую на него трубку воздух поступит в штуцер 6, далее в воздушные полости 1 и 3 газовоздушной камеры, а из них через лабиринт 7 в атмосферу.
После продувки чистым воздухом газовой и воздушной линии штуцер 6 необходимо закрыть резиновым колпачком, чтобы исключить связь воздушных полостей 1 и 3 с атмосферой, надеть крышку 9 (рис.2) и прибор поместить в футляр.
5. Нажать кнопку 7 включения лампы и посмотреть в окуляр. Если интерференционная картина и шкала окажутся нечёткими, вращением окуляра навести их на резкость.
6. Установить интерференционную картину в нулевое положение. Для этого нажать одновременно на кнопки 6 и 7 и медленно вращать микровинт 5 до совмещения левой чёрной полосы интерференционной картины с нулевой отметкой шкалы.
5.5. Порядок работы с прибором
При спуске в шахту и передвижении по горным выработкам прибор необходимо носить на плечевом ремне под курткой для предохранения его от ударов, грязи, пыли и воды.
Непосредственно перед замером нужно проверить сохранность нулевого положения интерференционной картины. Для этого нужно нажать одновременно кнопки 6 и 7 и посмотреть в окуляр. Если интерференционная картина не сместилась относительно нулевой отметки шкалы, то прибор готов к работе. В противном случае, нужно установить интерференционную картину в нулевое положение в соответствии с пунктом 6 параграфа 5.4.
Определения содержания метана в рудничном воздухе
При определении содержания метана распределительный кран 2 (рис.2) ставится в положение “CH4”. Путём трёх сжатий резиновой груши проба рудничного воздуха через штуцер 1 или надетую на него резиновую трубку прокачивается через прибор. При этом рудничный воздух через кран 4 (рис.5) поступает в отделение поглотительного патрона, заполненное ХПИ, поглощающим углекислый газ. Далее рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, проходит через силикагель, где очищается от паров воды и пыли, после чего поступает в газовую полость 2. Таким образом, при установке распределительного крана в положение “CH4” в газовую полость поступает только метановоздушная смесь. Если набранный в прибор рудничный воздух содержит метан, то интерференционная картина сместится вправо вдоль шкалы. При наблюдении в окуляр по смещённому относительно нуля положению левой чёрной полосы интерференционной картины производят отсчёт делений шкалы. Результат выражается с точностью 0.1%.
Определение содержания углекислого газа в рудничном воздухе
Для определения содержания углекислого газа в какой-либо точке поперечного сечения выработки нужно вначале в этой же точке определить содержание метана указанным выше способом. Затем распределительный кран 2 (рис.2) ставится в положение “CO2” и путём трёх сжатий резиновой груши через прибор прокачивается воздух. При этом рудничный воздух, минуя химический поглотитель ХПИ (рис.5), попадает в отделение поглотительного патрона, заполненного силикагелем, где очищается от паров воды и пыли.
Таким образом, при установке распределительного крана в положение “CO2” в газовую полость газовоздушной камеры поступает рудничной воздух, содержащий и метан, и углекислый газ. Поэтому снимаемый через окуляр отсчёт по шкале показывает суммарное содержание в воздухе метана и углекислого газа. Для того, чтобы определить содержание углекислого газа нужно из этого отсчёта вычесть замеренное ранее содержание метана.
При необходимости более точного определения концентрации CO2 следует показания прибора, полученные при установке распределительного крана в положение “CO2” умножить на коэффициент 0.95.
Примечания
1) Прибор позволяет точно определить содержание метана в воздухе в том случае, когда содержание углекислого газа в месте замера не превышает 1%. При большем содержании углекислого газа ХПИ не полностью поглощает его и в газовую полость поступает не только метан, но и углекислый газ, что увеличивает смещение интерференционной картины.
2) Для повторного определения содержания газов предварительной подготовки прибора не требуется, т.к. при троекратном прокачивании грушей газовой линии предыдущая проба полностью удаляется из прибора и заменяется новой.
