Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аэрология горных предприятий. Пыль и ее опасность в промышленности
.pdf
Для опыта обычно берут 100 мг пыли, давление струи
кислорода для выбрасывания пыли принимается равным
15 см рт. ст. При проведении опыта с трудновоспламеняемой
пылью берется 300 мг пыли, а давление кислородной струи
повышается до 20 см рт. ст. В большинстве случаев для исследования берутся пробы пыли, высушенной на воздухе
и просеянной сквозь сито в 200 отверстий на квадратный
дюйм. В тех случаях, когда исследуется пыль иной консистенции, делается соответственная оговорка. Пыль выбрасывается во взрывную камеру и загорается от соприкосновения
с зажигательной трубкой. В показания манометра вводят
поправку, обусловленную введением струи кислорода. Для
этого из показаний манометра вычитают значение давления,
получающееся при направлении струи кислорода в не содержащий пыль прибор. При определении давления, развивающегося при взрыве пыли, всегда берется среднее арифметическое его значение, определенное по результатам, как
минимум, трех измерений. Полученное таким образом значение давления, получаемого при взрыве пыли, колеблется от дробного числа английских футов (для антрацитной
пыли с большим содержанием золы) до двадцати английских футов (для суббитуминозного каменного угля). Значения давления, получаемые при повторных измерениях с использованием одной и той же пробы, совпадают с точностью
до 0,2 фунта для видов пыли, при взрыве которых развивается давление в 10…15 английских футов. Таким образом,
относительная воспламеняемость различных видов пыли,
если судить по значению давления, получаемого при взрыве
в этом приборе, подтверждает классификацию Уиллера.
Позднее описанный выше прибор в несколько измененном виде (рис. 5.2) применяли специалисты в области коллоидной химии Тростель и Фреверт (L.J. Trostel и H.W. Frevert).
Резервуаром для пыли в видоизмененном приборе служит небольшая чашка. Распыление производится направленной вертикально вниз струей воздуха. В боковые стенки
91

камеры вводятся перемещаемые электроды, благодаря чему
воспламенение пыли может быть вызвано либо вольтовой
дугой, либо искрами тока высокого напряжения. Сравнивая
взрывчатость различных видов пыли при воспламенении
различными источниками нагревания, Тростель и Фреверт
учитывали
[12], помимо развиваемого при взрыве давления,
еще и характер получаемого пламени.
Резиновая
пробка
Диаметр 15 см
Медная проволока
5 мм
2 мм
Просвет
0,5 см
2 см
25 см
Резервуар для пыли
Сургуч
Латунная основа
Рис. 5.2. Видоизмененная взрывчатая камера прибора
для определения воспламеняемости взрывчатых пылей
Резиновая прослойка
Медная трубка
В разделе 6 будет показано, что скорость горения пыли
определенного вида, а следовательно, и максимальное давление, развивающееся при ее взрыве, могут сильно изменяться
в зависимости от таких факторов, как начальная температура
воспламенения, количество золы и влаги в пыли, степень ее измельчения, а также и степень концентрации пыли в аэрозоле.
92

5.3. Лабораторные исследования
пылевзрывобезопасности более крупного
масштаба
Нельзя не признать, что те специфические условия, какие
могут возникнуть на заводе или в копях, могут быть лучше и
точнее повторены в ходе опытов, проведенных в более крупном масштабе. Скорость и сила взрыва нарастают по мере
удаления от точки воспламенения, кроме того, при более
масштабном опыте вторичные реакции могут оказать более
сильное влияние на конечный результат. Наконец, рассеяние
пыли в большом объеме воздуха будет менее равномерным и
обусловит более широкий диапазон значений концентрации
пыли в воздухе, чем при опытах с малым объемом воздуха.
Горное бюро США пользовалось для своих исследований горизонтальной деревянной опытной галереей длиной
14 футов и поперечным сечением 6 кв. дюймов. Один конец
галереи был закрыт, вдоль одной стороны ее расположены на некотором расстоянии одно от другого окошечки для
наблюдения. Пыль впрыскивалась в галерею одновременно через 14 отверстий, которые были проделаны вдоль дна
галереи на расстоянии одного фута одно от другого. Этим
достигалось образование однородного пылевого облака
на протяжении всей галереи. Возгорание пыли вызывали
сжиганием небольшого количества черного пороха у закрытого конца галереи.
Пространство, пройденное пламенем, определялось наблюдением и подсчетом количества сгоревших комков пироксилиновой ваты, которые были размещены по верхней
и нижней стенках галереи на расстоянии одного фута один
от другого.
С помощью описанного выше прибора удалось выяснить,
что некоторые виды пыли, например альфальфа (люцерна) и лен, по грубости своих частиц не поддающиеся исследованию с использованием лабораторных аппаратов, легко
воспламеняемы. Проба картофельного крахмала, не заго-
93

