Вибух в шахтах

Вибух в шахтах - це неконтрольоване вивільнення енергії внаслідок хімічних реакцій в обмеженому обсязі шахт і підземних виробок, що приводить до людських жертв, пошкодження і руйнування шахтного устаткування, обвалів шахт і виробок, підземним пожежам Вибух в шахтах - це неконтрольоване вивільнення енергії внаслідок хімічних реакцій в обмеженому обсязі шахт і підземних виробок, що приводить до людських жертв, пошкодження і руйнування шахтного устаткування, обвалів шахт і виробок, підземним пожежам. До числа основних видів вибухів, для виникнення яких існують природно-технологічні умови в процесі гірничого виробництва в шахтах, відносяться:

  • вибухи газоповітряних сумішей метану при його вмісті вище нижньої межі вибуховості, рівного 5%;
  • вибухи пилоповітряних сумішей, що містять в якості дисперсної фази вугільний пил, пил горючих сланців, сульфидную пил, що утворюється при розробці мідних і сероколчеданних руд;
  • вибухи газоповітряних сумішей.

При розгляді фізико-хімічних процесів, що відбуваються при В. в ш., Виділяють кілька типових, що переходять один в інший, варіантів поведінки цих сумішей:

  • тихе займання, коли тиск у фронті полум'я незначне, а швидкість руху цього фронту становить 0,3-0,6 м / с;
  • спалах, коли тиск у фронті полум'я 0,015 МПа, а його швидкість руху 2-10 м / с;
  • вибухове горіння, при якому виникає ударна хвиля, що розповсюджується перед фронтом полум'я (тиск у фронті ударної хвилі 0,015-1 МПа, швидкість його руху 10-350 м / с);
  • детонація, при якій тиск у фронті ударної хвилі досягає 2-5 МПа, а швидкість його руху - 1000-8000 м / с.

Можливість реалізації того чи іншого варіанту і наведені значення параметрів залежать від концентрації горючого газу в суміші, її початкової температури і тиску, умов теплопередачі і ін. Чинників.

Джерелом теплового імпульсу займання метану в основному є вибухові роботи, іскріння електрообладнання, фрикційне іскріння. Температура займання метаноповітряної суміші при зовнішньому тепловому імпульсі 650-750 ° С. До того ж метаноповітряна суміш має здатність самозайматися при температурі близько 500 ° С.

При зростанні об'ємної частки метану вибухонебезпечність суміші наростає, а потім, у міру досягнення стахіометріческого співвідношення метану і кисню, знижується. Найбільш легко суміш запалюється при об'ємній частці метану 6%, а вибух найбільшої сили - при 9,5%.

Основним джерелом утворення вибухонебезпечної метаноповітряної суміші є висока природна газоносність вугільних пластів. І якщо не приймаються необхідні організаційно-технічні заходи (дегазації гірничих виробок, вентилювання та контроль стану рудничної повітряного середовища і т.п.), ризик виникнення вибухів значно перевершує допустимі межі. Метаноносності вугільних пластів - це їх природна властивість, що характеризується кількістю метану, що міститься в одиниці маси або обсягу вугілля, або породи. Вона залежить від ступеня метаморфізму вугільних пластів, що визначає обсяг утворився метану, їх сорбційної ємності, пористості, газопроникності та ін. Факторів.

Основними вражаючими факторами при вибухах метано-повітряної суміші є теплової імпульс і ударна хвиля, що зумовлюють термічне і баричне вплив на перебувають в аварійній шахті людей, обладнання та елементи геосистеми. При шахтних вибухах відбувається утворення двох ударних хвиль: прямий і зворотній, що виникають за рахунок стиснення продуктів вибуху при зменшенні їх температури. Температура в зоні вибуху метано-повітряної суміші, що відбувається в гірських виробках, досить велика - вiд 1850 ° С на початку займання до 1600-2650 ° С при вибуховому горінні.

На стадії вибухового горіння при дозвуковій швидкості руху фронту полум'я перед фронтом формується хвиля стисненого повітря, тиск в якій наростає і стає рівним тиску у фронті полум'я при досягненні швидкості звуку. Тиск у фронті ударної хвилі збільшується на всьому шляху пробігу фронту полум'я, тобто до кордону розділу «горюча суміш - повітря», де закінчується активна ділянка вибуху. Наслідком є ​​те, що найбільший ефект ураження ударної хвилі спостерігається не в місцях виникнення займання, а на кордоні осередку аварії. Після припинення вибухового горіння ударна хвиля поширюється по відомим законам, графік зміни надлишкового тиску у фронті хвилі характеризується ділянками його позитивних і негативних значень.

