Взрывоопасные пределы содержания метана в мвс

Взрывоопасность характеризуется температурой вспышки (Т_ВСП) и задержкой вспышки (τ_ВСП). На чувствительность МВС к нагреванию влияют примеси некоторых газов и распыленных твердых веществ. Известно, например, что повышают чувствительность к нагреванию СО, NО₂, О₂, а уменьшают – СО₂, N₂, NаСl, КСl.

Вспышка МВС происходит с некоторым замедлением, зависящем от температуры нагревания. Величина замедления (период индукции) с повышением температуры уменьшается (табл.11).

Таблица 11

Задержка вспышки в зависимости от температуры

Действие солей (NаСl, КСl) как отрицательных катализаторов объясняется тем, что реакции окисления СН₄ до СО₂ и Н₂О являются цепными и цепи обрываются на поверхности частиц указанных солей.

СН₄+2О₂-->СО₂+2Н₂О.

Цепная реакция – это химическая реакция, в каждом элементарном акте которой появляется по крайней мере одна активная частица, что вызывает цепи превращений. Цепи превращений – это последовательность химических реакций, в которых продукты предыдущих стадий являются реагентами для последующих. Для понижения величин Q_Р и T_ВЗР взрывчатых веществ, содержащих большое количество аммиачной селитры, используют добавки инертных солей NаСl и КСl. Например, добавки 20% NаСl снижают Q_Р и T_ВЗР на 25-30%. NаСl и КСl являются не только отрицательными катализаторами (табл.12), но и пламегасителями.

Рис.30 Схема взаимодействия кислорода воздуха с молекулой метана.

Таблица 12

Период индукции в зависимости от типа отрицательного катализатора

Некоторые главные факторы, влияние которых на зажигание МВС наиболее существенно:

- воздушная ударная волна;

- раскаленные или горящие твердые частицы;

- горячие газообразные ПВ.

Существующие гипотезы учитывают именно эти факторы, но даже и в этом случае они позволяют делать меньше ошибок при подборе предохранительных ВВ и условий взрывания.

Основные требования, предъявляемые ко всем предохранительным ВВ, являются обязательными и для высокопредохранительных составов. Эти требования сводятся к следующему:

- иметь небольшую теплоту и температуру взрыва;

- иметь небольшую работоспособность – порядка 200–240 см³ при взрывании по углю, а в особо опасных забоях – 170 см³; 240–300 см³ – при взрывании по породе;

- энергия взрыва должны быть ограничена;

- ВВ должны хорошо детонировать;

- иметь кислородный баланс, близкий к нулю;

- в состав ВВ целесообразно вводить инертные вещества, обладающие в то же время отрицательными каталитическими свойствами относительно реакции окисления метана;

- не должны содержать посторонних включений (металлических и др.), способных гореть в воздухе с развитием высокой температуры.

Отвечая этим требованиям, предохранительные ВВ имеют свои, присущие только им особенности, благодаря которым они обеспечивают высокую степень безопасности при взрывных работах. Современные предохранительные ВВ, безопасные с точки зрения воспламенения МВС, можно считать безопасными и в отношении воспламенения пылевоздушной смеси.

По оценкам специалистов до 25% от количества случаев воспламенения МВС или ПВС в опасных выработках шахт являются взрывные работы. Анализ взрывов в шахтах показывает (опыт России и Украины), что главными причинами являются выгорание зарядов (~25%) и их обнажение (~25%), далее идут трещины в массиве пород (~20%), отсутствие или недостаточность забойки (~12%), низкая водоустойчивость зарядов. Таким образом, почти 50% аварий связаны с применением ВВ, которые не соответствуют указанному классу предохранительности и воспламеняют газ в результате обнажения заряда, при наличии трещин в массиве пород и отсутствии забойки. Существующий ассортимент предохранительных ВВ имеет ряд недостатков. Например, предохранительные аммониты способны к выгоранию, слеживаемости, они обладают малой водоустойчивостью, высокой чувствительностью к уплотнению и т.д. ВВ, содержащие нитроэфиры, имеют сложный состав, содержат токсичные соединения, обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям, имеют высокую стоимость.

В настоящее время предохранительные ВВ еще не могут быть признаны абсолютно безопасными для ведения взрывных работ во взрывоопасносной атмосфере шахт. Поэтому необходимо их дальнейшее совершенствование в направлении повышения антигризутности, т.е. увеличения массы предельного заряда в МВС. Решение этого вопроса является важной задачей, имеющей большое научное и практическое значение для повышения техники безопасности и охраны труда.

Наиболее перспективным направлением повышения уровня предохранительных свойств ВВ является применение в их составе химически активных солей- ингибиторов реакции окисления метана кислородом воздуха. В результате торможения этой реакции ингибитором, который находится в составе предохранительного ВВ, удается обеспечить предупреждение взрывов МВС при взрывных работах. Однако было установлено, что соли-ингибиторы, введенные непосредственно в состав предохранительных ВВ, в оболочку заряда или забойку, могут под действием взрыва терять свойства отрицательных катализаторов (ингибиторов), что является аномальным явлением, которое ранее не было известно. Это явление характеризуется тем, что в течение определенного времени под действием продуктов детонации ВВ соли-ингибиторы становятся не способными тормозить реакцию окисления метана, в результате чего происходит воспламенение МВС. Считается, что ответственным за каталитическое ингибирующее действие соли является образующий ее металл. Ионы металла на поверхности кристалла соли сначала захватывают или адсорбируют радикал, а затем происходит его рекомбинация с другими радикалами. В результате рекомбинации на поверхности соли-ингибитора радикалы выводятся из зоны реакции, и скорость реакции окисления метана резко тормозится вплоть до полного прекращения реакции.

Однако, как показали исследования по изучению предохранительных свойств ПВВ в МВС, ингибирующая активность соли существенно зависит от времени контакта ингибитора со взрывоопасной МВС. Было установлено, что существует интервал времени, в течение которого ингибитор оказывается не способным затормозить реакцию окисления метана. Этот интервал времени, в течение которого у ингибитора существует дерекомбинационный эффект, соответствует интервалу времени, когда кристаллы соли-ингибитора находятся непосредственно в зоне действия на них сильной детонационной или ударной волны.

В табл.13 приведены результаты расчетов давления динамического сжатия кристаллов соли-ингибитора во фронте детонационной волны предохранительных ВВ. В табл.14 приведены результаты расчета давления ударного сжатия ингибитора при детонации ВВ и приращения энергии кристаллами соли, равное работе их сжатия. Эти величины были сопоставлены со значениями масс предельных зарядов предохранительных ВВ IV-VII классов, которые характеризуют уровень их предохранительных свойств.

Результаты, приведенные в табл.13,14 показывают, что сжатие вещества ингибитора при детонации ВВ происходит под действием возникающей в нем ударной волны. Величина давления, возникающая в кристаллах соли, оказывает существенное влияние на уровень предохранительных свойств ВВ, т.к. кристаллы соли-ингибитора под действием высокого давления становятся не способными тормозить цепные реакции окисления метана кислородом воздуха. Необходимо отметить, что величина затраты энергии детонации ВВ на сжатие кристаллов соли-ингибитора не оказывает существенного влияния на уровень предохранительных свойств ВВ. Для угленита Э-6 и ионита различие в таких затратах энергии не превышает 10%, тогда как уровень их предохранительных свойств отличается существенно – величина предельного заряда ионита в 10 раз больше, чем у угленита.