Шахтная пыль

8. Взрывчатость серной и сульфидной пыли

При разработке медных и серноколчеданных руд большую опасность представляют взрывы сульфидной пыли, в результате которых образуется большое количество сернистого газа. Взрывы сульфидной пыли приурочены к колчеданным рудам с большим содержанием пирита (50—90 %). Источником воспламенения сульфидной пыли являются газообразные продукты, образующиеся при взрывных работах. Вероятность воспламенения сульфидной пыли от электрической искры и открытого пламени мала. Практикой установлено, что сульфидная пыль вследствие большой плотности не распространяется далеко от места ее образования. Взрывчатость сульфидной пыли зависит от содержания серы, крупности частиц, их зольности и влажности. Установлено, что с увеличением содержания серы пламя в испытательной трубке удлиняется, что свидетельствует о повышении взрывчатости пыли. Опыты показывают, что взрыв сульфидной пыли возникает при содержании серы ^30%. Анализ же условий взрывов в шахтах свидетельствует о том, что большинство взрывов сульфидной пыли происходит при содержании серы 40 % и более. Учитывая возможность возникновения в шахте условий, близких к лабораторным, к категории взрывоопасных отнесены все шахты, разрабатывающие сульфидные руды с содержанием серы более 35%.

Наиболее опасна сульфидная пыль, имеющая в своем составе фракции крупностью 10—100 мкм. Пыль крупностью более 250 мкм становится невзрывчатой. Взрывчатость сульфидной пыли при увеличении влажности уменьшается. При влажности 9—9,5 % пыль становится невзрывчатой. Серная пыль более опасна, чем сульфидная и угольная, так как температура воспламенения и нижний предел ее концентрации значительно ниже, чем для угольной и сульфидной пыли. Минимальные значения температуры воспламенения и взрыва серной пыли приведены в табл. 3.3.

Серная пыль становится взрывчатой при содержании ее в воз- духе 5—15 г/м3 (нижний предел). Верхний предел взрывчатости составляет 600—1000 г/м3. Полное сгорание серы происходит при содержании пыли в воздухе 286 г/м3.

Все шахты, опасные по взрыву серной пыли, подразделяются на две группы в зависимости от среднего содержания серы в руде:

I группа —  от 12 до 18 %; II группа — более 18 %.

При содержании в руде серы <12 % шахты относятся к группе неопасных по газу и пыли. Пылевые режимы сульфидных и серных шахт одинаковы. Они должны предусматривать выполнение мероприятий, препятствующих образованию пыли (бурение с промывкой и орошение; смыв пыли, осевшей на поверхности выработок), а также препятствующих появлению источников воспламенения пыли (применение предохранительных ВВ, электрического взрывания, взрывобезопасного электрооборудования и предохранительных рудничных ламп; запрещение открытого огня и курения).

Для каждого забоя серной шахты главным инженером утверждается схема расположения шпуров и предельная величина зарядов предохранительных ВВ. Запрещается применение электродетонаторов замедленного действия.

9. Борьба с пылью средствами вентиляции

Обеспыливающее проветривание имеет целью обеспечить уменьшение концентрации пыли путем ее выноса и взметывание осевшей пыли. Запыленность воздуха уменьшается с увеличением скорости движения воздуха до определенного предела, а затем увеличивается при дальнейшем росте скорости вентиляционного потока вследствие взметывания осевшей пыли и замедления процесса седиментации. Оптимальная скорость движения воздуха по запыленности зависит от многих факторов, основным из которых является исходное пылевыделение, связанное с работой комбайна и условиями взметывания пыли. Важную роль при этом играют физико-химические свойства полезного ископаемого (прежде всего влажность) и поверхность оседания.

Для получения данных, более полно освещающих роль обеспыливающего проветривания, были проведены исследования про-lecca вентиляции как средства борьбы с пылью на шахтах До* “цКОго, Карагандинского и Львовско-Волынского, Челябинского I Кузнецкого бассейнов. При увеличении скорости вентиляционной струи с 0,4—0,6 до 1,6—2,1 м/с запыленность воздуха уменьшается, достигая минимума при скорости струи 1,5—2,5 м/с за счет увеличения количества воздуха в призабойном пространстве лавы и выноса пыли. При увеличении скорости вентиляционной струи с 1,8—2,5 до 4—5 м/с запыленность воздуха снова увеличивается, что обусловлено замедлением процесса седиментации и взметыванием ранее осевшей пыли. С увеличением скорости подачи комбайна при выемке угля с 0,6—^0,8 до 3—4 м/мин оптимальная скорость вентиляционной струи увеличивается. Последнее обусловлено тем, что с повышением объема разрушаемого угля увеличивается выход пыли в атмосферу призабойного пространства. При увеличении выхода пыли за счет возрастания отбитого угля увеличивается роль фактора выноса пыли, что приводит к смещению оптимума скоростей воздушного потока-

