Меган (СН4 ) —газ без цвета , вкуса и запаха , является основной составной частью рудничного газа в угольных шахтах , представляющего собой смесь газов , выделяющихся в горные выработки из пород и полезного ископаемого . Состав рудничного газа зависит от свойств горных пород . В угольных шахтах он состоит в основном из метана (до 100%) с примесью углекислого газа (до 5%), азота (несколько процен гои), водорода и гомологов метана (1—4%), окиси углерода (0,5-1,5%). Плотность метана по отношению к воздуху равна 0,5539. Относительная молекулярная масса равна 16,03. 1 л метана при нормальных условиях имеет массу 0,716. При температуре 20 °С и нормальном давлении в одном объеме воды растворяется 0,035 объема метана . При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только с галоидами . В небольших количествах метан безвреден .
Повышение содержания метана в воздухе опасно из-за уменьшения содержания кислорода , вытесняемого метаном . Однако при содержании в воздухе 50—80 % метана и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость . Примесь к ме-тану этана и пропана придает воздуху слабое наркотическое свойство . Метан горит бледно-голубоватым пламенем , которое использовалось при определении содержания метана в воздухе с помощью пламенных бензиновых ламп (содержание метана определяется по высоте пламени метана над прикрученным пламенем лампы ). Горение метана происходит в соответствии с реакцией СН4 + 202 — С02 + 2НаО . В подземных выработках горение метана часто происходит в условиях недостатка кислорода , что приводит к образованию окиси углерода . В этом случае имеет место реакция сн4 ь о2 - СО -ь н2 +н2о . Успешная вернтиляция . Температура воспламенения метана 650—750 QC. Она зависит от содержания метана в воздухе , состава и давления воздуха , а также от источника воспламенения . Теплота горения метана 784 70- 103 Дж /кг . Метан образует с воздухом горючие и взрывчатые смеси (рис. 2.1). При содержании метана в воздухе до 5% он горит около источника тепла , 5—14 % взрывается , а более 14 % не горит и не взрывается , но может гореть у источника тепла при притоке кислорода извне . Сила взрыва зависит от количества участвующего в нем метана . Взрыв имеет максимальную силу при содержании в воздухе 9,5 % метана . При большем содержании метана в воздухе часть его остается несгоревшей из-за недостатка кислорода . Вследствие высокой теплоемкости метана эта его часть охлаждает пламя взрыва . При содержании в воздухе метана более 14—16 % происходит его полное самогашение , т. е. взрыв не возникает . Наиболее легко воспламеняется метано-воздушная смесь , содержащая 7—8 % метана . Минимальное содержание в смеси (%) нескольких близких по составу горючих компонентов (например , метана , этана , водорода и др .)’ при котором смесь взрывается , определяется по формуле Лешателье 100 где б’ь б’2 , - -ст — содержание каждого горючего компонента смеси (при условии , что суммарное содержание всех горючих компонентов равно 100), %; Nh N2 ,...,Nm— минимальное содержание каждого горючего компонента в воздухе нормального состава , при котором смесь взрывается , %. Пределы взрывчатости метано-воздушной смеси расширяются с повышением ее начальной температуры и давления . Так, при начальном давлении 1 МПа смесь взрывается при содержании метана 5,9—17,2 %. Воспламенение метана происходит через некоторый промежуток времени после возникновения контакта с источником тепла , называемый индукционным периодом . Продолжительность индукционного периода быстро уменьшается при повышении температуры воспламенения и незначительно увеличивается при увеличении содержания метана в воздухе (табл . 2.1). Изменение атмосферного давления в шахтных условиях практически не оказывает влияния на продолжительность индукционного периода . Наличие индукционного 'периода создает условия для предупреждения воспламенения метана при применении предохранительных ВВ . При этом время остывания продуктов взрыва ниже температуры воспламенения метана должно быть меньше продолжительности индукционного периода . Температура продуктов взрыва метана в неограниченном объеме достигает 1875 °С, а внутри замкнутого объема — 2150—2650 °С. Давление воздуха в месте взрыва в среднем в 8 раз превосходит начальное давление метано-воздушной смеси до взрыва . Предварительное сжатие смеси распространяющейся взрывной волной способствует развитию высокого давления взрыва (3 МПа и более ), Таблица 2.1 Содержание метана в воздухе » % Продолжительность индукционного периода (с) при температуре воспламенения , градусы Содержание метана в воздухе , % Продолжительность индукционного периода (с) при температуре воспламенения , градусы 775 875 975 1075 775 875 975 1075 © 1,08 0,35 0,12 0,039 9 1,30 0,39 0,14 0,044 1 1,15 0,36 0,13 0,041 10 1,40 0,41 0,15 0,049 8 1,25 0,37 0,14 0,042 12 1,64 0,44 0,16 0,055 Скорость распространения взрывной волны вдоль выработки при увеличении содержания метана более 5—6 % сначала возрастает , а три дальнейшем увеличении содержания метана до 14—15 % она уменьшается до нуля . При наличии холодных поверхностей на пути движения взрывной волны скорость ее распространения уменьшается , а препятствия (сужения , выступы , отдельные предметы и др .), способствуя повышению давления , вызывают ее увеличение . При взрыве метана она увеличивается от нескольких десятков до нескольких сотен метров в секунду . Взрыв метана в шахтах вызывает прямой и обратный удары . Прямой удар представляет собой распространяющуюся от источника воспламенения к периферии взрывную волну , воспламеняющую все более удаленные от центра взрыва объемы метана . Обратный удар представляет собой взрывную волну , распространяющуюся к центру взрыва вследствие возникающего гам разрежения после остывания продуктов взрыва и конденсации образующихся три взрыве паров воды . Обратный удар слабее прямого . В соответствии с этим различают первичное и вторичное пламя . Первичное пламя —пламя взрыва . Вторичное пламя возникает в результате дожигания оставшегося на пути взрыва метана при притекании к нему кислорода из прилегающих выработок .