Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли»


Скачать 221.96 Kb.
НазваниеЛекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли»
Дата публикации08.04.2013
Размер221.96 Kb.
ТипЛекция
userdocs.ru > География > Лекция

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ


ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра АОТ

Лекция №4

Доц. Алексеенко С.А.
Раздел 2. Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций

Тема: «Взрывы газа и пыли».

(для студентов специализации: 7.090301.05 “Охрана труда в горном

производстве”)

Днепропетровск

2011
План лекции


1. Типы воспламенения газопылевоздушных смесей

2. Особенности взрыва газовоздушных смесей.

3. Особенности взрыва пылевоздушных смесей

4. Природно-технологические условия и особенности возникновения

взрыва на горных предприятиях
^

Рекомендуемая литература



1. Голинько В.И., Алексеенко С.А., И.Н. Смоланов. Аварийно-сательные работы в шахтах: Учебное пособие. – Днепропетровск: Лира ЛТД. – 2011. – 480 с.
Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, которое сопровождается выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Взрыв отличается от горения большой скоростью распространения огня. Так, например, скорость распространения пламени во взрывчатой смеси, находящейся в закрытой трубе – (2000 – 3000 м/с).

Сгорание смеси с такой скоростью называется детонацией. Возникновение детонации объясняется сжатием, нагревом и движением несгоревшей смеси перед фронтом пламени, приводящим к ускорению распространения пламени и возникновению в смеси ударной волны. Образующиеся при взрыве газовоздушной смеси воздушные ударные волны обладают большим запасом энергии и распространяются на значительные расстояния. Во время движения они разрушают сооружения и могут стать причиной несчастных случаев.

^ 1. Типы воспламенения газопылевоздушных смесей
Взрывом называют воспламенение, сопровождающееся ударной волной. Быстрый рост давления во фронте пламени, передаваемого от слоя к слою, рождает ударную волну, распространяющуюся перед фронтом пламени со скоростью звука (330 м/с).

Типы воспламенения разделяют по давлению в ударной волне, скорости распространения пламени и температуре во фронте пламени. Эти показатели зависят от большого числа условий, главными из которых являются концентрация горючего газа в газовоздушной смеси, начальные давление и температура смеси, гидравлическое сопротивление продвижению фронта пламени и условия теплоотдачи из очага.

Различают следующие типы воспламенения:

- тихое воспламенение – давление в ударной волне незначительное, скорость движения фронта пламени 0,3 – 0,6 м/с;

- вспышка сопровождается давлением в ударной волне 0,015 МПа, скорость пламени 2 – 10 м/с;

- тепловой взрыв (взрывное горение) сопровождается давлением от 0,015 - 1 МПа и скоростью пламени от 10 до 330 м/с;

- детонация (давление от 2 до 5 МПа, а скорость пламени от 500 до 8000 м/с.

Переход вспышки во взрыв происходит при скорости химического превращения менее 1 м/с, для чего необходим или приток смеси в очаг, или перемещение самого очага (фронта пламени) со скоростью звука и выше. Это требует низкого гидравлического сопротивления, особенно отсутствия поворотов, сужений, расширений горной выработки, преград (дверей, перемычек, транспортных сосудов и т. д.), а также сохранения высокой температуры во фронте пламени для метановоздушной смеси, например, не ниже 1300 °С, что возможно при малой теплоотдаче из фронта горения.

Особое место занимает детонация - взрывной процесс, скорость распространения которого в 3-20 раз больше скорости звука в данной среде при обычных термодинамических условиях, а давление при этом достигает 2-5 МПа даже для газопылевоздушных смесей.

Обычное воспламенение переходит в обычный взрыв (взрывное горение) постепенно; скорость и давление нарастают плавно.

Взрывное горение переходит в детонацию скачкообразно (рис.1), толчками, которые вызывают разгон фронта пламени до сверхзвуковой скорости. Каждый толчок вызывается ростом давления перед фронтом пламени и соответствующим повышением температуры, что, в свою очередь, вызывает рост скорости фронта воспламенения в газовой смеси.

