15.7.2. Взрывы пыли и газа

Взрыв – процесс быстрого перехода вещества из твердого и жидкого в газообразное состояние или химическая реакция с резким увеличением объема газообразных продуктов, выделением теплоты, ростом давления и ударной волной. Воспламенение окисляющего вещества может перейти во взрывное горение, а затем в детонацию при увеличении давления на фронте пламени от 1 до 5 МПа, а скорости движения фронта от 10 до 1000 м/с и более соответственно.

Взрывчатыми являются смеси горючих газов с воздухом (метан 5,3-14%, этан 3,2‑12,5%, ацетилен 3-65%), аэрозоли угольной, сульфидной, серной и другой пыли (табл.6.1). Взрывчатость угольной пыли зависит от значительного числа факторов, среди которых можно выделить основные: выход летучих V ^r зольность А^c, влажность W и минимальное пылеотложение П . Степень взрывчатости угольной пыли ориентировочно можно определить по табл. 15.4.

Таблица 15.4

Взрывчатость угольной пыли

Параметр	Степень взрывчатости
	I (малая)	II (средняя)	III (высокая)
Vr, %	< 10	10-15	> 15
Ас, %	>60	>30	< 15
W ,%	>30	15-30	< 15
Потл, г/м3	П	П	> П

По времени накопления взрывоопасного количества пыли выработки делят на две группы: с >1 месяца; t < 1 месяца. К первой, менее опасной группе, относятся околоствольные дворы, горизонтальные и наклонные откаточные выработки вне погрузочных пунктов, опрокидов, сопряжений с уклонами и бремсбергами, тупиковые подготовительные (кроме призабойных участков) и вентиляционные (удаленность от забоя более 200 м) выработки. Во вторую, опасную группу входят погрузочные пункты лав и участки откаточных выработок на расстоянии 25 м в обе стороны от погрузочных пунктов, конвейерные выработки, участки вентиляционных выработок, удаленные от забоя менее, чем на 50 м.

В границах шахтного поля, когда нижний предел взрывчатости в зависимости от содержания метана может изменяться не более чем в 2 раза, время накопления взрывоопасного количества пыли зависит в основном от интенсивности пылеотложения (табл. 15.5), которая для различных выработок изменяется от 0,04 до 8000 г/(м³·сутки).

Таблица 15.5

Интенсивность пылеотложения в выработках угольных шахт, г/(м³·сутки)

Выработка	Минимум	Норматив	Максимум
Околоствольные и основные откаточные выработки	0,04	0,2-0,4	0,4
Горизонтальные и наклонные откаточные выработки вне погрузочных пунктов	0.2	1,2	3,2
Тупиковые подготовительные выработки вне призабойного пространства	1,3	1.2	8,0
Участки вентиляционных штреков и другие выработки с исходящей струей воздуха, расположенные на расстоянии от лав, м:
>200	0,3	1,2	6,5
<200	1,2	-	960
Погрузочные пункты у лав пологих и наклонных пластов, а также стационарные погрузочные пункты	4,0	-	68
Участки откаточных выработок у опрокидывателей	6,2	-	69
Сопряжение уклонов и бремсбергеров с участковыми откаточными и основными штреками	1,0	-	25
Призабойные участки подготовительных выработок	12	-	600
скребковыми	1000	-	1500
ленточными	4000	-	8000

В настоящее время 75% угольных шахт России признаны опасными по взрывам газа и пыли.

Причины взрывов – опасные концентрации вещества и тепловой импульс. Взрывные работы дают 30% от общего числа взрывов, электроэнергия – 25-30%, искрение – 20%, открытый огонь – 5-10%, самовозгорание – 5-10%, пневмоэнергия – 3-5%.

Процесс взрыва протекает в форме вспышки или взрывного горения. Пламя может иметь характер теплового взрыва, распространяющегося с большой скоростью и поглощением основного количества кислорода, или тихого воспламенения в результате окисления оставшегося газа притекающим кислородом.

Способы борьбы с пылью. Искусственное повышение зольности отложившейся угольной пыли путем покрытия ее инертной пылью называется осланцеванием выработок. Инертная пыль не должна слеживаться, т.е. терять способность переходить во взвешенное состояние после пребывания во влажной среде, не должна поглощать влагу, не должна содержать более 1% горючих веществ и более 10% свободной двуокиси кремния, а также вредных и ядовитых примесей, выход летучих веществ должен быть не более 5%. Тонкость помола пыли должна быть такой, чтобы она на 90 % проходила через сито № 06 и на 50% – через сито № 0075.

Способы гашения пламени взрыва и скорости ударной волны. Для гашения пламени взрыва применяются вода и инертная пыль, помещенные в специальные емкости (корыта, полки), образующие заслонки.

Водяные заслоны представляют собой несколько расположенных в ряд поперек выработки под кровлей деревянных, металлических или пластмассовых корыт, в которые наливается вода (не более 80 л в каждое). Корыта устанавливаются на равном друг от друга расстоянии, но не менее 5 м. Количество воды и число корыт определяются из расчета 400 л воды на 1 м² площади поперечного сечения выработки. Общая длина водяного заслона должна быть не менее 30 м.

Сланцевые заслоны – это ряд деревянных полок, установленных у кровли выработки, на которые насыпают инертную пыль. Полки эти могут легко опрокидываться под действием воздушной ударной волны, развиваемой взрывом.

Водяные и сланцевые заслоны должны удовлетворять следующему принципу: их полки или корыта должны опрокидываться или разрушаться под действием воздушной ударной волны, развиваемой взрывом. Образующееся при этом облако распыленной воды или инертной пыли должно охлаждать и гасить пламя взрыва, а также снижать скорость распространения воздушной ударной волны с 80-100 до 20-30 м/с и предотвращать взметывание новых порций угольной пыли и поджигание ее за пределами заслона.

Действия ВГСЧ в зоне пожара в стволе для предотвращения взрыва газа и пыли осуществляются в следующей последовательности:

– все люди выводятся в безопасные места;

– подготавливается к работе генератор инертных газов, принимается порядок инертизации атмосферы в горящем стволе;

– включается генератор инертных газов (ГИГ) и сокращается подача воздуха по стволу согласно принятому порядку инертизации атмосферы;

– заканчивается сооружение глухих взрывоустойчивых перемычек в сопрягающихся со стволом выработках, не влияющих на режим проветривания горящего ствола (после создания в горящем стволе взрывобезопасной атмосферы);

– подготавливаются материалы (глина, песок и др.) для засыпки перекрытия в устье горящего ствола;

– закрываются и уплотняются ляды, перекрывается устье ствола и засыпается глиной;

– останавливается вентилятор горящего ствола, закрывается шибер в канале вентилятора и уплотняется;

– определяется режим работы и остановок генератора инертных газов для поддержания в стволе взрывобезопасной атмосферы;

– заканчивается сооружение взрывоустойчивых перемычек с проемами в выработках, по которым парогазовая смесь поступает к очагу пожара (в период остановки ГИГ.

– останавливается ГИГ, закрываются проемы в перемычках;

– в течение всего времени ведения изоляционных работ контролируются состав и температура воздуха в аварийном стволе.