Горючие и взрывчатые свойства пылевых смесей

Большую опасность в отношении горения, взрыва и разрушений представляет пыль, находящаяся в воздухе. В дальнейшем будем подразумевать пыль в состоянии аэрозоля. Химическая реакция между газом и твердым веществом протекает на поверхности последнего. Скорость такой реакции зависит от величины поверхности соприкосновения реагирующих веществ. В зависимости от линейной скорости распространения реакции в том или ином объеме различают горение (скорость не более 10 м/с), дефлаграцию (скорость не превышает скорости звука) и взрыв (скорость равна или больше скорости звука). Особенность горения состоит в том7 что условия, необходимые для быстрого протекания реакции, созданы ею самой. Эти условия заключаются либо в высокой температуре, либо в высокой концентрации активных продуктов, ускоряющих (катализирующих) реакцию. Для воспламенения пыли необходимы два условия; достаточное количество кислорода и нагрев частиц угля до определенной температуры. Различают два режима протекания реакции: диффузионный (скорость реакции оп-ределяется молекулярной или турбулентной диффузией исходных компонентов) и кинетический (скорость процесса горения определяется скоростью протекания химической реакции). Определение- режима протекания реакции обязательно ври решении задачи взрывчатости угольной пыли в выработке. С учетом фазового состояния горючего вещества и окислителя различают три вида горения: горение газообразных горючих — гомогенное горение (система газ — газ); горение твердых и жидких горючих — гетерогенное горение (система твердое тело — газ или жидкость — газ); горение взрывчатых веществ (конденсированная система). Исследования Д. А. Франка-Каменецкого, 3. Ф. Чуханова, Б. Д. Кацнельсона, П. Д. Хитрина свидетельствуют о приемлемости гетерогенного горения для угольной аэровзвеси из-за выхода летучих, сгорание которых происходит в объеме, а не на поверхности горючего вещества. По мнению Н. В. Лаврова, в процессе горения и газификации топлива катализаторы могут оказать влияние на реакцию окисления газов и твердого топлива, умень-шение химического недожога, процессы пиролиза летучих веществ, реакцию метанообразования. Поэтому необходимо проверить, присутствуют ли катализаторы отдельных типов реакций в зольном остатке или угле. Только в случае учета указанных выше факторов можно получить аналитическое выражение для определения нижнего предела взрывае- мости аэровзвеси и оценить средства защиты против взрыва угольной пыли. Процесс горения аэрозолей несколько отличен от процесса горения газовых смесей, но между ними есть и много общего. Очень похожи их тепловые эффекты: 1 м3 10 %-ной метано-воздушной смеси дает при взрыве теоретически такой же тепловой эффект, как и взрыв максимального количества угольной пыли, которое может сгореть в 1 м3 воздуха. Максимальное количество углерода, которое можно сжечь в 1 м3 воздуха массой 1293 г при содержании в нем кислорода 23 %, теоретически равно 111,5 г. Успешная вернтиляция. Температура воспламенения метано-воздушной смеси и угольной пыли равна соответственно 650—750 и 700—800 °С. Исследованиями установлено следующее: пыль может взорваться при полном отсутствии метана и превратить взрыв небольшого количества метана во взрыв большой силы; присутствие в воздухе тонкой и сухой угольной пыли снижает нижний предел взрывчатости метано-воздушной смеси (смесь становится взрывчатой при содержании метана 5 %); продукты взрыва при участии угольной пыли во взрыве всегда содержат большое количество окиси углерода, которая может явиться причиной гибели людей. Взрыв угольной пыли имеет следующие особенности: взрыв пылевого облака зависит от степени дисперсности пыли, ее способности к агрегации, содержания влаги, размеров пространства, мощности источника воспламенения; химический состав пыли обусловливает выход летучих веществ, которые принимают участие во взрыве; взрыву предшествует накопление тепла в результате реакции окисления и образование газообразных веществ; облако угольной пыли способно самозаряжаться электричеством вследствие трения пылинок друг от друга, а при благоприятных условиях разряжаться с появлением искр, которые могут воспламенять пыль; при взрыве угольной пыли образуется много окиси углерода, а при взрыве метана — преимущественно углекислый газ. При ведении взрывных работ для предотвращения взрыва пыли применяются водяные завесы, создаваемые распылением воды из полиэтиленовых мешков с помощью взрыва специальных ВВ. Вместимость мешков составляет 20—25 и 40—50 л. Первые подвешиваются к кровле выработки, а вторые укладываются на почву. Заливка мешков водой и их подвеска осуществляются в подготовительную смену. Для взрыва применяются патроны СП-1 или угленит Э-6. Электродетонаторы шпуровых зарядов и зарядов в мешках с водой соединяются в общую взрывную цепь последовательно и взрываются от одного взрывного импульса. Для пре-дупреждения взрывов метана и угольной пыли от детонирующего или выгорающего заряда применяются форсуночные водяные завесы длительного действия. Набор форсунок в завесе производится с учетом формы факела, образующегося при диспергировании воды. Успешная вернтиляция.