равшаяся в малом аппарате, в галерее дала сильный взрыв.
Наиболее сильный взрыв дала серная пыль. Даже смешанная с 4 частями по массе нейтральной пыли сланцевой глины, серная пыль обусловливала такое же распространение
пламени вдоль галереи, как и стандартный питтсбургский
битуминозный каменный уголь.
Галерея характеризовалась тем существенным недостатком, что пыль быстро оседала, так что концентрация
ее быстро изменялась даже в те 1–3 секунды, которые протекают от момента впуска пыли до ее воспламенения.
Опыты со смесями каменноугольной, мучной или крахмальной пыли с различным количеством пыли глинистых
сланцев привели к разным результатам. Сланцевая пыль,
по-видимому, оседала быстрее по сравнению с более легкими частями смеси, так что гасящее действие сланцевой пыли
глины уменьшалось по мере увеличения периода времени
от момента вздымания пыли до момента ее воспламенения.
Другая серия опытов была проведена в вертикальной галерее, так как предполагалось, что в ней условия опыта будут ближе к существующим на заводах условиям, здесь пыль
будет оседать медленнее, так что если бы она и была в начале чрезмерно концентрированной, то в процессе осаждения
прошла бы через ту концентрацию, в пределах которой возможен взрыв. Построена эта галерея по тому же плану, что и
горизонтальная, имеет высоту 10 футов и поперечное сечение
6 кв. дюймов. Пылевое облако создавалось таким же путем,
но воспламенение его вызывалось вольтовой дугой или открытым пламенем ввиду того, что применение таких источников
нагревания более вероятно на заводах и мельницах. При этом
были получены результаты, в большей степени согласующиеся с теоретическими данными, вероятно потому, что, в среднем, состав облака оказался более постоянным. В зависимости от характера источника воспламенения одна и та же пыль
обнаруживала вполне заметные изменения как в отношении
легкости воспламенения, так и силы взрыва. Гасящий эффект
инертной пыли также оказался ясно выраженным.
94

5.4. Шахты для опытов
Многочисленные опыты большого масштаба были проведены в различных странах, в галереях, построенных
из стали или железобетона, по размерам сходных с угольными шахтами. Галереями пользуются преимущественно
для исследования причин взрывов пыли и их механизма.
На рис. 5.3 показан план опытной шахты, или вернее будет
сказать опытного штрека.
600c-0cc
350c-0cc
3c-0cc Галерея
7c-6cc Галерея
150c-0cc
Вентилятор
Рис. 5.3. План шахтной опытной станции в Эскмильсе
6c-0cc
Колено
Заслонки
В Эскмильсе, в Камберленде, такая галерея, длиной
750 футов и диаметром 7 футов 6 дюймов, была построена
из стенок старых ланкаширских паровых котлов. Устройство ее представлено на рис. 5.4, взятого с разворота первого
издания книги.
Один конец галереи открытый, другой сообщается с вентилятором с помощью короткого под прямым углом отходящего от галереи коридора, диаметром 6 футов. В месте
соединения вентиляционного коридора с главной галереей
имеется заслонка (клапан). Удалением щита, который обыкновенно служит для замыкания галерей, можно открыть
ее и со второго конца. Как показано на плане (см. рис. 8),
от главной галереи ответвляется другая, более узкая, длиной
95