Скорость распространения фронта детонации после его разгона остается для данных условий постоянной и зависит, главным образом, от состава горючей смеси и, в меньшей степени, от исходных давлений (Р0). температуры (Т0), ширины канала и действующего активного сопротивления среды. В узких каналах (щелях) детонация может выродиться во взрывное и даже обычное горение

Рисунок 1. – Схема перехода взрывного горения в детонацию: I – исходные условия; II – зона химических превращений; III – конечные условия; О2, Т0 и Р0 – исходные соответственно концентрация кислорода, температура и давление в горной выработке; СО2 (СО) – конечная суммарная концентрация двуокиси и окиси углерода
Исходя из того, что скорость детонационной волны больше скорости звука, следует, что ее движение вызывается не передачей тепла и диффузией, как при обычном пламени, так как скорость этих процессов не превышает скорости звука, обусловленной тепловой скоростью молекул. Давление в детонационной волне более 2 МПа, что достаточно для воспламенения газовоздушной смеси при адиабатическом сжатии. Следовательно, детонация непосредственно связана со свойствами ударной волны. Инициирование взрывного процесса существенно зависит от интенсивности зажигания.
^ 2. Особенности взрыва газовоздушных смесей.

Смесь метана с воздухом при температуре 600°С воспламеняется через 10 с, при 1000 °С - через доли секунды, а при 1300 °С взрывается. Детонацию легко вызывают СИ взрывчатых материалов - детонаторы. Характер процесса зависит от давления во фронте горения. Широко известен опыт с зажиганием метановоздушной смеси у открытого и закрытого концов трубы. В первом случае вследствие свободного расширения газов из фронта горения возникает тихое пламя, а во втором – вследствие роста давления из-за активного инерционного и гидравлического сопротивления среды происходит взрыв (взрывное горение).

Газовоздушные смеси, способные взрываться, получили название гремучего газа.

При росте объемной доли горючего в гремучем газе взрываемость вначале нарастает, а затем, по мере достижения стехиометрического соотношения горючего газа и кислорода, снижается. Метановоздушная смесь наиболее легко воспламеняется при объемной доле метана 0,06 (6%), а взрыв наибольшей силы происходит при объемной доле метана 9,5 % (табл.3).
Таблица 3

Объемная доля

метана, %

Длительность индукционного периода, с, при температуре, °С

775

875

975

1075

6

8

10

12

1,08

1,25

1,4

1,64

0,35

0,37

0,41

0,44

0,12

0,14

0,15

0,16

0,039

0,042

0,049

0,055


Расчетное количество углерода, которое можно окислить (сжечь) в 1 м3 воздуха, составляет около 111,5 г.

Пределы взрыва смесей метана с воздухом показаны на рис.2. В области взрывчатых смесей важным является постепенное сужение нижнего и верхнего пределов взрываемости смеси метана с воздухом вплоть до выхода в точку при объемной доле кислорода 12,2 %. Это связано с цепным механизмом передачи теплового импульса зажигания. В области 3 для осуществления цепной реакции окисления недостаточно молекул метана, в области 4 - молекул кислорода. Метан в области 3 выгорает при наличии источника тепла, например пламени, однако цепная реакция взрыва невозможна. Добавление кислорода воздуха в смесь области 4 вводит ее в «треугольник взрываемости».

Пределы взрываемости смесей горючих газов с воздухом при нормальных термодинамических условиях составляют: метана 5,3 (4,8) - 14 %; этана 3,2-12,5 %; ацетилена 3-65 %; окиси углерода 12,5-75 % и водорода 4,1-74 %.

«Треугольник взрываемости» для других горючих газов имеет тот же вид, что и для метана. Нижний предел взрываемости зависит от рода воспламенителя и его температуры.

Так, в металлических трубах удавалось воспламенить раскаленной пылью смесь 4,8 % метана с воздухом.


Рисунок 2. – Объемные пределы взрываемости метановоздушных смесей: 1 – неосуществимая смесь; 2 – взрывчатая смесь; 3 – невзрывчатая смесь; 4 – смесь, могущая стать взрывчатой при добавлении воздуха (кислорода)

Нижний предел взрываемости смеси горючих газов (%) определяется по формуле

, (1)

где , ,... - объемная доля каждого из горючих компонентов; N1, N2,...Ni - нижние пределы взрываемости компонентов.

