Определение концентрации газов шахтными интерферометрами

Цель работы. Приобретение практических навыков по опре­делению концентрации метана, диоксида углерода и кислорода в руд­ничном воздухе с помощью интерференционных газоанализаторов.

Содержание работы. Ознакомление с устройством, принци­пом действия и техническими параметрами газоанализаторов.

Краткие сведения о газах, определяемых шахтными интерферометрами.

Метан-СН₄, газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность -0,55. Вы­тесняет кислород из воздуха, в результате чего наступает аноксемия (кислородное голодание).

Образует с воздухом горючие и взрывчатые смеси. Взрывается в пределах от 5 до 14 %, если температура источника воспламенения достигает 650-750 °С.

Самые крупные аварии с массовыми человеческими жертвами проис­ходили при взрывах метана. Встречается в основном в угольных шах­тах и реже в рудниках.

По правилам безопасности содержание метана в поступающей струе в очистные забои и подготовительные выработки не должно превышать -0,5 %, а в исходящей струе -1 %.

Диоксид углерода– СО₂. Постоянно вырабатывается в организ­ме, не поддерживает дыхание и горение. Смерть наступает от вытес­нения кислорода из воздуха при содержании СО₂ от 5 до 12 %.

По правилам безопасности содержание СО₂на рабочих местах должно быть не более 0,5 % и не более 0,75 % в исходящей струе крыла, горизонта, рудника.

Кислород – О₂. Газ без цвета, запаха и вкуса, плотность 1,11. Легко соединяется со многими веществами, поддерживает горение. Необходим для дыхания человека. Без кислорода человек может прожить 4-5 мин.

По правилам безопасности содержание О₂ в горных выработках должно быть не менее 20 %.

Интерференционный газоанализатор ИГА

Предназначен для определения в шахтах (рудниках) концентра­ции метана, диоксида углерода и кислорода при их совместном при­сутствии в рудничном воздухе.

Основные параметры прибора:

1. Пределы измерения концентраций;

- метана и диоксида углерода от 0 до 6 % по объему;

- кислорода от 20,9 до 5 % по объему;

2. Цена деления шкалы СН₄, и СО₂ -0,5 %.

3. Цена деления шкалы О₂ - 1 %.

4. Масса прибора с футляром 2,5 кг.

5. Выполнение прибора - рудничное, искробезопасное РИ. j

Устройство прибора и принцип действия

Устройство прибора показано на рис. 1 и 2. Из прибора выведены:

1 - штуцер для засасывания в прибор рудничного воздуха;

2 - штуцер с фильтром, на который надевается трубка резиновой груши ;

3 - окуляр, закрытый предохрани тельным колпачком;

Рис. 1.

4 - резьбовой колпачок;

5 - кнопка включения лампы;

6 - маховичок (закрытый резьбовым колпачком) для перемеще­ния интерференционной картины в поле зрения окуляра;

7 - патрон лампы;

8 - переключатель положения подвижной газовоздушной каме­ры (СН₄, и О₂). Надписи СН₄, и О₂нанесены на корпусе прибора под переключателем;

9 - механизм верньера для отсчета десятых долей процента при определении содержания О_2;

10- маховичок механизма верньера.

Корпус прибора разделен па три отделения. В первом размеще­ны газовоздушные камеры и вся оптическая часть прибора. Во вто­ром - поглотительный патрон 12, который закрепляется с помощью винта 11 (см. рис.2)

Рис. 2.

При засасывании в прибор рудничного воздуха он попадает в поглотительный патрон, заполненный химическим известковым по­глотителем, где очищается от диоксида углерода. Таким образом, в газовоздушные камеры попадает смесь метана с воздухом и опреде­ляется концентрация метана.

Для определения концентрации диоксида углерода резьбовой колпачок 4отвертывается и рудничный воздух засасывается и прибор, минуя поглотительный патрон. В газовые камеры попадает смесь метана и диоксида углерода. Благодаря практически одинако­вым оптическим свойствам СН₄ и О₂определяется их суммарное содержание.

В третьем отделении помешается гальванический элемент 15 для питания лампы. Здесь же размещен штуцер 13, па который наде­вается трубка резиновой груши при заполнении воздушной камеры чистым атмосферным воздухом.

Принцип действия прибора основан на том, что при прохожде­нии лучей света через камеры, заполненные исследуемым и чистым атмосферным воздухом, вследствие разности показателей преломле­ния разных по плотности компонентов происходит смещение интер­ференционной картины. По величине ее смешения устанавливается содержание в воздухе исследуемого газа.

Показатели преломления метана и диоксида углерода отличают­ся друг от друга незначительно, поэтому пользуются одной и той же шкалой. Показатель преломления кислорода значительно отличается от показателей СН₄ и О₂ , поэтому определение О₂ проводят по дру­гой шкале.

Интерференционная картина имеет одну белую ахроматическую полосу, ограниченную двумя черными полосами с симметрично ок­рашенными краями.

При заполнении воздушной и газовой камер чистым атмосфер­ным воздухом смещение интерференционной картины не происхо­дит, так как оба интерферирующих луча проходят через однородную среду. Исходное положение интерференционной картины фиксирует­ся совмещением середины левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Это нулевое положение прибора. Для удобства пользования прибором шкала отградуирована в процентах.

Подготовка прибора к работе

Перед спуском в шахту прибор готовят к работе в такой последовательности:

1. Проверяют герметичность резиновой груши путем сжатия ее рукой при нажатом конце резиновой трубки. Если груша не расправ­ляется или расправляется очень медленно, то она исправна;

2. Герметичность газовых камер проверяют путем сжатия груши, надетой на штуцер 2, при накрытом пальцем штуцере 1. Мед­ленное расправление груши показывает, что газовые камеры герме­тичны;

3. Устанавливают прибор на нуль. Для этого необходимо про­дуть воздушную и газовую камеры чистым атмосферным воздухом.

Для продувки воздушной камеры на штуцер 13 (см. рис. 2) на­девают резиновую трубку, которая «ходит в комплект прибора, ее второй конец надевают на выхлопной штуцер резиновой груши. Дру­гой конец трубки от груши надевают на штуцер 2 и делают 5 сжа­тий груши.

Для заполнения газовой камеры чистым воздухом резиновую трубку груши надевают на штуцер 2 и производят не менее 5 сжатий груши. Затем прибор устанавливают па нуль. Для этого необходимо отвернуть резьбовой колпачок и наблюдая и окуляр 3 вращать махо­вичок 6 вправо или влево, добиваясь совмещения середины левой черной полосы интерференционной картины с нулевым делением шкалы. Пулевое деление шкалы должно быть совмещено с непод­вижной риской.

Подвижная газовоздушная камера должна быть введена в поток интерферирующих лучей, т.е. переключатель 8 ставится в положение О₂.

Определение концентрации кислорода

Содержание кислорода в рудничном воздухе определяется в средней части сечения выработки. Для этого переключатель 8 ста­вят в положение О₂. Колпачок 4 переходного мостика закрыва­ется.К штуцеру 1 присоединяют поглотительную трубку с акти­вированным углем для адсорбции метана из пробы рудничного воз­духа и делают 11 сжатий резиновой груши. При нажатой кнопке 5, наблюдая в окуляр 3, но шкале отсчитывают процентное содержание кислорода.

Если левая черная полоса, по которой производят отсчет, нахо­дится между двумя штрихами шкалы кислорода, то вращением махо­вичка 10верньера против часовой стрелки эту полосу совмещают с целым делением шкалы кислорода, а по шкале верньера отсчитывают десятые доли процента.

При содержании в воздухе метана и диоксида углерода более 1 % в показание прибора вносят поправки, приведенные в таблице:

Определение концентрации метана

В том случае, когда необходимо определить в горной выработке только содержание метана, переключатель 8 ставится в положение СН₄ и производят не менее пяти сжатий резиновой груши. Воздух засасывается в прибор через штуцер 1, а для взятия проб в трудно­доступных местах через резиновую трубку, надетую па этот штуцер.

Отсчет содержания метана проводят по шкале СН₄при опреде­лении концентрации метана и диоксида углерода верньером не поль­зуются.

При определении метана в лабораториях и на открытых работах показания прибора приводят к нормальным условиям (t = 20 °С и Р = 760 мм рт.ст.) по формуле:

(3)

где ΔП_ПР - приведенное показание прибора;

n - показание прибора ;

Р - атмосферное давление на месте замера;

T - температура бремя замера.

Определение концентрации диоксида углерода

После определения содержания метана отворачивают резьбовой колпачок 4 и засасывают воздух в прибор, сжимая грушу пять раз. Воздух при этом будет поступать не через штуцер 1, а через трубку, находящуюся под снятым колпачком, минуя поглотительный патрон 12. Отсчет, снятый по шкале метана, покажет суммарное содержание (СН₄ и С0₂). Вычитая из полученного отсчета содержание метана по­лучим содержание диоксида углерода в рудничном воздухе.

Оба определения (СН₄ и С0₂) необходимо делать в одном и том же месте и на одинаковой высоте от почвы выработки.

Задание. Определить концентрацию кислорода в по­мещении лаборатории

Порядок замера

1. Подготовить прибор к работе и установить его на нуль в соот­ветствии с П.6.3;

2. Нулевое значение шкалы верньера совместить с неподвижной

риской;

3. Переключатель 8 поставить в положение О₂;

4. Колпачок 4 закрыть;

5. На штуцер 2 надеть резиновую трубку и выдыхаемым возду­хом продуть прибор, заполняя газовую камеру смесью кислорода и диоксида углерода;

6. При нажатой кнопке 5, наблюдая в окуляр, провести отсчет процентного содержания кислорода;

7. Если черная полоса, по которой проводится отсчет находится между двумя штрихами шкалы кислорода, то вращением маховичка 10 верньера против часовой стрелки ее совмещают с целым делени­ем шкалы, а по шкале верньера проводят отсчет десятых долей процента;

8. Привести полученный отсчет процентного содержания кисло­рода к нормальным условиям, используя формулы (1) и (2).

Данные занести в следующую таблицу

Содержание отчета

1. В сжатой форме описать устройство прибора и принцип его действия.

2. Описать как устанавливают прибор на нуль.

3. Кратко описать как определяется концентрация кислорода, метана и диоксида углерода в рудничном воздухе.

4. Определить концентрацию кислорода в помещении лаборатории, привести ее к нормальным условиям и полученные данные занести в таблицу.

Контрольные вопросы

1. Концентрация каких газов определяется интерференционным газоанализатором ИГА и его техническая характеристика?

2. Общее устройство прибора и его установка на нуль?

3. На чем основан принцип действия прибора?

4. Как подготовить прибор к работе?

5. Как определить концентрацию кислорода, метана и диоксида углерода в подземных горных выработках и на открытых горных ра­ботах?