350 футов и диаметром 3 фута. В галерее устанавливают инструменты для измерения давления при взрыве, скорости,
с которой это давление развивается, температуры и скорости
распространения пламени, а также и состава получающихся
газов. Манометр приспособлен к точному измерению давления в пределах от 1 до 250 фунтов.
Рис. 5.4. Отдел горной опытной станции в Эскмильсе
Для получения взрыва на полу галереи и по узким горизонтальным полкам, тянущимся по бокам, разбрасывается каменноугольная пыль. С каждой стороны имеется
5 полок в 5 дюймов шириной, отходящих одна от другой
на расстоянии 9 дюймов, причем самая нижняя полка отстоит от пола на 28 дюймов. Каменноугольная пыль распределяется по возможности равномерно на протяжении 350 футов от открытого конца таким образом, чтобы один фунт
пыли приходился приблизительно на один фут галереи, что
соответствует 0,4 унциям на 1 куб. фут воздуха. Это количество пыли распределяется по полкам слоем толщиной менее
1/64 дюйма, на полу слой ее немного толще. Затем на расстоянии 350 футов от открытого конца, на протяжении которых была рассыпана каменноугольная пыль, помещается
96

открытая с обоих концов стальная труба диаметром 3 дюйма
и длиной 10 футов. Она также содержит каменноугольную
пыль из расчета 2 англ. фунта на 1 линейный фут. Равным
образом разбрасывают каменноугольную пыль и на досках,
специально расположенных позади противоположного конца 10-футовой трубы в виде полосы шириной 1 фут и длиной
12 футов.
В галерее устанавливается пушка из ковкого железа,
ствол которой имеет длину 2 фута 9 дюймов и диаметр 2 дюйма, заряженная 24 унциями пороха. Ствол неплотно заполнен на протяжении 8 дюймов влажной глиной. Дуло пушки
направлено через 10-футовую трубу к открытому концу галереи. При выстреле, вызванном электрическим разрядом,
из открытого конца 10-футовой трубы выбрасывается густое
облако горящей пыли, объем которого достаточен для заполнения всего просвета галереи, имеющей диаметр 7 футов
6 дюймов.
От сотрясения и от продвижения получившегося облака горящей пыли, лежащая на выступах и на полу галереи
пыль вздымается в воздух и загорается. Таким образом,
огонь постепенно распространяется вдоль всей большой галереи (длиной 350 футов), по которой была разбросана пыль,
и при наличии известных условий происходит довольно
мощный взрыв. Красное пламя горящей пыли выбрасывается из отверстия этой галереи на расстояние 200 футов, за
ним следуют густые клубы дыма, причем подпорки и всевозможные обломки выбрасываются с силой на расстояние свыше ¼ мили (0,4 км).
С помощью пяти специально сконструированных манометров, установленных на расстоянии 50, 100, 150, 200 и 250 футов от отверстия галереи, удается следить за прохождением
взрыва и его усилением. На рис. 5.5 приведены кривые изменения давления (в английских фунтах на кв. дюйм) от времени (в сотых долях секунды) в пунктах установки манометров,
полученные при взрыве, при распределении пыли вдоль галереи на протяжении 500 футов от ее открытого конца.
97