Для гомологов метана оптимальная концентрация воспламенения в воздухе обратно пропорциональна корню квадратному из их относительной молекулярной массы:

, (2)

где C¢м и С¢¢м - оптимальные массовые концентрации метанидов, %; М' и М" - относительные молекулярные массы. Для метана См = 8,5 %. Формула применима и к смесям метанидов. В этом случае М означает средние относительные молекулярные массы смеси.
^ 3. Особенности взрыва пылевоздушных смесей

Степень взрывчатости пыли зависит от развития ее поверхности, выражаемой обычно через размеры (диаметр) пылинок, состава пыли - химического и минерального, выхода летучих продуктов при нагреве (для угольной пыли), количества витающей пыли, наличия в атмосфере горючих газов и влажности пыли и атмосферы.

В шахтах происходят чисто пылевые взрывы сульфидной, серной, угольной и другой пыли. О степени взрывчатости пыли в опытах судят по давлению в месте взрыва, длине пламени и температуре.

Пыль угольных пластов наиболее взрывчата при диаметре пылинок 0,1-0,04 мм, для некоторых марок углей - при диаметре 0,01 0,05 мм, хотя во взрыве участвует и более тонкая пыль, а также пыль, состоящая из частиц размером 0,75-1 мм.
Максимум взрывчатости (давления взрыва) для различных марок углей различен (рис.3). Угольная пыль не взрывается при содержании в ней 60-70 % золы или инертных частиц. Степень взрывчатости угольной пыли связана с выходом летучих. Угольная пыль становится взрывчатой, если выход летучих из угля составляет 10 % и более (рис.4). Так, угольная пыль, содержащая 16 % летучих, взрывается при 125 г пыли в 1 м3 воздуха, а содержащая 25 % летучих - при 100 г.

Рисунок 3. – График зависимости давления взрыва угольной пыли Р от удельной поверхности (уменьшения диаметра) частиц S: 1 – бурый уголь; 2 – газовый; 3 – длиннопламенный; 4 – коксовый

Рисунок 4. – График зависимости давления взрыва угольной пыли Р от выхода летучих V
Пылегазовые смеси взрываются легче газовоздушных. Это обусловлено тем, что угольная пыль возгорается при температуре 300-365°С, буроугольная - при 200- 230 °С. Метан самовоспламеняется. Метановоздушная смесь самовоспламеняется при температуре около 500°С, а при внешнем тепловом импульсе воспламенение происходит при 600-700 °С. Теплопередача во фронте горения пылегазовоздушной смеси от слоя к слою ускоряется излучением, которое незначительно для чисто газовых смесей. Нижний предел взрывчатости для пылегазо-воздушных смесей значительно снижается.


Метан %

0,5

1

2

3

Пыль г/м3

30

20

10

5



Наиболее взрывчата сухая угольная пыль (влажность угля 2-3 %). Буроугольная пыль наиболее взрывчата при влажности 9-15 %, что соответствует высушенному бурому углю.

Буроугольная пылевоздушная смесь весьма инертна, но при резком нагревании за счет излучения взрывается и даже детонирует.

При взрыве сгорание частиц угля происходит на 20- 40 %, а скорость выгорания пропорциональна квадрату их диаметра. С уменьшением концентрации кислорода скорость пламени уменьшается. Нижний предел концентрации кислорода для пылеугольной - метановоздушной смеси составляет около 16 %.

Взрывчатость серной и сульфидной (колчеданной) пыли зависит от крупности частиц. Наиболее взрывоопасна сульфидная пыль крупностью около 0,1 мм (рис.5, а). Ее взрывчатость во многом определяется содержанием серы (рис.5, б). Нижний взрывоопасный уровень содержания серы в руде принят равным 12 %. Для сульфидной пыли нижний взрывоопасный уровень содержания серы (в пересчете) в руде составляет 35%. Взрывчатость серосодержащей пыли существенно зависит от влажности. При 10 % влажности (рис.5, в) такая пыль не передает взрывной импульс.

