CC BY
51
УДК 622.814
Д.В. Ботвенко, С.И. Голоскоков Н.М. Недосекина
ОАО «НЦ ВостНИИ»
Методические рекомендации по определению степени участия
угольной пыли во взрыве
Приведена методика по определению степени участия угольной пыли во взрыве. Ключевые слова: МЕТОДИКА, ВЗРЫВ, УГОЛЬНАЯ ПЫЛЬ, ФАКТОРЫ, ПЫЛЕОБРАЗОВА-НИЕ, ОТБОР ПРОБ, ХИМИЧЕСКИЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ АНАЛИЗ
D.V. Botvenko, S.I. Goloskokov, N.M. Nedosekina. Methodical recommendations for coal dust participation capacity definition in an explosion
Methods of definition of coal dust participation capacity in an explosion are given Key words: METHODS, EXPLOSION, COAL DUST, FACTORS, DUST FORMATION, SAMPLES TAKING, CHEMICAL LABORATORY TEST
В атмосфере шахты находятся пылевидные частицы различных размеров от долей до 100 мкм, часть которых отлагается на поверхности выработок, представляя опасность в отношении возможного взрыва угольной пыли.
По данным измерений, основная часть пыли, образующейся в угольных шахтах, приходится на работу очистных и проходческих комбайнов. Пылеобразование при работе комбайнов зависит от различных факторов. Наиболее значительными из них являются: режим работы комбайна и конструкция его исполнительного органа, режим вентиляции, влажность угля, крепость, петрографический состав, трещиноватость, степень метаморфизма и другие факторы. На пылеобразование и пылеотложение влияют также условия залегания пластов и физико-механические свойства угля и боковых пород.
Все факторы, влияющие на пылеобразование, можно разделить на четыре группы.
К факторам первой группы относятся тип исполнительного органа комбайна, скорость и глубина резания, скорость подачи, вынимаемая мощность пласта, ширина захвата и направление движения комбайна.
Вторая группа включает крепость, влажность, вещественный состав и степень метаморфизма угля, наличие геологических нарушений, трещиноватость.
К третьей группе относятся скорость движения и количество воздуха, проходящего по выработке, характер движения воздуха в зоне работы комбайна.
К четвертой группе относятся угол падения пласта, длина лавы, скорость подвигания забоя, способ управления горным давлением и другие факторы. Разделение пылеобразования на четыре группы позволяет выделить наиболее влияющие на пылеобразование по основным направлениям. Исследование влияния их в качественном и количественном отношениях может обеспечить возможность выбора путей и методов снижения пылеобразования и пылеотложения.
Пылеобразование и пылеотложение при разрушении угля характеризуется интенсивностью, т.е. количеством пыли, образующейся в единицу времени (г/с), или удельным выходом пыли, т.е. количеством пыли, образующейся при разрушении единицы объема горной массы (г/т).
Запыленность определяется концентрацией взвешенной в воздухе пыли. От количества отложившейся в прилегающих выработках пыли зависит их взрывоопасность, которая определяется концентрацией пыли в объеме воздуха. Это является основным показателем пылевой опасности горной выработки.
Для установления возможности участия угольной пыли во взрывах на опасных участках шахты, подвергшихся взрыву, необходимо правильно выбрать точки отбора и взять достаточное количество угольной пыли, необходимое для химического лабораторного анализа.
При отборе проб расстояние между двумя соседними пробами не должно превышать 20 м. Далее необходимо провести визуальный осмотр полученных проб и отбросить видимые ненужные части (дерево, ржавчина и др. неизвестные предметы). Затем угольная пыль просеивается через сито 200 мкм, и пробы поступают на аналитические исследования. Вес проб должен быть не менее 10 г, отобранных в одной точке.
Определение степени участия угольной пыли во взрыве устанавливается по убыли выхода летучих веществ и увеличению зольности по сравнению с контрольной пылью, не принимавшей участия во взрывных явлениях.
Из подготовительных аналитических проб (фракция менее 200 мкм) угольной пыли набираются навески весом (1 ±0,1) г на определение влаги, зольности, диоксида углерода из карбонатов угля и выхода летучих веществ. Все это необходимо для расчета выхода летучих веществ.