10
0
10 20 30 40 50 60 70
10
0
10
0
10
0
10
0
Давление в английских футах на кв. дюйм
Единица времени,
1/100 сек
К вентилятору
20
10
20
10
20
10
20
10
40
30
40
30
40
30
40
30
T
воспл
60
50
60
50
60
50
60
50
Направление взрыва
500c
No. 1 2 3 4 5
A
80
70
80
70
80
70 80 90 100 110 120
70 80 90 100 110 120 130
R
No. 1
100
90
No. 2
90
100
No. 3
100
90
No. 4
No. 5
Открытый конец
110
110
110
120
120
120
130
130
130
130
Рис. 5.5. Кривые изменений давления за равные
промежутки времени
Кривые показывают, что по истечении 20,8 сотых секунды от момента возгорания на манометре № 1 отмечено повышение давления. Это повышение вызвано образовавшейся при выстреле сотрясающей волной, которая достигает
отстоящего на расстоянии 200 футов манометра № 5 через
16,4 сотых секунды. Следовательно, скорость распространения волны равна 1200 футов в секунду (365 м/с). Эффект
сотрясающей волны продолжается в течение 81 сотой секунды. Таким образом, только справа от линии AB кривые отражают обусловленные взрывом угольной пыли изменения
давления. Наиболее высокое давление было отмечено на манометре № 5, причем кривая показывает, что в этой точке
особенно быстро идет повышение давления – за 0,006 секунд
давление повысилось на целых (!) 6 английских фунтов. Это
внезапное повышение давления указывает на то, что по истечении первых 1,05 секунд первая стадия взрыва была уже
почти закончена, в более длинной галерее за этой фазой последовало бы образование взрывной волны.
Следует отметить, что максимальное давление развилось
в пункте установки манометра № 5 раньше, чем в пункте
98

установки манометра № 1, следовательно, момент развития максимального давления в той или
иной точке не соответствует моменту прохождения пламени через нее. Очевидно, что волна давления распространяется к точке
воспламенения в направлении,
противоположном тому, в котором распространяется пламя.
Сопоставляя для каждого интервала времени значения давления, измеренные манометрами,
с расстоянием от пунктов возгорания, можно определить скорость первой волны давления,
т.е. скорость пламени. Ряд таких характеризующих давление
и расстояние кривых изображен
на рис. 5.6.
Для интервала времени
с отметкой в 95 сотых доли секунды от начала возгорания,
гребень волны давления находился на расстоянии 325 футов
от точки воспламенения, 5 сотых долей секунды спустя он
переместился на 50 футов дальше, иными словами, волна передвигалась со скоростью 1000 футов в секунду.
Введение препятствий в виде
подпорок или перекладок значительно увеличивает скорость
развития взрыва, вероятно
вследствие усиления турбулент-
Расстояние от
пункта возгорания
250° 300° 350° 400° 450°
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
Сотые доли секунды
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
Т
Рис. 5.6. Кривые изменения
давления взрывной волны
в зависимости от расстояния;
Т – расстояние до открытого
конца галереи, равное
50 футам
99

ных потоков в пылевом облаке и отражения волны давления
обратно к горящему газу.
В Англии за 16 лет была произведена серия тщательно
продуманных опытов – вначале (1908–1911 гг.) в Аль тофте,
а потом в Эскмильсе. Результаты этой работы опубликованы в отчетах, представленных Комитетом по исследованию взрывов в копях (Explosion in Mines Committee) Министерству внутренних дел Англии, а также в отчетах Бюро
по изучению безопасности в копях (Safety in Mines Research
Board). В этих отчетах приведены данные о сравнительной
воспламеняемости угольных пылей, об эффекте, получаемом при примешивании негорючей пыли к угольной, о возможности возгорания обычных негорючих смесей рудничного газа и воздуха, обусловленной присутствием негорючей
пыли, о низших пределах возгорания смеси метана и воздуха, о влиянии различных видов пыли на здоровье рабочих,
о комплексе условий, приводящих к взрыву угольной пыли
и о мерах предотвращения этих взрывов.
Экспериментальные галереи, в которых с возможной точностью воспроизводятся действительные условия работы
в каменноугольных шахтах, были построены в САСШ, а также и во Франции, Австрии, Бельгии и Германии.
Контрольные вопросы
1. Чем отличается воспламенение пыли от воспламене-
ния аэрозоля?
2. Влияет ли скорость движения пыли на температуру
воспламенения?
3. Как рассчитать давление при взрыве?
4. Какой источник возгорания вы бы посчитали самым
опасным?
5. Что используют для испытания пылевзрывобезопасно-
сти шахты?
6. Сколько классов опасности пыли представлено в клас-
сификации Уиллера?
7. Что такое mesh 200 и зачем его используют?
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