Рисунок 5. – Характеристики взрывчатой серной и сульфидной пыли в зависимости от содержания серы в руде S (a), диаметра частиц пыли d (б), влажности пыли w (в): 1 – пламя против движения пылевого облака; 2 – пламя по направлению движения пылевого облака; l – длина пламени; Р – давление в месте взрыва
Серная пыль при наличии теплового импульса, например взрыва, выгорает при любой концентрации. Передача взрывного импульса в сульфидной пылевоздушной смеси происходит при массовой концентрации ее 0,25-1,5 г/м3 и выше.

К особенности взрыва пылевоздушных смесей относится также тот факт, что сверхзвуковая детонационная волна захватывает в процессе взрыва лишь витающую пыль, т.к. осевшая пыль не успевает подняться и не участвует в детонационном взрыве. Однако при потоке воздуха и пополнении атмосферы кислородом поднятая волной детонации пыль может участвовать во вторичном, как правило, тепловом взрыве.

Взрывчатые свойства газов и пыли имеют много общего (близкая по величине температура воспламенения, нижний и верхний пределы взрываемости и др.). Однако имеются и существенные различия. Поэтому, несмотря на общие методические основы разработки газового и пылевого режимов, способы и средства борьбы с пылью и газами различны.
^ 4. Природно-технологические условия и особенности возникновения взрыва на горных предприятиях

Разрушение массива горных пород с целью добычи полезного ископаемого сопровождается выделением в горные выработки газов и образованием пыли.

Пылеобразование зависит от технологических факторов и природных свойств разрабатываемых пластов, залежей и рудных тел. Так, на угольных шахтах удельное пылевыделение колеблется от 50 до 1000 г/т добытого угля, а чаще всего составляет 100-200 г/т.

Решающую роль в образовании пылевого облака играет скорость движения воздуха в очистных и подготовительных забоях, а также у мест погрузки и перегрузки угля. Чем выше скорость, тем больше несущая способность потока, тем больше пыли переходит во взвешенное состояние. Многочисленные исследования показали, что в подавляющем большинстве случаев для разных по минералогическому составу пылей запыленность воздуха начинает возрастать при скорости его движения 1,8 м/с и более.

В главных воздухоподающих выработках шахт воздух движется, как правило, со скоростью, близкой к максимальной (8 м/с), в три-четыре раза превышающей скорость, при которой начинается срыв пыли, осевшей в горных выработках или находящейся в транспортных сосудах.

Наибольшую опасность представляют горючие газы, метан и его гомологи, а также водород, которые в смеси с воздухом при определенных условиях могут взрываться. Взрывчатыми свойствами обладают и другие газы (окись углерода, сероводород и пр.), однако выделения их в горные выработки, как правило, не достигают взрывоопасной концентрации и опасность этих газов заключается в их ядовитых свойствах. Выделение метана происходит не только на угольных шахтах, но и при разработке железорудных, апатитовых, калийных, алмазных, золотоносных и других месторождений.

Взрывчатыми свойствами обладают пыли угольных, сланцевых, серных, медных, серноколчеданных и других месторождений.

К опасным по пыли относятся пласты угля (горючих сланцев) с выходом летучих веществ 15 % и более, а также пласты угля с выходом летучих меньше указанной величины, если их взрывчатость установлена лабораторными испытаниями.

Серные шахты по степени опасности взрывов пыли подразделяются на две группы по среднему содержанию серы в руде: I группа - от 12 до 18 %, II группа - более 18 %.

Безопасность работ на газовых шахтах существенным образом зависит от концентрации горючих газов в рудничной атмосфере, которые строго нормируются Правилами безопасности.

Большую опасность представляют скопления метана в отдельных местах горных выработок (местные) с концентрациями, превышающими среднюю по сечению выработок. Опасными считаются местные скопления метана с концентрацией 2 % и более. Разновидностью местных скоплений являются слоевые. Под ними понимают скопления метана у кровли выработки с концентрацией метана, превышающей среднюю по сечению выработки на участке длиной более 2 м.

Наиболее опасными местами, где может скапливаться метан, являются тупиковые выработки, так как проветривание их осуществляется чаще всего с помощью дополнительных побудителей тяги, работа которых менее надежна, чем вентиляторов главного проветривания.

