Przepisy górnicze wymagają systematycznej kontroli powietrza, ko
palnianego ze względu na zawartość w nim tlenu oraz gazów szkodli
wych. W tym celu w Określonych odstępach czasu (1 do 6 mieś.) powinny być pobierane próbki powietrza z każdego wychodzącego prądu oraz przeprowadzana jego analiza chemiczna w laboratoriach.
2.1. Pobieranie próbek powietrza
Przy pobieraniu próbek powietrza stosuje się nastę
pujące sposoby: mokry, próżniowy, przedmuchiwanie, chemiczne pochłanianie. Naczynia do pobierania próbek powinny być odpowiednio ponumerowane (np. lakie
rem).
Śj^osobjm^kry. Polega on na wylaniu wody w ypeł
niającej naczynie i wprowadzaniu na jej m iejsce po
wietrza. Najprostszym mokrym sposobem pobierania próbek jest wypełnienie wodą butelki, o pojemności przynajmniej 250 cm 3, opróżnienie jej w odpowiednim miejscu i zakorkowanie; na miejsce w ody wchodzi po
wietrze kopalniane. Sposób ten nie jest pewny, gdyż możliwe jest dostanie się do butelki powietrza atmosfe
rycznego w czasie przechowywania próbki.
Zw ykle pobiera się próbki do specjalnych pipet (rys. 18) o pojem ności 150 do 300 cm 3, zakończonych z obu sitron rurkami, zwykle kapilarnymi o średnicy 1 mm, zamykanymi za pomocą doszlifowanych i posmarowanych ciężkim olejem mineralnym kurków lub też rurek gumowych z zaciskami. Pipety takie wypełnia się wodą destylowaną i przenosi się do wyrobisk w odpo
Rys. 18. Pipeta do pobierania próbek powietrza sposo
bem m okrym
40
wiednich skrzynkach. W m iejscu pobierania próbki otwiera się najpierw górny, a następnie dolny kurek; woda pow oli wycieka, a na jej mieijisce wchodzi powietrze.
Jeżeli chodzi o pobranie średniej ipróbki w prądzie powietrza, to pod
czas wyciekania wody oprowadza! się powoli pipetę po całym przekroju wyrobiska.
W czasie pobierania należy unikać wstrząsów w ody w pipecie, w celu zmniejszenia możliwości pochłaniania przez nią C 0 2. Przy tym sposobie brania próbek nie da isię jednak całkowicie uniknąć pochłaniania C 0 2, gdyż zawsze przynajmniej mała część wody pozostaje w pipecie. Czas przechowywania próbek przy pobieraniu ich sposobem mokrym nie po
winien być dłuższy niż 3 doby. Gazów, które pochłaniane są łatwo przez, wodę (H2S, S 0 2, Ń 0 2 i inine), nie należy pobierać tym sposobem.
^ P S M o b ^ j g r ó ż P rzy próżniowym sposobie pobierania próbek stosuje się zwykle specjalnie przygotowane do tego celu pipety (rys. 19), zakończone rurkami z przewężeniami. W pipetach takich wytwarza się próżnię za pomocą pom py rtęciowej lub olejow ej, po czym koniec rurki zatapia się. Przy pobieraniu próbki końce rurek odłamuje się w m ie
j-Rys. 19. Pipety do pobierania próbek powietrza sposobem próżniowym
scach A , B, C, pipeta wypełnia się powietrzem, po czym zamyka się ją końcówką gumową. W przypadku gdy potrzeba długotrwałego przecho
wywania próbek lub dalszego ich transportu, końce rurek ¡powinny być zatopione.
Sposób próżniowy umożliwia pobieranie próbek dowolnych gazów.
W celu umożliwienia pobierania próbek spoza tam ogniowych już podczas budowy tamy umieszcza się w niej rurkę zamykaną kurkiem.
W okresie zniżki barometrycznej gaz po otworzeniu kurka wypływa na zewnątrz, wzięcie więc próbki nie przedstawia trudności; w okresie nato
miast zwyżki barometrycznej powietrze wchodzi za tamę przez wszelkie jej. nieszczelności, a więc dla otrzymania możliwie miarodajnej próbki gazów należy większą część tych gazów zmieszanych z zassanym po
wietrzem usunąć z bezpośredniego sąsiedztwa z tamą i dopiero wtedy pobrać próbkę. Do tego celu służy przyrząd pokazany na rys. 20. Wąż 1 zakłada się na kurek rurki w tamie; pompka ssąca 2 zaopatrzona jest w kurek 3. Po 30 do 40 naciśnięciach pompki zamyka się ten, kurek i otwiera górny kurek pipety próżniowej 4.
