Взрывчатые свойства угольной пыли

У г о л ь н а я п ы л ь при некоторых условиях может образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Взрывчатость угольной пыли в основном зависит от содержания в ней летучих веществ, золы, влаги и от крупности ее.

Как показывают исследования, пыль углей с содержанием летучих веществ менее 10 %, отнесенных к безводной и беззольной массе, не во всех случаях взрывчата, а при содержании летучих веществ более 15 % — взрывчата. Наиболее легко взрывается пыль углей с содержанием летучих веществ 17—32 %.

С увеличением зольности и влажности взрывчатость угольной пыли уменьшается и при содержании 40 % золы или 50 % влаги пыль становится взрывчатой.

Наиболее опасны в отношении взрыва пылинки размером 10----75 мкм. Однако если взрыв уже возник, то в него вовлекаются и крупные пылинки размером 75— 100 мкм. Пыль крупностью менее 10 мкм обладает пониженной способностью взрываться, что объясняется повышенным ее окислением и большей склонностью к коагуляции и образованию хлопьев.

Для пылевоздушных смесей, так же как и для газовых, установлены пределы взрывчатой концентрации. Для сильновзрынчатых пылей нижний предел 16—20 г/м3, а верхний 1500—2000 Г/М3. Взрыв максимальной силы происходит при концентрации пыли в воздухе 300—600 г/м3.

Воспламевение взрывчатой пыли может произойти при двух обстоятельствах: если она оказалась взвешенной в воздухе в опасной концентрации и если одновременно возник источник воспламенения с температурой 700— 900 °С. Следует заметить, что большую опасность представляет и отложввшаяся в выработках пыль, которая, поднимаясь в воздух от взрыва взвешенной пыли или метана, может стать причиной дальнейшего распространения взрыва.

Наличее метана в рудничной атмосфере понижает нижний предел пэрыпасмой пыли. Так, по данным МакНИИ, нижний предел взрываемости пыли при содержании в воздухе метана 2,5 % снижается до 3—5 г/м3 воздуха.

Процесс взрыва пылевоздушной смеси в отличие от газовой происходит стадийно. Сначала под действием источника тепла из пыли выделяются летучие вещества которые в первую очередь и воспламеняются, а затем в этом пламени догорают частично или полностью твердые остатки пыли. Однако индукционный период воспламенения угольной пыли меньше, чем у метана, так как в составе летучих помимо других газов имеются более взрывчатые газы, чем метан, — водород и оксид углерода.

Взрыв угольной пыли протекает с разной скоростью; иногда происходит только взрывообразное горение с относительно медленным распространением пламени. Однако горение может легко перейти во взрыв при наличии препятствий, изгибов и поворотов выработки на пути распространения пламени. Особенностью взрыва угольной пыли является образование большего количества угарного газа, чем при взрыве метана.

Фактори, що впливають на вибуховість
вугільного пилу

Хімічний склад пилу. Одним з основних факторів, що характеризують схильність пилу до вибуху, є вихід летких речовин при термічному розкладанні вугілля без доступу повітря.

Головними компонентами в складі летких речовин, що зумовлюють вибуховість пилу, є смолисті сполуки і важкі вуглеводні. Основними горючими складовими летких речовин є метан, водень, окис вуглецю, вуглекислий газ, етан, важкі вуглеводні і ін

Нижня межа вибуховості суміші газоподібних продуктів термічного розкладання вугілля практично постійний і дорівнює 4,2%.

Ступінь вибуховості пилу може характеризуватися тиском в місці вибуху. Збільшення виходу горючих речовин (Vdaf) зумовлює зростання тиску вибуху. Вугільний пил підрозділяється на слабовзривчатую (V daf <15%) і сільновзривчатую (V daf> 15%).

Дисперсність пилу. Дисперсний склад пилу є істотним чинником, що визначає її вибуховість. При великих розмірах частинок пилу спостерігається майже лінійне зростання сили вибуху із збільшенням дисперсності або питомої поверхні пилу.

Вибуховість вугільного пилу зростає із збільшенням ступеня її подрібнення, і тому в шахті в міру віддалення від джерела пилоутворення вона стає потенційно більш вибухонебезпечною.

Склад атмосфери. Істотне значення має склад середовища, в якій відбувається вибух. Якщо в шахтній атмосфері міститься метан, вибух можливий при більш низьких концентраціях пилу.

Встановлено, що нижня межа вибуховості сільновзривчатой ​​пилу дорівнює 17 ÷ 18 г / м ³, а в присутності 2,5% метану він знижується до 5 ÷ 6 г/м ³. Верхня межа вибуховості, за даними МакНДІ, складає 300 ÷ 400 г / м ³.

Вологість пилу. Фактор вологості відіграє істотну роль при оцінці вибуховості пилу. Волога діє як інертна добавка.

Так як теплоємність води більше теплоємності інертного пилу, то з урахуванням теплоти випаровування вода поглинає тепла в 5 разів більше, ніж інертна пил.

Зважена у шахтному повітрі пил з будь-яким вмістом вологи при наявності потужного джерела займання може вибухнути.