Присутствие высших углеводородов в рудничной атмосфере создает повышенную опасность, так как эти газы образуют взрывчатые смеси с воздухом при более низких концентрациях, чем метан, и, кроме того, являются высокотоксичными веществами.

Пределы взрываемости в смеси с воздухом составляют, например, для этана 3,12-15 %, для пропана 2,17-7,35 % и для бутана 1,55-8,5 %.

Высшие углеводороды наряду с метаном входят в состав газов угленосных отложений. Выделение парообразных углеводородов наблюдается при проведении выработок по нефтесодержащим породам.

Наибольшую опасность взрывы пыле-газовых смесей представляют для угольных шахт. Причинами образования взрывоопасной метановоздушной среды в угольных шахтах являются: прекращение вентиляции по организационным и техническим причинам - 28,6 % случаев; неудовлетворительное состояние вентиляционных трубопроводов - 14,3 %; перевал выработок - 14,3 %; неправильный расчет количества воздуха - 14,3 %; скопление метана в выработанном пространстве-11,4%; скопление метана в куполах, слоевые скопления - 8,6 %; выбросы метана - 2,8 %; неисправность вентиляционных сооружений - 2,8 %; неправильное разгазирование атмосферы выработок - 2,8 %.

Существенное влияние на образование взрывоопасной среды оказывает проведение эффективной дегазации (около 40 % случаев могут быть исключены).

Распределение взрывов метанопылевоздушных смесей по местам происшествий следующее: в очистных забоях - 20 % случаев; в подготовительных - 51,4 %; в прочих действующих выработках-14,2 %; в выработанных пространствах - 11,4 % и в подземных скважинах - 2,8 %.

Причинами образования взрывоопасной метановоздушной среды являются высокая природная газоносность и, следовательно, высокое пластовое давление, что при поверхности обнажения угленосной толщи во всей сети горных выработок, измеряемой десятками квадратных километров, предопределяет значительное газовыделение, несмотря на низкую газопроницаемость угольных пластов и вмещающих пород. Газовыделение составляет в среднем 10-30 м3, достигая 40-50 м3 на 1 т добычи, а пиковое газовыделение, фиксируемое при определении категорийности шахт, составляет соответственно 30-60 и 120-140 м3 на 1 т добычи.

На эту первичную природно-технологическую причину налагаются организационно-технические: непроведение дегазации или применение неэффективных способов дегазации; прекращение проветривания; плохой контроль состояния рудничной атмосферы (80 % взрывов в подготовительных забоях); перевал выработок; неисправность вентиляционных сооружений (около 60 % в очистных забоях).

Причинами образования взрывоопасной пылевоздушной среды является высокая твердость и хрупкость горных пород, приводящие к интенсивному пылеобразованию при отделении горных пород от массива и их транспортировании.

В угольных шахтах увеличение пылеобразования связано дополнительно с тем, что:

- все применяемые системы разработки предполагают обнажение угольного пласта на всей площади отработки;

- угольная пыль обладает высокой витаемостью и низкой смачиваемостью;

- интенсивное проветривание вызывает захват большого количества пыли турбулентным воздушным потоком;

- рост энерговооруженности с механическим отделением и дроблением горных пород (угля) непосредственно в активно проветриваемом рабочем пространстве горных выработок приводит к непрерывной интенсивной запыленности атмосферы горных выработок на всем их протяжении.

Как и в случае образования метановоздушной взрывоопасной среды, на изложенные выше первичные природные и технические причины образования пылевоздушной взрывоопасной среды накладываются вторичные организационно-субъективные причины. Так, например, в последнее время большинство взрывов пыли в угольных шахтах связано с невыполнением предусмотренных проектами противопылевых мероприятий.

Источником теплового импульса воспламенения серной и сульфидной пылевоздушной смеси являются взрывные работы. В угольных шахтах воспламенение метано- и пылевоздушной смеси происходит в основном от теплового импульса, создаваемого взрывными работами, электрическим током и фрикционным искрением.

Источники теплового импульса воспламенения метано- и пылевоздушной смеси в угольных шахтах следующие: взрывные работы (31 %), электроэнергия (29 %), фрикционное искрение (20 %), курение (6%), самовозгорание (6 %), пожар, пневмоэнергия и огневые работы (8 %).

