Bazele teoretice ale arderii și exploziei amestecurilor de gaz-aer, stabilite de lucrările clasice NN Semenova, Ya.B. Zeldovich, a primit o dezvoltare ulterioară în cercetarea lui A.I. Rozlovskogo, G. Salamander, R.I. Soloukhina, A.S. Sokolik. O contribuție majoră la studiul exploziilor amestecurilor de gaz-praf-aer în exploatarea minelor și dezvoltarea metodelor și mijloacelor de combatere a acestora a fost făcută de V.Ya. Baltaytis, A.A. Gurin, N.R. Shevtsov, P.M. Petrukhin, M.I. Neychlelyaev, V.N. Kachan, V.S. Sergeev, I.F. Yarembash, A.M. Chekhovskikh, V.M. Plotnikov, V.I. Gudkov, A.G. Abinov, S.N. Osipov, Yu.F. Bulgakov și alți oameni de știință.
Aprinderea amestecurilor de gaz-praf-aer în atmosfera lucrărilor miniere se datorează apariției unor reacții exoterme de oxidare a metanului și a prafului de cărbune cu oxigen de aer, adică diferite tipuri de procese de ardere, luate în considerare din punctul de vedere al teoriei exploziei termice și al cineticii lanțului a reacțiilor procesuale.
De fapt, un amestec de metan și impuritățile altor gaze combustibile (hidrogen, etan, propan, butan, pentan, etc.) este eliberat în exploatările miniere. Hidrogenul, precum și etanul și alte hidrocarburi au proprietăți explozive diferite de metan, au diferite temperaturi de aprindere, limite explozive și perioade de întârziere de aprindere. Aceste impurități, de regulă, reprezintă o parte nesemnificativă, dar în anumite condiții pot avea un efect semnificativ asupra explozivității metanului. Proprietăți explozive și posedă alte gaze (monoxid de carbon, hidrogen sulfurat, etc.), dar separarea lor în minerit, de regulă, nu ating concentrații explozive și riscul principal al gazului constă în proprietățile lor toxice.
Pentru a construi flacără sau ardere exploziv grizu necesară amestecarea componentelor inițiale în proporții specifice, adică. E. Formarea unui amestec combustibil, așa-numitul gaz detonant. Formarea elaborări a unui amestec de metan-aer inflamabil poate avea loc în două moduri.
Prima cale, cea mai comună și cea mai periculoasă, când amestecul combustibil preamestecat și, în consecință, cel mai reactiv combustibil al gazului de mină și al aerului se aprinde. Acest lucru se întâmplă adesea ca rezultat al întreruperii modul normal de ventilație a lucrărilor miniere și a contaminării cu gaz a atmosferei până la concentrații explozive. concentrație explozivă a gazelor combustibile sunt formate și incendii subterane, atunci când perturbate de asemenea site-ul normal de ventilație de urgență și procesul de separare a gazelor combustibile în zona de temperatură ridicată este brusc intensificată. În aceste cazuri, un mediu exploziv are uneori timp să se formeze pe o lungime destul de mare a lucrărilor miniere, arderea lui poate să apară aproape instantaneu cu formarea unor valuri puternice de șoc cu consecințe catastrofale.
Cea de-a doua cale de formare a unui amestec combustibil este mai rar, dar nu mai puțin periculoasă, când gazul și aerul de mină nu au fost preamestecate și arderea lor are loc deja în timpul procesului de amestecare reciprocă. Un exemplu poate servi ca o ardere a metanului prin arderea în atmosferă a mineritului. Oxigenul intră în zona de combustie a metanului în acest caz prin difuzie din aerul din jur.
Figura 19.1 - Diagrame de explozie ale amestecurilor de metan-aer: I - amestec nerealizabil; II și III - amestecuri explozive și nepericuloase; IV - amestecuri care pot deveni explozive prin adăugarea de aer
Limitele de explozie ale amestecurilor de metan și aer pot fi prezentate clar în diagrama exploziei metanului (figura 19.1).
Astfel, toate amestecurile practic realizabile de metan cu aerul atmosferic sunt reprezentate de o zonă sub linia tensiunii arteriale. Punctul B corespunde limitei inferioare concentrației explozie de metan în aer (5% metan și aer 95%), iar punctul C - superior (15% metan și 85% aer). Punctul E corespunde limitei inferioare de concentrație a amestecului exploziv pentru oxigen, care este egală cu 12%. Punctele B, C și E închid circuitul, numit triunghiul exploziei, în care amestecul metan-aer este exploziv. Linia BE este linia liniilor inferioare și linia CE a limitelor de concentrație superioare ale explozivului. Regiunea delimitată zona AVEGOA este amestecuri neexplozive de metan cu oxigen, iar zona regiunii la dreapta liniei EG delimitate de CGU - amestecuri din zona unexplosive de metan cu oxigen, dar care poate fi exploziv prin adăugarea de aer proaspăt.
amestec metan-aer aprindere Character depinde nu numai de concentrația de metan, dar și alte condiții: inițiale de presiune, temperatura și umiditatea unui amestec de metan, rezistența hidraulică de înaintare a frontului flăcării și condițiile de transfer de căldură din vatra, și altele.
