CC BY
109
УДК 614.841.332
В. А. Уварова, А. И. Фомин
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ АМПУЛ
АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ
Как правило, для химического крепления анкеров в массе горной выработки используются сталеполимерные или композитно-полимерные анкеры, которые состоят из анкера, представляющего из себя твердый стальной или композитный стержень и химической ампулы. Химическая ампула - это двухсекционная полиэтиленовая оболочка, в одной из секций которой содержится смола в жидком виде, в другой секции - отверди-тель, также в жидком виде.
При закреплении анкеров химическим составом (рис. 1) [1] в предварительно пробуренный шпур вводится необходимое количество ампул с химическим содержимым (смола и отвердитель), а затем стержень, вращаемый с помощью сверла и подаваемый ко дну шпура. Оболочка ампул разрывается, их содержимое перемешивается. После затвердения химического состава и закрепления анкера устанавливают опорную шайбу, создают предварительное натяжение гайкой.
Ампулы химического крепления представляют собой двухкомпонентные составы, в полиэтиленовой двухсекционной оболочке, в одной из секций которой содержится отвердитель, а в другой полимерная смола в чистом виде либо с минеральным наполнителем. Оба компонента находят-
ся в жидком виде, а герметичная полиэтиленовая оболочка выступает в качестве защиты от преждевременного отверждения. В качестве связующего используются смолы различного химического состава: полиуретановые, полиэфирные, полисти-рольные, фенолформальдегидные. Химический состав отвердителей также разнообразен, это, например, 50% паста пероксида бензоила в дибу-тилфталате или трикрезилфталате или 60% раствор метилэтилкетона в диметилфталате [2]. В качестве наполнителей применяют инертную пыль, минеральные вещества и цемент. Принцип действия полимерного анкера заключается в том, что крепление стержня из металла осуществляется путем введения его в ампулу из синтетической смолы, которая затвердевает в процессе перемешивания ее химических компонентов, глубоко проникает в поры соединяемого основания и удерживает стержень в горной массе. Различные составы имеют разную продолжительность схватывания, однако в целом она составляет от нескольких часов до суток.
Характерной особенностью технологий химического анкерования является то, что составы привносятся в горную выработку в жидком виде и процесс перемешивания химических составов
Рис. 1. Схема закрепления анкера в шпуре с помощью химического состава:
а - введение химической ампулы в шпур; б - введение анкера в шпур; в - перемешивание состава в шпуре путем вращения анкерного стержня; г - закреплённый анкер с опорной шайбой; 1 - полиэтиленовая оболочка ампулы; 2 - смесь связующего (смолы и минерального наполнителя; 3 - отвердитель, заключенный во внутреннюю полиэтиленовую или стеклянную оболочку, 4 - анкерный стержень; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - натяжная гайка; 7 - плоский опорный элемент
происходит непосредственно на рабочем месте проходчика. При этом в воздух рабочей зоны могут выделяться как исходные компоненты отвер-дителя и наполнителя ампулы, так и вещества, образующиеся при их взаимодействии друг с другом.
Для того, чтобы определить возможный состав токсичных веществ, образующихся при смешивании компонентов химической ампулы, был произведен следующий эксперимент (рис. 2).
В герметичный сосуд 1, объемом 0,001 м3, из крышки 2 которого была выведена резиновая трубка 3 с двухходовым краном 4, помещали стеклянную пробирку 5 с компонентами ампулы 6 в количестве 30 мл с процентным содержанием отвердителя и наполнителя согласно рецептуре данной ампулы (1: 2; 1:1,5; 1:1). Компоненты ампулы перемешивали в пробирке, в течение 30с. По истечении 0,1; 1; 4; 24, и 48 часов через двухходовой кран отбирали газовые пробы для качественного и количественного анализа. Анализ газовых проб осуществлялся на хроматографах «Кристалл-2000», «Кристалл Люкс 4000М», фотоэлектроколориметре, портативном газоанализаторе «Комета».
