Способ определения степени пневмокониозоопасности угля Советский патент 1982 года по МПК G01N24/10 

(5+) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ПНЕВМОКОНИОЗООПАСНОСТИ УГЛЯ

1

Изобретение относится к способам определения биологической активности угольной пыли и направлено на улучшение санитарно- гигиенических условий труда горнорабочих в угольной промышленности.

Известен экспериментальный способ определения пневмокониозоопасности угля по реакции организма животных на введенную угольную пыль l J.

Недостатками этого способа являются большая стоимость, длительность проведения опыта, сложность постановки эксперимента по оценке пневмокониозоопасности отрабатываемых и намечаемых к отработке пластов. Кроме того, использование при данном способе окисленной угольной пыли,значительно отличающейся по техничесь:им свойствам и активности от пыли, образующейся непосредственно при выемке угля, снижает достоверность оценки. Используя этот способ, невозможно прогнозировать заболеваемость и разрабатывать профилактические меры для предупреждения заболеваемости горнорабочих на намечаемых к обработке пластах, так как результаты исследований становятся известными .через 3-9 мес. За этот период отработка пласта может быть закончена.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения степени пневмоконио10зоопасности угля, заключающийся в регистрации изменения спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) угля при взаимодействий его с воздухом и определение показателя

IS пневмокониозоопасности 2. По этому способу при помощи ЭПР регистрируется количество радикалов и скорость их гибели.Сущность способа заключается в том,что проба угля,отобранная в

20 виде кусков или штыба, разрушается в воздухе, затем помещается в ампуле в резонатор радиоспектрометра, и производится периодическая регистрация 38 спектра ЭПР угля. По полученным спектрам регистрируют концентрацию парамагнитных центров в угле и время гибели половины из них, а затем определяется коэффициент пневмоконио зоопасности угля. Для оценки.пневмокониозоопасности угольной пыли необходимо учитывать как количество образующихся свободных радикалов при разрушении углей, так и их химическую активность. Показатель пневмокониозоопасности определяется гго формуле li , 1 о (пмц/г- мин) , где N - концентрация свободных радикалов (парамагнитных центров), измеренная через 3 мин после разрушения углей, пмц/г; t - время, в течение которого концентрация свободных радикалов уменьшается вдвое (период полупревращения), мин. к недостаткам данного способа от,носится введение в расчет концентрации всех радикалов в угле, расположенных на поверхности частиц угля и в его объеме, хотя последние не могут принимать участие в процессах, происходящих на поверхности частиц; определение концентрации парамагнитных центров в угле в атмосфере воздуха приводит к грубым ошибкам в определении истинного значения концент рации этих центров за счет физической сорбции на угле кислорода; несо ответствие полученных значений коэффициента пневмйкониозоопасности угля различной степени метаморфизма данным по заболеваемости горнорабочих пневмокониозом. Так, по этим данным показатель пневмокониозоопасности угля растет с уменьшением выхода ле тучих веществ, в то время как по из вестному способу изменение этого по казателя в зависимости от степени метаморфизма происходит по параболи ческой кривой. Цель изобретения - повышение точ ности способа за счет учета каталит ческой активности угля в процессе переведа кислорода в активированную форму. ; Поставленная цель достигается ,тем, что согласно способу определе4ния степени пневмокониозоопасности угля, заключающемуся в регистрации изменения спектров ЭПР угля при взаимодействии его с воздухом и определении показателя пневмокониозоопасности, последовательно в атмосфере метана и воздуха определяют концентрацию электронов полисопряженных систем, ширину и изменение амплитуды спектра при вытеснении метана воздухом и о степени пневмокониозоопасности судят по величине показателя, определяемого из выражения ..anccv N ДА дH5tTCCV - концентрация электронов полисопряженных систем угля, ед/г; относительное изменение амплитуды спектра угля при замещении в нем метана воздухом; -ширина спектра ЭПР элек тронов полисопряженных систем угля, Э. Степень пневмокониозоопасности определяется каталитической активностью угля в процессе перевода кислорода в активированную форму. Взаимодействие легочной ткани с таким кислородом приводит к ее разрушению и каталитическому радикально-цепному окислению. Активность угля как катализатора в этом процессе определяется концентрацией в угле электронов полисопряженных систем, а не .всех парамагнитных центров, так как радикалы не участвуют в активации кислорода, а сами вступают с ними во взаимодействие. Каталитическая активность угля определяется также размером реакционной поверхности, пропорциональной изменению амплитуды спектра ЭПР угля ЛА при замещении в нем метана воздухом. Кроме этих параметров, каталитическая активность угля зависит от активности единичного электрона полисопряженной системы, которая определяется степенью его делокализации по цепи сопряжения. Степень делокаяизации обратно пропорциональна ширине спектра ЭПР электронов полисопряженных систем: чем больше степень делокализации и каталитическая активность единичного центра, тем уже спектр ЭПР. Электроны полисопряженных систем являются катализатором активации кислорода, поглощение tjOTOрого приводит к нарушению функции легких. На фиг. 1 показана кривая ЭПР образца угля в атмосфере метана; на фиг. 2 - кривая изменения ЭПР образца угля последовательно в атмосфере метана и воздуха. Способ определения степени пневмо кониозоопасности угля включает отбор и подготовку образцов угля, определе ние параметров спектров электронного парамагнитного резонанса углей во времени последовательно в атмосфере метана и воздуха, концентрации электронов полисопряженных систем, ширины и амплитуды спектров и показателя пневмокон;иозоопасности угля. Отбор пробы в виде штыба производится с помощью герметизированных пробоотборников. Проба общим весом 50-100 г для предотвращения интенсивного окисления помещается в контейнеры, заполненные метаном. 8 лаборатории уголь извлекается из контейнера и подвергается рассеву на ситах.Навеска угля мг с размерами зерен менее 0,2 мм помещается в стеклянную ампулу для радиоспектрометрических измерений диаметром мм и толщиной стенки до 0,2мм Причем отбор пробы, хранение, рассев и отпайку ампул с углем производят при условии нахождения угля в метане (без контакта с воздухом). Ампула устанавливается в резонатор радиоспектрометра ЭПР для записи спектра. Для регистрации спектров ЭПР углей используются радиоспек трометры типа РЭ-1301 или РЭ-1306, серийно выпускаемые промышленностью Прибор работает в сантиметровом диапазоне длин волн { Л- 3.2 см). Сиг нал ЭПР углей наблюдается при значе нии напряженности магнитного поля порядка Э. Спектр ЭПР угля записывается рядом со спектром стандарта, в качестве которого используют ион двухвален тного марганца в окиси магния. -Амплитуда спектра Мп входит в формулу расчета концентрации электронов полисопряженных систем угля. После Записи спектра ампула с углем вынимается из резонатора и вскрывает ся в атмосфере метана. В ампулу под уголь вводится капилляр,, через который со скоростью 10 подается метан. Затем аМпула с углем и капилляром помещается в резонатор радиоспектрометра. Производится переключение потенциометра на запись амплитуды спектра. При непрерывной регистрации амплитуды (скорость ленты мм/с) производится отключение метана,и в капилляр подается воздух со скоростью 10 . После 15 с продувки угля воздухом скорость протяжки ленты самописца уменьшается в 10 раз, затем,по истечении одной минуты продувки, скорость протяжки ленты самописца устанавливается равной 720 или мм/ч. Продолжительность регистрации изменения .амплитуды спектра ЭПР угля соответствует времени полного замещения метана в угле возду-. хом - до прекращения изменения амплитуды спектра. Затем ампула с углем вынимается из резонатора спектрометра, и определяется точный вес угля. Из спектра ЭПР метане с помощью номограммы для двойного интегрирования спектров ЭПР определяется площадь спектра электронов полисопряженных систем угля S. Из этого же спектра определяется ширина линии спектра ЭПР электронов полисопряженных систем угля лН в миллиметрах, а затем пересчитывается в эрстеды по масштабу, определяющему количество эрстед в 1 мм ленты самописца. Масштаб определяется по записи спектра иона двухвалентного марганца в кристаллической решетке окиси магния, для которого точно известны значения расщепления в эрстедах между центрами линий сверхтонкой структуры спектра. Для спектра иона марганца Мп записанного вместе с углем, определяется его амплитуда в миллиметрах, и по формуле определяется концентрация электронов полисопряженных систем угля N B где 8 - постоянная величина для данного радиоспектрометра, условий регистрации спектров и стандарта - иона двухвалентного марганца Мп в окиси магния МдО, неподвижно установленного в резонаторе радиоспектрометра при его запуске. 5эпсс - /45 п) 0,0189 г о.э АО 121 А 108 Аг 77 ЛА 0,29 MWCCV 1J R, 0,3 10 П р и,м е р 3. дуемого угля взят шахты Северная пла данного угля имеем ния параметров: В 9, 10 62,5

95 91

Антрацит Тощий

Отощенно спекаю щийся, слабсспе

По статистическим данным с ростом степени метаморфизма угля его пневмокониозоопасность возрастает. Показатель пневмокониозоопасности среднеметаморфизованных углей, определенный по известному способу, имеет меньшие значения, чем для малометаморфизованных что противоречит истинной onac-i ности угля. Показатель, определенный по предлагаемому способу, растет с ростом степени метаморфизма угля, что согласуется с данными статистики.

600-200

10-22 135-35 10-22

причем его разрешающая способность много выше,чем по известному способу.

Формула изобретения

Способ определения степени пневмокониозоопасности угля, заключающийся в регистрации изменения спектров электронного парамагнитного резонанса угля при взаимодействии его с воздухом и определении показателя пневмокониозоопасности, отличаюS nccv 20,20 m 0,0063 ДНЗПСС5 , АО 179 A IA1,5 Aa 92 l,9 10 . 25 Полученные значения коэффициента вмокониозоопасности для некоторых ей Кузнецкого бассейна представлев таблице в сравнении с поателем по известному споу. щ и и с я тем, что, с целью повышения точности за счет учета каталитической активности угля в процессе пе ревода кислорода в активированную форму, последовательно в атмосфере метана и воздуха определяют концентрацию электронов полисопряженных сис тем, ширину и изменение амплитуды спектра при вытеснении метана воздухом и о степени пневмокониозоопаснос ти судят по величине показателя, определяемого из выражения j3nccs R. где N - концентрация электрон&в полисопряженных систем угля, ед/г; ДАм - относительное изменение ч амплитуды спектра угля при замещении в нем метана воздухом;

pffe.f 4 - ширина спектра электронного парамагнитного резонанса электоонов полисрпряженных систем угля,Э, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Галкин К,А. и др. Изучение роли гуминовых кислот в патогенном Гигиена действии угольной пыли. труда и профессиональные заболевания , 1976, № 6, с. 20-2. 2, Артемов А.В., Резник А.А. Физико-химические факторы, определяющие пневмокониозоопасность угольной пыли. - В кн.: Тезисы докладов на Всесоюзной отраслевой научно-технической конференции по борьбе с пылью и профилактике пневмокониозов на предприятиях угольной промышленности. М., ЦНИЭИуголь, 1979, с. 186 (прототип) .