Определение содержания газов в рудничном
воздухе с использованием пробозаборника
При замерах газа в труднодоступных местах свободный конец резиновой трубки пробозаборника надевается на штуцер 1 (рис.2). Пробозаборник раздвигает на нужную длину и его всасывающий штуцер располагается в точке замера. Затем производится 5-6 сжатий резиновой груши в точке замера, после чего берётся отсчёт концентрации газа по шкале.
Число сжатий груши увеличивается до 5-6,чтобы гарантировать прокачку воздуха и через пробозаборник, и через штуцер.
6.Химические газоопределители
6.1. Общие сведения
Газоопределитель химический состоит из трубки индикаторной (ИТ) на определяемый газ, являющейся измерительной частью прибора, и аспиратора (АС–1), предназначенного для прокачивания фиксированного объема исследуемой газовой смеси через индикаторную трубку.
Предназначены для экспресс–определения (контроля) содержания газов в воздухе, могут быть использованы при возникновении чрезвычайных ситуаций и аварий, а также для обнаружения эндогенных пожаров на ранней стадии их возникновения, контроля проветривания горных выработок, при разведке пожара, для контроля качества изоляции отработанных и пожарных участков и в других случаях.
Кроме того существуют индикаторные трубки других модификаций, например индикаторные трубки С-2, или ГХ-М, которые применяются для определения хлора, аммиака, кислорода, диоксида углерода, паров бензина и др.
6.2. Устройство и основные технические данные прибора
Газоопределитель представляет собой портативный химический прибор, принцип действия которого основан на изменении окраски индикаторной массы в трубке при пропускании через нее газовой смеси, содержащей определяемый газ, измерении содержания газа по длине изменившего окраску слоя. Длина изменившего окраску слоя пропорциональна процентному содержанию определяемого газа и объему протянутого через индикаторную трубку воздуха.
Трубки индикаторные представляют собой стеклянные трубки, герметизированные запайкой двух оттянутых концов. Трубки заполнены индикаторными массами, взаимодействующие с определяемым газом. С обоих концов трубки имеют фильтры прокладки.
На поверхностях трубок нанесены: измеряемый газ; шкалы с соответствующими значениями концентраций газов; стрелка, указывающая направление движения воздуха через трубку; товарный знак завода-изготовителя.
Технические характеристики аспиратора АС-1
| Объем всасываемого воздуха за один рабочий ход, мл | 100±5 |
| Масса с чехлом, кг, не более | 0,38 |
| Габаритные размеры, мм | 155х56х90 |
Технические характеристики индикаторных трубок
| Наименование газа | Диапазон измерения, % |
| CO - 0,25 | 0,0005 - 0,025 |
| CO - 5 | 0,25 - 0,5 |
| CO2 - 2 | 0,25 - 2,0 |
| CO2 - 15 | 1,0 - 15,0 |
| CO2 - 50 | 5,0 - 50,0 |
| CH2O - 0,004 | 0,00002 - 0,004 |
| H2 | 50,0 - 100,0 |
| H2S - 0,0066 | 0,00033 - 0,0066 |
| NO + NO2 - 0,005 | 0,0001 - 0,005 |
| NOx | 0,01 |
| NO | 0,0001 - 0,01 |
| NO2 | 0,00005 - 0,01 |
| O2 - 21 | 1,0-21,0 |
Рис. 6 Общий вид прибора ГХ-М
Трубки упакованы в картонные футляры, на которых отпечатаны: наименование и индекс определяемого газа; школа для измерения концентраций газов; объем исследуемого воздуха; краткие правила выполнения анализа; дата выпуска, срок годности и количество трубок; таблица поправочных коэффициентов. Аспиратор АС-1 действует по принципу сильфонного насоса ручного действия. Основной частью аспиратора (рис. 6) является резиновый сильфон 6 с пружинами 7 для его разжатия, которое ограничивается цепочками 8 и 14. Цепочка 14 подключена к винту и втулке, с помощью которых производится настройка аспиратора на нормативный объем рабочего хода, равный 100 мл. Цепочка 8 соединена с рычагом 9, конец которого при натяжении цепочки приподнимает клапан 12 и прекращает при этом просасывание воздуха через индикаторную трубку.
