Dimanche, Mars 13 2011 16: 36

Détection de gaz

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Tous ceux qui travaillent dans les mines souterraines doivent avoir une bonne connaissance des gaz de mine et être conscients des dangers qu'ils peuvent présenter. Une connaissance générale des instruments et systèmes de détection de gaz est également nécessaire. Pour les personnes chargées d'utiliser ces instruments, une connaissance détaillée de leurs limites et des gaz qu'ils mesurent est essentielle.

Même sans instruments, les sens humains peuvent être capables de détecter l'apparition progressive des phénomènes chimiques et physiques associés à la combustion spontanée. Le chauffage réchauffe l'air de ventilation et le sature d'humidité de surface et intégrale chassée par le chauffage. Lorsque cet air rencontre de l'air plus froid au niveau de la fente de ventilation, de la condensation se produit, ce qui entraîne une brume et l'apparition de sueur sur les surfaces dans les retours. Une odeur caractéristique d'huile ou d'essence est l'indication suivante, suivie éventuellement de fumée et, enfin, de flammes visibles.

Le monoxyde de carbone (CO), qui est inodore, apparaît à des concentrations mesurables à environ 50 à 60 °C avant que l'odeur caractéristique d'une combustion spontanée n'apparaisse. Par conséquent, la plupart des systèmes de détection d'incendie reposent sur la détection d'une augmentation de la concentration de monoxyde de carbone au-dessus du fond normal pour la partie particulière de la mine.

Parfois, un échauffement est d'abord détecté par un individu qui perçoit une légère odeur pendant un instant fugace. Un examen approfondi de la zone peut devoir être répété un certain nombre de fois avant qu'une augmentation soutenue mesurable de la concentration de monoxyde de carbone puisse être détectée. Ainsi, la vigilance de tous les acteurs de la mine ne doit jamais être relâchée et un processus d'intervention préétabli doit être mis en place dès que la présence d'un indice est suspectée ou détectée et signalée. Heureusement, grâce aux progrès considérables de la technologie de détection et de surveillance des incendies réalisés depuis les années 1970 (par exemple, tubes détecteurs, détecteurs électroniques de poche et systèmes fixes informatisés), il n'est plus nécessaire de se fier uniquement aux sens humains.

Instruments portables pour la détection de gaz

L'instrument de détection de gaz est conçu pour détecter et surveiller la présence d'un large éventail de types et de concentrations de gaz susceptibles de provoquer un incendie, une explosion et une atmosphère toxique ou pauvre en oxygène, ainsi que pour fournir une alerte précoce en cas d'éclosion spontanée de la combustion. Les gaz pour lesquels ils sont utilisés comprennent le CO, le dioxyde de carbone (CO2), dioxyde d’azote (NO2), le sulfure d'hydrogène (H2S) et le dioxyde de soufre (SO2). Différents types d'instruments sont disponibles, mais avant de décider lequel utiliser dans une situation particulière, il faut répondre aux questions suivantes :

 

  • Pourquoi la détection d'un ou plusieurs gaz particuliers est-elle nécessaire ?
  • Quelles sont les propriétés de ces gaz ?
  • Où et dans quelles circonstances se produisent-ils ?
  • Quel instrument ou dispositif de détection de gaz convient le mieux à ces circonstances ?
  • Comment fonctionne cet instrument ?
  • Quelles sont ses limites?
  • Comment interpréter les résultats qu'il fournit ?

 

Les travailleurs doivent être formés à l'utilisation correcte des détecteurs de gaz portables. Les instruments doivent être entretenus conformément aux spécifications du fabricant.

Kits détecteurs universels

Un kit détecteur se compose d'une pompe à piston ou à soufflet à ressort et d'une gamme de tubes indicateurs en verre remplaçables qui contiennent des produits chimiques spécifiques à un gaz particulier. La pompe a une capacité de 100 cc et peut être actionnée d'une seule main. Cela permet à un échantillon de cette taille d'être aspiré à travers le tube indicateur avant de passer au soufflet. L'indicateur d'avertissement sur l'échelle graduée correspond au niveau le plus bas de décoloration générale, et non au point le plus profond de pénétration de la couleur.

