يجب أن يكون لدى جميع العاملين في المناجم تحت الأرض معرفة جيدة بغازات المناجم وأن يكونوا على دراية بالمخاطر التي قد تشكلها. من الضروري أيضًا معرفة عامة بأدوات وأنظمة الكشف عن الغاز. بالنسبة لأولئك المكلفين باستخدام هذه الأدوات ، فإن المعرفة التفصيلية لقيودهم والغازات التي يقيسونها أمر ضروري.

حتى بدون الأدوات ، قد تتمكن الحواس البشرية من اكتشاف المظهر التدريجي للظواهر الكيميائية والفيزيائية المرتبطة بالاحتراق التلقائي. يعمل التسخين على تسخين هواء التهوية وتشبعه بالرطوبة السطحية والمتكاملة الناتجة عن التسخين. عندما يلتقي هذا الهواء مع الهواء البارد عند فتحة التهوية ، يحدث التكثف مما يؤدي إلى ظهور ضباب وظهور التعرق على الأسطح في العوائد. الإشارة التالية إلى الرائحة الزيتية أو البترولية المميزة ، يتبعها في النهاية دخان ، وأخيراً ألسنة اللهب المرئية.

يظهر أول أكسيد الكربون ، وهو عديم الرائحة ، بتركيزات قابلة للقياس تتراوح من 50 إلى 60 درجة مئوية قبل ظهور الرائحة المميزة للاحتراق التلقائي. وبالتالي ، فإن معظم أنظمة الكشف عن الحرائق تعتمد على الكشف عن ارتفاع في تركيز أول أكسيد الكربون فوق الخلفية الطبيعية لجزء معين من المنجم.

في بعض الأحيان ، يتم اكتشاف التسخين لأول مرة من قبل شخص يلاحظ رائحة خافتة للحظة عابرة. قد يلزم تكرار الفحص الدقيق للمنطقة عدة مرات قبل اكتشاف زيادة مستدامة قابلة للقياس في تركيز أول أكسيد الكربون. وبناءً على ذلك ، لا ينبغي أبدًا تخفيف اليقظة من قبل جميع الأشخاص الموجودين في المنجم ، ويجب تنفيذ عملية التدخل التي تم ترتيبها مسبقًا بمجرد الاشتباه في وجود مؤشر أو اكتشافه والإبلاغ عنه. لحسن الحظ ، بفضل التقدم الكبير في تقنية الكشف عن الحرائق ومراقبتها منذ السبعينيات (على سبيل المثال ، أنابيب الكاشف ، وأجهزة الكشف الإلكترونية بحجم الجيب ، والأنظمة الثابتة المحوسبة) ، لم يعد من الضروري الاعتماد على الحواس البشرية وحدها.

أجهزة محمولة للكشف عن الغازات

تم تصميم أداة الكشف عن الغازات لاكتشاف ومراقبة وجود مجموعة واسعة من أنواع وتركيزات الغازات التي يمكن أن تؤدي إلى نشوب حريق وانفجار وجو سام أو يعاني من نقص الأكسجين بالإضافة إلى توفير إنذار مبكر لتفشي العفوية. الإحتراق. تشمل الغازات التي يتم استخدامها من أجلها ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، ثاني أكسيد النيتروجين (لا₂) ، كبريتيد الهيدروجين (H₂S) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂). تتوفر أنواع مختلفة من الأدوات ، ولكن قبل اتخاذ قرار باستخدام أي منها في موقف معين ، يجب الإجابة على الأسئلة التالية:

• لماذا يلزم الكشف عن غاز أو غازات معينة؟
• ما هي خصائص هذه الغازات؟
• أين وفي أي ظروف تحدث؟
• ما هي أداة أو جهاز الكشف عن الغاز الأكثر ملاءمة لتلك الظروف؟
• كيف تعمل هذه الآلة؟
• ما هي حدودها؟
• كيف ينبغي تفسير النتائج التي يقدمها؟

يجب تدريب العمال على الاستخدام الصحيح لأجهزة الكشف عن الغازات المحمولة. يجب صيانة الأجهزة وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة.

أطقم كاشف عالمية

تتكون مجموعة أدوات الكشف من مضخة من نوع مكبس أو منفاخ محملة بنابض ومجموعة من أنابيب بيان الزجاج القابلة للاستبدال التي تحتوي على مواد كيميائية خاصة بغاز معين. تبلغ سعة المضخة 100 سم مكعب ويمكن تشغيلها بيد واحدة. يسمح هذا بسحب عينة من هذا الحجم من خلال أنبوب المؤشر قبل تمريرها إلى المنفاخ. يتوافق مؤشر التحذير على المقياس المتدرج مع أدنى مستوى من تغير اللون العام ، وليس أعمق نقطة لاختراق اللون.