Основним фактором у захисному дії вологи від вибуху є зв'язування осілого пилу на грунті і бічних поверхнях гірничих виробок.

Зольність пилу. Наявність золи знижує вибуховість вугільного пилу, оскільки частина утворюється тепла витрачається на нагрівання частинок інертного пилу, що призводить до зниження температури аерозолю.

Природний вміст золи у вугіллі зазвичай недостатньо, щоб попередити вибух. Тому застосовують штучне озолення пилу у виробках - осланцювання.

Особливості вибухів вугільного пилу в шахтах

Вибух вугільного пилу має ряд особливостей. В залежності від швидкості поширення фронту полум'я і руху газоподібних продуктів розрізняють:

- займання - спокійне згорання пилу; воно відбувається у випадках недостатнього вмісту кисню в пилоповітряної суміші;

- спалах з тиском до 2 атмосфер і швидкістю горіння від 4 до 10 м / сек;

- вибух зі швидкістю горіння понад 100 м / сек;

- детонація зі швидкістю поширення фронту полум'я більше 1000 м / сек.

У шахті немає умов для протікання вибухів вугільного пилу типу детонації. Вибухова пилоповітряна середу в виробках шахт утворюється поступово, у міру розвитку вибуху.

Тому вибух вугільного пилу в шахті відносять до типу дефляграціі (вигоряння).

При займанні вугільного пилу та розповсюдженні горіння по виробленню попереду полум'я із швидкістю звуку поширюється хвиля стиснення, тиск позаду цієї хвилі перевищує початкову і повітря рухається із швидкістю 30 м / сек. Ударна хвиля піднімає знаходиться на стінках вироблення пил і створює на всьому протязі вироблення між полум'ям і хвилею стиснення вибухову пилоповітряне середу, в якій і поширюється полум'я.

Сланцевыми или водяными заслонами должны быть защищены:

а) Очистные выработки и выемочные участки;

б) забои подготовительных выработок, проведенные по углю или по углю и породе (в случае отсутствия автоматической пылевзрывозащиты);

в) крылья шахтного поля в каждом пласте; г) конвейерные выработки;

д) пожарные участки; е) Подземные склады ВМ и раздаточные камеры.

для защиты складов взрывчатых материалов и пожарных участков допускается применение в качестве вспомогательных средств, устанавливаемых дополнительно к сланцевым или водяным заслонам, автоматических систем локализации (подавления) взрывов газа и/или пыли.

Заслоны размещаются в выработках на входящих и исходящих струях защищаемых очистных выработок.

Защита забоев подготовительных выработок должна осуществляться автоматическими системами, а до их внедрения — рассредоточенными водяными или сланцевыми заслонами. При этом в тупиковой части выработки устанавливается не менее четырех рядов сосудов (полок). Первый ряд должен быть установлен не ближе 25 м и не далее 40 м от забоя. Схема установки и параметры рассредоточенного заслона должны отвечать требованиям действующего законодательства.

Подготовительные выработки длиной менее 40 м должны быть защищены заслонами, которые устанавливаются в прилегающих выработках на минимально допустимом расстоянии от соединений (60 м для сланцевых и 75 м для водяных заслонов).

Для защиты крыльев шахтного поля заслоны устанавливаются в откаточных и вентиляционных штреках около бремсбергов, уклонов, квершлагов и около других прилегающих к ним выработок.

Для защиты конвейерных выработок, тупиковых подготовительных выработок, проведенных по углю или по углю и породе, сланцевые или водяные заслоны должны устанавливаться на всем протяжении выработок на расстоянии друг от друга не более 300 м для сланцевых и 250 м для водяных заслонов.

Установка заслонов в конвейерных выработках не требуется, если по ним транспортируется только порода. Для изоляции пожарных участков заслоны размещают около всех прилегающих к ним выработок.

Заслоны устанавливаются в горизонтальных и наклонных выработках с углом наклона до 18°. При угле наклона более 18° заслоны должны устанавливаться в прилегающих выработках на минимально допустимом расстоянии от их сопряжения с защищаемой выработкой.

Сланцевые заслоны должны устанавливаться на расстоянии не менее 60 м и не более 300 м, водяные заслоны — не менее75 м и не более 250 м от забоев очистных и подготовительных выработок, сопряжений откаточных и вентиляционных штреков с бремсбергами, уклонами, квершлагами, а также от изолирующих пожар перемычек.

Установка заслонов в откаточных и вентиляционных штреках у сопряжений с бремсбергами, уклонами, квершлагами не требуется, если сланцевые заслоны, защищающие забои очистных и подготовительных выработок, находятся на расстоянии 300 м и менее, а водяные — 250 м и менее от этих соединений.Заслоны должны устанавливаться на прямолинейных участках выработок с выдержанным по длине сечением и без пустот за крепью (купола, старые погашенные выработки). Количество инертной пыли или воды в заслоне должно определяться из расчета 400 кг на 1м² поперечного сечения выработки в свету в месте установки заслона.

Общая длина каждого отдельного заслона должна быть не менее 20 м сланцевого и не менее 30 м водяного.

Поиск по сайту: