Шахтная пыль

понижается до 3—5 г/м*. Для слабоазрывчатой пыли (пыль с вы» ходом летучих веществ 10—15 %) нижний предел равен 50 г/м*.

По данным МакНИИ, верхний предел взрывчатости составляет 300—400 г/м3. Нижний предел взрывчатости угольной пыли некоторых пластов приведен в табл. 3.1.

Дополнительная зольность (%), которая требуется для превращения взрывчатой пыли в невзрывчатую при наличии в воздухе 1 % метана, определяется по формуле

длг=(100 -#)/5, -■■■

где Щ — зольность, при которой данная пыль перестает быть взрывчатой без присутствия метана, %; 5 — нижний предел взрывчатости метана при концентрации его 5 %.

Данная формула выведена исходя из того, что при содержании в воздухе 5 % метана взрыв произойдет, даже если пыль будет полностью представлена золой.

Влажность пыли. Фактор влажности играет существенную роль при оценке взрывчатости пыли. Влага действует как инертная добавка. Так как теплоемкость воды больше теплоемкости инертной пыли и происходит процесс ее испарения, вода поглощает тепла в 5 раз больше, чем инертная пыль. Действие влаги на взрывчатость пыли необходимо рассматривать с двух позиций. Во-первых, влага способствует коагуляции мелких частиц в более крупные, в результате чего уменьшается их удельная поверхность и замедляются поверхностные химические реакции. Поэтому взрыв в некоторых случаях становится невозможным. Во-вторых, происходит уменьшение теплового баланса. Однако для пред* отвращения взрыва необходимо снижение температуры источника взрыва до 600 °С. Возможность взрыва зависит от мощности источника воспламенения и продолжительности контакта пылевого аэрозоля с ним. Взвешенная в шахтном воздухе пыль с любым содержанием влаги при наличии мощного источника воспламенения может взорваться. Поэтому защитное действие влаги выражается в связывании осевшей пыли, которое предупреждает переход ее во взвешенное состояние.

Состав золы зависит от состава вмещающих пород и в основном бывает минерального происхождения. Зола как инертная добавка отрицательно влияет на взрывчатость угольной пыли. Часть тепла, излучаемого горящими частицами угольной пыли, расходуется на нагрев частичек негорючих веществ, что вызывает снижение температуры пламени. Негорючие частицы в смеси с угольной пылью, находясь в состоянии аэрозоля, уменьшают концентрацию горючих частиц. На стадии термического пиролиза негорючие частицы отбирают тепло (за счет теплопроводности) и способствуют обрыву реакционных цепей. Кроме того, негорючие частицы экранируют тепловые лучи, что также способствует уменьшению теплового баланса. Влияние содержания негорючих веществ на взрывчатость угольной пыли различной степени метаморфизма не* одинаково. Степень взрывчатости угольной пыли при выходе ле-

тучнх веществ <15% и зольности 20—30 % существенно уменьшается. При выходе летучих веществ >15 % влияние естественной зольности на степень взрывчатости пыли уменьшается. При выходе летучих веществ >30 % естественная зольность не оказывает влияния на взрывчатость угольной пыли.

5. Взрывчатость пыли горючих сланцев

Пыль горючих сланцев аналогично угольной взрывается в газовой фазе. При температурном разложении сланца выделяется сернистый газ, водород, метан, окись углерода, непредельные углеводороды и др. Нижний предел взрывчатости пыли горючих сланцев определяется по эмпирической формуле

6» = 6с+б?’252 {w3+ W6C) 0,04, ' a'l

где 6в и бс — нижний предел взрывчатости соответственно влажной и сухой пыли, г/м3; W — влажность пыли, %.

Нижний предел взрывчатости сухой пыли горючих сланцев изменяется в зависимости от выхода летучих веществ в пределах 6—400 г/м3. Нижний предел взрывчатости отложившейся пыли значительно выше, чем витающей. При влажности отложившейся пыли 20 % она теряет способность переходить во взвешенное состояние и не взрывается.