الجهاز سهل الاستخدام ولا يتطلب معايرة. ومع ذلك ، يتم تطبيق بعض الاحتياطات:

• أنابيب المؤشر (التي يجب تأريخها) لها عمومًا مدة صلاحية تبلغ عامين.
• يمكن إعادة استخدام أنبوب المؤشر عشر مرات بشرط عدم تغير اللون.
• عادة ما تكون الدقة العامة لكل تحديد في حدود ± 20٪.
• لم تتم الموافقة على استخدام أنابيب الهيدروجين تحت الأرض بسبب الحرارة الشديدة المتصاعدة.
• مطلوب "أنبوب مسبق" مملوء بالفحم المنشط عند تقدير المستويات المنخفضة من أول أكسيد الكربون في وجود عوادم الديزل أو الهيدروكربونات الأعلى التي قد تكون موجودة في الرطوبة اللاحقة.
• يجب تمرير غاز العادم عبر جهاز تبريد للتأكد من أن درجة الحرارة أقل من 40 درجة مئوية قبل المرور عبر أنبوب المؤشر.
• لم يتم الموافقة على استخدام أنابيب الأكسجين والميثان تحت الأرض بسبب عدم دقتها.

مقاييس الميثانومتر من النوع الحفزي

يستخدم مقياس الميثان من النوع التحفيزي في المناجم تحت الأرض لقياس تركيز الميثان في الهواء. يحتوي على جهاز استشعار يعتمد على مبدأ شبكة من أربعة أسلاك حلزونية مطابقة للمقاومة ، وعادة ما تكون خيوط حفزية ، مرتبة في شكل متماثل يعرف باسم جسر ويتستون. عادة ، تكون خيوطان نشطة والآخران خاملان. عادة ما يتم تغليف الخيوط أو الحبيبات النشطة بمحفز أكسيد البلاديوم لإحداث أكسدة الغاز القابل للاشتعال عند درجة حرارة منخفضة.

يصل الميثان الموجود في الغلاف الجوي إلى حجرة العينة إما عن طريق الانتشار من خلال قرص مُلبد أو عن طريق السحب عن طريق شفاط أو مضخة داخلية. يؤدي الضغط على زر التشغيل الخاص بمقياس الميثانومتر إلى إغلاق الدائرة والتيار المتدفق عبر جسر ويتستون يؤكسد الميثان الموجود على الخيوط الحفازة (النشطة) في حجرة العينة. ترفع حرارة هذا التفاعل درجة حرارة الخيوط الحفازة ، مما يزيد من مقاومتها الكهربائية ويؤدي إلى عدم توازن الجسر كهربائيًا. يتناسب التيار الكهربائي الذي يتدفق مع مقاومة العنصر ، وبالتالي كمية الميثان الموجودة. يظهر هذا في مؤشر الإخراج المتدرج بنسب مئوية من الميثان. تعمل العناصر المرجعية في دائرة جسر ويتستون على تعويض التغيرات في الظروف البيئية مثل درجة الحرارة المحيطة والضغط الجوي.

تحتوي هذه الأداة على عدد من القيود المهمة:

• يجب وجود كل من الميثان والأكسجين للحصول على استجابة. إذا كان مستوى الأكسجين في حجرة العينة أقل من 10٪ ، فلن يتأكسد كل الميثان الذي يصل إلى الكاشف وسيتم الحصول على قراءة منخفضة خاطئة. لهذا السبب ، لا ينبغي استخدام هذه الأداة لقياس مستويات الميثان في الرطوبة اللاحقة أو في المناطق المغلقة حيث يكون تركيز الأكسجين منخفضًا. إذا كانت الغرفة تحتوي على ميثان نقي ، فلن تكون هناك قراءة على الإطلاق. وفقًا لذلك ، يجب الضغط على زر التشغيل قبل نقل الجهاز إلى طبقة الميثان المشتبه بها من أجل سحب بعض الهواء المحتوي على الأكسجين إلى الغرفة. سيتم تأكيد وجود طبقة من خلال قراءة أكبر من النطاق الكامل تليها العودة إلى الحجم عند استهلاك الأكسجين.
• يستجيب النوع التحفيزي لمقياس الميثان للغازات القابلة للاشتعال بخلاف الميثان ، مثل الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. لذلك ، يمكن الحصول على قراءة غامضة في غازات ما بعد الحريق أو الانفجار (الرطوبة اللاحقة).
• يجب حماية الأدوات ذات رؤوس الانتشار من سرعات الهواء العالية لتجنب القراءات الخاطئة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تدريعها بيد أو بأي شيء آخر.
• قد تفشل الأدوات ذات الخيوط الحفازة في الاستجابة للميثان إذا تلامس الفتيل مع أبخرة السموم المعروفة عند معايرتها أو استخدامها (على سبيل المثال ، السيليكون في تلميع الأثاث ، وتلميع الأرضيات والدهانات ، وإسترات الفوسفات الموجودة في السوائل الهيدروليكية ، ومركبات الكربون الفلورية المستخدمة كمادة دافعة في بخاخات الأيروسول).
• قد تعطي مقاييس الميثان المستندة إلى مبدأ جسر ويتستون قراءات خاطئة بزوايا ميل متغيرة. سيتم التقليل من عدم الدقة هذه إذا تم إمساك الجهاز بزاوية 45 درجة عند معايرته أو استخدامه.
• قد تعطي مقاييس الميثان قراءات غير دقيقة في درجات الحرارة المحيطة المتغيرة. سيتم تقليل حالات عدم الدقة هذه عن طريق معايرة الجهاز تحت ظروف درجة حرارة مماثلة لتلك الموجودة تحت الأرض.

