Взрывчатость пыли

В шахте пыль образуется в процессе добычи угля. Рудничная пыль представляет собой мелкие и мельчайшие частицы полезного ископаемого и породы, которые находятся в рудничном воздухе во взвешенном состоянии или оседают на крепи, на стенках и почве выработок. Частицы пылинок бывают размером в диаметре от 1 мм до долей микрона

Угольная пыль, кроме вредного действия на организм горнорабочих, является причиной взрывов в шахте. Пыльное облако при известных условиях является такой же гремучей смесью, как и метан с воздухом. Скорость распространения пламени взрыва угольной пыли под воздействием многих факторов изменяется от нескольких десятков до сотен метров в секунду, зачастую превышая звуковую. Впереди фронта пламени распространяется мощная ударная волна давлением до 10 атм.

В шахтных условиях причиной взрыва пыли могут быть все источники высокой температуры. К наиболее часто встречающимся в шахтах источникам воспламенения относятся: пламя детонации взрывчатого вещества, дуга короткого замыкания, открытое пламя, взрыв рудничного газа.

При увеличении СН₄ в атмосфере повышается степень взрывчатости угольной пыли и снижается нижний предел концентрации:

при содержании в воздухе СН₄, ________0,5   1,0     1,5     2,0     2,5     3,0

нижний предел взрывоопасной

концентрации пыли, г/м³______________30     20      15      10      8        5

верхний предел взрывчатости угольной пыли – 2000 – 3000 г/м³;

наибольший силы взрыв – 300 - 400 г/м³.

В отличие от взрыва газов, где взрывчатая среда образуется в результате диффузионного перемешивания, при взрыве пыли требуются дополнительные затраты энергии для создания пылевого облака взрывчатой концентрации. В производственных условиях такое облако может возникнуть в результате поднятия отложившейся пыли под воздействием энергии источника воспламенения.

Взрывчатость угольной пыли объясняется тем, что тонкая угольная пыль, измельченная от 1 мм до долей микрона, имеет большую поверхность соприкосновения с кислородом воздуха, что ускоряет окислительные процессы.

Взрыв пыли происходит в газовой фазе. Решающую роль в процессе ее возникновения и распространения играют взрывчатые газообразные продукты пиролиза аэровзвеси (дисперсной системы взвешенных частиц пыли). Для протекания процессов химического разложения углей необходима определенная продолжительность температурного воздействия (период индукции). В зависимости от стадии метаморфизма этот период составляет 40-250 мс.

Основными факторами, влияющими на взрывчатость пыли, являются ее дисперсность и концентрация, выход летучих веществ, зольность и содержание влаги, а также вид источника воспламенения и состав атмосферного воздуха.

Во взрыве пыли принимают участие мельчайшие частицы пыли до частиц размером 0,75-1 мм в диаметре. Взрывчатость пыли возрастает с увеличением степени ее дисперсности. В наибольшей степени взрывчатыми свойствами обладает фракция пыли до 75 микрон. Максимум взрывчатости наблюдается при фракции < 10 микрон, затем она снижается вследствие аутогезии (слипания) мелких частиц. Таким образом, по мере удаления от источника образования пыль становится более взрывоопасной, поскольку возрастает степень ее дисперсности.

Взрывчатость пыли зависит от содержания в пыли летучих, т.е. от количества газообразных веществ, которые выделяются из угля при его нагревании без доступа воздуха. Опытами установлено, что пыль, содержащая летучих веществ меньше 6% (угли тощие и антрациты), считается практически невзрывчатой, при содержании 6-15% летучих веществ – слабо взрывчатой, при содержании более 15% летучих (жирные и газовые угли) пыль считается взрывчатой;

При содержании 30% золы пыль перестает быть взрывчатой. Зола как инертная добавка снижает взрывчатость угольной пыли. Часть тепла, излучаемого горящими частицами, расходуется на нагрев частиц негорючего вещества. Находясь между частицами угольной пыли, последние способствуют обрыву реакционных цепей и экранированию тепловых лучей.

Важным фактором, влияющим на взрывчатость пыли, является ее влажность, т.е. количество воды, содержащееся в пыли. Чем больше влаги содержится в пыли, тем она менее опасна. Влага, с одной стороны, действует как добавка негорючего вещества, с другой – как фактор, способствующий аутогезии мелких частиц, ведущей к уменьшению удельной поверхности пыли и, как следствие, - снижению ее взрывчатости.

Наличие в шахтном воздухе метана повышает опасность взрыва пыли, т.к. снижает пределы ее взрываемости и приводит к усилению взрыва.

 Кроме того, если в шахте произошел взрыв метана, то наличие в горных выработках тонкой и сухой пыли может увеличить силу взрывной волны. Большую опасность представляет как взвешенная, так и осевшая на стенках выработок угольная пыль. При этом взрыв метано-воздушной смеси может произойти при содержании метана в смеси около 3%, т.е. угольная пыль снижает нижний предел взрываемости метано-воздушной смеси.

При взрыве угольной пыли образуется оксид углерода, содержание которого может достигать нескольких процентов.

На шахтах, разрабатывающих пласты углей, опасных по взрыву пыли, применяется комплекс специальных мер пылевзрывозащиты. Для предотвращения взрывов угольной пыли применяют гидропылевзрывозащиту и осланцевание горных выработок, а также устанавливают водяные и сланцевые заслоны.

Сланцевые заслоны представляют собой ряд полок с инертной пылью, которые устанавливаются под кровлей поперек выработки. При сооружении водяных заслонов используют сосуды, заполненные водой. От толчка взрывной волны полки с пылью или сосуды с водой легко опрокидываются и пыль или вода сбрасываются, образуя "завесу" из инертной пыли или воды, которая тушит пламя взрыва.

Процесс осланцевания заключается в искусственном озолении угольной пыли инертной пылью (негорючей). Инертную пыль готовят из глинистого сланца, доломита, известняка. Инертная пыль должна обладать определенными качествами:

· содержать летучих веществ не более 5%;

· содержать свободный кремнезем не более 10%;

· не должна содержать вредных и ядовитых примесей;

· не должна быть влажной и гигроскопичной;

· вся пыль должна проходить через сито № 12 и не менее 5% через сито № 80;

· не слеживаться при хранении.

Осланцевание горных выработок заключается в том, что осевшую на почве и выработках угольную пыль посыпают тонко измельченной инертной (негорючей) пылью. Во время воспламенения пыли от воздушного толчка инертная пыль поднимается в воздух вместе с угольной пылью, нагревается пламенем и отнимает тепло от горящей угольной пыли. Инертная пыль настолько охлаждает угольную пыль, что дальнейшее воспламенение пыли не происходит.

Под нормой осланцевания горных выработок следует понимать наименьшее содержание негорючих веществ [(зола + диоксид углерода) в пересчете на сухую массу] в %, при котором угольная пыль в смеси с инертной не взрывается.

Содержание негорючих веществ в смеси угольной и инертной пыли должно быть не менее 60% для негазовых шахт и 75% для газовых шахт.

Кроме того, все виды увлажнения угля снижают образование взрывоопасных концентраций угольной пыли и являются эффективными средствами для предотвращения взрывов пыли.

Отложившаяся пыль теряет способность переходить во взвешенное состояние с образованием взрывоопасных концентраций при содержании внешней влаги не менее 12%.

При разработке графика выполнения пылевзрывозащитных мероприятий на шахтах составляется список всех выработок (участков выработок) шахты, подлежащих обработке.

 Для каждой из этих выработок выбирается способ предупреждения взрывов пыли, определяется периодичность выполнения работ по обработке выработки или ее участка.

Основными параметрами, характеризующими пылевзрывобезопасность горных выработок и подлежащими определению при контроле, должны быть:

· содержание негорючих веществ в осланцованной угольной пыли, как показатель качества осланцевания;

· содержание влаги в отложившейся угольной пыли, как показатель степени связывания пыли.

Контроль пылевзрывобезопасности горных выработок должен проводиться инженерно-техническими работниками участка, в ведении которых они находятся, ежесменно и инженерно-техническими работниками участка ВТБ – не реже одного раза в сутки. Результаты контроля состояния пылевого режима участком ВТБ должны фиксироваться в порядке, установленном Госгортехнадзором России.

Не реже одного раза в квартал контроль пылевзрывобезопасности должен производиться подразделениями аварийно-спасательной службы.

Контроль пылевзрывобезопасности должен осуществляться приборами или с помощью лабораторного анализа.

При обнаружении пылевзрывоопасного состояния выработок командир аварийно-спасательной службы срочно уведомляет об этом шахту и территориальный орган Госгортехнадзора России.

Контроль пылевзрывобезопасности горных выработок, осуществляемый подразделениями аварийно-спасательной службы, должен проводиться не ранее, чем за 5 дней до очередного пылевзрывозащитного мероприятия при периодичности их выполнения, равной 30 суткам и более, и за 1-2 дня при периодичности менее 30 суток.

           При контроле пылевзрывобезопасности горных выработок должен осуществляться визуальный и лабораторно – аналитический контроль.

 В зависимости от вида пылевзрывозащиты визуально должны определяться:

· способность отложившейся угольной пыли переходить во взвешенное состояние;

· наличие отложений угольной пыли на осланцованной поверхности выработки.

Выработка, в которой применяется гидропылевзрывозащита, считается пылевзрывоопасной, если в результате осмотра на боках, кровле, почве и других поверхностях будет обнаружена сухая угольная пыль или под действием воздушной струи насоса (груши) будет появляться заметное ее облако.

Выработка, в которой применяется сланцевая пылевзрывозащита, считается пылевзрывоопасной, если в ней поверх инертной пыли имеются отложения угольной пыли.

При обнаружении визуальным способом пылевзрывоопасного состояния выработок или неудовлетворительной их взрывозащиты, работник ВГСЧ уведомляет об этом горного диспетчера шахты.

В выработках с гидропылевзрывозащитой отбор проб угольной пыли и мелочи с почвы и поверхности выработок производится для лабораторного определения содержания влаги, а в осланцованных выработках – для проверки содержания негорючих веществ.

В случае, когда в результате визуального осмотра (при любом способе взрывозащиты – сланцевой или водяной) выработка признана взрывобезопасной, на участках интенсивного пылеотложения отбираются пробы пыли для лабораторного анализа. Пробы берутся в середине участка. Кроме того, местами для отбора проб являются:

· для выработок небольшой протяженности (до 1000 м) – не менее одной пробы, отобранной в середине выработки;

· для выработок, протяженных ( более 1000 м) – по всей длине, через каждые 500 м.