W przypadku istnienia depresji poza tamą, co zwykle występuje za.
tamą wlotową, powietrze zewnętrzne przenika szczelinami do przestrzeni otamowanej, gazy są stale rozrzedzane tym powietrzem, wobec tego próbki pobierane powyższą metodą spoza tam będących pod depresją w wielu przypadkach nie będą dostatecznie dokładne.
W celu umożliwienia pobierania spoza tamy wlotowej próbek gazów mogących dać rzeczywisty obraz o stanie pożaru w przestrzeni otamo
wanej należy (rys. 21) przed tamą ogniową T zbudować drugą taimę t (deskową) z drzwiami i okienkiem regulacyjnym 1. W tamie tej zabudo
w uje się wentylator lutniowy 2 o działaniu ssącym. Przez odpowiednią regulację obrotów wentylatora oraz zmianę wielkości okienka 1 można
41
stw orzyć w (przestrzeni między tamami T i t większą depresję od depresji panującej poza tamą T. Odległość między tamami powinna być tak do
brana, b y przestrzeń między nimi obejmowała możliwie wszystkie szcze
liny stwarzające połączenie powietrza zewnętrznego z przestrzenią ©ta
mowaną (poza tamą T). W takich warunkach można mieć pewność, że powietrze nie przenika poza tamę ogniową. Różnicę ciśnień można kon
trolować manometrem w odnym 3, którego jeden koniec połączony jest wężem gumowym z rurką 4, umieszczoną w tamie ogniowej T, drugi zaś z rurką 5, wyprowadzoną przez tamę t. Włączając jeden koniec pipety 6 do odgałęzienia rurki 4, zaopatrzonego kurkiem 7, drugi zaś koniec z kurkiem 8 łącząc z dodatkową rurką 9 możemy pobrać miarodajną próbkę gazów spoza tamy ogniowej (W. Bes, 1957).
Jeżeli chodzi o produkty palenia,, to w razie pożaru w kopalniach zawsze powstaje CO w mniejszej lub większej ilości. Zawartość CO w ga
zach pożarowych nie przekracza zwykle 6%. Ilość ta sama przez się nie jest niebezpieczna ze względu na możliwość wybuchu (dolna granica wybuchowości CO wynosi około 12i,5%), w połączeniu jednak z węglo
wodorami, których dolna granica wybuchowości jest znacznie niższa (metan — 5%, wodór — 4,1%, 'etan — 3,i2%, etylen — 3,0%, acety
len — 2,5%, benzol — 2,(5%), tw orzy często mieszaninę bardzo niebez
pieczną.
Stąd też wynika konieczność, przewidziana przepisami górniczymi wszystkich krajów, zakazu używania otwartych lamp w e wszystkich wyrobiskach objętych pożarem, jak również w wyrobiskach, przez które przepływa dym.
W celu umożliwienia wykonania' analizy chemicznej na miejscu na dole używa się specjalnych pipet próżniowych. Dla oznaczenia zawartości gazu kopalnianego spala się go w tejże .pipecie, wypełnionej badaną próbką. Spalanie odbywa« się za pomocą prądu elektrycznego. Po spaleniu gazu zanurza się rurkę pipety do w ody i otwiera się kurek; odpowiednio do ilości spalonego gazu wchodzi do pipety większa lub mniejsza ilość w ody, a poziom jej określa zawartość gazu.
1
\3
Rys. 20. Przyrząd „W il
helm !” do pobierania próbek spoza tam
42
W ¡podobny sposób bada się zawartość innych gazów przez umieszcze
nie w pipecie pewnej ilości odpowiedniego odczynnika absorbującego.
Badanie CO przeprowadza się metodą kolorymetryczną przez częściowe wypełnienie pipety roztworem PdCl2.
Pobieranie próbki sposobem przedmuchiwania. Polega ono na tym, że przez otwartą z obu stron pipetę przepuszcza się za pomocą gumowej pompki badane powietrze w ilości przynajmniej 50 razy większej od obję
tości pipety, po czym się pipetę zamyka. Sposób ten nie odznacza, się dużą dokładnością, niemniej jednak może on w poszczególnych przypadkach zastąpić pobieranie próbek sposobem próżniowym.
