Методика замеров концентрации различных газов и паров




Методы оперативного контроля состава рудничной атмосферы

Цель работы – изучить основные причины изменения химического состава рудничного воздуха, свойства газообразных примесей рудничной атмосферы, особенности влияния последних на безопасность горнорабочих; усвоить требования, предъявляемые к составу рудничной атмосферы, и необходимость строгого соблюдения этих требований; изучить приборы и методы оперативного контроля состава рудничной атмосферы; научить правильно оценивать полученные данные и делать выводы на основе проверенных исследований или замеров.

Выполнение данной работы должно также способствовать приобретению некоторых навыков проведения научных исследований и творческого подхода к решению отдельных задач в области своей специальности.

После изучения теоретического материала и проведения эксперимента составляется отчет как результат проделанной работы.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Дата выполнения работы;

2. Фамилия, имя, отчество студента;

3. Группа;

4. Краткий конспект теоретического материала;

5. Практическая часть.

Общие положения

Известно, что атмосферный воздух состоит из азота (78,1%), кислорода (20,95%), углекислого газа (0,03%), инертных и других газов (около 1%).

В горных выработках и некоторых производственных помещениях (там, где установлены двигатели внутреннего сгорания, компрессоры, вакуум-насосы дегазационных установок, где используется природный газ и др.) воздух по составу может значительно отличаться от атмосферного. Изменения состава воздуха происходят вследствие уменьшения содержания кислорода, увеличение углекислого газа и азота, загрязнения ядовитыми и взрывчатыми газами (окисью углерода, сероводородом, сернистым газом, окислами азота, формальдегидом, водородом, метаном и др.), ядовитыми парами (акролеина, бензина, ртути и др.), вредными и взрывчатыми пылью и сажей.

В зависимости от степени снижения содержания кислорода и концентрации ядовитых или взрывчатых газов атмосфера в горных выработках и помещениях может стать удушливой, ядовитой (отравляющей) и взрывчатой. Таким образом, безопасность, а нередко и сама жизнь людей, работающих в горных выработках и некоторых производственных помещениях, в значительной мере зависят от содержания кислорода, ядовитых и взрывчатых газов в их атмосфере. Именно поэтому в соответствии с действующим в нашей стране законодательством содержание кислорода и предельно-допустимая концентрация ядовитых и взрывчатых газов в атмосфере шахт, рудников и карьеров строго регламентируется и регулярно контролируются.

Контроль осуществляется набором проб и последующего анализа их в лаборатории (лабораторный метод), или путем замера содержания того или иного газа в воздухе непосредственно на рабочем месте с помощью специальных газоанализаторов (экспресс-метод или оперативный контроль).

Лабораторный метод анализа входит в функции специальных служб, поэтому его не рассматриваем.

Оперативный контроль состава атмосферы (содержания отдельных газов) в горных выработках (помещениях) производят рабочие и инженерно-технические работники, осуществляющие надзор за ведением соответствующих работ. В табл. 1 приведены допустимые концентрации отдельных газов в рудничной атмосфере, способы обнаружения и типы приборов для их определения.

Таблица 1.

Предельно допустимые концентрации газов

Название газа Хим. формула ПДК (% по объему) Приборы и способы обнаружения оперативного определения концентрации
Кислород О2 20,0 Ши-6, ГХ-М, ДЕГА, СЕАН
Углекислый газ CO2 0,5 Ши-10, Ши-11, КОМЕТА-М
Угарный газ CO 0,0016 Газоанализаторы ГХ-М и УГ-2, ДЕГА
Сероводород H2S 0,00066 ГХ-М, УГ-2, КОМЕТА-М, ДЕГА
Сернистый газ SO2 0,00035 ГХ-М, УГ-2, СЕАН, ДЕГА
Оксиды азота N2O5 0,00010 ГХ-М, УГ-2, СЕАН
Метан CH4 0,5; 1,0; 0,75; 2,0 Ши-10, Ши-11, ГИК-3, ДМТ-3, ДЕГА, КОМЕТА-М

 

Методика замеров концентрации различных газов и паров

1. Оптические приборы для определения концентрации метана и углекислого газа в рудничном воздухе

Принцип действия оптических приборов – шахтных интерферометров основан на измерении смещения интерференционной картины, происходящего вследствие изменения состава исследуемой пробы воздуха, находящейся на пути одного из двух лучей, способных интерферировать.