الخلايا الكهروكيميائية

تستخدم الأجهزة التي تستخدم الخلايا الكهروكيميائية في المناجم تحت الأرض لقياس تركيزات الأكسجين وأول أكسيد الكربون. يتوفر نوعان: خلية التكوين ، التي تستجيب فقط للتغيرات في تركيز الأكسجين ، وخلية الضغط الجزئي ، التي تستجيب للتغيرات في الضغط الجزئي للأكسجين في الغلاف الجوي ، وبالتالي عدد جزيئات الأكسجين لكل وحدة حجم .

توظف خلية التركيب حاجز انتشار شعري الذي يبطئ انتشار الأكسجين عبر خلية الوقود بحيث تعتمد السرعة التي يمكن للأكسجين أن يصل بها إلى القطب الكهربائي فقط على محتوى الأكسجين في العينة. لا تتأثر هذه الخلية بالتغيرات في الارتفاع (أي الضغط الجوي) ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية. وجود ثاني أكسيد الكربون₂ في الخليط ، ومع ذلك ، يزعج معدل انتشار الأكسجين ويؤدي إلى قراءات عالية خاطئة. على سبيل المثال ، وجود 1٪ من ثاني أكسيد الكربون₂ يزيد من قراءة الأكسجين بنسبة تصل إلى 0.1٪. على الرغم من ضآلة هذه الزيادة ، إلا أنها قد تظل كبيرة وليست آمنة من الفشل. من المهم بشكل خاص أن تكون على دراية بهذا القيد إذا كان هذا الجهاز سيستخدم في الرطوبة اللاحقة أو في أجواء أخرى معروفة باحتوائها على ثاني أكسيد الكربون₂.

تعتمد خلية الضغط الجزئي على نفس المبدأ الكهروكيميائي لخلية التركيز ولكنها تفتقر إلى حاجز الانتشار. يستجيب فقط لعدد جزيئات الأكسجين لكل وحدة حجم ، مما يجعله يعتمد على الضغط. كو₂ بتركيزات أقل من 10٪ ليس لها تأثير قصير المدى على القراءة ، ولكن على المدى الطويل ، فإن ثاني أكسيد الكربون سوف يدمر المنحل بالكهرباء ويقصر من عمر الخلية.

تؤثر الشروط التالية على موثوقية قراءات الأكسجين التي تنتجها خلايا الضغط الجزئي:

• الارتفاع والضغط الجوي: ستؤدي الرحلة من السطح إلى أسفل العمود إلى زيادة قراءة الأكسجين بنسبة 0.1٪ لكل 40 مترًا يتم قطعها. ينطبق هذا أيضًا على الانخفاضات التي تحدث في الأعمال تحت الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للتغيرات اليومية العادية البالغة 5 ملي بار في الضغط الجوي أن تغير قراءة الأكسجين بنسبة تصل إلى 0.1٪. يمكن أن يترافق نشاط العواصف الرعدية مع انخفاض الضغط بمقدار 30 ملي بار والذي من شأنه أن يتسبب في انخفاض بنسبة 0.4٪ في قراءة الأكسجين.
• التهوية: سيكون التغيير الأقصى للتهوية في المروحة من 6 إلى 8 بوصات من مقياس الماء أو 10 ملي بار. سيؤدي هذا إلى انخفاض بنسبة 0.4٪ في قراءة الأكسجين من المدخول إلى العودة عند المروحة وانخفاض بنسبة 0.2٪ في السفر من أبعد وجه من قاع الحفرة.
• درجة الحرارة: تحتوي معظم أجهزة الكشف على دائرة إلكترونية تستشعر درجة حرارة الخلية وتصحح تأثير درجة الحرارة على خرج المستشعر.
• الرطوبة النسبية: زيادة الرطوبة النسبية من جاف إلى مشبع عند 20 درجة مئوية قد يتسبب في انخفاض بنسبة 0.3٪ تقريبًا في قراءة الأكسجين.

الخلايا الكهروكيميائية الأخرى

تم تطوير الخلايا الكهروكيميائية القادرة على قياس تركيزات ثاني أكسيد الكربون من 1 جزء في المليون إلى حد أعلى يبلغ 4,000 جزء في المليون. تعمل عن طريق قياس التيار الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية المغمورة في إلكتروليت حمضي. يتأكسد CO على الأنود لتشكيل CO₂ ويطلق التفاعل إلكترونات تتناسب طرديا مع تركيز ثاني أكسيد الكربون.

