О взрывах угольной пыли и их разрушительном воздействии на горные выработки неоднократно упоминалось в литературных источниках [1, 2]. Взрывчатая пыль в смеси с воздухом образует неоднородные смеси, взрыв и горение которых являются гетерогенными процессами. Подробное описание гетерогенной детонации и горения пыли приведено в работе [3]. В состав современных предохранительных ВВ в качестве пламегасителя вводится NaCl, который является ингибитором воспламенения метановоздушной смеси [1] и как инертное вещество снижает энергию и температуру взрыва. Воздействие NaCl на процесс воспламенения угольной пыли описано недостаточно.
Цель работы – определить влияние входящего в состав ПВВ NaCl на взрывчатость угольной пыли.
Одним из основных показателей предохранительных взрывчатых веществ, предназначенных для применения в угольных шахтах, опасных по взрыву пыли, который в обязательном порядке определяется при проведении их испытаний, являются предохранительные свойства по отношению к взрывчатой угольной пыли. Используемая для испытания угольная пыль должна иметь следующие характеристики:
Угольная пыль после измельчения согласно ГОСТ 7140-98 имеет дисперсность:
Взрывчатость угольной пыли определяют на специальной установке, состоящей из кварцевой трубки диаметром 50 мм в которую вставлена спираль, разогреваемая электрическим током. Температура спирали, согласно «Методике по определению показателей взрываемости угольной пыли» РД. 50-360-82 должна быть 11500C. Через открытый торец кварцевой трубки специальное устройство выбрасывает на спираль навеску угольной пыли, которая воспламеняется, попадая на раскаленную спираль. О взрывчатости угольной пыли судят по длине факела пламени. Если факел пламени больше 50 мм, то пыль считается взрывчатой, если факел пламени меньше 50 мм, то пыль считают не взрывчатой.
Для исследований использовали измельченный уголь пласта m3 с содержанием летучих – 31,6%, золы – 16,1%, влаги – 0,9. Дисперсность угольной пыли соответствовала ГОСТ 7140-98. Для равномерного смешения хлористого натрия с угольной пылью хлористый натрий растворяли в дистиллированной воде, а затем вводили в угольную пыль. Для чего взвешивали пять навесок угольной пыли по 10 г каждая и добавляли в навески: в первую – 1 мл 10%-ного водного раствора хлористого натрия (NaCl), во вторую – 2 мл, в третью – 3 мл, в четвертую – 4 мл, в пятую – 5 мл того же раствора.
Полученные пять проб помещали в бюксы и сушили в сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 600C. Одновременно в сушильном шкафу размещали контрольную пробу чистой угольной пыли. Таким образом были получены пробы угольной пыли с содержанием NaCl около 1%, 2%, 3%, 4% и 5% и контрольная проба без NaCl.
Взрывчатость угольной пыли определяли по указанной выше методике. При этом определяли длину факела пламени, которая служила качестве критерия взрывчатости. Температуру накала спирали контролировали при помощи оптического пирометра. От каждой из приготовленных проб (в том числе и контрольной) бралась навеска пыли массой 0,7 г и помещалась в отверстие устройства для выбрасывания пыли в установку. Затем выбрасывали пыль в кварцевую трубу и определяли длину пламени. Эксперименты проводили при различной температуре спирали накаливания. С каждой пробой было проведено не менее четырех опытов и определена средняя длина пламени.
Результаты экспериментов приведены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Зависимость длины пламени от содержания NaCl при различных температурах
где 1 – зависимость длины пламени от содержания ингибитора при 10200С;
2 - зависимость длины пламени от содержания ингибитора при 10800С;
3 - зависимость длины пламени от содержания ингибитора при 11100С;
4 - зависимость длины пламени от содержания ингибитора при 11500С.
Из рис.1 видно, что исследуемая угольная пыль при температуре спирали 10200С не взрывается как чистая, так и при добавлении к ней хлористого натрия. С повышением температуры разогрева спирали до 10800С чистая угольная пыль также еще не взрывается, но по мере роста содержания хлористого натрия в составе пыли последняя активизируется, её взрывчатость достигает максимума при 3% хлористого натрия и затем снижается, оставаясь взрывчатой на всем исследуемом диапазоне. При температурах спирали 11100С и 11500С как чистая пыль так и пыль с добавками хлористого натрия взрывчата на всем исследуемом диапазоне и её взрывчатость уменьшается по мере роста концентрации хлористого натрия в смеси, однако в пределах содержания последнего 3-4% наблюдается рост взрывчатости пыли.
1. Хлористый натрий, который как и другие галогены щелочных металлов является ингибитором воспламенения метана, по отношению к воспламенениям угольной пыли является катализатором.
2. Снижение воспламенения при повышении концентрации хлористого натрия в смеси с угольной пылью происходит за счет изоляции поверхности частиц угольной пыли от теплового воздействия раскаленной спирали.
3. При разработке предохранительных взрывчатых веществ для угольных шахт необходимо учитывать каталитическое действие хлористого натрия на воспламеняемость угольной пыли.
- Промышленные взрывчатые вещества / Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов – М.: Недра. – 1988. – 358 с.
- Взрывные работы в опасных условиях угольных шахт / Б.Н. Кутузов, А.Ю.Бутуков, Б.И. Вайнштейн и др.– М.: Недра. – 1979. – 375 с.
- Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив / В.В. Померанцев, С.Л. Шаталова, В.А. Резник и др. – Л.: Энергия. – 1978. -320 с.