L'appareil est facile à utiliser et ne nécessite pas d'étalonnage. Cependant, certaines précautions s'appliquent :

  • Les tubes indicateurs (qui doivent être datés) ont généralement une durée de conservation de deux ans.
  • Un tube indicateur peut être réutilisé dix fois à condition qu'il n'y ait pas eu de décoloration.
  • La précision générale de chaque détermination est généralement de ± 20 %.
  • Les tubes à hydrogène ne sont pas approuvés pour une utilisation souterraine en raison de la chaleur intense développée.
  • Un « pré-tube » rempli de charbon actif est nécessaire lors de l'estimation de faibles niveaux de monoxyde de carbone en présence d'échappements diesel ou d'hydrocarbures plus élevés qui peuvent être présents dans la post-humidité.
  • Les gaz d'échappement doivent passer par un dispositif de refroidissement pour s'assurer que la température est inférieure à 40 °C avant de passer par le tube indicateur.
  • Les tubes à oxygène et à méthane ne sont pas approuvés pour une utilisation souterraine en raison de leur imprécision.

 

Méthanomètres de type catalytique

Le méthanomètre de type catalytique est utilisé dans les mines souterraines pour mesurer la concentration de méthane dans l'air. Il dispose d'un capteur basé sur le principe d'un réseau de quatre fils spiralés à résistance adaptée, généralement des filaments catalytiques, disposés selon une forme symétrique connue sous le nom de pont de Wheatstone. Normalement, deux filaments sont actifs et les deux autres sont passifs. Les filaments ou perles actifs sont généralement recouverts d'un catalyseur à base d'oxyde de palladium pour provoquer l'oxydation du gaz inflammable à une température plus basse.

Le méthane présent dans l'atmosphère atteint la chambre d'échantillonnage soit par diffusion à travers un disque fritté, soit en étant aspiré par un aspirateur ou une pompe interne. Une pression sur le bouton de fonctionnement du méthanomètre ferme le circuit et le courant traversant le pont de Wheatstone oxyde le méthane sur les filaments catalytiques (actifs) dans la chambre d'échantillon. La chaleur de cette réaction élève la température des filaments catalytiques, augmentant leur résistance électrique et déséquilibrant électriquement le pont. Le courant électrique qui circule est proportionnel à la résistance de l'élément et, par conséquent, à la quantité de méthane présente. Celle-ci est indiquée sur un indicateur de sortie gradué en pourcentage de méthane. Les éléments de référence du circuit en pont de Wheatstone servent à compenser les variations des conditions environnementales telles que la température ambiante et la pression barométrique.

Cet instrument présente un certain nombre de limitations importantes :

  • Le méthane et l'oxygène doivent être présents pour obtenir une réponse. Si le niveau d'oxygène dans la chambre d'échantillonnage est inférieur à 10 %, tout le méthane atteignant le détecteur ne sera pas oxydé et une fausse lecture basse sera obtenue. Pour cette raison, cet instrument ne doit pas être utilisé pour mesurer les niveaux de méthane dans les post-humides ou dans les zones fermées où la concentration en oxygène est faible. Si la chambre contient du méthane pur, il n'y aura aucune lecture du tout. En conséquence, le bouton de fonctionnement doit être enfoncé avant de déplacer l'instrument dans une couche de méthane suspecte afin d'aspirer de l'air contenant de l'oxygène dans la chambre. La présence d'une couche sera confirmée par une lecture supérieure à la pleine échelle suivie d'un retour à l'échelle lorsque l'oxygène sera consommé.
  • Le type catalytique de méthanomètre répondra aux gaz inflammables autres que le méthane, par exemple, l'hydrogène et le monoxyde de carbone. Par conséquent, une lecture ambiguë peut être obtenue dans les gaz post-incendie ou d'explosion (post-humidité).
  • Les instruments équipés de têtes de diffusion doivent être protégés des vitesses d'air élevées pour éviter les fausses lectures. Cela peut être accompli en le protégeant avec une main ou un autre objet.
  • Les instruments à filaments catalytiques peuvent ne pas réagir au méthane si le filament entre en contact avec les vapeurs de poisons connus lors de l'étalonnage ou de l'utilisation (par exemple, les silicones dans les cires à meubles, les cires à plancher et les peintures, les esters phosphates présents dans les fluides hydrauliques et les fluorocarbures utilisés). comme agent propulseur dans les aérosols).
  • Les méthanomètres basés sur le principe du pont de Wheatstone peuvent donner des lectures erronées à des angles d'inclinaison variables. De telles imprécisions seront minimisées si l'instrument est tenu à un angle de 45° lorsqu'il est calibré ou utilisé.
  • Les méthanomètres peuvent donner des lectures inexactes à des températures ambiantes variables. Ces imprécisions seront minimisées en calibrant l'instrument dans des conditions de température similaires à celles rencontrées sous terre.

