Раздел 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВзрывОВ рудничного газа
и угольной пыли
2.1. Обобщение данных об особенностях протекания взрывов метана и угольной
пыли
Результаты обобщения данных об особенностях протекания взрывов метана и
угольной пыли изложены в монографиях автора [4, 5, 82]. Поэтому приведем только
основные выводы, вытекающие из результатов исследований.
1. Пределы взрываемости метана в смеси с воздухом в процентах:
нижний – 5ч6 %
верхний – 14-16 %
2. Пределы взрываемости угольной пыли в зависимости от концентрации метана
(См), г/м3:
нижний дм = дexp ( - 0,69 Cм ), (2.1)
верхний 2000-3000
3. Температура самовоспламенения метана – 537,8 о С
4. Температура источника зажигания для воспламенения аэровзвеси угольной пыли
зависит от стадии метаморфизма угля и изменяется в пределах 890-1120 К. Она
также зависит от выхода летучих (Vdaf ) в соответствии с формулой
Ти.з = 273 + 805 exp () (2.2)
5. Минимальная энергия воспламенения, мДж:
метана – 0,28ч0,3
угольной пыли – 4,6
6. Период индукции метана зависит от процентного содержания его в смеси с
воздухом и температуры источника зажигания (рис. 2.1), а период индукции пыли –
от процентного содержания выхода летучих (Vdaf) (рис. 2.2).
Для практического использования можно применять период индукции метана менее 1
мс , а угольной пыли – менее 50 мс.
Рис. 2.1. Зависимость периода индукции воспламенения метана от концентрации
метана и температуры источника зажигания
Рис. 2.2. Зависимость периода индукции взрыва угольной пыли от выхода летучих
веществ, полученная экспериментальным путем
7. Максимальное давление при взрыве, полученное при экспериментальных
исследованиях в опытной штольне МакНИИ, МПа:
метана – 2,3 МПа;
угольной пыли – 5 МПа
8. Скорость распространения пламени при взрыве, м/с
метана – 0,37-100 м/с (в зависимости от степени турбулизации)
угольной пыли – 2-160 м/с (в зависимости от концентрации пыли и выхода
летучих).
Приведенные данные подтверждены результатами экспериментальных исследований.
Они могут быть использованы при разработке мер и средств предотвращения и
локализации взрывов метана и угольной пыли.
2.2. Причины образования взрывоопасных газовых смесей в горных выработках и
развитие представлений об опасном образовании скоплений метана
Проанализировано 118 взрывов, происшедших за период с 1976 по 2006 гг.
Распределение взрывов по местам происшествий [77] (табл. 2.1) показывает, что
наибольшее их количество (34,86%) происходит в выработках, проветриваемых за
счет вентиляторов местного проветривания (ВМП). Это объясняется тем, что в этих
выработках из-за дефектов системы проветривания (остановки ВМП по разным
причинам, отставание и дефекты вентиляционных труб) более высокая опасность
образования взрывчатой метано-воздушной среды (табл. 2.2). Второе и третье
место по количеству взрывов занимают очистные выработки (лавы) и исходящие
выработки из очистных забоев и панелей шахт (соответственно 28,44 и 22,94%).
Таблица 2.1
Распределение взрывов по местам происшествий
Наименование горных выработок
(мест происшествия взрывов)
Количество взрывов
в абсолютных величинах
в процентах
Проходческие и нарезные (тупиковые) выработки
38
34,86
Очистные выработки (лавы)
31
28,44
Исходящие (вентиляционные) выработки из очистных забоев и панелей шахт
25
22,94
Выработки с поступающей струей воздуха на добычные участки и панели шахт за
счет ВГП
7,34
Камеры и бункеры
6,42
По всем выработкам
109
100
Эти выработки, характеризующиеся повышенным выделением метана из свежеотбитого
угля и большой площади обнажения угольных пластов в лаве, а опасность
образования взрывчатой смеси в них в основном определяется нарушением системы
проветривания вентиляторами главного проветривания (ВГП) за счет различных
явлений, связанных с увеличением сопротивления в воздушной струе, снижением
скорости и расхода воздуха, а также образованием застойных зон и местных
скоплений в них метана.
Почти 14% взрывов приходится на выработки с поступающей струей воздуха на
добычные участки и панели за счет общешахтной депрессии (7,34%), а также камеры
и бункеры (6,42%).
Это происходит из-за нарушений системы вентиляции, обеспечиваемой ВГП,
вследствие их непредвиденных остановок, закорачивания воздушной струи
"диагональными" выработками, при открывании шлюзов, вентиляционных дверей и
др., когда в выработках с поступающей струей воздуха образуются местные или
слоевые скопления метана, а в бункерах происходит полное или частичное
загазирование.
Таблица 2.2
Распределение взрывов по причинам образования взрывчатой смеси
Причины образования взрывчатой метано-воздушной смеси
Количество случаев
Примечание
штук
Внезапное выделение метана в выработки, вызванное газодинамическими явлениями
(внезапные выбросы, прорывы, суфляры)
19
17,6
в том числе при сотрясательном взрывании – 5
Выделение метана из угля и массива в тупиковых выработках и забоях при
нарушении проветривания из-за остановок ВМП и дефектов труб
37
34
в том числе из-за дефектов труб – 10
Выделение метана из угля и массива в очистных забоях (лавах) при нарушении
проветривания, обеспечиваемого за счет общешахтной депрессии
24
22,2
Поступление метана в лавы и выработки из выработанных пространств, обрушений и
заперемыченных выработок
18
17
в том числе при сплошной системе из выработанных пространств – 12
Накопление метана из горного массива в выработках при остановках и нарушениях
проветривания (остановки ВГП, нарушения вентиляции горизонта)
5,5
Образование взрывчатой смеси в бункерах и камерах из-за нарушения проветривания
3,7
По всем причинам
108
100
Более деталь