Газовый режим при разработке калийных и рудных месторождений

Водород и его свойства

Водород (Н₂) — легкий газ с удельным весом 0,069, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Выделяется в угольных шахтах в виде при­меси к метану, в калийных рудниках, в выработках, проведенных по нефтеносным породам; в помещениях, где происходит зарядка аккумуляторных батарей. Водород горит при соприкосновении с ис­точником воспламенения при содержании его в воздухе до 4,15%, при концентрации от 4,15 до 74,2% взрывается, а при больших концентрациях горит при подведении свежего воздуха.

Температура воспламенения водорода несколько ниже, чем метана, и равна 510° С. При взрыве водорода образуются только пары воды, продукты взрыва не содержат ядовитых примесей и лишь обеднены кислородом.

Примесь водорода к метану, как указывалось выше, сокращает, а при 30% Н₂ и вообще сводит к нулю время, протекающее от сопри­косновения с источником воспламенения до взрыва метана. В связи с этим ухудшаются условия безопасности, так как предохранитель­ные взрывчатые вещества, использующие «запаздывание» взрыва метана, становятся небезопасными. Кроме того, примесь водорода снижает температуру воспламенения рудничного газа, обесцвечивает метановый ореол над пламенем бензиновой лампочки и уменьшает надежность применения взрывобезопасного оборудования.

В калийных рудниках России выделяется смесь метана и водорода, а в аналогичных рудниках Германии, кроме того, выделяются сероводород и углекислый газ.

Газы находятся в виде микровключений в кристаллах соли, а также в свободном состоянии заполняют трещины и пустоты.

Микровключенные газы освобождаются из кристаллов при их дроблении, и особенно при растворении в воде, количество их достигает, например, в Верхнекамском месторождении на сильвинитовых пластах 90—170 см³ на 1 кг сильвинита.

Свободные газы делятся на внутрипластовые и приконтактные. Внутрипластовыми считаются газы, содержащиеся в микротрещинах, порах, а также встречающиеся в виде гнездовых скоплений. Гнездо­вые скопления заключены в пустотах, образовавшихся при тектони­ческих процессах внутри карналлитовых пластов. Приконтактные (коржевые) газы приурочены к глинистым прослойкам и контактам пластов калийных солей с каменной солью. Содержание поровых газов в сильвинитах зависит от микротрещиноватости пород, оно может доходить до 10 л на 1 m³ породы.

Как и в угольных месторождениях, в калийных и каменносоляных рудниках наблюдается три вида выделения газов: обыкновенное, суфлярное и внезапное.

Обыкновенное газовыделение возникает при разрушении и измельчении соли. При этом выделяется газ, заклю­ченный в микротрещинах. Количество его незначительно.

С у ф л я р н ы е выделения происходят главным образом из трещин и пустот в карналлитовых пластах. Число суфляров велико, продолжительность действия их в большинстве случаев не превышает 30 мин, но иногда выделение продолжается больше месяца. Этот вид газовыделения является главной причиной загазования атмосферы Верхнекамских рудников.

Внезапные выделения газа происходят главным обра­зом из кровли и стенок выработки при обрушении соли в результате взрывных работ. При этом, как и в случаях выбросов угля, обра­зуются пустоты. Средняя интенсивность обрушения на разных пла­стах различна. Наиболее значительные выбросы наблюдаются в ка­лийных рудниках Германии, где количество выброшенной соли в отдель­ных случаях достигает 15 000 т, а количество выделившегося газа — 200 000 м³.

Вследствие того, что горючие газы выделяются главным образом в процессе буро-взрывных работ, относительная газообильность калийных рудников невелика и, например, для Соликамского руд­ника колеблется от 0,15 до 0,35 м³/т, а абсолютная газообильность составляет около 2000 м³1сутки.

Выделение метана в смеси с другими газами, в частности с водо­родом, наблюдается и при разработке ряда других месторождений. Так, горючие газы выделяются в рудниках комбината «Апатит» на Кольском полуострове, в полиметаллических рудниках Северного Кавказа, в рудниках Норильского комбината, на алмазных и железо­рудных месторождениях Якутии, при разработке золотоносных месторождений Западной Сибири, Урала, Восточного Забайкалья и на ряде других месторождений.

Происхождение метана в этих случаях различно. Так, на Урупских медноколчеданных месторождениях газ выделяется из минераль­ных источников, в кимберлитовых трубках Якутии — из включений твердых битумов, в рудниках Норильского комбината — из подсти­лающих рудное тело угленосных отложений.

Рудные шахты, как и угольные, делятся на категории по количе­ству горючих газов (в условном метане), выделяющихся в сутки на 1 м³ среднесуточной добычи горной массы. При подсчете количества выде­ляющегося условного метана 1 м³ водорода приравнивается 2 м³ метана.

К I категории относятся рудники с относительной газообиль­ностью до 7 м³1т, ко II от 7 до 14 м³/т, к III от 14 до 21 м³;т, а к сверхкатегорным — рудники, в которых выделяется более 21 м³/т горючих газов, а также происходят внезапные выбросы газа и суфлярные выделения.

Газовый режим калийных и металлических рудников отличается от режима угольных газовых шахт вследствие сравнительно незначительного абсолютного газовыделе­ния. В основном борьба с взрывами газов при разработке калийных, каменносоляных и рудных месторождений ведется средствами венти­ляции. Концентрация метановодородной смеси в очистных и подго­товительных забоях по Правилам безопасности должна быть не более 1%. При содержании 1% газа в рудничной атмосфере взрывные ра­боты должны быть остановлены. Норма содержания газов в общей исходящей струе рудников, как и на угольных шахтах, установлена равной 0.75%.

Контроль содержания газов в атмосфере рудников, в которых кроме метана выделяется водород, осуществляется газоанализато­рами типа ШИ-3 или «Риккен», которые позволяют определять содер­жание метана, водорода и углекислого газа. В калийных рудниках имеют также распространение газоанализаторы фирмы «Рингроз» (Англия).

Дата добавления: 2014-12-29