 

Cellules électrochimiques

Des instruments utilisant des cellules électrochimiques sont utilisés dans les mines souterraines pour mesurer les concentrations d'oxygène et de monoxyde de carbone. Deux types sont disponibles : la cellule de composition, qui ne réagit qu'aux changements de concentration en oxygène, et la cellule de pression partielle, qui réagit aux changements de la pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère et, par conséquent, du nombre de molécules d'oxygène par unité de volume .

La cellule de composition utilise une barrière de diffusion capillaire qui ralentit la diffusion de l'oxygène à travers la pile à combustible de sorte que la vitesse à laquelle l'oxygène peut atteindre l'électrode dépend uniquement de la teneur en oxygène de l'échantillon. Cette cellule n'est pas affectée par les variations d'altitude (c'est-à-dire de pression barométrique), de température et d'humidité relative. La présence de CO2 dans le mélange, cependant, perturbe le taux de diffusion de l'oxygène et conduit à de fausses lectures élevées. Par exemple, la présence de 1% de CO2 augmente la lecture d'oxygène jusqu'à 0.1 %. Bien que faible, cette augmentation peut être importante et non infaillible. Il est particulièrement important d'être conscient de cette limitation si cet instrument doit être utilisé dans des atmosphères humides ou autres connues pour contenir du CO2.

La cellule à pression partielle est basée sur le même principe électrochimique que la cellule à concentration mais sans barrière de diffusion. Il ne répond qu'au nombre de molécules d'oxygène par unité de volume, ce qui le rend dépendant de la pression. CO2 à des concentrations inférieures à 10 % n'ont aucun effet à court terme sur la lecture, mais à long terme, le dioxyde de carbone détruira l'électrolyte et raccourcira la durée de vie de la cellule.

Les conditions suivantes affectent la fiabilité des lectures d'oxygène produites par les cellules de pression partielle :

  • Altitude et pression barométrique : Le voyage de la surface au fond du puits augmenterait la lecture d'oxygène de 0.1% pour chaque 40 m parcourus. Cela s'appliquerait également aux creux rencontrés dans les travaux souterrains. De plus, les variations quotidiennes normales de 5 millibars de la pression barométrique pourraient modifier la lecture d'oxygène jusqu'à 0.1 %. L'activité orageuse pourrait s'accompagner d'une baisse de pression de 30 millibars qui entraînerait une baisse de 0.4 % de la lecture d'oxygène.
  • Ventilation: Le changement de ventilation maximal au niveau du ventilateur serait de 6 à 8 pouces de jauge d'eau ou de 10 millibars. Cela entraînerait une baisse de 0.4 % de la lecture d'oxygène allant de l'aspiration au retour au niveau du ventilateur et une baisse de 0.2 % en partant de la face la plus éloignée du fond de la fosse.
  • Température: La plupart des détecteurs ont un circuit électronique qui détecte la température de la cellule et corrige l'effet de la température sur la sortie du capteur.
  • Humidité relative: Une augmentation de l'humidité relative de sec à saturé à 20 °C entraînerait une diminution d'environ 0.3 % de la lecture d'oxygène.

 

Autres cellules électrochimiques

Des cellules électrochimiques ont été développées qui sont capables de mesurer des concentrations de CO de 1 ppm à une limite supérieure de 4,000 XNUMX ppm. Ils fonctionnent en mesurant le courant électrique entre des électrodes immergées dans un électrolyte acide. Le CO est oxydé sur l'anode pour former du CO2 et la réaction libère des électrons en proportion directe avec la concentration en CO.

Des cellules électrochimiques pour l'hydrogène, le sulfure d'hydrogène, l'oxyde nitrique, le dioxyde d'azote et le dioxyde de soufre sont également disponibles mais souffrent d'une sensibilité croisée.

Il n'y a pas de cellules électrochimiques disponibles dans le commerce pour le CO2. Cette lacune a été surmontée grâce au développement d'un instrument portable contenant une cellule infrarouge miniaturisée sensible au dioxyde de carbone à des concentrations allant jusqu'à 5 %.

 

Détecteurs infrarouges non dispersifs

Les détecteurs infrarouges non dispersifs (NDIR) peuvent mesurer tous les gaz contenant des groupes chimiques tels que -CO, -CO2 et -CH3, qui absorbent les fréquences infrarouges propres à leur configuration moléculaire. Ces capteurs sont chers mais ils peuvent fournir des lectures précises pour les gaz tels que le CO, le CO2 et du méthane dans un fond changeant d'autres gaz et de faibles niveaux d'oxygène et sont donc idéaux pour surveiller les gaz derrière les joints. O2, N2 et H2 n'absorbent pas le rayonnement infrarouge et ne peuvent pas être détectés par cette méthode.

D'autres systèmes portables avec des détecteurs basés sur la conduction thermique et l'indice de réfraction ont trouvé une utilisation limitée dans l'industrie minière du charbon.

Limites des appareils portables de détection de gaz

L'efficacité des appareils portables de détection de gaz est limitée par un certain nombre de facteurs :

  • Un étalonnage est requis. Cela implique normalement une vérification quotidienne du zéro et de la tension, une vérification hebdomadaire de la portée et un test d'étalonnage par une autorité externe agréée tous les 6 mois.
  • Les capteurs ont une durée de vie limitée. Si elle n'est pas datée par le fabricant, la date d'acquisition doit être inscrite.
  • Les capteurs peuvent être empoisonnés.
  • Les capteurs peuvent souffrir de sensibilité croisée.
  • Une surexposition peut saturer le capteur et ralentir sa récupération.
  • L'inclinaison peut affecter la lecture.
  • Les batteries doivent être chargées et déchargées régulièrement.

 

Systèmes de surveillance centralisés

Les inspections, la ventilation et les relevés avec des instruments portatifs réussissent souvent à détecter et localiser un petit chauffage avec des marques de CO limitées avant que le gaz ne soit dispersé par le système de ventilation ou que son niveau dépasse les limites réglementaires. Celles-ci ne suffisent toutefois pas lorsqu'un risque important de combustion est connu, que les niveaux de méthane dans les retours dépassent 1 % ou qu'un danger potentiel est suspecté. Dans ces circonstances, une surveillance continue à des endroits stratégiques est nécessaire. Un certain nombre de types différents de systèmes centralisés de surveillance continue sont utilisés.

Systèmes de faisceaux tubulaires

Le système à faisceau tubulaire a été développé en Allemagne dans les années 1960 pour détecter et surveiller la progression de la combustion spontanée. Il s'agit d'une série de pas moins de 20 tubes en plastique faits de nylon ou de polyéthylène de 1/4 ou 3/8 de pouce de diamètre qui s'étendent d'un banc d'analyseurs en surface à des endroits choisis sous terre. Les tubes sont équipés de filtres, de drains et de pare-flammes ; les analyseurs sont généralement infrarouges pour le CO, le CO2 et méthane et paramagnétique pour l'oxygène. Une pompe de récupération tire un échantillon à travers chaque tube simultanément et une minuterie séquentielle dirige l'échantillon de chaque tube à travers les analyseurs à tour de rôle. L'enregistreur de données enregistre la concentration de chaque gaz à chaque emplacement et déclenche automatiquement une alarme lorsque des niveaux prédéterminés sont dépassés.

Ce système présente plusieurs avantages :

  • Aucun instrument antidéflagrant n'est requis.
  • L'entretien est relativement facile.
  • L'alimentation souterraine n'est pas nécessaire.
  • Il couvre une large gamme de gaz.
  • Les analyseurs infrarouges sont généralement assez stables et fiables ; ils conservent leur spécificité dans un contexte changeant de gaz d'incendie et d'atmosphères à faible teneur en oxygène (des concentrations élevées de méthane et/ou de dioxyde de carbone peuvent être sensibles à la lecture de monoxyde de carbone dans la plage des ppm faibles).
  • Les instruments peuvent être étalonnés en surface, bien que des échantillons de gaz d'étalonnage doivent être envoyés à travers les tubes pour tester l'intégrité du système de collecte et du système d'identification des emplacements d'où proviennent des échantillons particuliers.