До числа вражаючих факторів при вибуху метано-повітряної суміші поряд з надлишковим тиском належить імпульс тиску, який визначається як добуток тиску у фронті ударної хвилі на час її проходження через об'єкт ураження. Під час вибуху метану утворюється переважно вуглекислий газ, а не окис вуглецю, як це буває при вибуху вугільного пилу. Окис вуглецю все ж утворюється, наприклад, при горінні стахіометріческой метано-повітряної суміші (9,5% метану).

До числа вибухонебезпечних пилу, що утворюються при техногенному перетворенні надр в процесі гірничого виробництва, відносяться вугільні пилу, пил горючих сланців і сульфідна пил. На схильність пилу до вибуху впливають такі чинники: хімічний склад пилу, її дисперсність і вологість, а також склад повітряного середовища, де відбувається вибух. Хімічний склад пилу є фактором, що визначає можливість виходу в повітряне середовище летючих речовин. Наприклад, головними компонентами летючих речовин, що обумовлюють формування газової фази і вибуховість вугільного пилу, є смолисті речовини, водень, етан і ненасичені вуглеводні. Вугільний пил стає вибухової за умови, що вихід летючих компонентів з вугілля становить 10% і більше. Пил горючих сланців, так само, як і вугільний пил, вибухає в газовій фазі. При температурному розкладанні сланцю виділяються сірчистий газ, водень, метан, окис вуглецю, ненасичені вуглеводні. Джерелом запалення сульфідної пилу є газоподібні продукти, що утворюються при вибухових роботах, а не компоненти, що входять до її складу. Імовірність займання сульфідної пилу від електричної іскри і відкритого полум'я мала. Однак вибуховість цього виду пилу залежить від вмісту сірки. Вибух може статися при вмісті сірки близько 30%. Дисперсний склад - важливий фактор, який впливає на вибуховість пилу. Чим вище дисперсність, тим більше вибухонебезпечність пилу. Зі зменшенням розмірів частинок зростає швидкість поширення полум'я в пиловій хмарі.

Істотний вплив на ступінь вибухонебезпечності пилу надає склад повітряного середовища, в якій відбувається вибух. Якщо в повітряному середовищі вироблення міститься метан, вибух можливий при меншій концентрації пилових частинок. Нижня межа вибуховості вугільного пилу (по її концентрації) за рахунок метану може знизитися в кілька разів.

Вибух вугільного пилу має ряд особливостей. У багатьох випадках вибухова пилоповітряна суміш утворюється в міру розвитку вибуху за рахунок переходу в стан суспензії, раніше відклався у виробленні вугільного пилу. У цих умовах не відбувається детонації. Пилова хмара з вибухівкою концентрацією може виникнути і в процесі виїмки вугілля.

В якості вражаючих факторів при вибухах пилоповітряних сумішей, як і під час вибуху метану, зазвичай розглядаються термічне і баричне впливу. Термічний фактор характеризується тепловим імпульсом і температурою в зоні знаходження вражати об'єкти. Для кількісної оцінки баричного фактора використовуються такі його параметри, як надмірний тиск у фронті ударної хвилі і імпульс тиску.

Для попередження В. в ш. передбачається комплекс заходів конструкторського, технологічного та експлуатаційного характеру: проектування шахт із заданим рівнем вибухобезпеки з урахуванням загазованості і складу гірських порід, розрахунки вражаючих теплових і барических факторів, систем вентиляції, використання вибухобезпечного обладнання (електродвигунів, світильників, рубильників) і технологій. Особливе місце при цьому займає гірський нагляд за шахтами.

Ліквідація наслідків В. в ш. в залежності від їх тяжкості (загибель десятків і сотень людей, пошкодження і обвали в шахтах протяжністю до декількох кілометрів) проводиться як силами воєнізованих гірничорятувальних частин, так і силами спеціальних підрозділів шахт.

Джерело: Екологічний ризик і безпеку при техногенних перетвореннях надр в процесі гірничого виробництва. Ізмалков А.В. -М., 2004.