تتوفر أيضًا الخلايا الكهروكيميائية للهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين وأكسيد النيتريك وثاني أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت ولكنها تعاني من الحساسية المتصالبة.

لا توجد خلايا كهروكيميائية متاحة تجاريًا لـ CO₂. تم التغلب على هذا النقص من خلال تطوير أداة محمولة تحتوي على خلية الأشعة تحت الحمراء المصغرة الحساسة لثاني أكسيد الكربون بتركيزات تصل إلى 5٪.

كاشفات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة

يمكن لأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIRs) قياس جميع الغازات التي تحتوي على مجموعات كيميائية مثل -CO، -CO₂ و -CH₃, التي تمتص ترددات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بتكوينها الجزيئي. هذه المستشعرات باهظة الثمن ولكنها يمكن أن توفر قراءات دقيقة للغازات مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون₂ والميثان في خلفية متغيرة للغازات الأخرى ومستويات الأكسجين المنخفضة ، وبالتالي فهي مثالية لرصد الغازات خلف الأختام. ا₂، N₂ وH₂ لا تمتص الأشعة تحت الحمراء ولا يمكن اكتشافها بهذه الطريقة.

وجدت الأنظمة المحمولة الأخرى ذات الكاشفات القائمة على التوصيل الحراري ومعامل الانكسار استخدامًا محدودًا في صناعة تعدين الفحم.

حدود أجهزة الكشف عن الغازات المحمولة

إن فعالية أدوات الكشف عن الغازات المحمولة محدودة بعدد من العوامل:

• المعايرة مطلوبة. يتضمن هذا عادةً فحصًا يوميًا للصفر والجهد ، وفحصًا أسبوعيًا للمدى واختبار معايرة من قبل سلطة خارجية معتمدة كل 6 أشهر.
• أجهزة الاستشعار لها عمر محدود. إذا لم تكن مؤرخة من قبل الشركة المصنعة ، يجب تسجيل تاريخ الاستحواذ.
• يمكن أن تسمم أجهزة الاستشعار.
• قد تعاني المستشعرات من حساسية متصالبة.
• قد يؤدي التعرض المفرط إلى تشبع المستشعر مما يتسبب في بطء استعادته.
• قد يؤثر الميل على القراءة.
• تتطلب البطاريات الشحن والتفريغ المنتظم.

أنظمة المراقبة المركزية

غالبًا ما تنجح عمليات التفتيش والتهوية والمسوحات بأدوات محمولة في اكتشاف وتحديد موقع تسخين صغير بمكونات محدودة من ثاني أكسيد الكربون قبل أن يتشتت الغاز بواسطة نظام التهوية أو يتجاوز مستواه الحدود القانونية. ومع ذلك ، فإن هذه لا تكفي في حالة حدوث مخاطر احتراق كبيرة ، أو تتجاوز مستويات الميثان في العوائد 1٪ ، أو يشتبه في وجود خطر محتمل. في ظل هذه الظروف ، فإن المراقبة المستمرة في المواقع الاستراتيجية مطلوبة. هناك عدد من الأنواع المختلفة لأنظمة المراقبة المستمرة المركزية قيد الاستخدام.

أنظمة الحزم الأنبوبية

تم تطوير نظام حزمة الأنابيب في ألمانيا في الستينيات من القرن الماضي لاكتشاف ومراقبة تقدم الاحتراق التلقائي. وهي تتضمن سلسلة من 1960 أنبوبًا بلاستيكيًا مصنوعًا من النايلون أو البولي إيثيلين بقطر 20/1 أو 4/3 بوصة والتي تمتد من مجموعة من أجهزة التحليل على السطح إلى مواقع محددة تحت الأرض. الأنابيب مزودة بمرشحات ومصارف ومصائد لهب. عادة ما تكون أجهزة التحليل بالأشعة تحت الحمراء لـ CO ، CO₂ والميثان والمغناطيسية للأكسجين. تقوم مضخة الكسح بسحب عينة عبر كل أنبوب في وقت واحد ويوجه مؤقت متسلسل العينة من كل أنبوب عبر أجهزة التحليل بدوره. يسجل مسجل البيانات تركيز كل غاز في كل موقع ويطلق إنذارًا تلقائيًا عند تجاوز المستويات المحددة مسبقًا.