Интерференционная картина прибора имеет одну белую ахроматическую полосу, ограниченную двумя черными линиями с симметрично окрашенными краями. Она возникает вследствие постоянной (обусловленной конструкцией прибора) разности хода когерентных лучей.

Если оба когерентных луча проходят через одинаковые среды, смещения интерференционной картины не происходит. Это исходное положение интерференционной картины фиксируется путем совмещения середины левой черной линии с нулевой отметкой неподвижной шкалы, находящейся над спектром в поле зрения окуляра. Такое исходное положение считается нулевым положением прибора.

Если один из когерентных лучей проходит через воздух, в котором имеется метан или углекислый газ, либо оба эти газа, а другой – через воздух, не содержащий этих примесей, то интерференционная картина смещается относительно шкалы. Ее смещение пропорционально процентному содержанию метана и углекислого газа в газовой смеси. Величина смещения по шкале, видимая в окуляре, показывает относительное содержание примеси.

Показатели преломления света для метана (1,000444) и углекислого газа (1,000448) отличаются друг от друга мало, поэтому при определении этих газов можно пользоваться одной и той же шкалой, не превышая допустимых погрешностей прибора.

ШАХТНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ШИ-10 представляет собой переносной прибор, предназначенный для определения концентрации метана и углекислого газа в рудничном воздухе действующих проветриваемых горных выработок шахт. Прибором могут пользоваться вентиляционный надзор шахт и работники добычных участков для контроля рудничной атмосферы.

ПРИНЦИП РАБОТЫПРИБОРА. Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины, происходящего вследствие изменения состава исследуемого рудничного воздуха, который находится на пути одного из двух лучей, способных интерферировать. Величина смещения пропорциональна разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха.

Исходное (нулевое) положение интерференционной картины фиксируется путем совмещения левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована в процентах по объему. Цена деления шкалы 0,25%. Отметки шкалы через целые деления обозначены цифрами от 0 до 6.

КОНСТРУКЦИЯ ПРИБОРА. Интерферометр шахтный типа ШИ-10 имеет литой силуминовый корпус, в котором смонтированы все детали прибора.

Общий вид прибора без футляра показан на рис. 1. На корпусе прибора размещены: штуцер 1 для засасывания в прибор рудничного воздуха; распределительный кран 2; окуляр 3; штуцер с фильтром 4, на который надевается трубка резиновой груши; микровинт 5 для перемещения интерференционной картины в поле зрения окуляра; переключатель 6 для перемещения газовоздушной камеры в положении «И» - измерение и «К» - контроль (надписи «И» и «К» нанесены на корпусе прибора) кнопка 7 включения лампы; патрон с лампой 8, крышка отделения с поглотительным патроном 9.

Внутри корпус прибора разделен перегородками на три отделения.

В первом отделении размещаются оптические детали прибора (рис. 2 и 3): лампа накаливания Л; конденсорная линза К; плоскопараллельная пластина (зеркало) З; подвижная газовоздушная камера А, имеющая три сквозных полости – 1, 2, 3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинками 4; призма полного внутреннего отражения П1; зеркало З1; зрительная труба с объективом ОБ, окуляром ОК и щелевой диафрагмой с отсчетной шкалой Ш.

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 3.

В третьем отделении корпуса прибора размещен поглотительный патрон. Здесь же находится штуцер, на который надевается трубка резиновой груши при заполнении воздушной линии чистым атмосферным воздухом. После прокачки воздушной линии прибора штуцер закрывается резиновым колпачком.

ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРИБОРА

На рис. 2 показан ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа (положение «И» - измерение). В этом случае свет от лампы накаливания Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало З, где пучок света разлагается интерференционных луча.

Первый луч света отражается призмами П, П1 и после двукратного прохождения по полостям 1 и 3 выходит из камеры.

 

Интерферометр ШИ-10

Рис. 1. Общий вид прибора

1 – штуцер для засасывания рудничного воздуха; 2 – распределительный кран; 3 – окуляр; 4 – штуцер с фильтром, на который надевается трубка резиновой груши; 5 – микровинт для перемещения интерференционной картины (в поле зрения окуляра); переключатель для перемещения газовоздушной камеры в положение «И» - измерение, «К» - контроль; 7 – кнопка включения лампы; 8 – патрон с лампой; 9 – крышка отделения, где находится поглотительный патрон; 10 – резиновая груша.


 

Оптическая схема ШИ-10

Рис. 2. Ход лучей при измерении содержания метана или углекислого газа (положение «И») Л – лампа накаливания; К – конденсорная линза; З – плоскопараллельная пластина (зеркало); А – подвижная газовоздушная камера, имеющая три сквозные полости – 2, 1, 3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинами – 4; П, П1 – призмы полного внутреннего отражения; З – зеркало; ОБ – зрительная трубка с объективом, ОК – окуляром, Ш – щелевой диафрагмой и отсчетной шкалой Рис. 3. Ход лучей при установке и контроля нулевого положения интерференционной картины (положение «К»)

 

 

Второй луч света, отразившись от нижней посеребренной грани зеркала З и преломившись на его верхней грани, проходит через полость 2 газовоздушной камеры, заполненной рудничным воздухом, после отражения призмами П, П1 и четырехкратного прохождения полости 2 выходит из нее.

Оба луча света, выйдя из камеры, попадают на зеркало З и отраженные его верхней и нижней гранями сходятся в один пучок, который зеркалом З1 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 интерферирующие лучи проходят через разные газовоздушные среды, в результате чего происходит смещение интерференционной картины относительно нулевой отметки шкалы. По величине смещения интерференционной картины, которое пропорционально концентрациям газов, производится определение процентного содержания метана и углекислого газа.

На рис. 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 параллельным пучком падает на зеркало З, где пучок света разделяется на два интерферирующих луча.

Оба луча света, отразившись от верхней и нижней граней зеркала, дважды проходят через полости 1 и 2 газовоздушной камеры в результате отражения катетными гранями призм П и П1. Затем оба луча света попадают на зеркало З, отражаются его нижней и верхней гранями и сходятся в один световой пучок, который зеркалом З1 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 газ, интерференционная картина смещаться не будет, т. е. останется в исходном нулевом положении.

ГАЗОВОЗДУШНАЯ СХЕМА ПРИБОРА (рис. 4).

Она состоит из двух обособленных друг от друга линий - газовой и воздушной.

В газовую линию входят: распределительный кран 4, предназначенный и для изменения направления движения газовой смеси в зависимос­ти от определяемого газа (метан или углекислый газ); соедини­тельные резиновые трубки 8; газовая полость 2 газовоздушной камеры; поглотительный патрон 5, разделенный на две части. Одна часть патрона заполняется химическим поглотителем известковым (ХПИ) для поглощения углекислого газа из газовой смеси, другая часть – гранулированным силикагелем марок КСК и КСМ для поглощения паров воды. Обе части поглотительного патрона имеют фильтры для улавливания пыли; соединительные резиновые трубки 8; газовая полость 2 газовоздушной камеры.

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 (в положении СН4) попадает в отделение поглотительного патро­на, заполненное ХПИ, где очищается от углекислого газа. За­тем воздух по соединительной трубке попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное силикагелем. Здесь воздух очищается от паров воды и пыли. Далее попадает в полость 2 газовоздушной камеры, откуда через резиновую грушу выходит в атмосферу.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-12-21 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: