Plyny v baniach - 1. časť
1. časť – ovzdušie v baniach
Úvod
Zloženie vzduchu v baniach je závislé od systému banského vetrania a podmienok v bani. V prípade funkčného a dobre nadimenzovaného vetrania je do bane privádzaný čerstvý vzduch potrebný pre prácu baníkov a sú odvádzané škodlivé vetry, ktoré môžu obsahovať málo kyslíka alebo nebezpečné (výbušné) alebo otravné plyny.
Zloženie ovzdušia
Vzduch obsahuje zaokrúhlene 20,922 % kyslíka (O2), 79,020 % dusíka (N2), 0,034 – 0,04 % oxidu uhličitého (CO2), vodnú paru a vzácne plyny ako argón, neón, kryptón, xenón, hélium.
Kyslík – O2
Je plyn bez farby, chuti a zápachu. Vstupuje do rady chemických reakcií:
- Pomalé zlučovanie O2 bez znateľného vývinu tepla a svetla = okysličovanie,
- Rýchle zlučovanie O2 so znateľným vývinom svetla a tepla = horenie,
- Neobyčajne prudké zlučovanie s veľkým vývinom tepla a svetla = výbuch.
V baniach je kyslík spotrebovávaný dýchaním ľudí, kedy sa v pľúcach zlučuje s červenými krvinkami. V pokoji vdychuje zdravý dospelý muž 6 až 9 litrov vzduchu za minútu, pri priemernej práci asi 30 litrov/min, pri ťažkej práci asi 50 litrov/min a pri vypätej práci až 70 litrov/min. Pri dýchaní sa časť kyslíka spotrebuje a vydychovaný vzduch obsahuje 17 % kyslíka, 4 % oxidu uhličitého a vodnú paru. Dusík sa vydychuje v rovnakom množstve, pretože nevstupuje do biochemických procesov. Vydýchnutý vzduch je pre ďalšie dýchanie nevhodný a preto dýchanie (zvlášť pri práci) v nevetraných uzavretých priestoroch je spojené s obtiažami.
V minulosti sa kyslík v baniach spotrebovával aj otvoreným plameňom benzínových, acetylénových lámp, banskými lokomotívami a ďalšími strojmi v benzínovými a dieselovými motormi. Kyslík môže byť tiež spotrebovávaný v starinách (opustené staré štôlne, dobývky) , kde je teplejšie a vlhkejšie a hnije drevo. V uhoľných baniach však hlavne kyslík vniká do pórov uhlia a uhoľného prachu v chodbách, poruboch a starinách a okysličuje ich za vývinu tepla. Aj v baniach na pyrit, tento oxiduje. Banské požiare alebo horenie výdrevy dokážu spotrebovať mimoriadne veľa kyslíka, pričom vznikajú nedýchateľné alebo otravné plyny. Najväčšia spotreba kyslíku je v uhoľných baniach, kde až takmer 95 % sa v minulosti spotrebovalo na okysličovanie uhlia a dreva (drevená výstuž chodieb a porubov) a iba približne 5 % na dýchanie ľudí. Uvedenými pochodmi sa zo vzduchu spotrebováva kyslík, ktorý sa musí nepretržite vetraním nahradzovať, pretože inak by jeho nedostatok mal nepriaznivý vplyv na dýchanie ľudí v bani.
Svetlo sviečky alebo otvoreného kahanca zhasína pri 17,5 % O2, veterka asi pri 16 %, avšak acetylénový plameň (karbidka) je málo citlivý, pretože zhasína asi pri 12 %.
Pri obsahu 15 % kyslíku vo vzduchu dokáže človek zniesť takého prostredie po kratšiu dobu, ale pre nedostatočné okysličovanie krvi a zvýšenie obsahu oxidu uhličitého v nej sa dostavujú dýchacie potiaže a závrate a nastáva dusíková narkóza. Pri zníženom obsahu kyslíku vzniká v tele kyselina mliečna, ktorá z tela neodchádza a má otravné účinky. Ak klesne obsah kyslíka na 13 %, je život človeka už ohrozený.
Dusík – N2
Je takisto plyn bez farby, chuti a zápachu. Dusík nie je jedovatý, nepodporuje horenie a jeho prítomnosť tlmí okysličovanie procesy. Pri dýchaní zostáva nemenný, z pľúc sa vydychuje celé jeho vdýchnuté množstvo.
Okrem atmosférického dusíku sa v uhoľných baniach vyskytuje fosílny dusík vniknutý preuholňovaním a je obsiahnutý v uhlí. V banskom ovzduší však dusík zostáva prevažne ako zbytok zo vzduchu, z ktorého bol spotrebovaný kyslík pri dýchaní (v minulosti pri horení banských lámp, pri chode banských lokomotív a iných strojov s benzínovým alebo naftovým motorom), ale hlavne pri okysličovaní uhlia (uhoľné bane) a dreva. Okrem toho sa dusík do banského ovzdušia dostáva pri trhacích prácach, pretože väčšina výbušnín sa skladá zo zlúčením dusíka s inými látkami, pri ktorých výbuchu sa dusík uvoľňuje.
Oxid uhličitý – CO2
Je to plyn bez farby, s nakyslou chuťou a bez zápachu. Oxid uhličitý nehorí, ale tlmí horenie. Nie je síce jedovatý, ale bráni však dýchaniu, pretože krv sa ním nasycuje. Určitý obsah v krvi je nutný, pretože pôsobí pri každom vdýchnutí na dýchacie centrum, ale prekročenie tohto obsahu podmieňuje zvýšenú dýchaciu činnosť a tým aj rýchlejšiu vyčerpanosť. Vdychovaním CO2 sa znemožňuje prirodzené odstraňovanie CO2 z krvi, ktorá sa ním nasycuje až nastane smrť zadusením. CO2 v obsahu 3% v inhalovanom vzduchu nevykazuje toxické účinky v prípade, že vzduch obsahuje dostatok kyslíka. Akútna otrava pri koncentrácii CO2 nad 3 až 5% sa prejavuje symptómami akými sú: bolesť hlavy, závrate, hučanie v ušiach. Ak je v inhalovanom vzduchu viac ako 7% CO2 , prejavujú sa narkotické účinky, poškodenie centrálnej nervovej sústavy, tachykardia a hypertenzia. Pri koncentrácii 10% stav bezvedomia až smrť.
Oxid uhličitý je ťažší ako vzduch a preto sa hromadí na počve štôlní a na dne šácht. Vdychovanie CO2 vyvoláva pocit únavy nútiacej k posadeniu sa, čím sa človek dostáva do nebezpečnejšej – nižšej pozície, ktorá je bohatšia na oxid uhličitý.
Benzínová veterka horí pri koncentrácii 3 % CO2 mdlo, pri 11 % zhasína. Sviečka zhasne asi pri 15 % CO2, acetylénový plameň v karbidke je ešte menej spoľahlivý, pretože ešte horí aj pri obsahu CO2 nebezpečnom pre človeka (pri 10 až 11 % upadá človek do bezvedomia a pri jeho ďalšom pôsobení nastáva smrť zadusením).
Prirodzená koncentrácia CO2 v atmosfére je 0,034 až 0,04 %. V ovzduší baní sa jeho koncentrácia zväčšuje dýchaním. Človek vdychuje priemerne asi 20 litrov vzduchu a vydychuje 0,8 litra CO2 za minútu. V minulosti tiež obsah oxidu uhličitého v baniach zvyšovalo horenie banských lámp s otvoreným plameňom a prevádzka banských lokomotív. Celkove sa však dýchaním alebo horením a chodom lokomotív uvoľňovalo nepatrné množstvo CO2. Hlavný podiel na zvýšených koncentráciách CO2 pripadá v uhoľných baniach na okysličovanie porubných predkov v otvorených bokoch chodieb kyslíkom z veterného prúdu. Rovnako aj otvorené stariny, v ktorých zostali zvyšky uhlia dodávajú značné množstvá CO2 do veterného prúdu. Uvoľňuje sa aj pri rozklade organického materiálu (hnijúce drevo na zle vetraných miestach so zvýšenou teplotou). CO2 sa tiež uvoľňuje pri trhacích prácach (pri výbuchu 1 kg želetínového dynamitu používaného v minulosti sa vyvinulo asi 248 litrov CO2), čo je však relatívne veľmi malé množstvo.
Zvýšenou emanáciou CO2 sa prejavujú aktívne tektonické (zlomové) poruchy, ktoré predstavujú prívodné kanály juvenilného oxidu uhličitého z hlbších častí Zeme. Ak banské diela nafárajú takéto miesta, môžu nastať mimoriadne udalosti – plynové erupcie v uhoľných baniach urýchľujú priebeh zaplynenia porubu.
Vodná para – H2O
Vo vzduchu je vodná para v rôznom, stále kolísavom množstve. Voda sa vyparuje za každej teploty, ale vyparené množstvo vody je pri vyšších teplotách väčšie ako pri nižších. Vzduch môže v závislosti od teploty obsahovať rôzne množstvo vodnej pary a platí, že čím je nižšia teplota, tým menej vody môže vzduch absorbovať a naopak pri vyššej teplote vzduchu je schopný absorbovať väčšie množstvo vodnej pary. Pomer skutočnej vlhkosti vzduchu k vlhkosti, ktorú je vzduch pri danej teplote schopný prijať predstavuje relatívnu vlhkosť vzduchu.
V lete, kedy je relatívna vlhkosť vťažného vzduchu do bane väčšia a teplota v bani nižšia ako na povrchu, môže nastať také ochladenie vťažného vzduchu, že dochádza k jeho nasýteniu vodnými parami a k zrážaniu prebytku vlhkosti (v niektorých studených štôlňach sa môžu tvoriť aj hmly). Naopak vetraním baní v zime sa bane vysušujú, pretože vťažný prúd je studený a má málo vodných pár; cestou sa otepľuje a preto pohlcuje ďalšie vodné pary a z bane vychádza nasýtený vodnými parami. V prípade uhoľných baní sa baňa vysušuje zvyšuje sa nebezpečenstvo uhoľného prachu.
Vlhkosť vzduchu v bani má veľký vplyv na človeka. Ak sú totiž vetry nasýtené vodnými parami, nemôže sa vyparovať pot vylučujúci sa z tela pri práci a človek nie je ochladzovaný. Vo vzduchu nasýteného vodnými parami sa stáva práca pri 30 °C ťažkou, pri 35 až 40 °C neznesiteľnou. Ak je však vzduch suchý, znesú sa nielen také, ale aj vyššie teploty. Vo vzduchu nasýteného vodnými parami dochádza pri prekročení 36,8 °C, t. j. pri normálnej teplote ľudského tela, k hromadeniu tepla, ktoré je životu nebezpečné.
Vlhké a teplé ovzdušie v bani podporuje vývin plesní a drevných húb. Tiež baníckej chorobe (ankylostomiasis) sa darí lepšie vo vlhkých a teplých baniach.
Použitá literatúra:
Oxid uhličitý (CAS: 124-38-59) CO2, Slovenská agentúra životného prostredia: www.sazp.sk/slovak/struktura/COH/pchb/projekt_2004_01/.../03.pdf, 20. 5. 2013
Říman, A., 1953: Příručka důlního větrání, SNTL, Praha.
V ďalších častiach budú opísané výbušné plyny a vplyv otravných a jedovatých plynov, ako aj prašnosť.