Важнейшие контролируемые вещества в горных выработках это метан, оксид и диоксид углерода, а также водород. Поэтому в состав определяемых газов были включены эти вещества, а также те вещества, которые были указаны в технической документации на ампулы табл. 1 М • V • Ї
Таблица 1.Вещества, контролируемые при газовыделении из ампул
3 3 .5. .2. к Г о №п 3 о Наименование вещества со <С О № Формула ,К Д ПД 3 I * ил е В ное агрегатное состояние в воздухе в условиях Класс опасности - й- зм де зин и на тис агр О о бя со ив Ос ст
1 2 3 4 5 6 7 8
1210 Метан 74-82-8 ОН4 7000 п 4
2057 Углерод оксид 630-08-0 СО 20 п 4 О
7 * Углерода диоксид 124-38-9 О O 2 27000/9000 п 4
2108 Формальдегид 50-00-0 СН2О 0,5 п 2 О, А
592 Гидроцианид 74-90-8 ОНМ 0,3 п 1 0
525 Гидроксибензол (фенол) 108-95-2 С6Н60 1/0,3 п 2
- Водород не нормируется
166 Аммиак 7664-41-7 Жз 20 п 4
1270 1,1’ -Метиленбис(4-изоцианатбензол) 101-68-8 °15Н10^2°2 0,5 п+а 2 А
2320 Этенилбензол (стирол) 100-42-5 О8Н8 30/10 п 3
976 Три(проп-1 -енил)амин+ 102-70-5 СйзМ 2 а 3
1569 2,2’-Оксидиэтанол (диэтиленг-ликоль) 111-46-6 С4Н10О3 10 п+а 3
* - по ГН 2.2.5.2100-06 (Дополнение № 2 к ГН 2.2.5.1313-03)
Рис. 2. Схема проведения эксперимента по определению состава газов при смешивании компонентов ампул химического крепления: 1 - герметичный сосуд; 2 - крышка; 3 - резиновая вакуумная трубка; 4 - двухходовой кран, 5 - стеклянная пробирка; 6 -компоненты ампулы
.В табл. 2 представлены гачественный и количественный состав веществ, образующихся при смешивании компонентов ампул химического крепления, а также удельное газовыделение Qi .
а
с
Таблица 2. Удельное газовыделение при смешивании компонентов ампул химического крепления анкеров
№ п/ п Наимено- вание ампулы Интер тер- вал отбо- ра проб, час Удельное газовыделение, мг/(г час)
Оксид углеро- да Диоксид углерода Водо- род Аммиак 4.4- Дифенил метан- диизо- цианат* Фенол Фор- маль- дегид Стирол
1 МагІ8І1 Е 0,1 - 3-10-2 - 6,0-10-6 - - - -
1 - 2,4-10-2 - 9,0-10-7 - - - -
4 - 2,0-10-3 - - - - - -
24 - 2,5-10-4 - 2,0-10-8 - - - -
48 - 1,0-10-4 - 3,7-10-8 - - - -
2 Магйап № 0,1 - 7,7 - 2,7-10-4 3,0-10-6 - - -
1 0,4 10-3 1,7 - 1,3-10-5 1,0-10-7 - - -
4 - 0,7 - 5,0-10-6 3,0-10-8 - - -
24 5,010-5 3,5-10-2 - 7,0-10-7 - - - -
48 - 2,7-10-2 - 2,0-10-7 - - - -
3 Магійех Б/0Е-20 0,1 - 16,3-Ю'1 - - - 8,0 10-3 1,9-10-3 -
1 - 32,6-10'2 - - - 1,210-3 5,0-10-5 -
4 - 10,8 10'2 - - - 2,0-10-4 6,6-10-6 -
24 - 2,810-3 - - - 2,5-10-5 2,0-10-7 -
48 - 1,010'3 - - - 1,710-5 1,3-10-7 -
4 Іеігос 0,1 - 2,0-10-2 - 4,6-10-3 - - - -
1 - 0,2-10-2 - 4,5 • 10-4 - - - -
4 - 6,7-10-3 - 1,6-10-4 - - - -
24 - 1,0-10-3 - 3,6-10-5 - - - -
48 - 0,9-10-3 - 2,2-10-5 - - - -
5 Еепойех К 0,1 - 2,7-10-2 - - - 7,0-10-4 2,4-10-4 -
1 - 2,1 10'3 - - - 7,1 10'5 2,4-10-5 -
4 - 7,0-10-4 - - - 4,310-6 2,7-10'6 -
24 - 1,1 • 10-4 - - - 3,5-10-7 1,2-10-6 -
48 - 8,8-10-5 - - - 2,5-10-7 6,6-10-7 -
6 Веуеііоі- Веуеііап 0,1 - 1,0-Ю'1 4,0 10-4 - - - - -
1 - 1,7-10-2 - - - - - -
4 - 3,3-10-3 - - - - - -
24 - 3,5-10-4 1,5-10-6 - - - - -
48 - 3,3-10-5 1,7-10-6 - - - - -
7 АПУ- 1300 0,1 - 2,7-10-2 - - - - - 1,6 10'3
1 - 2,1 • 10-3 - - - - - 1,8-10-3
4 9,1 • 10_/ 7,0-10-4 - - - - - 2,0 10-3
24 3,810-8 2,8-10-4 - - - - - 2,5-10'4
48 2,0-10-8 1,4-10-4 - - - - 1,1-10-7 3,010-5
где О, — удельное газовыделение I -го газообразного компонента, мг/(гчас); Сі — концентрация і -го газообразного компонента, мг/м3; М- масса
материала, г; V — объем воздуха в сосуде, м3, Ї — время, час.