При сжатии сильфона до упора через клапан 12 выбрасывается воздух из камеры сильфона. Дно сильфона съемное и используется при введении рычага 9 под клапан 12 и регулировки объема аспиратора. Трубка 2 является гнездом для подключения индикаторной трубки к аспиратору, под ней располагается фильтр 4 для защиты от засорения канала движения воздуха в крышке 1 и подсильфонного пространства. Подвеска 5 с отверстием служит для отламывания концов индикаторных трубок.
6.3. Подготовка аспиратора АС-1 к работе
Перед спуском в горную выработку аспиратор необходимо подготовить к работе. При этом необходимо:
Путем осмотра убедиться в том, что рычаг 9 введен под клапан 12 и открывает его при натяжении цепочки 8 резким движением в конце хода аспиратора; для введения рычага под клапан сжимают сильфон 6, снимают дно 10 и затем осторожно вставляют дно обратно так, чтобы рычаг был введен под клапан.
Определить время просасывания 100 мл воздуха через вскрытую индикаторную трубку с помощью секундомера; это время при использовании трубки на окись углерода должно быть не более 15 секунд. Причиной увеличения времени просасывания может быть засорение фильтра 4 или воздушного канала в крышке 1 аспиратора.
Проверить герметичность аспиратора путем кратковременной выдержки сжатого до упора аспиратора со вставленной в трубку 2 невскрытой индикаторной трубкой. Аспиратор считается герметичным, если по истечении 5 минут высота сжатого сильфона практически не изменилась.
Подготовленный к работе аспиратор укладывается в чехол, который должен быть застегнут, что предотвращает деформацию клапана, приподнимаемого рычагом 9 при натянутой цепочке 8.
6.4. Порядок выполнения анализа
Для выполнения анализа прибором ГХ необходимо:
1. В месте измерения концентрации газа вынуть аспиратор из чехла и сделать 1-2 холостых хода для продувки клапана.
2. Вынуть из футляра индикаторную трубку, отломать оба ее конца, вставить в гнездо аспиратора по стрелке и протянуть через трубку необходимый объем воздуха, указанный на упаковке индикаторных трубок. При этом необходимо сжимать сильфон аспиратора до упора и отпускать его до полного раскрытия, натяжения цепочек и резкого смещения рычага 9. При раскрытии сильфона необходимо удерживать аспиратор за выступы на крышке большим и указательным пальцами.
3. Концентрацию газа определить по границе изменившей окраску индикаторной массы, используя шкалу на трубке или упаковке трубок.
4. Если граница окрашенного слоя неровная, необходимо взять среднее значение длины. При замере концентраций определенных газов имеются свои особенности.
5. При замере содержания окиси углерода газоопределителем ГХ СО-0,25 можно делать один или десять ходов меха. Если после одного хода окраска в трубке не появилась или не достигла второго деления шкалы, необходимо сделать еще 9 сжатий, т.е. пропустить через трубку 1000 мл воздуха. Объемную долю окиси углерода определить, разделив деление шкалы, до которого окрасилась индикаторная масса, на 100 или 1000 в зависимости от пропущенного объема воздуха. На некоторых упаковках индикаторных трубок СО-0,2 на шкалах сразу указывается процентное содержание окиси углерода, и для его определения необходимо точно совместить шкалу индикаторной трубки со шкалой на упаковке и взять отсчет по соответствующей пропущенному объему воздуха шкале. При отрицательном результате первого измерения индикаторную трубку можно использовать для последующих измерений в ту же смену, но не более двух. При наличии в воздухе тяжелых углеводородов измерение содержания окиси углерода необходимо производить с использованием защитной трубки, устанавливая ее перед трубкой СО-0,25 и соединяя с ней с помощью резиновой трубки.
6. После измерения содержания окиси углерода следует произвести 2-3 холостых хода аспиратора для удаления из сильфона паров серной кислоты.
7. При замере содержания кислорода необходимо соблюдать следующие требования: при вскрытии трубки следует вначале отломать конец вблизи цифры 25, затем быстро вставить трубку в гнездо аспиратора и отломать второй конец с помощью специального приспособления. Быстро сжать аспиратор, и после окончания просасывания воздуха через трубку тотчас же определить содержание кислорода. При этом необходимо откорректировать отсчет по трубке, умножив его на коэффициент, зависящий от атмосферного давления. Атмосферное давление замеряется барометром или подсчитывается из расчета его увеличения на 9 мм рт.ст. на каждые 100 м глубины.
