8.1 Общие сведения

Взвешенную в воздухе рудничную пыль называют аэрозолем. Аэрозоль состоит из мелких горючих и энергично окисляющихся с выделением тепла частиц. При определенных концентрациях и температурах он может воспламеняться и взрываться, вследствие большой поверхности соприкосновения тонко дисперсированной пыли с кислородом и активного его поглощения. Кроме того, пыль, содержащая углеводороды, в случае нагревания выделяет горючие газы. Облако пыли, нагретое в одной точке до определенной температуры, быстро воспламеняется во всем объеме ее нахождения. Это горение может превратиться во взрыв.

8.2 Горючие и взрывчатые свойства угольной пыли

Установлено, что:

• пыль может взрываться при полном отсутствии метана;

• пыль может превратить взрыв небольшого количества метана во взрыв большой силы;

• присутствие в воздухе тонкой и сухой угольной пыли снижает нижний предел взрывчатости смеси метана с воздухом; смесь становится взрывчатой при содержании метана меньше 5%;

• при участии угольной пыли во взрыве продукты его всегда содержат большое количество окиси углерода, которая может явиться причиной гибели людей.

Процесс горения аэрозолей несколько отличен от процесса горения газовых смесей, но между ними есть и много общего.

Температура воспламенения угольной пыли составляет 700÷800⁰С, а метановоздушной смеси – 650÷750^оС.

Взрыв угольной пыли имеет ряд особенностей:

• взрыв пылевого облака обусловливается степенью дисперсности пыли, ее способностью к агрегации, содержанием влаги, геометрией пространства, мощностью источника воспламенения;

• химический состав пыли обусловливает выход летучих продуктов, которые принимают участие во взрыве;

• взрыву предшествует накопление тепла в результате реакции окисления и образование газообразных продуктов;

• облако угольной пыли способно самовозгораться электричеством вследствие трения пылинок друг о друга, а при благоприятных условиях – разряжаться с появлением искр, которые могут воспламенить пыль;

• при взрыве пыли всегда образуется много окиси углерода, в то время как при взрыве метана образуется преимущественно углекислый газ.

8.3 Факторы, оказывающие влияние на взрывчатость угольной пыли

Химический состав пыли. Одним из основных факторов, характеризующих склонность пыли к взрыву, является выход летучих веществ при термическом разложении угля без доступа воздуха.

Главными компонентами в составе летучих веществ, обуславливающими взрывчатость пыли, являются смолистые соединения и тяжелые углеводороды. Основными горючими составляющими летучих веществ являются метан, водород, окись углерода, углекислый газ, этан, тяжелые углеводороды и др.

Нижний предел взрывчатости смеси газообразных продуктов термического разложения угля практически постоянен и равен 4,2%.

Взрывчатость обуславливается одновременным влиянием всех горючих компонентов.

Степень взрывчатости пыли может характеризоваться давлением в месте взрыва. Увеличение выхода горючих веществ (V^daf) обуславливает возрастание давления взрыва. Угольная пыль подразделяется на слабовзрывчатую (V^daf<15%) и сильновзрывчатую (V^daf>15%).

Дисперсность пыли. Дисперсный состав пыли является существенным фактором, определяющим ее взрывчатость. При больших размерах частиц пыли наблюдается почти линейный рост силы взрыва с увеличением дисперсности или удельной поверхности пыли.

Однако, это возрастание, начиная с частиц диаметром 100 мк, продолжается значительно медленнее. Сила взрыва в отдельных случаях достигает максимума при диаметре частиц около 10 мк.

Взрывчатость угольной пыли растет с увеличением степени ее измельчения, и поэтому в шахте по мере удаления от источника пылеобразования она становится потенциально более взрывоопасной.

Состав атмосферы. Существенное значение имеет состав среды, в которой происходит взрыв. Если в шахтной атмосфере содержится метан, взрыв возможен при более низких концентрациях пыли.

Установлено, что нижний предел взрываемости сильновзрывчатой пыли равен 17÷18 г/м³, а в присутствии 2,5% метана он понижается до 5÷6 г/м³. Верхний предел взрывчатости, по данным МакНИИ, составляет 300÷400 г/м³.

Влажность пыли. Фактор влажности играет существенную роль при оценке взрывчатости пыли. Влага действует как инертная добавка.

Так как теплоемкость воды больше теплоемкости инертной пыли, то с учетом теплоты испарения вода поглощает тепла в 5 раз больше, чем инертная пыль.

Взвешенная в шахтном воздухе пыль с любым содержанием влаги при наличии мощного источника воспламенения может взорваться.

Основным фактором в защитном действии влаги от взрыва является связывание осевшей пыли на почве и боковых поверхностях горных выработок.

Зольность пыли. Наличие золы снижает взрывчатость угольной пыли, поскольку часть образующегося тепла расходуется на нагрев частичек инертной пыли, что приводит к снижению температуры аэрозоля.

Естественное содержание золы в угле обычно недостаточно, чтобы предупредить взрыв. Поэтому применяют искусственное озоление пыли в выработках – осланцевание.