Как показала практика, увеличение содержания влаги в угле при нагнетании воды в пласт приводит к уменьшению запыленности воздуха и смещению оптимума скорости воздушного потока в большую сторону, так как при этом значительно уменьшается количество пыли в воздухе и ее взметывание. Наиболее высокая эффективность пылеподавления (70—90%) в условиях применения типовой оросительной системы достигается при скорости вентиляционной струи 1,5—2,2 м/с в зависимости от интенсивности выемки угля комбайном, а в комплексе с предварительным увлажнением угля в массиве — при скорости 1,5—2,5 м/с.

Очистные забои при разработке крутых пластов проветриваются восходящей вентиляционной струей. Исследования, проведенные на шахтах Центрального Донбасса, показали, что переход с восходящего на нисходящее проветривание позволяет уменьшить пылевую нагрузку на рабочих комбайновой бригады в 10—30 раз,, а запыленность воздуха в ряде случаев — до предельно допустимых концентраций. Кроме того, для нисходящего проветривания характерно наличие оптимальной по пылевому фактору скорости движения воздуха при Ул = Ут (где Ц— средняя скорость движения воздуха в лаве, м/с; Ут — средняя скорость падения угля в лаве, м/с). Скорость падения угля в лаве зависит от угла падения пласта и местоположения комбайна в забое (на шахтах Центрального Донбасса она составляет 3—9 м/с. Оптимальная по пылевому фактору скорость движения воздуха при нисходящем проветривании в 2—6 раз больше, чем при восходящем. Поэтому переход на нисходящее проветривание позволяет увеличить нагрузку на действующие лавы и улучшить их проветривание. Увеличение скорости движения воздуха до значения, близкого к оптимальному, приводит к уменьшению не только запыленности воздуха, но и содержания частиц пыли крупностью <10 мкм. Оптимальная по пылевому фактору скорость движения воздуха в подготовительных забоях находится в пределах 0,4—0,6 м/с.

Метрологические особенности пылевого контроля. Измерение кон* центрации пыли —трудная метрологическая задача. Это объясняется тем, что пыль представляет собой сложную систему, которую нельзя описать одним или двумя параметрами. Пыль в основном имеет полидисперсный характер (размеры частиц изменяются от 10~2 до I02 мкм, а концентрация пыли — от 10-8 до 105 мг/м3). Кроме того, форма и физико-химические свойства частиц пыли мо* гут быть разнообразными. Следует учитывать и изменение свойств пыли во времени. Все это исключает возможность разработки универсального метода измерения концентрации пыли. Известные аналитические методы можно использовать для количественного контроля пыли только в узком интервале концентраций. В отличие от газоанализаторов, которые основаны как на химических, так и на физических методах измерения, в пылемерах применяются только физические методы. Выделение частиц пыли из пыле-газо- вой смеси, являющейся неустойчивой аэродисперсной системой, возможно методом фильтрации (с использованием центробежных, инерционных и электростатических сил) и методом термодиффузии. Метод фильтрации получил наибольшее применение при определении концентрации как атмосферной пыли и пыли производственных помещений, так и пыли в отходящих промышленных газах. Он основан на пропускании через фильтр определенного объема исследуемого воздуха при помощи аспирационного устройства. Выделение взвешенных частиц пыли с помощью центробежных сил осуществляется в циклоне. Инерционное осаждение частиц пыли основано на использовании кинетической энергии, приобретаемой частицей при прохождении ее через сопло. Выделение взвешенных частиц пыли с помощью электростатических сил основано на способности заряженных частиц перемещаться в электрическом поле. Для зарядки частиц пыли используется коронный разряд, создаваемый при высоком напряжении. Выделение взвешенных частиц пыли методом термодиффузии основано на их способности двигаться от теплой к холодной поверхности и осаждаться на ней. Сила, действующая на частицу в поле температурного градиента, пропорциональна диаметру частицы и температурному градиенту. С увеличением теплопроводности частиц она уменьшается. Методами термодиффузии и электростатического осаждения можно выделить частицы пыли крупностью ^0,01 мкм, методом фильтрации — крупностью ^0,1 мкм, методом инерционного осаждения — крупностью >0,5 мкм, методом центробежного осаждения — крупностью >1 мкм.