Искры образуются при пневмотранспорте по стальным трубам. Известны случаи воспламенения пыли по этой причине. При электризации угольной пыли частицы ее заряжаются отрицательно и возникает электрический заряд. Вероятность воспламенения горючей смеси электрической искрой пропорциональна мощности тока. Главную роль при этом играет тепловое воздействие. Наблюдения спектров показали, что в воспламенении принимают участие свободные радикалы - продукт термического разложения угля. Ионизация, возникающая при электрическом разряде, не вызывает воспламенения.

Взрывы серной и сульфидной пыли происходят только от теплового и механического импульсов, создаваемых взрыванием зарядов ВВ при некачественной забойке и отсутствии водяных завес. Сухая горючесланцевая пыль (влажность менее 15 %) взрывается также в основном по вышеуказанным причинам. При этом вначале взрывается пыль, находящаяся непосредственно в сфере действия заряда ВВ, а затем взрыв распространяется на расстояние до 35-40 м.

Исследованиями ряда ученых доказано, что в метано-воздушной среде может развиваться детонация при условии ее беспрепятственного разгона, например, в трубах. В горных выработках это условие не соблюдается, и обычно происходит или вспышка, или тепловой взрыв (взрывное горение).

При горении стахиометрической метановоздушной смеси (9,5% СН4) пламя может быть двух типов: первичное (тепловой взрыв), распространяющееся с большой скоростью и поглощающее основное количество кислорода, и вторичное (вспышка, тихое воспламенение), возникающее вследствие окисления оставшегося газа кислородом воздуха, который протекает в район взрыва извне, и движущееся медленнее в направлении, обратном первому. В очаге взрыва не весь кислород и метан вступают во взаимодействие, часть их остается, кроме того, образуются окись углерода - до 8,5 %, водород - до 10 %.

Распространяясь в атмосфере горных выработок, смеси кислорода, метана, окиси углерода и водорода образуют опасные зоны повторных взрывов как в очаге первичного взрыва, так и за его пределами. Возможны взрывы газовоздушной смеси в результате попадания воды в пожарный очаг, когда вследствие высокой температуры происходит разложение воды с образованием водорода и окиси углерода. При свободном доступе воздуха в очаг горения образующийся горючий газ взрывается. Показательны в этом отношении взрывы горючих отвалов угольных шахт при попадании дождевой воды. В подземных условиях выявить причины взрывов при пожаре сложнее, тем не менее в ряде случаев установлена генерация газов из пожарного очага при попадании в него воды. Такое явление происходит, когда поступающей в очаг воды недостаточно для охлаждения нагретых масс ниже температуры термической диссоциации воды.

Взрыв угольной пыли, как правило, инициируется взрывом метана. При тяжелой трудновзрываемой пыли фронт пламени метана от пылевоздушного облака, взрыв пыли затухает нз-за недостаточности кислорода, израсходованного на окисление метана. Наоборот, при достаточном количестве легковоспламеняемой витающей пыли, особенно при наличии метана, взрыв охватывает большие участки, иногда всю шахту.

Температура взрыва метановоздушной смеси в горных выработках изменяется от 1850°С - в начале воспламенения до 2600-2650°С - при развитии теплового взрыва (взрывного горения).

При дозвуковой скорости фронта пламени, т. е. при тепловом взрыве, перед ним движется волна сжатого воздуха, давление в которой непрерывно нарастает вплоть до выравнивания с давлением во фронте пламени при достижении скорости звука.

Набегающая волна давления сжимает газовоздушную смесь перед подходом фронта пламени. Воспламенение при этом происходит при давлении, значительно превышающем атмосферное. Следовательно, давление в очаге взрыва значительно превышает расчетное 0,9 МПа и может составлять 2,5-3 МПа.

Эффект нарастания давления увеличивается по мере удлинения пути пробега фронта пламени - ударной волны. Следовательно, наибольшее разрушение следует ожидать не в местах возникновения воспламенения и взрыва, а на границе очага аварии. Значительные механические повреждения наблюдаются также в местах большого гидравлического сопротивления (крутые повороты, сужения, расширения и т.д.) продвижению фронта ударной волны, а также продуктов взрыва.

Поэтому при определении места начального очага исследуют проявления характерных признаков - отброс предметов, обугливание, копоть и др.

При взрыве газопылевоздушных смесей формируются ударные волны (УВ), основной характеристикой которых является избыточное давление УВ над начальным, принимаемым за нуль (рис.6).



Рисунок 6. – График зависимости избыточного давления ΔРф во фронте ударной волны от суммарной безразмерной длины выработок от первичного очага воспламенения до границы раздела горючая смесь – воздух (активный участок взрыва)

Избыточное давление в УВ нарастает по мере увеличения суммарной длины горных выработок, заполненных гремучей смесью.

Для определения DРф вычисляют суммарную безразмерную длину выработок `L от первичного очага воспламенения до границы раздела «горючая смесь - воздух» (активный участок взрыва) по формуле:

, (3)

где Li - длина i-й выработки; dÏÐi = 4Sii, - приведенные диаметры i-й выработки; Sii - соответственно площадь и периметр поперечного сечения i-й выработки.

Вычислив `L по графику, подобному изображенному на рис.6, определяют соответствующее DРф .

В тех случаях, когда `L ³ 65 м для свободных выработок и `L ³ 35 м для загроможденных выработок или когда нет достоверных сведений о протяженности и загроможденности выработок, принимают DРф во фронте УВ равным 2,8 МПа. Принято считать, что безопасным для людей является DРф < 0,01 МПа.

После прекращения взрывного горения УВ распространяется по прилегающим к очагу взрыва горным выработкам, воздействуя прежде всего на заполняющий их воздух и образуя воздушную ударную волну, подпираемую взрывными газами из фронта УВ.

Во времени t этот процесс можно представить в виде функции Рф(t) (рис. 7).



Рисунок 7. График зависимости давления во фронте ударной волны ΔРф от времени τ после прекращения взрывного горения: τнар – время нарастания давления; τ- – время действия давления ниже исходного; τ+– время снижения давления до исходного.
Время нарастания давления определяется масштабами очага взрыва. Если принять, что давление нарастает до наибольшего (DРф=2,8 МПа) на участке длиной 65 м, а скорость фронта УВ почти линейно нарастает от нуля до звуковой (330 м/с), то tнар 0,5 с. По наблюдениям в шахте t ³ 3с. Для определения t - надежных данных нет, однако известно, что оно меньше времени действия избыточного давления t в несколько раз.

Избыточное давление в УВ на удалении х от границы активного участка взрыва в прямолинейной горной выработке определяют по формуле

(4)

где К - коэффициент затухания УВ.

Давление во фронте УВ после прохождения сужения или расширения выработки можно определить по формуле
(5)
где Кзат - коэффициент затекания УВ, зависящий от степени сужения или расширения d выработки.

Потери давления во фронте УВ при проходе через повороты и сопряжения определяют по графикам или номограммам.

Для получения давления во фронте УВ в заданной точке на плане горных работ суммируют все потери давления по протяженности горных выработок и местные потери, каждый раз считая, что в начале данной выработки или в некотором ее сечении действует давление DРф, оставшееся после прохождения фронта УВ предыдущего участка.

В тех случаях, когда УВ движется по выработкам, бока которых нагреты до температуры 100 °С и более, например в условиях пожара, давление в конце каждого участка увеличивают в 1,5 раза и принимают его в качестве начального для последующего участка. Последнее связано с тем, что вязкость нагретого до 100 °С и более воздуха ниже за счет ослабления межмолекулярного взаимодействия и повышения подвижности молекул. Следовательно, потери давления уменьшаются во всех видах аэродинамических сопротивлений.

Определение давления во фронте УВ в разных местах шахтного поля при взрыве и после взрыва газо-пылевоздушных смесей необходимо для:

- определения общего участка поражения в случае, когда известны (предполагается) положение и величина активного участка взрыва, чтобы направить туда силы и средства для оказания помощи пострадавшим;

- ускорения определения места активного участка взрыва по разведанным результатам прохода УВ;

- выбора безопасных мест на случай повторного взрыва для накопления сил и средств ликвидации аварий, для укрытия людей, установки перемычек и т. д.