Влага аналитическая определяется высушиванием навески аналитической пробы в сушильном шкафу при температуре 105-110 оС и вычислением массовой доли влаги по потере в массе в соответствии с методикой ГОСТ 27314-91 (с 01.01.2009 г. в соответствии с методикой ГОСТ 11014-2001).
Массовую долю влаги аналитической пробы Wа, %, вычисляют по формуле:
= т ■ 100, (1) т
где Ш1 - потеря массы при сушке навески, г;
т - масса навески топлива, г.
Зольность угольной пыли отобранных проб и контрольной пробы определяется методом медленного озоленения в соответствии с ГОСТ 11022-95.
Лодочки с навеской (1±0,1) г помещают в муфельную печь и в течение 60 мин повышают температуру печи до 500 оС, и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин. Далее продолжают нагрев до (815±10) оС в той же печи и выдерживают при этой температуре не менее
60 мин. Зольность Аа , % по массе, вычисляют по формуле:
А а т3 - т, ___
Аа = —3-^ • 100, (2)
т2 - т1
где Ш1 - масса лодочки, г;
Ш2 - масса лодочки с пробой, г; Шз - масса лодочки с золой, г.
Содержание диоксида углерода из карбонатов угля определяется в соответствии с гравиметрической методикой ГОСТ 13455-91 на лабораторной установке, включающей очистительную цепь системы, реакционную колбу и поглотительную цепь.
Навеску угольной пыли весом (0,5-1,0±0,1) г обрабатывают соляной кислотой, которая вступает в реакцию с имеющимися карбонатами, выделяющими диоксид углерода. Диоксид углерода, выделенный в результате разложения карбонатов, поглощают и взвешивают. Массовую долю диоксида углерода СО2, %, в пробе угольной пыли вычисляют по формуле:
„„а т2 -100
соа = ——, (3)
т1
где Ш2 - увеличение массы поглотительной трубки, г;
Ш1 - масса навески угольной пыли, г.
Метод определения выхода летучих веществ угольной пробы соответствует требованиям ГОСТ 6382-2001 и заключается в нагревании навески массой (1±0,01) г без доступа воздуха при температуре (900±5) оС в течение 7 мин. Выход летучих веществ рассчитывают по потере массы навески за вычетом потери массы, обусловленной влажностью пробы.
Выход летучих веществ пробы пыли V3, %, вычисляют по формуле:
уа = 100 • (т2 - т3)
- Жа, (4)
т2 - т1
где Ш1 - масса пустого тигля с крышкой, г;
Ш2 - масса тигля с крышкой и пробой до испытания, г;
Ш3 - масса тигля с крышкой и нелетучим остатком после испытания, г;
Wа - массовая доля влаги в пробе, %.
Если массовая доля диоксида углерода из карбонатов в пробе угольной пыли составляет более 2 %, выход летучих веществ с поправкой на диоксид углерода из карбонатов вычисляют по формуле:
v¿02 = v а - сс2 , (5)
где СОа - содержание диоксида углерода по формуле (3), %.
На основании полученных данных по убыли летучих веществ из проб пыли, поступивших с аварийного участка, делается вывод о возможном участии угольной пыли во взрыве или подтверждение прохождения взрыва с участием угольной пыли на опасном участке. Таким образом, методика определения степени участия угольной пыли во взрыве заключается:
1 В грамотном отборе проб угля и угольной пыли при осмотре аварийного участка.
2 Выводы по определению степени участия угольной пыли во взрыве основываются на изменении выхода летучих веществ:
- при уменьшении выхода летучих веществ до 1-3%: горение угольной пыли как затухающий процесс, происходящий в высокотемпературной зоне окружающей среды или пламени от взрыва газа;
- при уменьшении выхода летучих веществ на 3-5%: режим нормального горения угольной пыли. Обязательное наличие горючих газов в атмосфере воздуха. Частичное участие во взрыве угольной пыли;
- при уменьшении выхода летучих веществ до 5-10%: переход горения угольной пыли в результате самоускорения в детонацию (к взрывному явлению);
- при уменьшении выхода летучих веществ более 10%: взрыв угольной пыли в полном объеме.