Как видно из данных табл. 2, в составе веществ, образующихся при смешивании компонентов ампул химического крепления анкеров, при-сутсвуют водород, аммиак, оксид и диоксид углерода, фенол, формальдегид, 4.4-дифенилметандиизоцианат, стирол, пропан-2-он (ацетон). Это вещества 2-4 класса опасности, острого и аллергического действия, находящиеся в воздухе в виде паров. Метан, гидроцианид, ди-этиленгликоль и триэтиламин при анализе продуктов газовыделения компонентов ампул не обнаружены. Интенсивность газовыделения по мере отверждения материала снижается.
Таким образом, выявлено, что при установке анкеров с применением ампул химического крепления на рабочем месте проходчика, проводящего данную операцию рабочего цикла, могут образовываться вредные вещества 2-4 класса опасности острого и аллергического действия на организм. Концентрация их на конкретном рабочем месте зависит от количества установленных анкеров, химического состава и рецептуры ампул, а также интенсивности проветривания выработки. Данные, полученные при этом эксперименте, могут учитываться при разработке и совершенствовании рецептуры химических компонентов полимерных ампул, при подборе СИЗ для защиты органов дыхания проходчиков, а также при проведении периодических профосмотров, производственного контроля и специальной оценки рабочих мест по условиям труда.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Виды временных крепей при горном способе работ/Библиотека/ Строительство метрополитенов/Московское метро [сайт]// URL: http:/ /www.metro.ru/library/stroitelstvo_metropolitenov/487/ (дата обращения 19.12.13)
2. Симонов В.А. и др. Анализ воздушной среды при переработке поли-мерных материалов/В.А. Симонов, Е.В. Нехорошева. Н.А. Заворовская.-Л.: Химия, 1988.-224 с.: ил.-с 136.
Авторы статьи
Уварова Варвара Александровна канд.техн.наук. ведущий науч. сотр., ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности (ОАО «НЦ ВостНИИ»). E-mail: uvaro va. v. [email protected]
Фомин
Анатолий Иосифович докт. тех. наук. проф. каф. аэрологии, охраны труда и природы Куз-ГТУ, e-mail: [email protected]
УДК 622.4:536
А. В. Колмаков, В. А. Колмаков
ПРОГНОЗ ИНТЕРАКТИВНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЗДАНИЙ
И КАРЬЕРОВ
Опыт работы показывает, что при жизнедеятельности в некондиционной тепловой воздушной среде человек испытывает до десяти видов аномальных ощущений. Для поддержания комфортных условий затрачиваются большие средства. В связи с этим прогноз тепла в различных объектах жизнедеятельности имеет большое значение.
В настоящее время в мировой практике применяются различные методы определения микроклимата в поверхностных зданиях и шахтах (объектах), основанные на разных критериях оценки их эффективности. Для оценки эффективности методов действия на человека микроклимата принимаются следующие критерии: катаградус в Германии и России; температура: эффективная - в Бельгии; оперативная - в США; результативная -во Франции; величина теплового баланса - в США и др.
Опыт показывает, что эффективность микроклимата любого объекта определяется следующими основными факторами: температурой, скоростью движения воздуха, его влажностью и борометрическим давлением. Каждый из этих факторов имеет свою природу, но действуют они в синергизме и оказывают различное влияние на окружающую среду и человека.
Поэтому в качестве критерия для оценки тепловой эффективности микроклимата объектов жизнедеятельности авторами статьи принят интерактивный тепловой поток, как комплексный показатель.
Следует отметить, что в мировой практике теплового кондиционирования воздуха до сих пор не было метода прогноза интерактивных тепловых
потоков. Трудность этого объясняется наличием различных способов теплопереноса кондукцией, конвекцией, тепловой радиацией и их сложным сочетанием.
В настоящее время в научно-технической литературе рассматриваются три основных вида сложного тепломассопереноса: радиационно-
кондуктивный, радиационно-конвективный и комбинированный. Анализ показывает, что полная система уравнений, описывающая сложный теп-ломассоперенос, включает в себя дифференциальные и интегродифференциальные уравнения и не может быть решена аналитически. Даже при частном решении этих уравнений применяются такие упрощения, которые позволяют получить лишь приближенный, оценочный характер процессов сложного переноса тепла.
Кроме того, решение задач сложного тепло-массопереноса осложняется интерактивным характером изменения тепла* в объектах исследования. Под интерактивным ^Пегекйоп - взаимодействие) понимается тепловой поток, обеспечивающий постоянное взаимодействие между окружающей средой и человеком для создания безопасных и комфортных условий жизнедеятельности системы окружающей среды и человека. В общем случае протекание тепловых процессов происходит во времени, поэтому они делятся на стационарные и нестационарные. При этом каждый процесс имеет свойственную ему величину теплового потока и характер протекания, которые зависят от целого ряда внешних и внутренних факторов.
Автором установлено, что при сложном теп-