هذا النظام له عدد من المزايا:

• ليست هناك حاجة إلى أدوات مقاومة للانفجار.
• الصيانة سهلة نسبيًا.
• الطاقة الجوفية غير مطلوبة.
• يغطي مجموعة واسعة من الغازات.
• عادة ما تكون أجهزة تحليل الأشعة تحت الحمراء مستقرة وموثوقة تمامًا ؛ أنها تحافظ على خصوصيتها في خلفية متغيرة من غازات النار والأجواء المنخفضة الأكسجين (قد تكون التركيزات العالية من الميثان و / أو ثاني أكسيد الكربون حساسة تجاه قراءة أول أكسيد الكربون في النطاق المنخفض جزء في المليون).
• يمكن معايرة الأدوات على السطح ، على الرغم من أنه يجب إرسال عينات معايرة للغازات عبر الأنابيب لاختبار سلامة نظام التجميع ونظام تحديد المواقع التي نشأت فيها عينات معينة.

هناك أيضًا بعض العيوب:

• النتائج ليست في الوقت الحقيقي.
• لا تظهر التسريبات على الفور.
• قد يتجمع التكثيف في الأنابيب.
• لا تظهر العيوب في النظام على الفور دائمًا وقد يصعب تحديدها.
• قد تتلف الأنابيب بسبب الانفجار أو في حريق أو انفجار.

نظام القياس عن بعد (إلكتروني)

يحتوي نظام مراقبة الغاز الأوتوماتيكي عن بُعد على وحدة تحكم على السطح ورؤوس مستشعرات آمنة بشكل جوهري تقع في مكان استراتيجي تحت الأرض ومتصلة بخطوط الهاتف أو كابلات الألياف الضوئية. أجهزة الاستشعار متاحة للميثان وثاني أكسيد الكربون وسرعة الهواء. مستشعر ثاني أكسيد الكربون مشابه للمستشعر الكهروكيميائي المستخدم في الأجهزة المحمولة ويخضع لنفس القيود. يعمل مستشعر الميثان من خلال الاحتراق التحفيزي للميثان على العناصر النشطة لدائرة جسر ويتستون والتي يمكن تسممها بمركبات الكبريت أو إسترات الفوسفات أو مركبات السيليكون ولن تعمل عندما يكون تركيز الأكسجين منخفضًا.

تشمل المزايا الفريدة لهذا النظام ما يلي:

• النتائج متاحة في الوقت الفعلي (على سبيل المثال ، هناك مؤشرات سريعة على نشوب حريق أو تراكم غاز الميثان).
• يمكن تحقيق مسافات طويلة بين رؤوس المستشعرات ووحدة التحكم دون المساس بالنظام.
• يتم التعرف على فشل جهاز الاستشعار على الفور.

هناك أيضًا بعض العيوب:

• مطلوب مستوى عال من الصيانة.
• نطاق المستشعر لـ CO محدود (0.4٪).
• تنوع أجهزة الاستشعار محدود ؛ لا يوجد شيء لـ CO₂ أو الهيدروجين.
• حساس الميثان عرضة للتسمم.
• فى الموقع المعايرة مطلوبة.
• قد تكون الحساسية المتقاطعة مشكلة.
• قد يكون هناك فقدان للطاقة (على سبيل المثال ،> 1.25٪ للميثان).
• عمر المستشعر محدود من سنة إلى سنتين.
• النظام غير مناسب للأجواء منخفضة الأكسجين (على سبيل المثال ، خلف الأختام).

الكروماتوجرافي الغاز

كروماتوغراف الغاز عبارة عن قطعة معقدة من المعدات التي تحلل العينات بدرجات عالية من الدقة والتي ، حتى وقت قريب ، لا يمكن استخدامها بالكامل إلا من قبل الكيميائيين أو الأفراد المؤهلين والمدربين بشكل خاص.

يتم حقن عينات الغاز من نظام من نوع حزمة الأنبوب في كروماتوجراف الغاز تلقائيًا أو يمكن إدخالها يدويًا من عينات الأكياس التي تم إخراجها من المنجم. يتم استخدام عمود معبأ بشكل خاص لفصل الغازات المختلفة ويستخدم كاشف مناسب ، عادة التوصيل الحراري أو تأين اللهب ، لقياس كل غاز أثناء فصله من العمود. توفر عملية الفصل درجة عالية من الخصوصية.

يتميز كروماتوغرافيا الغاز بمزايا خاصة:

• لا تحدث حساسية متصالبة من الغازات الأخرى.
• إنه قادر على قياس الهيدروجين.
• إنه قادر على قياس الإيثيلين والهيدروكربونات العالية.
• يمكن أن يقيس بدقة من تركيزات منخفضة جدًا إلى عالية جدًا لمعظم الغازات التي تحدث أو يتم إنتاجها تحت الأرض عن طريق التدفئة أو الحريق.
• من المعروف جيدًا أن الأساليب الحديثة لمكافحة الحرائق والتدفئة في مناجم الفحم يمكن تنفيذها بشكل أكثر فاعلية على أساس تفسير تحليلات الغاز من المواقع الإستراتيجية في المنجم. تتطلب النتائج الدقيقة والموثوقة والكاملة وجود كروماتوجراف غاز وتفسير من قبل موظفين مؤهلين وذوي خبرة ومدربين تدريباً كاملاً.

تشمل عيوبه ما يلي:

• التحليلات بطيئة نسبيًا.
• مطلوب مستوى عال من الصيانة.
• الأجهزة والضوابط معقدة.
• مطلوب اهتمام الخبراء بشكل دوري.
• يجب جدولة المعايرة بشكل متكرر.
• تتداخل تركيزات الميثان العالية مع قياسات المستوى المنخفض من ثاني أكسيد الكربون.

اختيار النظام

تُفضل أنظمة الحزم الأنبوبية لمراقبة المواقع التي لا يُتوقع أن يكون لها تغيرات سريعة في تركيزات الغاز أو ، مثل المناطق المغلقة ، قد تحتوي على بيئات أكسجين منخفضة.

يُفضل استخدام أنظمة القياس عن بُعد في مواقع مثل طرق الحزام أو على الوجه حيث قد يكون للتغيرات السريعة في تركيزات الغاز أهمية.

لا يحل كروماتوغرافيا الغاز محل أنظمة المراقبة الحالية ولكنه يعزز نطاق التحليلات ودقتها وموثوقيتها. هذا مهم بشكل خاص عند تحديد خطر الانفجار أو عندما يصل التسخين إلى مرحلة متقدمة.

اعتبارات أخذ العينات

• إن تحديد مواقع نقاط أخذ العينات في المواقع الاستراتيجية له أهمية كبيرة. المعلومات من نقطة أخذ عينة واحدة على بعد مسافة من المصدر موحية فقط ؛ دون تأكيد من مواقع أخرى ، فقد يؤدي ذلك إلى المبالغة أو التقليل من خطورة الموقف. وبالتالي ، يجب تحديد نقاط أخذ العينات للكشف عن اندلاع الاحتراق التلقائي حيث من المرجح أن تحدث التسخين. يجب أن يكون هناك القليل من التخفيف من التدفقات بين التدفئة وأجهزة الكشف. يجب مراعاة إمكانية وضع طبقات من الميثان وغازات الاحتراق الدافئة التي قد ترتفع إلى مستوى الغطس في منطقة مغلقة. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون مواقع أخذ العينات موجودة في قوائم إرجاع اللوحة ، وخلف السدادات والسدادات ، وفي التيار الرئيسي لدائرة التهوية. الاعتبارات التالية قابلة للتطبيق:
• يجب ضبط موقع أخذ العينات على مسافة 5 أمتار على الأقل (أي باتجاه وجه) السداد لأن السدادات "تتنفس" عندما يرتفع الضغط الجوي.
• يجب أخذ العينات من الآبار فقط عند الزفير وعندما يمكن التأكد من خلو البئر من التسرب.
• يجب أخذ العينات لمسافة تزيد عن 50 مترًا في اتجاه الريح من النار لضمان الخلط (Mitchell and Burns 1979).
• يجب أخذ العينات من التدرج من حريق بالقرب من السطح بسبب ارتفاع الغازات الساخنة.
• يجب أخذ العينات من باب التهوية لتجنب التسرب.
• يجب أن تظهر جميع نقاط أخذ العينات بوضوح على خرائط مخططات نظام تهوية المنجم. إن أخذ عينات الغاز تحت الأرض أو من الآبار السطحية لتحليلها في مكان آخر أمر صعب وعرضة للخطأ. يجب أن تمثل العينة الموجودة في الكيس أو الحاوية الغلاف الجوي عند نقطة أخذ العينات.

تستخدم الأكياس البلاستيكية الآن على نطاق واسع في الصناعة لأخذ العينات. يقلل البلاستيك من التسرب ويمكنه الاحتفاظ بعينة لمدة 5 أيام. الهيدروجين ، إذا كان موجودًا في الكيس ، سوف يتحلل بفقد يومي يبلغ حوالي 1.5٪ من تركيزه الأصلي. عينة في مثانة كرة القدم ستغير التركيز في نصف ساعة. من السهل ملء الأكياس ويمكن ضغط العينة في أداة تحليل أو يمكن سحبها بمضخة.

يمكن للأنابيب المعدنية المملوءة بالضغط بواسطة مضخة تخزين العينات لفترة طويلة ولكن حجم العينة محدود والتسرب شائع. الزجاج خامل للغازات ولكن الحاويات الزجاجية هشة ويصعب إخراج العينة بدون تخفيف.

عند جمع العينات ، يجب شطف الحاوية مسبقًا ثلاث مرات على الأقل لضمان شطف العينة السابقة تمامًا. يجب أن تحتوي كل حاوية على بطاقة تحمل معلومات مثل تاريخ ووقت أخذ العينات والموقع الدقيق واسم الشخص الذي يجمع العينة وغيرها من المعلومات المفيدة.

