Атмосфера подземных горных выработок, страница 12

Основными факторами, оказывающими влияние на взрыв­чатость угольной пыли, являются: выход летучих веществ, дис­персный состав, состав атмосферы, зольность, влажность, ве­совая концентрация.

Влияние выхода летучих веществ

При увеличении выхода летучих веществ взрывчатость уголь­ной пыли увеличивается (рис. 3.1). Существует предельное со­держание выхода летучих веществ, при котором пыль не взры­вается. Как видно из графика (рис. 3.1), при пыль при испытаниях не взрывалась.

Это указывает на существование кри­тического значения выхода летучих веществ , ниже которого угольная пыль перестает взрываться.

На рис. 3.2 показано изменение скорости распространения пла­мени при взрыве угольной пыли в зависимости от выхода летучих ве­ществ и концентрации пыли. Из графика видно, что при выходе лету­чих веществ 7,3 % и менее угольная пыль является невзрывчатой.

Рис. 3.2. Зависимость скорости распространения пламени при взрыве угольной пыли от (1) и С (2).

В СНГ к опасным по взрыву пыли относятся пласты угля (горючих веществ) с выходом летучих веществ 15 % и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом ле­тучих веществ, взрывчатость пыли которых установлена лабора­торными испытаниями.

Влияние дисперсного состава пыли

В результате многочисленных исследований установлено, что во взрыве участвует пыль фракций размером менее 100 мкм. При этом чем больше степень диспергирования, тем выше мощность взрыва (рис. 3.3). Это объясняется тем, что при высокой степени диспергирования уве­личивается удельная площадь поверхности частиц пыли (рис. 3.3), что способствует быстрому протеканию реакции окисления.

Рис. 3.3. Зависимость давления Р, развиваемого при взрыве угольной пыли, от размера частиц d:

1 – пл. h₁, ; 2 – пл. m₃, ; 3 – k_в, ;

4 – пл. h ₁₀, ; 5 – пл. h₃, .

Можно однозначно утверждать, что с увеличением сте­пени дисперсности взрывчатость угольной пыли растет. По­этому пыль в горных выработках угольных шахт по мере уда­ления от источника пылеобразования является потенциально более взрывоопасной.

Влияние состава атмосферы

Состав атмосферы оказывает существенное влияние на взрывчатость угольной пыли. При наличии в шахтной атмосфе­ре метана повышается степень взрывчатости пыли, снижается нижний предел взрывоопасной концентрации пыли.

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

Минимальная концентрация пылевого облака, при кото­рой пыль еще способна взрываться, называется нижним преде­лом взрываемости взвешенной угольной пыли δ_взв и может быть определена по формуле

  (3.2)

где А^d – содержание золы, доли единицы от концентрации пыли в аэродисперсной среде;

 – выход летучих веществ, %.

Нижний предел взрываемости отложившейся пыли на ряде пластов угля различной стадии метаморфизма может быть оп­ределен по формуле

  (3.3)

Верхний предел взрывоопасной концентрации пыли в воздухе может достигать 2000 -3000 г/м³. Наибольшая сила взрыва достигается при концентрации 300 - 400 г/м³.

Влияние зольности

Зола как инертная добавка снижает взрывчатость угольной пыли, так как часть тепла, излучаемого горячими частицами, расходуется на нагрев негорючих частиц, что приводит к сни­жению количества тепла взрыва и температуры пламени. Кроме того, негорючие частицы, находясь в аэрозоле, разжижают кон­центрацию взрывоопасных частиц, экранируют тепловые лучи и способствуют снижению теплового баланса.

Негорючие вещества, химически связанные с угольным веществом, называются конституционной золой. Она равномерно распределена в угле, а следовательно, и в пыли. Конституцион­ная зола вместе с внешней золой способствует снижению взрыв­чатости угольной пыли.

Взрывчатость угольной пыли с выходом летучих веществ 15 % и менее существенно снижается при зольности 20–30 %. При выходе летучих веществ более 30 % естественная зольность не оказывает влияния на взрывчатость угольной пыли.

Влияние влажности

Влага действует двояко: во-первых, она действует как инер­тная добавка, снижая тепловой баланс системы; во-вторых, она способствует аутогезии мелких частиц в более крупные, что снижает удельную поверхность пыли. Осевшая увлажненная пыль не переходит во взвешенное состояние и не может участвовать в создании взрывоопасных концентраций. Внешняя влажность угольной пыли, осевшей на почве выработки, должна быть 12 % и более.

Минимальная энергия воспламенения пылевоздушной смеси зависит от выхода летучих веществ (рис. 3.4). Как видно из рис. 3.4, с ростом выхода Летучих веществ величина энергии вос­пламенения снижается и достигает определенного минимума при  и далее возрастает.

Установлена также зависимость изменения минимальной энергии воспламенения от концентрации пыли. С увеличением концентрации пыли величина минимальной энергии воспламе­нения снижается, что подтверждается данными табл. 3.1.

Рис.3.4. Зависимость энергии воспламенения угольной пыли (W) от выхода летучих веществ

Таблица 3.1

Зависимость минимальной энергии воспламенения от концентрации угольной пыли

Индекс шахтопласта	Wt, %	Ac, %	, %	Wmin, Дж, при концентрации пыли, г/м3
				110	215	320	425	640	1280
m2, l1, l2	0,9 0,8 1,9	9,1 4,1 0,2	15,6 25,6 41,2	3000 1800 1600	1200 650 260	1100 270 280	1100 260 220	1200 270 220	1100 240 200

3.4. Меры борьбы со взрывами пыли в шахтах

Все меры по предотвращению взрыва угольной пыли мож­но подразделить на следующие.