В период с 1997 по 2001 года произошло 120 пожаров, в результате экзогенных процессов, представляющих 60 % общего количества 201 подземных пожаров. Подземные пожары - потенциальные источники взрывов. Испытания взрыва были выполнены в экспериментальной лаборатории " Гранит " с взаимной секцией 9,5 м2. Эти испытания были выполнены с метановоздушной смесью, в которой динамические давления от 0,1 до 0,3 МПа были произведены искусственно, содержание метана было 9,5 %. Первый результат был на эффективность подавления взрыва посредством обрушения пород, зависит от характеристик пород и чрезвычайных условий (состояний), например, динамического давления взрыва. Второй результат был основан на том, что породы гарантировали эффективность 100 %, когда его длина становится равной 8 м.

Обычно в техническом эксперименте перед интенсивным и дорогим индустриальным испытанием практикуют опасный, трудовой ряд лабораторных экспериментов. Это применяется в полной мере к изучению такого сложного процесса, как локализация взрывчатых волн обрушенными породами, поскольку недостаточное или, напротив, большое число испытаний может кончиться с одной стороны получением ошибочных результатов, с другой – экономически нерационально. Например, если влияние шероховатости породы исследовано в широком диапазоне ее изменения (0,1 ... 1,1м) это будет очень дорого. В то же самое время отсутствие надежных критериев разрешения подобия, чтобы моделировать процессы исчезновения огня и уменьшения давления взрыва обрушенными породами усложняет передачу результатов лабораторных исследований. Поэтому исследования были выполнены в двух стадиях.

В стадии лабораторных исследований принятых гипотез и предположений относительно закона расширения взрывчатых газов в эпицентре взрыва было также измеряно влияние шероховатости пород в процессе исследований.

Мои испытания количественных характеристик процесса были определены, ценности отклонений теоретической даты от испытательных данных были оценены, пригодность теоретических зависимостей для описания механизма исчезновения огня и сокращение давления перед волной взрыва было определено. Техника реализации исследований была основана на результатах теоретических исследований, а также на данных анализа материалов и документов, связанных с устранением несчастного случая потенциальной угрозой взрывов смесей воздуха и метана. Экспериментальные исследования были выполнены на трубах при условиях естественного состава воздуха - проход Гранита. Труба закрыта с одной стороны гребнем и состоит из отдельных секций, диаметр 0,4 м. Труба оборудована датчиками давления, датчиками пламени, также с электрическим замером метановоздушной смеси. На данном расстоянии от закрытого из трубы удара барьер скалы 1.1 … 3.0 м. Шероховатость скалы изменена от 0,02 до 0,18м.Подготовка взрывчатой смеси воздуха метана была выполнена стандартным методом процент метана во взрывчатой смеси равен от 8 до 10 %. В стадии реализации экспериментальных исследований количественные характеристики процесса локализации взрыва метановоздушной обрушенными породами были определены. В течение эксперимента в параметрах прохода барьера пород были оценены, и технология его создания работает. Таким образом, материал барьера пород был отобран, который соответствовал с реальной шероховатостью и структурой камней в полной мере. Мои испытания были выполнены в проходе, который представил горизонтальное шоссе 300 м. Законченная секция прохода была S = 7,5 м2. Для измерения давления перед взрывом в проходе были расположены датчики. Они были калиброваны статическим методом с использованием энергии сжатого воздуха. Для регистрации пламени взрыва и скоростей его фронта датчики пламени использовались. В течение подготовки экспериментальных исследований были определенны следующие параметры: общая длина пород , объем купола взрыва, процент метана, шероховатость, местоположение инициатора взрыва. Метан , являющийся необходимым для взрыва был поставлен в грузовиках резервуара и накачан через трубу метана - линия в мертвую часть прохода под положительным давлением 0.01 ... 0.03 МПа. Образцы смеси воздуха и метана были приняты с помощью вакуумного насоса при контроле относительно процента метана в воздухе.