Последствия взрыва газо-пылевоздушных смесей, если взрыв не ограничен призабойной зоной проявляются, прежде всего, почти в полном отсутствии кислорода, заполнении атмосферы ядовитыми газами, разрушении вентиляционных сооружений и обрушениях горных выработок. Одним из последствий взрыва может быть пожар. Для людей взрыв опасен ожогами, механическими травмами, отравлением и удушьем. Могут быть и вторичные последствия: затопления, аварии на подъеме и транспорте, загазирования и др.

Наиболее тяжелыми считаются последствия взрывов газо-пылевоздушных смесей при сложных схемах вентиляции. Такими схемами являются возвратноточные, особенно при центрально-сдвоенном расположении стволов. Большое число кроссингов, перемычек и дверей, разрушаемых при взрывах, приводит к прекращению проветривания многих участков шахты, даже непосредственно не затронутых взрывом.

Следует иметь в виду, что подача свежего воздуха может вызвать усиление пожара, а при обильном газовыделении и повторные взрывы.

При маневрах вентиляцией в случае взрывов руководствуются общим принципом: сокращение числа людей в зоне действия загазованной струи и времени воздействия ядовитых продуктов взрыва. Второе условие - недопущение повторных взрывов и разгорания очагов пожара.

Практическая реализация этого принципа связана с большими трудностями из-за неясности обстановки в первые 20-30 мин после взрыва, а при крупных авариях - в течение первого часа.

При проведении на шахтном поле дегазации разрабатываемой толщи скважинами с поверхности ее усиливают на аварийном участке всеми возможными средствами для снижения газовыделения в очаг пожара, отключая, если это возможно, другие скважины. При дегазации скважинами из горных выработок газопровод, из опасения взрывов, отключают, продувают воздухом или заливают водой. В результате газовая обстановка на участке аварии усложняется, так как отключение дегазационных скважин усиливает газоотдачу в атмосферу выработок.



Похожие:

Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛекция №10 доц. Алексеенко С. А. Раздел Тактика ведения аварийно-спасательных...
Голинько В. И., Алексеенко С. А., И. Н. Смоланов. Аварийно-сательные работы в шахтах: Учебное пособие. – Днепропетровск: Лира лтд....
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛекция №9 доц. Алексеенко С. А. Раздел Тактика и технология аварийно-спасательных...
«Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», специализация: 090301. 05 «Охрана труда в горном производстве»
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconМетодическая разработка для занятия по токсикологии экстремальных...
Сдяв может произойти как при производственных и транспортных авариях, так и при стихийных бедствиях. Ежесуточно в мире регистрируется...
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛекция тема №15
«Подготовка к судебному заседанию». Формирование у них понятийного аппарата, присущего данному институту, развитие способности к...
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛитература по общей теории государства и права пока еще не отражает...
Раен и. Н. Сеняккн темы 4 (§ 2 3 и соавторстве), 18, 27 (§ 1-4); д ю н., проф. В. Н. Синюков тема 10 (§ 2, 3); к,ю н.,доц. Д. Сужисово-тема28;к...
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconКомпьютерный тест по дисциплине «Медицина экстремальных ситуаций»...
Компьютерный тест по дисциплине «Медицина экстремальных ситуаций» (раздел «Военная токсикология и токсикология экстремальных ситуаций»)...
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconСоциология Доц. Бессчетнова О. В. 22. 10-24. 12 лекция +практ
Доц. Горшкова Л. П. 14. 09-14. 12 лекция +практическое занятие Социология Доц. Бессчетнова О. В. 21. 12-11. 01 лекция +практ
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое...
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛекция 19. Тема: правовой режим зон чрезвычайных экологических ситуаций
Стандартизация в сфере правового режима и материально-техническое обеспечение зон чрезвычайных экологических ситуаций. Правовой статус...
Лекция №4 Доц. Алексеенко С. А. Раздел Возникновение и развитие аварий и аварийных ситуаций Тема: «Взрывы газа и пыли» iconЛекция № Возникновение государства и права Вопросы к учебному занятию:...
Будучи самой продолжительной, не имела развитых социальных предпосылок для своего возникновения. Становление первобытно-общинного...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница