Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины государственное высшее учебное заведение «национальный горный университет»

Кафедра АОТ

Лекция №4

Доц. Алексеенко С.А.

Раздел 2. Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли».

(для студентов специализации: 7.090301.05 “Охрана труда в горном

производстве”)

Днепропетровск

2013

План лекции

1. Типы воспламенения газопылевоздушных смесей

2. Особенности взрыва газовоздушных смесей.

3. Особенности взрыва пылевоздушных смесей

4. Природно-технологические условия и особенности возникновения

взрыва на горных предприятиях

Рекомендуемая литература

1. Голинько В.И., Алексеенко С.А., И.Н. Смоланов. Аварийно-сательные работы в шахтах: Учебное пособие. – Днепропетровск: Лира ЛТД. – 2011. – 480 с.

Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, которое сопровождается выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Взрыв отличается от горения большой скоростью распространения огня. Так, например, скорость распространения пламени во взрывчатой смеси, находящейся в закрытой трубе – (2000 – 3000 м/с).

Сгорание смеси с такой скоростью называется детонацией. Возникновение детонации объясняется сжатием, нагревом и движением несгоревшей смеси перед фронтом пламени, приводящим к ускорению распространения пламени и возникновению в смеси ударной волны. Образующиеся при взрыве газовоздушной смеси воздушные ударные волны обладают большим запасом энергии и распространяются на значительные расстояния. Во время движения они разрушают сооружения и могут стать причиной несчастных случаев.

1. Типы воспламенения газопылевоздушных смесей

Взрывом называют воспламенение, сопровождающееся ударной волной. Быстрый рост давления во фронте пламени, передаваемого от слоя к слою, рождает ударную волну, распространяющуюся перед фронтом пламени со скоростью звука (330 м/с).

Типы воспламенения разделяют по давлению в ударной волне, скорости распространения пламени и температуре во фронте пламени. Эти показатели зависят от большого числа условий, главными из которых являются концентрация горючего газа в газовоздушной смеси, начальные давление и температура смеси, гидравлическое сопротивление продвижению фронта пламени и условия теплоотдачи из очага.

Различают следующие типы воспламенения:

- тихое воспламенение – давление в ударной волне незначительное, скорость движения фронта пламени 0,3 – 0,6 м/с;

- вспышка сопровождается давлением в ударной волне 0,015 МПа, скорость пламени 2 – 10 м/с;

- тепловой взрыв (взрывное горение) сопровождается давлением от 0,015 - 1 МПа и скоростью пламени от 10 до 330 м/с;

- детонация (давление от 2 до 5 МПа, а скорость пламени от 500 до 8000 м/с.

Переход вспышки во взрыв происходит при скорости химического превращения менее 1 м/с, для чего необходим или приток смеси в очаг, или перемещение самого очага (фронта пламени) со скоростью звука и выше. Это требует низкого гидравлического сопротивления, особенно отсутствия поворотов, сужений, расширений горной выработки, преград (дверей, перемычек, транспортных сосудов и т. д.), а также сохранения высокой температуры во фронте пламени для метановоздушной смеси, например, не ниже 1300 °С, что возможно при малой теплоотдаче из фронта горения.

Особое место занимает детонация - взрывной процесс, скорость распространения которого в 3-20 раз больше скорости звука в данной среде при обычных термодинамических условиях, а давление при этом достигает 2-5 МПа даже для газопылевоздушных смесей.

Обычное воспламенение переходит в обычный взрыв (взрывное горение) постепенно; скорость и давление нарастают плавно.

Взрывное горение переходит в детонацию скачкообразно (рис.1), толчками, которые вызывают разгон фронта пламени до сверхзвуковой скорости. Каждый толчок вызывается ростом давления перед фронтом пламени и соответствующим повышением температуры, что, в свою очередь, вызывает рост скорости фронта воспламенения в газовой смеси.

Скорость распространения фронта детонации после его разгона остается для данных условий постоянной и зависит, главным образом, от состава горючей смеси и, в меньшей степени, от исходных давлений (Р₀). температуры (Т₀), ширины канала и действующего активного сопротивления среды. В узких каналах (щелях) детонация может выродиться во взрывное и даже обычное горение

Рисунок 1. – Схема перехода взрывного горения в детонацию: I – исходные условия; II – зона химических превращений; III – конечные условия; О₂, Т₀ и Р₀ – исходные соответственно концентрация кислорода, температура и давление в горной выработке; СО₂ (СО) – конечная суммарная концентрация двуокиси и окиси углерода

Исходя из того, что скорость детонационной волны больше скорости звука, следует, что ее движение вызывается не передачей тепла и диффузией, как при обычном пламени, так как скорость этих процессов не превышает скорости звука, обусловленной тепловой скоростью молекул. Давление в детонационной волне более 2 МПа, что достаточно для воспламенения газовоздушной смеси при адиабатическом сжатии. Следовательно, детонация непосредственно связана со свойствами ударной волны. Инициирование взрывного процесса существенно зависит от интенсивности зажигания.