Измеряемые газы
Метан (CH4)
Метан (CH4) имеет относительную плотность 0,554. Характерными свойствами этого газа являются горючесть и способность давать взрывчатую смесь с воздухом.
Температура воспламенения метана равна 650-750°C, однако эта температура может быть выше и ниже указанных пределов в зависимости от рода воспламенителя, способа воспламенения, содержания метана в воздухе и др.
Для метана характерным является свойство воспламеняться при соприкосновении с источником высокой температуры не сразу, а через некоторый промежуток времени, величина которого зависит от температуры воспламенения: при 650°C время запаздывания составляет 10 с, при 1000°C оно падает до 1 с и ниже.
Взрывы метана в шахтах всегда сопровождаются двумя ударными волнами - прямой и обратной. Прямая волна образуется под действием раскаленных продуктов взрыва, обладающих чрезвычайно высоким давлением. Обратная волна образуется в результате последующего понижения давления в месте взрыва, что объясняется остыванием продуктов химической реакции и конденсацией содержащихся в них паров воды. Сила обратного удара несколько меньше, чем прямого. Однако в связи с тем, что он следует по тому пути, на котором прямая волна уже оказала определенное разрушительное действие, механические эффекты, вызванные обратной волной, могут быть сильнее, чем прямой.
При концентрации метана свыше 9,5% после первичного пламени, распространяющегося с огромной скоростью и сжигающего весь кислород воздуха, может наблюдаться вторичное пламя, проходящее вследствии дожигания оставшегося метана притекающим извне кислородом воздуха. Вторичное пламя движется в направлении, обратном пути прохождения первичного пламени, и имеет меньшую скорость.
Выработка, в которой произошел взрыв, заполняется раскаленной смесью газов, полностью лишенной кислорода или содержащей его в весьма малых количествах. Эта смесь в основном содержит азот и углекислый газ, а во многих случаях - примесь оксида углерода. Оксид углерода в такой смеси содержится в больших количествах в тех случаях, когда взрыв газа происходит в присутствии угольной пыли. Причем большое количество пыли может быть вызвано при распространении ударных волн.
Газы, непригодные для дыхания, из выработки, в которой произошел взрыв, распространяются по вентиляционной сети и являются главной причиной опасности пребывания в это время людей в шахте. Расследование последствий взрывов показывает, что не менее двух третей пострадавших шахтеров бывают поражены в результате отравления оксидом углерода или кислородного голодания и накопления углекислого газа в организме.
Оксид углерода (СО)
Оксид углерода или угарный газ (СО) — газ без цвета и запаха, относительная плотность 0,97. Слабо растворимый в воде, горит и при содержании в воздухе от 13 до 75% образует взрывчатые смеси с температурой воспламенения 630-810°C (наибольшая сила взрыва при 30% СО).
Главные источники образования СО в шахтах — низкотемпературное окисление угля, пожары, взрывы метана и пыли, взрывные работы и двигатели внутреннего сгорания.
Оксид углерода или угарный газ (СО) ядовит.
Сероводород (H2S)
Сероводород (H2S) — газ без цвета, с резким характерным запахом (тухлых яиц) и сладковатым вкусом, относительная плотность 1,17. Легко растворим в воде, образует с воздухом взрывчатую смесь, сильно ядовит.
Основными источниками сероводорода в шахтах являются гниение органических веществ, разложение водой серного колчедана, выделение из трещин и минеральных источников, эндогенные пожары, взрывные работы, взаимодействие сульфатных вод с метаном.
Кислород (О2)
Кислород (О2) — газ без цвета, вкуса и запаха, слабо растворим в воде, относительная плотность 1,105. По правилам безопасности в шахтах содержание кислорода в воздухе должно быть не менее 20%. Известно, что при содержании кислорода 18% у человека наступает сонливость, при 17% начинаются отдышка и усиленное сердцебиение, а при 12% и менее — возникает смертельная опасность.
В шахту кислород поступает с атмосферным воздухом. Основными причинами уменьшения содеожания кислорода в рудничном воздухе являются выделение различных газов из окружающего массива горных пород, а также выбросы, взрывы и подземные пожары.
Горючие газы (CxHy)
Промышленные месторождения горючих природных газов встречаются в виде обособленных скоплений, не связанных с каким-либо др. полезным ископаемым; в виде газонефтяных месторождений, в которых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты; в виде газоконденсатных месторождений, в которых газ обогащен жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами.
Горючие природных газы состоят из метана, этана, пропана и бутана, иногда содержат примеси легкокипящих жидких углеводородов — пентана, гексана и др.; в них присутствуют также углекислый газ, азот, сероводород и инертные газы. Многие месторождения горючих газов, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растет. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных. В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа, сероводорода и азота.