تفسير بيانات أخذ العينات

يعتبر تفسير نتائج أخذ عينات الغاز وتحليلها علمًا صعبًا ويجب ألا يحاول إلا الأفراد ذوي التدريب والخبرة الخاصة. تعتبر هذه البيانات حيوية في العديد من حالات الطوارئ لأنها توفر معلومات حول ما يحدث تحت الأرض وهو أمر ضروري لتخطيط وتنفيذ الإجراءات التصحيحية والوقائية. أثناء أو بعد حدوث تدفئة أو حريق أو انفجار تحت الأرض مباشرة ، يجب مراقبة جميع المعلمات البيئية الممكنة في الوقت الفعلي لتمكين المسؤولين من تحديد حالة الموقف بدقة وقياس تقدمه حتى لا يضيعوا أي وقت في بدء أي عملية إنقاذ مطلوبة أنشطة.

يجب أن تستوفي نتائج تحليل الغاز المعايير التالية:

• صحة. يجب معايرة الأدوات بشكل صحيح.
• الموثوقية. يجب معرفة الحساسيات المتقاطعة
• الاكتمال. يجب قياس جميع الغازات ، بما في ذلك الهيدروجين والنيتروجين.
• توقيت. إذا لم يكن الوقت الفعلي ممكنًا ، فيجب تنفيذ الاتجاه.
• فعال. يجب أن تكون نقاط العينة في وحول موقع الحادث.

يجب اتباع القواعد التالية في تفسير نتائج تحليل الغاز:

• يجب تحديد عدد قليل من نقاط أخذ العينات بعناية وتمييزها على الخطة. هذا أفضل للاتجاه من أخذ عينة من عدة نقاط.
• إذا انحرفت النتيجة عن الاتجاه ، فيجب تأكيدها عن طريق إعادة التشكيل أو يجب التحقق من معايرة الجهاز قبل اتخاذ الإجراء. غالبًا ما تكون الاختلافات في التأثيرات الخارجية ، مثل التهوية والضغط الجوي ودرجة الحرارة أو محرك الديزل الذي يعمل في المنطقة ، هي السبب وراء النتيجة المتغيرة.
• يجب أن يكون صنع الغاز أو مخلوطه في ظروف غير التعدين معروفًا ومسموحًا به في الحسابات.
• لا ينبغي قبول أي نتيجة تحليل على أساس الإيمان ؛ يجب أن تكون النتائج صالحة ويمكن التحقق منها.
• يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الأرقام المعزولة لا تشير إلى التقدم - الاتجاهات تعطي صورة أكثر دقة.

حساب النتائج الخالية من الهواء

يتم الحصول على نتائج خالية من الهواء عن طريق حساب الهواء الجوي في العينة (Mackenzie-Wood and Strang 1990). يتيح ذلك مقارنة العينات من منطقة مماثلة بشكل صحيح بعد إزالة تأثير التخفيف من تسرب الهواء.

الصيغة هي:

نتيجة خالية من الهواء = نتيجة تحليلها / (100 - 4.776 أو₂)

مشتق على النحو التالي:

هواء الغلاف الجوي = O₂ + N₂ = س₂ + 79.1 س₂ / 20.9 = 4.776 أ₂

تكون النتائج الخالية من الهواء مفيدة عندما يكون اتجاه النتائج مطلوبًا وكان هناك خطر حدوث تخفيف في الهواء بين نقطة العينة والمصدر ، أو حدث تسرب للهواء في خطوط العينة ، أو قد تكون عينات الأكياس والأختام قد استنشقت. على سبيل المثال ، إذا تم توجيه تركيز أول أكسيد الكربون الناتج عن التسخين ، فقد يُساء تفسير تخفيف الهواء الناتج عن زيادة التهوية على أنه انخفاض في أول أكسيد الكربون من المصدر. اتجاه التركيزات الخالية من الهواء سيعطي النتائج الصحيحة.

هناك حاجة إلى حسابات مماثلة إذا كانت منطقة أخذ العينات تصنع الميثان: الزيادة في تركيز الميثان من شأنها أن تخفف من تركيز الغازات الأخرى الموجودة. وبالتالي ، قد يظهر مستوى أكسيد الكربون المتزايد في الواقع على أنه تناقص.

يتم حساب النتائج الخالية من الميثان على النحو التالي:

نتيجة خالية من الميثان = نتيجة تحليلها / (100 - الفصل4%)

الاحتراق التلقائي

الاحتراق التلقائي هو عملية يمكن من خلالها لمادة أن تشتعل نتيجة للحرارة الداخلية التي تنشأ تلقائيًا بسبب التفاعلات التي تطلق الحرارة بشكل أسرع مما يمكن أن تفقده في البيئة. عادة ما يكون التسخين التلقائي للفحم بطيئًا حتى تصل درجة الحرارة إلى حوالي 70 درجة مئوية ، ويشار إليها باسم درجة الحرارة "المتقاطعة". وفوق درجة الحرارة هذه ، يتسارع التفاعل عادةً. عند أكثر من 300 درجة مئوية ، يتم إطلاق المواد المتطايرة ، والتي تسمى أيضًا "غاز الفحم" أو "الغاز المتصدع". ستشتعل هذه الغازات (الهيدروجين والميثان وأول أكسيد الكربون) تلقائيًا عند درجات حرارة تقارب 650 درجة مئوية (تم الإبلاغ عن أن وجود الجذور الحرة يمكن أن يؤدي إلى ظهور اللهب في الفحم عند حوالي 400 درجة مئوية). يتم عرض العمليات المتضمنة في حالة كلاسيكية من الاحتراق التلقائي في الجدول 1 (ستنتج أنواع الفحم المختلفة صورًا مختلفة).

الجدول 1. تسخين الفحم - التسلسل الهرمي لدرجات الحرارة

المصدر: تشامبرلين وآخرون. 1970.

أول أكسيد الكربون

يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الواقع بحوالي 50 درجة مئوية قبل ملاحظة الرائحة المميزة للاحتراق. تعتمد معظم الأنظمة المصممة لاكتشاف بداية الاحتراق التلقائي على اكتشاف أول أكسيد الكربون بتركيزات أعلى من الخلفية الطبيعية لمنطقة معينة من المنجم.

بمجرد اكتشاف التسخين ، يجب مراقبته من أجل تحديد حالة التسخين (أي درجة حرارته ومداه) ومعدل التسارع والانبعاثات السامة وقابلية الانفجار في الغلاف الجوي.

مراقبة التدفئة

هناك عدد من المؤشرات والمعلمات المتاحة لمساعدة المخططين على تحديد مدى ودرجة حرارة ومعدل تقدم التسخين. تستند هذه عادةً إلى التغييرات في تكوين الهواء الذي يمر عبر منطقة مشتبه بها. تم وصف العديد من المؤشرات في الأدبيات على مر السنين ومعظمها يقدم نافذة محدودة للغاية للاستخدام وهي ذات قيمة ضئيلة. جميعها خاصة بالموقع وتختلف باختلاف أنواع الفحم وظروفه. ومن أكثرها شيوعًا ما يلي: اتجاهات أول أكسيد الكربون ؛ صنع أول أكسيد الكربون (Funkemeyer and Kock 1989) ؛ نسبة جراهام (جراهام 1921) غازات التتبع (تشامبرلين 1970) ؛ نسبة موريس (موريس 1988) ؛ ونسبة أول أكسيد الكربون / ثاني أكسيد الكربون. بعد الختم ، قد يكون من الصعب استخدام المؤشرات بسبب عدم وجود تدفق هواء محدد.

لا يوجد مؤشر واحد يوفر طريقة دقيقة ومؤكدة لقياس تقدم التسخين. يجب أن تكون القرارات مبنية على جمع وتبويب ومقارنة وتحليل كافة المعلومات وتفسيرها في ضوء التدريب والخبرة.

انفجارات

الانفجارات هي أكبر خطر منفرد في تعدين الفحم. لديها القدرة على قتل جميع القوى العاملة تحت الأرض ، وتدمير جميع المعدات والخدمات ومنع أي عمل إضافي للمنجم. ويمكن أن يحدث كل هذا في 2 إلى 3 ثوانٍ.

يجب مراقبة قابلية انفجار الغلاف الجوي في المنجم في جميع الأوقات. إنه أمر ملح بشكل خاص عندما يشارك العمال في عملية إنقاذ في منجم غازي.

كما في حالة مؤشرات تقييم التسخين ، هناك عدد من التقنيات لحساب قابلية انفجار الغلاف الجوي في منجم تحت الأرض. وهي تشمل: مثلث كورد (Greuer 1974) ؛ مثلث هيوز ورايبولد (هيوز ورايبولد 1960) ؛ مخطط Elicott (Elicott 1981) ؛ ونسبة تريكيت (جونز وتريكيت 1955). بسبب تعقيد وتنوع الظروف والظروف ، لا توجد صيغة واحدة يمكن الاعتماد عليها كضمان عدم حدوث انفجار في وقت معين في منجم معين. يجب على المرء أن يعتمد على مستوى عالٍ ومتواصل من اليقظة ، ودليل عالٍ من الشك ، وبدء غير متردد في اتخاذ الإجراء المناسب عند أدنى مؤشر على أن الانفجار قد يكون وشيكًا. يعتبر التوقف المؤقت في الإنتاج علاوة صغيرة نسبيًا لدفع ثمن ضمان عدم حدوث انفجار.

وفي الختام

لخصت هذه المقالة الكشف عن الغازات التي قد تكون متورطة في الحرائق والانفجارات في المناجم تحت الأرض. تمت مناقشة الآثار الأخرى للصحة والسلامة للبيئة الغازية في المناجم (على سبيل المثال ، أمراض الغبار والاختناق والتأثيرات السامة وما إلى ذلك) في مقالات أخرى في هذا الفصل وفي أماكن أخرى في هذا الفصل. موسوعة.

الرجوع