Результаты экспериментальных исследований

Анализ результатов экспериментов показал, что барьер из обрушенных пород может эффективно гасить волну взрыва и пламя взрыва двоичных газовых смесей. Таким образом, давление взрыва метановоздушной смеси позади барьера пород стала 20 в раз меньше, длина понизила давление перед волной взрыва в 14.5 раз. Волна удара в обоих случаях вырождается в волне сжатия, простирающейся со сверхзвуковой скоростью. Пламя взрыва во всех экспериментах вышло в пределах барьера пород и не зажигало метановоздушную смесь позади барьера даже в присутствии воздушной обратной реакции в верхней части трубы, достигающей 0.1 ... 0.2 из ее диаметров. Так в девятом и десятом ряде экспериментов датчики обнаружили воспламенение смеси позади барьера, который был вдвое меньше чем в первом и втором ряде. Очевидно, это объясняется тем фактом, что интенсивность области барьера пород имеет меньше чем количество энергии, выпущенное в результате взрыва смеси воздуха метана. Экспериментальные данные, полученные в течение испытаний взрыва показали что в случае отсутствия защитного барьера пород (нулевой ряд экспериментов) комплекс аэродинамических беспорядков, состоящих из волны взрыва и шагов фронта пламени по работе. Таким образом, давление перед волной изменяется от 0.13 до 0.2 МПа, аво время прохождения 1…4 МПа. Пламя взрыва распространяется на расстояние 60 ... 70 м. Осцилограммы показали, что давление имеет различный характер в различных точках прохода. Так, датчики, расположенные в мертвой части работы зарегистрировали гладкое увеличение давления, которое свидетельствует об отсутствии волны взрыва. На расстоянии 50 м. от инициатора взрыва датчик установил сходство волны взрыва, таким образом давление сделало 0,06 МПа. Далее распространением фронта газов взрыва волны приобретает более острые основы, и на расстоянии 150 м. становится фактически квадратной. С этого момента сформированная волна взрыва распространяется по выработке, которая постепенно теряет энергию, произведенную взрывом. Энергия волны взрыва потрачена для нагревания и сжатия воздуха также для трения о стенки во время прохода. Давление перед волной составляет 0.12 МПа. Присутствие барьера в проходе волны изменяет характер формирования процесса взрыва. В процессе газов взрыва расширения достигают пределов барьера и начинают интенсивно влияние на это. Таким образом, энергия взрыва потрачена для выполнения работы при преодолении сил внутреннего трения и при перемещении пород. Упомянутые процессы сопровождаются обменом высокой температуры между газами взрыва и заслоном, которые нагреваются, от шероховатости, которая определяет полную область поверхности, поглощающей высокую температуру.

Во втором ряду экспериментов длина барьера обрушенных пород была минимальна и сделала 3 м. Шероховатость камней 0,3х 0,4х 0,2 м. В этом случае давление в мертвой части прохода было уменьшено по сравнению с нулевым рядом экспериментов и составило 0,07 МПа. Скорость фронта пламени составило 40 м/с , длина распространения пламени была 12 м., которой свидетельствует, что тепловая энергия взрыва была поглощена породами. Датчики пламени не зафиксировали присутствие теплового импульса, поскольку это имело место в нулевом ряде экспериментов, когда пламя было распространено на 60 ... 70 м. от мертвой части прохода. Непосредственно для пород давление волны взрыва повысилось 0,05 ... 0,06 МПа. Это – свидетельствует , что породный барьер не выполнил функцию сокращения давления до безопасной величины. Таким образом, породный барьер 3 м фактически не влияет на характер волны удара. Логическое продолжение экспериментов было удлинение породного барьера с целью увеличения потребления ударной волны и огня. В третьем ряде экспериментов длина обрушенные породы составили 6 м длиной, шероховатость была следующей: в 30 % случаев - 0,04х0,03х0,02m и в 70 % случаев - 0,03х 0,3х0,03 м. В этом случае давление в мертвой части увеличилось до максимальной и затем начало падать. Таким образом, породный барьер 6 м длиной полностью гасит пламя, и уменьшает давление перед волной в 6 раз по сравнению с нулевым экспериментом. Четвертый ряд экспериментов был выполнен при аналогичных условиях и длине барьера скалы, сделанного 8 м.

Как видно осцилограммы , блокирование газов взрыва в закрытом объеме имело место в течение 1,1 с. Было установлено давление 0,2 МПа, после чего газы взрыва проникли вне барьера пород, тратящего энергию при преодолении сил внутреннего трения, нагревания и перемещения пород. Вследствие потерь давления, энергии газов, взрыва позади барьера пород давление составило 0,012 МПа, которое было почти 3 раза меньше чем в предыдущем эксперименте, когда длина барьера скалы была равна 6 м. Безопасный уровень давлений в эксперименте № 4 был достигнут на расстоянии 20 м от барьера скалы. Таким образом испытания, выполненные в проходе подтвердили предположение относительно способности обрушенных пород, гасить пламя и уменьшать давление до безопасного уровня. Следующий ряд исследований состоящих из 17 экспериментов был выполнен при идентичных условиях, но без угольной пыли, и был направлен к более детальному изучению характера распространения взрыва в трубе удара с использованием защитного барьера и без него. В этом случае, также как и в предыдущем ряде экспериментов исчезновение пламени взрыва было зарегистрировано во входе в обрушенные породы, и острое сокращение давления фронта пламени волны взрыва наблюдалось, также. На основе обработки результатов выполненных экспериментов процесс описания зависимости локализации волны взрыва обрушенными породами получен. Таким образом, установлено, что основные характеристики процесса: давление перед волной, градус заполнения произведенного места, ширина пород и их шероховатость. Выражение получено как:

P1 / P0 = hp / [1 + (Y) - 1] * k1* k2 * H,