Sposób chemicznego pochłaniania. Przy oznaczaniu małych zawartości gazów trujących (H2S, S 0 2 i innych) należy pobierać próbki sposobem
43
chemicznego pochłaniania. Sposób ten polega na tym, że przez naczynie (rys. 22) z umieszczonym w nim roztworem odpowiedniego odczynnika (pochłaniacza) przepuszcza się większą ilość powietrza. Badany gaz w cho
dzi przy tym w reakcję z odczynnikiem i tworzy roztwór, który kieruje się do analizy.
W celu przepuszczenia przez odczynnik potrzebnej a określonej ilości powietrza używa się bądź to ręcznej pompy, bądź też wodnego aspiratora.
Na rys. 23 pokazano aspirator podw ójny. Składa się on z dwóch na
czyń 1 i 2, każde o pojemności 5 1 wody, ¡połączonych z sobą rurką z kur
kiem 3 i zaopatrzonych ponadto kurkami 4 i 5. Po napełnieniu górnego naczynia 1 wodą łączy się jego otwór 6 z naczyniem do pobierania próbki i po zamknięciu otworu 7 dolnego naczynia 2 korkiem gumowym otwiera się kurek 5 dla ujścia powietrza i kurek 3 dla przepływu wody. Gdy woda przeleje się do naczynia 2 aspirator odwraca się i czynność powtarza się ponownie.
2.2. Analityczne metody określania zawartości gazów w próbce W celu określenia zawartości gazów w próbce stosuje się następujące metody analityczne: objętościową, kolorymetryczną, jodometryczną.
Metoda objętościowa stosowana jest przy oznaczaniu zawartości dwu
tlenku węgla, tlenku węgla, tlenu, wodoru i metanu przez ich pochłania
nie luib spalanie. Do tego celu używa się odpowiednich aparatów do ana
lizy igazów. Zasadniczy schemat metody objętościowej polega na:
— przeprowadzeniu ¡pomiaru; objętości analizowanej próbki (np.
80 cm 3), usunięciu z próbki za pomocą pochłaniacza lub przez spalanie jednego lub kilku składników mieszaniny gazowej;
— obliczeniu procentowej zawartości usuniętych składników po zmie- s rżeniu objętości pozostałej mieszaniny gazów.
Kolejność operacji analizy mieszaniny gazów metodą objętościową jest następująca:
1. pochłanianie dwutlenku węgla za pomocą roztworu KOH i ozna
czenie zawartości tego gazu,
2. spalanie gazów palnych za pomocą spirali platynowych i określe
nie pozostałej objętości gazów,
3. powtórne pochłanianie C 0 2 i ponowny pomiar objętości pozosta
łych gazów,
4. ¡pochłanianie tlenu w alkalicznym roztworze pyrogallolu i pomiar objętości reszty mieszaniny gazów (azot).
Cała analiza trwa 15 do 20 min. Dokładność oznaczenia zawartości C 0 2, 0 2 i CH4 dochodzi do 0,05%. Zawartość tlenku węgla CO, wodoru H2 i metanu CH4 oblicza s!q przy tym za pomocą odpowiednich wzorów, opartych na równaniach ich spalania.
Dokładniejsze oznaczenie zawartości tlenku węgla w ykonuje się w aparacie, skonstruowanym na zasadzie utleniania' CO na C 0 2 w obec
ności pięciotlenku jodu
J20 5"+ 5CO = 5C 02 + J2
Sposób ten pozwala oznaczyć zawartość CO z dokładnością do 0,0005%.
Metoda kolorym etryczna służy do oznaczania tlenków azotu. Do tego celu używa się odczynnika przygotowanego z roztworów kwasu octowego, kwasu sulfanilowego i alfanaftylaminy. Jeżeli po dodaniu odczynnika do 44
roztworu gazu razem z KOH zabarwi się on na kolor czerwony lub różo
w y, jest to dowodem obecności w próbce tlenków azotu. Zawartość N 0 2 w próbce powietrza określa się na podstawie stopnia zabarwienia.
Metodą jodometryczną przeprowadza się zwykle łączne oznaczenie dwutlenku siarki i siarkowodoru. W tym celu przez naczynie z roztworem jodu o proporcji 1 :100 przepuszcza się mieszaninę gazową. Badane gazy reagują z jodem, wskutek czego ilość jodu w roztworze stopniowo się zmniejsza. Ilość jodu w roztworze oznacza się przez miareczkowanie roz
tworem Na2S20 3, który odbarwia resztki jodu. Dokładność oznaczenia łącznej zawartości H2S i S 0 2 osiąga 0,0001%.