Procesul de ardere în condițiile lucrărilor miniere poate fi răspândit de-a lungul unui amestec metan-aer cu viteze foarte diferite. Mai mult decât atât, cu o schimbare cantitativă a vitezei de propagare, imaginea calitativă a procesului de proces se modifică de asemenea. Rezultă dintr-o sursă slabă de aprindere, a valurilor de combustie poate cu acumulare destul de mică viteză straturi răspândirea de metan, dar poate fi dispersată rapid pentru a forma înainte de sine un puternic val de compresie, care poate produce deja de lucru distructive. Valul de compresie se transformă rapid într-un val de șoc și mai puternic, viteza de propagare a căruia poate ajunge la câteva sute de metri pe secundă. În anumite condiții, un val de șoc poate trece într-un val de detonare, viteza de propagare devine constantă. Lovirea arderea de metan în lucrări miniere poate avea loc nu numai ca rezultat al undelor samorazgona de ardere, ci și în mod direct - de un alt val de șoc explozie.
În funcție de viteza propagării frontalei flacarii și a presiunii în undă de șoc, se disting mai multe tipuri de aprindere:
În apropierea sursei de aprindere și a fluxului de oxigen din exterior se poate arde o flacără calmă. În acest caz, arderea metanului are loc în conformitate cu ecuația
Cu toate acestea, în lucrările miniere, arderea metanului are loc adesea cu un conținut insuficient de oxigen, ceea ce duce la apariția monoxidului de carbon în compoziția gazelor de incendiu
arderea difuzivă de metan la separarea constantă și admiterea aerului nu duce la propagarea flăcării în volumul de excavare, dar schimbarea acestor factori conduce, de obicei, la o schimbare a volumului flăcării. Astfel, prin creșterea vitezei de difuzie a flăcării oxigenului este redusă în volum, creșterea temperaturii sale; crește cantitatea de metan eliberată, dimpotrivă, duce la o creștere a volumului de flacără.
Arderea metanului în aproape toate cazurile, există o generație de acoperiș, uneori cernerii generație în fante zarubnyh și verticale mine (trunchiuri, gropi și altele asemenea. D.) existente. Arderea metan este adesea văzută ca un „alerga“ la sacrificarea flăcării.
Arderea rapidă a metanului sub formă de bliț apare numai în apropierea limitelor inferioare și superioare ale concentrației de explozivitate.
Facla tranziție a exploziei are loc atunci când rata de conversie chimică mai mică de 1 m / s, care solicită influxul sau amestecul în zona de focalizare sau se deplasează foarte vatră (față de flacără), cu o viteză de sunet sau mai mare. Acest lucru necesită lucrări cu rezistență redusă, în special lipsa se transformă, constrictions, extinderi, obstacole (uși, buiandrugi, vase de transport și t. D.), și pentru a menține o temperatură ridicată în frontul de flacără pentru amestec metan-aer, de exemplu, nu mai mică de 1300 ° C,
Declanșarea normală (încetinită) trece treptat într-o explozie (ardere explozivă) treptat: viteza și presiunea cresc relativ ușor.
Cu cantități tot mai mari de metan în aer este de 5 până la 15% din forța explozivă crește în primul rând, atinge un maxim atunci când conținutul de metan este aproape de stoechiometrică, adică. E., 9,46% în volum [1]. și apoi, cu o creștere suplimentară a conținutului de metan, scade. În acest caz, o parte din metan rămâne nearsă datorită lipsei de oxigen. Datorită capacității ridicate de căldură a metanului, această componentă răcește flacăra de explozie și cu un conținut de metan de peste 14-16%, se produce auto-extincția completă și nu se produce nici o explozie.
Temperatura produselor de explozie cu metan într-un volum nelimitat ajunge la 1875 ° C, și într-un volum închis de 2150-2650 ° C. Presiunea gazului la locul de explozie este de 9 ori mai mare decât presiunea inițială a amestecului de metan-aer înainte de explozie. Atunci când un val de explozie se propagă pentru a produce o flacără, acesta este întotdeauna precedat de un val de aer comprimat. A întâlnit acumularea de gaz în calea sa, o comprimă, iar flacăra care se aprinde se aprinde. O astfel de comprimare preliminară promovează întotdeauna dezvoltarea presiunilor înalte în valul de blastică (până la 3 MPa și mai mare) și o creștere a vitezei sale de propagare.
Arderea exploziv la detonare continuă în trepte și este urmată de dispersarea frontului flăcării la viteze supersonice (3-20 ori mai mare decât viteza sunetului), presiunea crește în fața frontală la 2-5 MPa, și o creștere corespunzătoare a temperaturii.
Trimiteți-le prietenilor: