Пылевзрывобезопасность горных выработок

ПЫЛЕВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ горных выработок (а. dust-explosionproofness of mine workings; н. Staub- und Gasexplosionssicherheit; ф. protection des galeries соntre les соups de poussieres; и. seguridad de galerias соntra explosion у polvo) — состояние горных выработок, оцениваемое в аспекте возможных взрывов угольной, сульфидной, серной пыли. Необходимость оценки пылевзрывобезопасности обусловлена тем, что пылевой аэрогель способен при определённых условиях (взрыв метана, заряда взрывчатых веществ и т.д.) перейти во взвешенное состояние и совместно с пылевым аэрозолем достичь взрывоопасной концентрации, явиться причиной взрыва. Одним из основных факторов, обусловливающих пылевзрывобезопасность, является пылеотложение. Отложившаяся в горных выработках пыль является потенциально взрывчатой средой; существует нижний предел взрывоопасной запылённости выработок, при которой поднявшаяся в воздухе пыль образует концентрацию 70-100 мг/м³.

Исходя из времени накопления взрывоопасного количества пыли все горные выработки на предприятиях делятся на 2 группы; I — время накопления взрывоопасного количества пыли 1 месяц и более; II — менее 1 месяца. Все вентиляционные штреки и другие выработки с исходящей струёй воздуха, удалённые от лавы на 200 м и более, относятся к I группе; участки вентиляционных выработок длиной до 200 м, примыкающие к лавам, углеспускным гезенкам или скатам, — ко II группе. Такое разделение горных выработок позволяет дифференцированно подходить к выбору способов предупреждения взрывов пыли в зависимости от степени пылевзрывоопасности и обоснованно устанавливать периодичность их применения.

Контроль за пылевзрывобезопасностью проводится работниками участка вентиляции и техники безопасности (ВТБ) и надзором участка, в ведении которого находятся выработки, ежемесячно. При применении побелки, обмывки, связывания пыли контроль осуществляется визуально путём проверки отложившейся пыли, если нет видимых отложений сухой пыли, — методом сдувания пыли с боков, кровли и почвы выработок при помощи специального насоса, не реже чем через каждые 10 м. В случае если вся поверхность или отдельные участки выработки покрыты пылью, сквозь которую не просматривается инертная пыль, производят повторное осланцевание. 1 раз в квартал контроль выработок производится работниками лаборатории военизированных горноспасательных частей. Параллельно отбираются пробы в начале, середине и в конце участка интенсивного пылеотложения (в выработках с конвейерной доставкой угля — у мест перегрузки и через каждые 100 м по длине выработки). Пробы пыли подвергаются испытаниям на взрывчатость.

Основные факторы, от которых зависит взрывчатость угольной пыли: выход летучих веществ, дисперсный состав пыли, содержание в ней золы и влаги, состав атмосферы горных выработок. В CCCP к опасным по пыли относятся пласты угля (горючих сланцев) с выходом летучих веществ 15% и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих веществ, взрывчатость пыли которых установлена лабораторными испытаниями. В ПНР, ЧССР и Нидерландах опасными по пыли считаются пласты угля с выходом летучих веществ свыше 12-14%, в Великобритании — 20%, в США — 3,1-7,9% (для углей всех марок, кроме антрацитов); во Франции взрывчатость угольной пыли для каждого шахтопласта определяется лабораторным путём независимо от выхода летучих веществ. С увеличением степени дисперсности взрывчатость угольной пыли возрастает. Во взрыве пыли участвуют пылинки размером до 0,75-1,0 мм в поперечнике, основным носителем взрывчатых свойств пыли являются фракции размером менее 75 мкм. С повышением содержания золы в углях взрывчатость угольной пыли уменьшается.

Влага, содержащаяся в угольной пыли, действует как инертная добавка, снижая тепловой баланс системы, и способствует аутогезии мелких частиц в более крупные, что уменьшает удельную поверхность пыли и, следовательно, её взрывчатость. Отложившаяся увлажнённая пыль теряет способность переходить во взвешенное состояние и создавать взрывоопасные концентрации. Согласно нормативам внешняя влажность угольной пыли и мелочи, находящихся на почве выработки, должна быть не меньше 12%.

Изменение содержания активных и инертных газов, а также пыли в составе рудничной атмосферы влияет на характер возникновения и протекания взрывов угольной пыли. Уменьшение содержания кислорода и увеличение содержания углекислого газа оказывает флегматизирующее действие на взрыв пыли. При наличии в шахтной атмосфере метана повышается степень взрывчатости, снижается нижний предел взрывоопасной концентрации пыли (табл.).

Верхний предел концентрации пыли в воздухе, выше которой горение и взрыв не распространяются, 2000-3000 г/м³, наибольшая сила взрыва достигается при концентрации 300-400 г/м³. Методы оценки свойств угольной (сланцевой) пыли регламентированы ГОСТами: 11014-81, 8719-70, 11022-75, 6382-80. Наиболее распространённым и достоверным методом оценки взрывоопасности угольной пыли любого пласта является непосредственное испытание её на взрывчатость в штольнях или опытных шахтах, а также в лабораторных приборах.

Основным источником воспламенения сульфидной пыли являются нагретые газообразные продукты, образующиеся при взрывных работах. Взрывчатость сульфидной пыли зависит от содержания серы, размера частиц и влажности. С увеличением содержания серы взрывчатость пыли повышается. К категории взрывоопасных отнесены все шахты, разрабатывающие руды с содержанием серы более 35%. Наиболее опасна сульфидная пыль, имеющая в своём составе фракции от 10 до 100 мкм. Пыль крупностью более 250 мкм практически взрывобезопасна. Взрывчатость сульфидной пыли с увеличением влажности снижается. При влажности 9-9,5% сульфидная пыль становится взрывобезопасной.

Серная пыль более опасна, чем сульфидная и угольная, т.к. температура воспламенения и нижний предел взрывоопасной концентрации её значительно ниже, чем угольной и сульфидной пыли. Минимальная температура воспламенения и взрыва комовой серной пыли соответственно 290 и 340°С., кристаллической — 275 и 320°С. Нижний предел взрывчатости серной пыли составляет от 5 (комовая сера) до 15 г/ м³ (кристаллическая сера), верхний предел достигает 600-1000 г/м³.

Все шахты, опасные по взрыву серной пыли, разделяются на 2 группы в зависимости от среднего содержания серы в руде: I группа — от 12 до 18%; II группа — свыше 18%. При содержании серы в рудах менее 12% шахты относятся к группе неопасных по газу и пыли.

Методы оценки сульфидных и серных руд с позиций пылевзрывоопасности регламентированы ГОСТом 8606-72. Пылевой режим сульфидных и серных шахт при содержании серы более 35 и 12% соответственно одинаков и должен предусматривать выполнение специальных мероприятий (см. Пылевзрывозащита).