 

Il y a aussi quelques inconvénients :

  • Les résultats ne sont pas en temps réel.
  • Les fuites ne sont pas immédiatement apparentes.
  • De la condensation peut s'accumuler dans les tubes.
  • Les défauts du système ne sont pas toujours immédiatement apparents et peuvent être difficiles à identifier.
  • Les tubes peuvent être endommagés par le dynamitage, un incendie ou une explosion.

 

Système télémétrique (électronique)

Le système de surveillance télémétrique automatique des gaz comprend un module de contrôle en surface et des têtes de capteur à sécurité intrinsèque stratégiquement situées sous terre et reliées par des lignes téléphoniques ou des câbles à fibres optiques. Des capteurs sont disponibles pour le méthane, le CO et la vitesse de l'air. Le capteur de CO est similaire au capteur électrochimique utilisé dans les instruments portables et est soumis aux mêmes limitations. Le capteur de méthane fonctionne grâce à la combustion catalytique du méthane sur les éléments actifs d'un circuit à pont de Wheatstone qui peut être empoisonné par des composés soufrés, des esters de phosphate ou des composés de silicium et ne fonctionnera pas lorsque la concentration en oxygène est faible.

Les avantages uniques de ce système incluent :

  • Les résultats sont disponibles en temps réel (c'est-à-dire qu'il y a une indication rapide d'incendie ou d'accumulation de méthane).
  • De longues distances entre les têtes de capteur et l'unité de contrôle sont possibles sans compromettre le système.
  • La défaillance du capteur est immédiatement reconnue.

 

Il y a aussi quelques inconvénients :

  • Un haut niveau d'entretien est requis.
  • La portée du capteur pour le CO est limitée (0.4 %).
  • La variété des capteurs est limitée ; il n'y en a pas pour le CO2 ou de l'hydrogène.
  • Le capteur de méthane est sujet à l'empoisonnement.
  • Sur place un calibrage est nécessaire.
  • La sensibilité croisée peut être un problème.
  • Il peut y avoir une perte de puissance (par exemple, > 1.25 % pour le méthane).
  • La durée de vie du capteur est limitée à 1 à 2 ans.
  • Le système n'est pas adapté aux atmosphères à faible teneur en oxygène (par exemple, derrière des joints).

 

Chromatographe en phase gazeuse

Le chromatographe en phase gazeuse est un équipement sophistiqué qui analyse des échantillons avec une grande précision et qui, jusqu'à récemment, ne pouvait être pleinement utilisé que par des chimistes ou du personnel spécialement qualifié et formé.

Les échantillons de gaz provenant d'un système de type faisceau de tubes sont injectés automatiquement dans le chromatographe en phase gazeuse ou ils peuvent être introduits manuellement à partir d'échantillons de sacs sortis de la mine. Une colonne spécialement garnie est utilisée pour séparer différents gaz et un détecteur approprié, généralement à conductivité thermique ou à ionisation de flamme, est utilisé pour mesurer chaque gaz lorsqu'il s'élue de la colonne. Le processus de séparation offre un degré élevé de spécificité.

Le chromatographe en phase gazeuse présente des avantages particuliers :

  • Aucune sensibilité croisée avec d'autres gaz ne se produit.
  • Il est capable de mesurer l'hydrogène.
  • Il est capable de mesurer l'éthylène et les hydrocarbures supérieurs.
  • Il peut mesurer avec précision des concentrations très faibles à très élevées de la plupart des gaz qui se produisent ou sont produits sous terre par un échauffement ou un incendie.
  • Il est bien reconnu que les méthodes modernes de lutte contre les incendies et les échauffements dans les mines de charbon peuvent être mises en œuvre plus efficacement sur la base de l'interprétation des analyses de gaz à partir d'emplacements stratégiques de la mine. Des résultats précis, fiables et complets nécessitent un chromatographe en phase gazeuse et une interprétation par un personnel qualifié, expérimenté et parfaitement formé.

 

Ses inconvénients incluent:

  • Les analyses sont relativement lentes.
  • Un haut niveau d'entretien est requis.
  • Le matériel et les commandes sont complexes.
  • L'attention d'un expert est requise périodiquement.
  • L'étalonnage doit être programmé fréquemment.
  • Des concentrations élevées de méthane interfèrent avec les mesures de CO à faible niveau.

Choix du système

Les systèmes à faisceau de tubes sont préférés pour surveiller les emplacements qui ne devraient pas connaître de changements rapides dans les concentrations de gaz ou, comme les zones scellées, peuvent avoir des environnements à faible teneur en oxygène.

Les systèmes télémétriques sont préférés dans des endroits tels que les routes de ceinture ou sur le visage où des changements rapides des concentrations de gaz peuvent avoir une importance.

La chromatographie en phase gazeuse ne remplace pas les systèmes de surveillance existants, mais elle améliore la portée, la précision et la fiabilité des analyses. Ceci est particulièrement important lorsqu'il s'agit de déterminer le risque d'explosion ou lorsqu'un échauffement atteint un stade avancé.

Considérations d'échantillonnage

  • L'implantation des points de prélèvement à des endroits stratégiques est d'une importance majeure. L'information provenant d'un seul point d'échantillonnage à une certaine distance de la source n'est que suggestive; sans confirmation d'autres endroits, cela peut conduire à une surestimation ou à une sous-estimation de la gravité de la situation. Par conséquent, les points de prélèvement pour détecter un foyer de combustion spontanée doivent être situés là où les échauffements sont les plus susceptibles de se produire. Il doit y avoir peu de dilution des flux entre le chauffage et les détecteurs. Il faut tenir compte de la possibilité d'une stratification du méthane et des gaz de combustion chauds qui peuvent remonter le pendage dans une zone étanche. Idéalement, les sites de prélèvement doivent être situés dans les retours de panneaux, derrière les barrages et les scellements, et dans le courant principal du circuit de ventilation. Les considérations suivantes s'appliquent :
  • Le site d'échantillonnage doit être situé à au moins 5 m à l'intérieur (c'est-à-dire vers la face) d'un phoque, car les phoques « respirent » lorsque la pression atmosphérique augmente.
  • Les échantillons ne doivent être prélevés des forages que lorsqu'ils expirent et lorsqu'il est possible de s'assurer que le forage est exempt de fuites.
  • Les échantillons doivent être prélevés à plus de 50 m sous le vent d'un feu pour assurer le mélange (Mitchell et Burns 1979).
  • Les échantillons doivent être prélevés sur le gradient d'un feu près du toit car les gaz chauds montent.
  • Les échantillons doivent être prélevés par une porte de ventilation pour éviter les fuites.
  • Tous les points d'échantillonnage doivent être clairement indiqués sur des cartes ou des schémas du système de ventilation de la mine. Le prélèvement d'échantillons de gaz sous terre ou à partir de forages de surface pour analyse à un autre endroit est difficile et sujet aux erreurs. L'échantillon dans le sac ou le récipient doit représenter fidèlement l'atmosphère au point de prélèvement.

 

Les sacs en plastique sont maintenant largement utilisés dans l'industrie pour le prélèvement d'échantillons. Le plastique minimise les fuites et permet de conserver un échantillon pendant 5 jours. L'hydrogène, s'il est présent dans le sac, se dégradera avec une perte quotidienne d'environ 1.5 % de sa concentration d'origine. Un échantillon dans une vessie de football changera de concentration en une demi-heure. Les sacs sont faciles à remplir et l'échantillon peut être pressé dans un instrument d'analyse ou il peut être aspiré avec une pompe.

Les tubes métalliques qui sont remplis sous pression par une pompe peuvent stocker des échantillons pendant une longue période, mais la taille de l'échantillon est limitée et les fuites sont fréquentes. Le verre est inerte aux gaz mais les récipients en verre sont fragiles et il est difficile d'extraire l'échantillon sans dilution.

Lors du prélèvement d'échantillons, le récipient doit être pré-rincé au moins trois fois pour s'assurer que l'échantillon précédent est complètement vidé. Chaque conteneur doit porter une étiquette portant des informations telles que la date et l'heure de l'échantillonnage, l'emplacement exact, le nom de la personne qui prélève l'échantillon et d'autres informations utiles.

Interprétation des données d'échantillonnage

L'interprétation des résultats d'échantillonnage et d'analyse de gaz est une science exigeante et ne doit être tentée que par des personnes ayant une formation et une expérience spéciales. Ces données sont vitales dans de nombreuses situations d'urgence car elles fournissent des informations sur ce qui se passe sous terre qui sont nécessaires pour planifier et mettre en œuvre des actions correctives et préventives. Pendant ou immédiatement après un échauffement souterrain, un incendie ou une explosion, tous les paramètres environnementaux possibles doivent être surveillés en temps réel pour permettre aux responsables de déterminer avec précision l'état de la situation et de mesurer sa progression afin qu'ils ne perdent pas de temps pour lancer tout sauvetage nécessaire. Activités.

Les résultats d'analyse de gaz doivent répondre aux critères suivants :

  • Précision. Les instruments doivent être correctement calibrés.
  • Fiabilité. Les sensibilités croisées doivent être connues
  • Complétude. Tous les gaz, y compris l'hydrogène et l'azote, doivent être mesurés.
  • Opportunité. Si le temps réel n'est pas possible, une tendance doit être effectuée.
  • Validité. Les points d'échantillonnage doivent se trouver sur le site de l'incident et autour de celui-ci.

 

Les règles suivantes doivent être suivies lors de l'interprétation des résultats d'analyse de gaz :

  • Quelques points d'échantillonnage doivent être soigneusement sélectionnés et marqués sur le plan. C'est mieux pour les tendances que de prélever un échantillon à partir de nombreux points.
  • Si un résultat s'écarte d'une tendance, il doit être confirmé par un rééchantillonnage ou l'étalonnage de l'instrument doit être vérifié avant d'agir. Les variations des influences extérieures, telles que la ventilation, la pression barométrique et la température ou un moteur diesel en marche dans la zone, sont souvent la raison du changement de résultat.
  • La fabrication ou le mélange de gaz dans des conditions non minières doit être connu et pris en compte dans les calculs.
  • Aucun résultat d'analyse ne doit être accepté sur la foi ; les résultats doivent être valides et vérifiables.
  • Il convient de garder à l'esprit que les chiffres isolés n'indiquent pas les progrès - les tendances donnent une image plus précise.

 

Calcul des résultats sans air

Les résultats sans air sont obtenus en calculant l'air atmosphérique dans l'échantillon (Mackenzie-Wood et Strang 1990). Cela permet aux échantillons d'une zone similaire d'être correctement comparés après que l'effet de dilution dû aux fuites d'air a été supprimé.

La formule est la suivante:

Résultat sans air = Résultat analysé / (100 - 4.776 O2)

Il est dérivé comme suit :

Air atmosphérique = O2 + N2 =O2 + 79.1 O2 / 20.9 = 4.776 O2

Les résultats sans air sont utiles lorsqu'une tendance des résultats est requise et qu'il y a eu un risque de dilution de l'air entre le point d'échantillonnage et la source, une fuite d'air s'est produite dans les lignes d'échantillonnage ou des échantillons de sacs et des joints peuvent avoir respiré. Par exemple, si la concentration de monoxyde de carbone provenant d'un chauffage présente une tendance, la dilution de l'air due à une augmentation de la ventilation pourrait être interprétée à tort comme une diminution du monoxyde de carbone provenant de la source. La tendance des concentrations sans air donnerait les résultats corrects.

Des calculs similaires sont nécessaires si la zone d'échantillonnage produit du méthane : l'augmentation de la concentration de méthane diluerait la concentration des autres gaz présents. Par conséquent, une augmentation du niveau d'oxyde de carbone peut en fait apparaître comme une diminution.

Les résultats sans méthane sont calculés comme suit :

Résultat sans méthane = Résultat analysé / (100 - CHF4%)

Combustion spontanée

La combustion spontanée est un processus par lequel une substance peut s'enflammer en raison de la chaleur interne qui se produit spontanément en raison de réactions libérant de la chaleur plus rapidement qu'elle ne peut être perdue dans l'environnement. Le chauffage spontané du charbon est généralement lent jusqu'à ce que la température atteigne environ 70 °C, appelée température de « croisement ». Au-dessus de cette température, la réaction s'accélère généralement. A plus de 300 °C, les volatils, aussi appelés « gaz de houille » ou « gaz de craquage », sont dégagés. Ces gaz (hydrogène, méthane et monoxyde de carbone) s'enflamment spontanément à des températures d'environ 650 °C (il a été rapporté que la présence de radicaux libres peut entraîner l'apparition de flammes dans le charbon à environ 400 °C). Les processus impliqués dans un cas classique de combustion spontanée sont présentés dans le tableau 1 (différents charbons produiront des images différentes).

Tableau 1. Chauffage du charbon - hiérarchie des températures

Température à laquelle le charbon absorbe O2 former un complexe et produire de la chaleur

30 ° C

Le complexe se décompose pour produire du CO/CO2

45 ° C

Véritable oxydation du charbon pour produire du CO et du CO2

70 ° C

Température de croisement, le chauffage s'accélère

110 ° C

Humidité, H2 et dégage une odeur caractéristique

150 ° C

CH désorbé4, hydrocarbures insaturés rejetés

300 ° C

Gaz craqués (par exemple, H2, CO, CH4) libéré

400 ° C

Flamme nue

Source : Chamberlain et al. 1970.

Monoxyde de carbone

Le CO est en fait libéré environ 50 °C avant que l'odeur caractéristique de combustion ne soit perçue. La plupart des systèmes conçus pour détecter le début de la combustion spontanée sont basés sur la détection de monoxyde de carbone à des concentrations supérieures au bruit de fond normal pour une zone particulière de la mine.

Une fois qu'un échauffement a été détecté, il faut le surveiller afin de déterminer l'état de l'échauffement (c'est-à-dire sa température et son étendue), le taux d'accélérations, les émissions toxiques et l'explosibilité de l'atmosphère.

Surveillance d'un chauffage

Il existe un certain nombre d'indices et de paramètres disponibles pour aider les planificateurs à déterminer l'étendue, la température et la vitesse de progression d'un échauffement. Celles-ci sont généralement basées sur des changements dans la composition de l'air traversant une zone suspecte. De nombreux indicateurs ont été décrits dans la littérature au fil des ans et la plupart offrent une fenêtre d'utilisation très limitée et sont d'une valeur minimale. Tous sont spécifiques au site et diffèrent avec différents charbons et conditions. Parmi les plus populaires, citons : la tendance au monoxyde de carbone ; fabrication de monoxyde de carbone (Funkemeyer et Kock 1989); rapport de Graham (Graham 1921) gaz traceurs (Chamberlain 1970); rapport de Morris (Morris 1988); et le rapport monoxyde de carbone/dioxyde de carbone. Après scellage, les indicateurs peuvent être difficiles à utiliser en raison de l'absence d'un flux d'air défini.

Aucun indicateur n'offre une méthode précise et sûre pour mesurer l'évolution d'un échauffement. Les décisions doivent être fondées sur la collecte, la tabulation, la comparaison et l'analyse de toutes les informations et leur interprétation à la lumière de la formation et de l'expérience.

Explosions

Les explosions sont le plus grand danger dans les mines de charbon. Il a le potentiel de tuer toute la main-d'œuvre souterraine, de détruire tous les équipements et services et d'empêcher toute poursuite de l'exploitation de la mine. Et, tout cela peut arriver en 2 à 3 secondes.

L'explosibilité de l'atmosphère de la mine doit être surveillée en tout temps. C'est particulièrement urgent lorsque des travailleurs sont engagés dans une opération de sauvetage dans une mine gazeuse.

Comme dans le cas des indicateurs d'évaluation d'un échauffement, il existe plusieurs techniques pour calculer l'explosibilité de l'atmosphère d'une mine souterraine. Ils comprennent : le triangle de Coward (Greuer 1974) ; triangle de Hughes et Raybold (Hughes et Raybold 1960); diagramme d'Elicott (Elicott 1981); et le rapport de Trickett (Jones et Trickett 1955). En raison de la complexité et de la variabilité des conditions et des circonstances, il n'existe pas de formule unique sur laquelle on peut se fier pour garantir qu'une explosion ne se produira pas à un moment donné dans une mine donnée. Il faut s'appuyer sur un niveau élevé et constant de vigilance, un indice de suspicion élevé et un déclenchement sans hésitation d'une action appropriée à la moindre indication qu'une explosion pourrait être imminente. Un arrêt temporaire de la production est une prime relativement faible à payer pour avoir l'assurance qu'une explosion ne se produira pas.

Conclusion

Cet article a résumé la détection des gaz susceptibles d'être impliqués dans les incendies et les explosions dans les mines souterraines. Les autres implications pour la santé et la sécurité de l'environnement gazeux dans les mines (par exemple, les maladies de la poussière, l'asphyxie, les effets toxiques, etc.) sont discutées dans d'autres articles de ce chapitre et ailleurs dans ce Encyclopédie.

 

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Table des matières

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