8. При замере содержания окислов азота, если необходимо определить раздельное их содержание в воздухе, пользуются двумя индикаторными трубками. Вначале определяют их суммарное содержание, а затем по второй индикаторной трубке определяют двуокись азота, вставляя трубку в аспиратор по соответствующей стрелке. При этом содержание окиси азота определяется как разница между суммарным содержанием окислов азота и содержанием двуокиси азота.
9. При замере содержания формальдегида пользуются 10 или 20 ходами аспиратора. Для определения его процентного содержания необходимо разделить деление соответствующей шкалы, до которой окрасилась индикаторная масса, на 10000.
10. При замере относительной влажности воздуха вначале необходимо определить его температуру. Если она ниже 25ºС, пользоваться газоопределителем нельзя. Значение длины изменившего окраску слоя индикаторной массы необходимо определять по шкале трубки или упаковки тотчас после измерения. Значение относительной влажности воздуха находится по прилагаемой таблице по значениям температуры воздуха и длине прореагировавшего слоя индикаторной массы.
6.5. Проверка газоопределителя ГХ
Один раз в месяц аспиратор АМ-5 проверяется на герметичность и величину объема просасываемого воздуха.
Один раз в полугодие аспиратор подлежит метрологической поверке
7. Контрольные вопросы по теме лабораторной работы
7.1. Организация контроля
1) Назовите виды контроля за составом воздуха в шахте и их сравнительные достоинства и недостатки.
2) В каких пунктах производятся замеры содержания метана?
3) Укажите предельно допустимые концентрации метана в характерных пунктах замеров.
4) Кто осуществляет контроль за содержанием метана в общешахтных выработках, в участковых выработках и машинных камерах, в забоях?
5) От каких факторов зависти частота замеров метана?
6) Где производится контроль за содержанием углекислого газа?
7) Укажите предельно допустимые концентрации углекислого газа в рудничной атмосфере.
8) Где определяется средняя, где максимальная и где та и другая концентрации газов?
9) Как определяется средняя концентрация газов?
10) Как определяется максимальная концентрация газов?
7.2. Шахтные интерферометры
1) Укажите назначение ШИ.
2) Каков принцип действия ШИ?
3) Какие действия нужно выполнять при подготовке прибора к работе?
4) Как проверить герметичность груши, газовой линии прибора, пробозаборника?
5) Что происходит в приборе при нажатии кнопки “контроль”?
6) Почему при нажатии кнопки “контроль” интерференционная картина оказывается в нулевом положении?
7) Почему при наличии газа в атмосфере интерференционная картина смещается?
8) Как определить содержание метана в воздухе? Каков при этом путь газовоздушной смеси?
9) Как определить содержание CO2 в воздухе? Каков при этом путь газовоздушной смеси?
10) Что происходит в приборе при переводе распределительного крана из положения “CH4” в положение “CO2”?
11) Концентрация каких газов показывает прибор при распределительном кране, поставленном в положение “CH4”, “CO2”?
12) Почему при работе с пробозаборником число сжатий груши нужно увеличить?
7.3. Химические газоопределители ГХ
1) Укажите назначение ГХ.
2) Объясните принцип действия ГХ.
3) Каков порядок работы с прибором?
4) Как проверить герметичность аспиратора?
5) Для чего нужно проверить герметичность аспиратора? Уменьшатся или увеличатся показания прибора при негерметичном аспираторе?
6) Как выполняется измерение концентрации газа?
Содержание
Правила безопасности при выполнении работы.........................................................................
1. Введение.......................................................................................................................................
2. Организация оперативного контроля за содержанием метана в рудничной атмосфере......
3. Организация оперативного контроля за содержанием углекислого
газа в рудничной атмосфере...........................................................................................................
4. Основные правила замера содержания метана и углекислого газа
переносными приборами эпизодического действия....................................................................
5. Шахтные интерферометры.........................................................................................................
6. Химические газоопределители...................................................................................................
7. Контрольные вопросы по теме лабораторной работы.............................................................