Различают следующие методы измерения концентрации пыли, основанные на предварительном ее осаждении.

10. Весовой метод, суть которого состоит в выделении из пыле- газозого потока частиц пыли и определении их веса.
11. Радиоизотопный метод, основанный на использовании свойства радиоактивного излучения поглощаться частицами пыли.

3 Оптический метод, суть которого состоит в предварительном

бдении частиц пыли на фильтре и определении оптической °5ютности пылевого осадка. Концентрация пыли в атмосферном п духе определяется путем осаждения ее на фильтр, обработанный флуоресцирующими растворами, и последующего измерения интенсивности светового потока.

12. Пьезоэлектрический метод, известный в двух вариантах, основанных на измерении изменений частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхности частиц пыли и на подсчете электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллом.
13. Метод, основанный на полном улавливании частиц пыли водой и на дальнейшем отделении их от газа. По степени помутнения воды определяется концентрация пыли в пыле-газовом потоке, пропускаемом через воду. Мутность образующейся водной суспензии определяется по интенсивности прошедшего через мутную воду светового потока, которая сравнивается с интенсивностью светового потока, прошедшего через чистую воду.
14. Метод, основанный на измерении изменений частоты колеблющегося элемента при осаждении на нем пыли.
15. Метод, основанный на измерении перепада давления на входе и выходе фильтра при пропуске через него пыле-газового потока с постоянной скоростью. Метод можно использовать для непрерывного измерения концентрации пыли.

Для измерения концентрации пыли без предварительного ее осаждения используются оптические (абсорбционный, голографический, интегрального светорассеяния и лазерного зондирования), электрические (индукционный, контактно-электрический, емкостной и пьезоэлектрический) и акустический методы. Абсорбционный метод основан на явлении поглощения света при прохождении его через пыле-газовую среду. Метод интегрального светорассеяния позволяет определять концентрацию пыли по измерению суммарной интенсивности рассеянного света. Для измерения концентрации пыли в атмосфере применяется метод счета частиц по интенсивности рассеянного света. Голографический метод основан на получении фраунгоферовой голограммы, представляющей собой наложение дифракционной картины частиц дальнего поля и поля источника света. Метод позволяет получить информацию о концентрации и размере частиц и о положении их в пространстве. Для измерения концентрации атмосферной пыли на больших пространствах и пыли, выбрасываемой в атмосферу промышленными предприятиями, находящимися от места измерения на расстоянии до 10 км, используется метод лазерного зондирования. Индукционный метод основан на определении индуцированного на электроде измерительной камеры заряда, возникшего при движении через камеру заряженных частиц пыли, а контактно-электрический метод — на способности частиц пыли электризоваться при соприкосновении с твердым материалом. В основу емкостного метода положено измерение изменения емкости конденсатора при введе-

нии частиц пыли между его пластинами. Акустический метод основан на измерении изменений параметров акустического поля при наличии частиц пыли в пространстве между источником и приемником звука.

Методы дисперсионного анализа пыли. Различают прямые и косвенные методы дисперсионного анализа. К прямым относятся методы непосредственного измерения размеров частиц с помощью некоторого масштаба (шкалы микроскопа или ячейки сит). Ц косвенным относятся методы определения размеров частиц по какому-либо признаку, зависящему непосредственно от размеров (например, по скорости оседания в вязкой среде, скорости растворения, отражению света суспензией, адсорбционной способности и др.).

Согласно теории А. Н. Колмогорова, при дроблении распределение частиц по размерам асимптотически приближается к логарифмически нормальному закону, т. е. плотность распределения частиц по размерам описывается функцией

пг = (л/п In fir)-1 exp [(In г — In rc)a/(2 {§§ (5)], ШЯД

где nr — доля частиц пыли размером от г до г + Дг; | — параметр, характеризующий степень рассеивания частиц в зависимости от их размеров; гс — средний размер частиц, м; л = 3,14.

Экспериментальная проверка этой функции автором показала применимость логарифмического закона распределения к распределению частиц по размерам в пылевом облаке при различных производственных процессах в подготовительных и очистных выработках угольных шахт.

Вещественный состав пыли зависит от состава разрушаемых пород. В угольных шахтах пыль в основном состоит из угольных и породных частиц. Кроме того, в ее состав входят металлические частицы, образующиеся в результате истирания режущих инструментов.