6. Особенности взрывов угольной пыли в шахтах

Взрыв угольной пыли имеет ряд особенностей. В зависимости от скорости распространения фронта пламени и движения газообразных продуктов различают:

спокойное сгорание пыли (воспламенение), происходящее при недостаточном содержании кислорода в пылевоздушной смеси;

вспышку (при давлении ^15*10~3 МПа и скорости горения 4—10 м/с);

взрыв (при скорости горения >100 м/с);

детонацию (при скорости распространения фронта пламени > 1000 м/с).

На шахтах нет условий для возникновения детонации. Взрывчатая пылевоздушная смесь в выработках образуется постепенно (по мере развития взрыва). Поэтому взрыв угольной пыли в шахте называется дефлаграцией. При взрыве угольной пыли впереди пламени со скоростью звука по выработке движется волна сжатия, позади которой давление 22 МПа выше начального давления, а воздух движется со скоростью 30 м/с. Ударная волна вздымает находящуюся на стенках выработки пыль и создает по всей длине выработки между пламенем и волной сжатия взрывчатую пылевоздушную смесь, в которой распространяется пламя. При прочих равных условиях возможность возникновения взрыва пыли от источника воспламенения больше в прямолинейной выработке и меньше в выработке с разветвлениями. Скорость распространения

взрыва замедляется при наличии препятствий, мешающих движе- нию воздуха в выработке (изгибов, тупиков), и в условиях уменьшенного сечения выработки. При увеличении сечения выработок интенсивность взрыва увеличивается. Взрыв угольной пыли в шахте можно рассматривать как результат последовательна происходящих явлений: приведение пыли во взвешенное состояние перед пламенем, воспламенение пыли и передача тепла от слоя горящей пыли следующим слоям. Образование взрывчатсй пылевоздушной смеси зависит от давления при начальном взрыве, так как под действием этого давления резко увеличивается скорость движения воздуха, сопровождается более интенсивным взвихрением пыли. Процесс перехода отложившейся пыли во взвешенное состояние можно представить следующим образом. При распространении фронта ударной волны над поверхностью отложившейся угольной пыли в ее слое развивается волна сжатия. Давление фронта этой волны совпадает с давленим газа за фронтом волны. Отражаясь от стенок выработки и свободной поверхности слоя угольной пыли, эта волна приводит к появлению в слое волн сжатия и растяжения, что способствует переходу пыли во взвешенное состояние. Основными факторами, от которых зависит воспламенение и горение угольной пыли при взрыве, являются температура пылевоздушной смеси и наличие кислорода в ней. Обычно при взрыве сгорают только мелкие фракции пыли, горение более крупных частиц после израсходования кислорода переходит в тление. Температура горения зависит от теплоты сгорания пыли и теплоемкости аэрозоля. В отличие от взрыва газов, где взрывчатая среда образуется за счет диффузионного перемешивания, при взрыве пыли требуются дополнительные затраты энергии для создания пылевого облака взрывчатой концентрации. Такое облако может возникнуть либо в процессе выемки угля до появления источника воспламенения, либо сам источник воспламенения за счет ударной волны взвесит ранее отложившуюся угольную пыль, подготовив тем самым среду для дальнейшего протекания взрыва. Согласно тепловой теории, взрыв угольной пыли можно представить следующим образом. За счет тепла источника воспламенения пылинки нагреваются с последующим выделением взрывчатых продуктов пиролиза, образующих вокруг пылинок газовую оболочку. Как только концентрация газа в этой оболочке достигнет взрывоопасных пределов, при соответствующих температурных условиях происходит ее воспламенение (вспышка). Тепловой импульс от горящих частиц за счет излучения и теплопроводности передается к негорящим, которые воспламеняются и являются источником воспламенения следующих. При этом происходит увеличение температуры за счет того, что выделяющееся при реакции окисления тепло не успевает отводиться в окружающую среду. Это вызывает ускорение течения реакции и создает условия для развития быстрого лавинообразного процесса горения. Вследствие того, что при взрывах пыли только тонкодисперсные частицы ее сгорают полностью, а остальная часть подвергается коксованию,

47на оборудовании и поверхности выработки образуются характе ные агломераты ококсовавшейся пыли и отложения пыли, мал подвергшейся или совсем не подвергшейся ококсованию, На yul° стках, где пламя взрыва распространялось медленно, агломераты чаще обнаруживаются с обеих сторон выработки при значительной скорости — преимущественно на наветренной стороне, а пой очень большой скорости — на подветренной.

При всяком взрыве бывают два удара: прямой (от расширения воздуха) и обратный (от сжатия продуктов взрыва при уменьшении их температуры).

7. Основные мероприятия по борьбе со взрывами угольной пыли в шахтах Г~ г О > /***

уШЩШ *■ ЪЬ cWio

|К мероприятиям, препятствующим образованию пыли  и пылевого облака, относится  следующее:

использование машин, обеспечивающих минимальное пылеоб- разование при добыче угля;

предварительное увлажнение пластов; орошение мест пылеобразования и осевшей пыли; эффективное проветривание выработок;

периодическая очистка от пыли откаточных и вентиляционных выработок (3—4 раза в год);

расположение скиповых подъемов в стволах с исходящей струей; расположение сортировочных и обогатительных фабрик таким образом, чтобы пыль не заносилась в шахты.

р мероприятиям, препятствующим появлению источников воспламенения пыли, относятся: щЩ

применение предохранительных ВВ, средств взрывания, электровзрывания, взрывобезопасного электрооборудования; предохранительных шахтных светильников; запрещение открытого огня и курения.

К мероприятиям по локализации или подавлению взрывов пыли- относятся осланцевание выработок и применение сланцевых и водяных заслонов. Осланцевание выработок — искусственное повышение зольности отложившейся в выработках пыли путем добавления стандартной инертной пыли. Инертная пыль не должна слеживаться, поглощать влагу, содержать свободной окиси кремния >10 % при выходе летучих ^5 %.

На отечественных шахтах наибольшее применение находит инертная пыль, приготовленная из известняка .и глинистого сланца. Осланцеванию подвергается поверхность всех откаточных и вентиляционных выработок. Нормы осланцевания выработок в различных странах различны и изменяются в пределах 50— 80 %. Расход инертной пыли должен соответствовать установленной норме осланцевания. При этом должно учитываться содержание негорючих веществ в смеси угольной и инертной пыли, собранной в выработке. Чтобы выработка была покрыта сплошным слоем инертной пыли, расход ее должен быть не менее 1 кг ШIII Схема прибора ПКО-1М:

шФР^г^в; |i"" подставка: 3 —

ШШР ТРШШ * ~ основание; 5 - ■J*JT|b ДЛ< воспламенения; 6 — кои i^e лампы; 7 — воронка; 8 —

ЯШрЩ ЛЯП подачи пыля; Р — податчика пыли; /0 — крон- JJjIKjJ для передвижения податчика одеж яри очистке трубки от пыли I ьоиоти

I м3 выработки. В нашей стране нормы осланцевания дифференцированы по каждому шахтопласту. До последнего времени эти нормы устанавливались экспериментально в лабораториях МакНИИ и ВостНИИ для углей с выходом летучих веществ <15 % через год и через три года для углей с выходом летучих веществ ^15%. Осланцевание выработок может производиться вручную и механизированно. Механизированное осланцевание позволяет более равномерно покрывать выработку инертной пылью при значительно меньших затратах труда. На шахтах предусматривается контроль осланцевания выработок, суть которого состоит в испытании проб осевшей пыли на взрывчатость. Перед испытанием проба просеивается через сито № 6. Испытание производится ответственным лицом пылевентиляционной службы при помощи прибора ПКО-1М (рис. 3.1), представляющего собой испытательную трубку из тугоплавкого стекла с устройством для подачи в нее пыли. В испытательной трубке на равном расстоянии от ее концов расположена спираль накаливания из нихромо- вой проволоки, а в конце трубки — диафрагма для уменьшения скорости движения воздуха при подаче пыли на спираль. На трубке нанесены деления для определения длины пламени взрыва. Устройство для подачи пыли состоит из цилиндра с поршнем, приводимым в движение пружиной при нажатии кнопки. Прибор снабжен двумя чиднкаторными лампами для контроля за температурой спирали. Одна из ламп зажигается при температуре спирали, соответствующей заданной температуре, а другая — при температуре выше верхнего предела. Взрывчатость осланцован- ной пыли устанавливается по воспламеняемости ее при продувании над спиралью, нагретой до 1150 °С. Испытание повторяется 5 раз. Отсутствие пламени в трубке при всех испытаниях указывает, что проба пыли невзрывчата. Образование даже незначительных язычков пламени хотя бы при одном испытании означает, что пыль взрывчата и выработку, в которой отобрана проба, необходимо немедленно осланцевать.

Рис. 3.2. Схема заслона из инертной пыли:

/ — полка: 2 —  пыль

В местах наиболее интенсивного отложения пыли целесообразно устанавливать минимально допустимые сроки повторного осланцевания. Например, участки вентиляционных штреков, при, мыкающих к лаве на протяжении ^50 м, рекомендуется осланцо- вывать не реже одного раза в сутки.

Сланцевый заслон представляет собой ряд полок, располагав- ' мых поперек выработки у ее кровли, на которых размещаете» инертная пыль (рис. 3.2). Сланцевые заслоны подразделяются на основные и вспомогательные, стационарные и передвижные. Количество инертной пыли для сланцевого заслона по Правилам безопасности определяется из расчета 400 кг на 1 м2 площади поперечного сечения выработки в месте установки заслона. Масса инертной пыли (кг) в заслоне

G = 4005,

где 5—площадь поперечного сечения выработки в свету, м2.

Количество пыли (кг), которое может быть помещено на одной полке, определяется по формуле

Я = 0,83 • 10_6а2 (31—а) р tg аот,

где а — ширина полки, мм; I — длина полки, мм; р — плотность инертной пыли, кг/м3; а0т — угол естественного откоса (для инертной пыли осот = 35°).

Число полок для размещения инертной пыли

Пп — G/q. .

Использование инертной пыли основано на охлаждающем действии в результате затраты тепловой энергии на нагревание инертной пыли. По Правилам безопасности основные сланцевые заслоны должны устанавливаться на прямолинейных участках выработок на расстоянии 60—300 м от забоев подготовительных или очистных выработок. Длина заслона принимается не менее 20 м. Для предупреждения взрывов пыли в подготовительных забоях применяются первичные заслоны с принудительным срабатыванием.

Таблица 3.2

Относительная влажность		Продолжительность периода# после которого необходима доливка воды в сосуды (сут) при скорости движения воздуха, м с
воздуха» %		0,5		I		2		3		4		5		6		7		8
75	15		12		10		9		8		7		6		5		4
85	20		15		14		12		10		9		8		7		6
90	30		25		20		17		15		12		10		9		8
93	40		35		30		25		20		15		12		10		9
95	60		50		40		35		30		25		20		15		12
97	160		90		70		60		50		40		35		30		25
99	250		210		180		140		125		ПО		100		90		60

Водяные заслоны представляют собой наполненные водой сосуды вместимостью ^80 л, имеющие форму поперечного сечения в виде перевернутой трапеции. Они устанавливаются по длине выработок на расстоянии ^250 м один от другого. Масса воды заслоне принимается из расчета 400 л на 1 м2 поперечного сечения выработки в свету (в месте установки заслона). Общая длина заслона должна быть ^20 м, а расстояние между отдельными сосудами — ^0,5 м. Расстояние между кровлей и верхней кромкой сосуда должно быть в пределах 100—400 мм, а между верхней кромкой стенки выработки и крепью—^150 мм. Водяные заслоны, устанавливаемые в конвейерных выработках, являются стационарными. Они устанавливаются на расстоянии ^250 м друг от друга и на расстоянии 75—250 м от погрузочных пунктов и сопряжений со смежными конвейерными выработками. Данные, характеризующие периодичность доливки сосудов водой, приведены в табл. 3.2. J