Взрыв пыли

Взрыв пыли

ВЗРЫВ ПЫЛИ. I. Взрыв каменноугольной пыли. При разработке и доставке каменного угля в рудниках образуется значительное количество каменноугольной пыли, которая разносится по выработкам и оседает на стенках шахт. Во многих случаях эта пыль представляет значительную опасность, т. к. она обладает способностью воспламеняться и может служить причиной ужасных катастроф в шахтах. Еще в конце прошлого столетия во многих странах недооценивали значение этой опасности, и только грандиозный взрыв, происшедший на руднике Куррьер (Франция) в 1906 году, где погибло 1240 горнорабочих, доказал возможность воспламенения каменноугольной пыли без участия гремучего газа. Эта катастрофа побудила многие страны начать в значительном масштабе исследования вопроса о взрываемости каменноугольной пыли. Для этой цели во Франции, Англии и других странах были оборудованы специальные пылеиспытательные станции, работы которых за последние 20 лет дали возможность распознать сущность процесса воспламенения каменноугольной пыли и выработать практические меры борьбы с этой опасностью. Основные положения в этом вопросе даны французским исследователем Таффанелем.

Многочисленные опыты показали, что каменноугольная пыль может воспламеняться только в том случае, если находится в воздухе во взвешенном состоянии; наиболее сильные взрывы пыли получаются обычно при плотности пыльного облака около 300 г на 1 м3 воздуха. Взрыв пыли в руднике может произойти от действия взрыва гремучего газа или заряда взрывчатого вещества, причем пыль сначала поднимается в воздух от удара воздушной волны, а затем воспламеняется под действием пламени взрыва. В исключительных случаях можно опасаться взрыва пыли от пламени факела, ацетиленовой лампы или вольтовой дуги, если пыль в облаке находится в движении. Важное значение в процессе взрыва пыли имеет величина частиц (тонкость) пыли, обусловливающая способность пыли подниматься в воздух и усиливающая ее воспламеняемость. Частицы пыли под действием высокой температуры подвергаются окислению и дистилляции; чем быстрее происходят эти процессы, тем сильнее получается взрыв пыли. Поэтому с увеличением тонкости пыли, а, следовательно, с увеличением поверхности всей совокупности частиц ее (что ускоряет процессы окисления и дистилляции), и с повышением содержания летучих веществ в угле (что ускоряет дистилляцию) увеличиваются способность каменноугольной пыли к воспламенению и сила взрыва. Кроме того, повышению взрывчатых свойств пыли способствуют: 1) увеличение смолистых включений в угле (повышается способность к окислению), 2) увеличение теплотворной способности продуктов дистилляции угля, 3) присутствие в воздухе метана, хотя бы и в небольших количествах. Способность каменноугольной пыли к воспламенению, наоборот, понижается с увеличением содержания в ней золы и влаги.

Наиболее простым критерием опасности каменноугольной пыли служит содержание в ней летучих веществ; при содержании последних ниже 10% пыль обычно не воспламеняется. Наиболее опасной является пыль коксующихся углей при содержании в них 20—25% летучих веществ. Однако этот критерий взрываемости пыли не достаточен. Каждый сорт угля, в смысле воспламеняемости его пыли, имеет свои индивидуальные особенности, и, кроме прямого экспериментального изучения воспламеняемости пыли, пока еще нет метода, который позволял бы с уверенностью определять эти особенности. Поэтому для определения степени опасности какого-либо каменноугольного рудника в отношении взрыва пыли необходимо подвергать пыль специальному испытанию. Такие испытания производятся в железных штольнях, напоминающих выработки шахты, или лабораторным путем в небольших приборах, сходных по своей конструкции со штольнями. Источниками воспламенения пыли при испытании обычно служат взрывчатые вещества. Если каменноугольная пыль воспламенится даже в каком-либо одном месте, то взрыв ее разносится по всем выработкам шахты, где имеется способная к воспламенению пыль. Взрыв пыли зарождает предварительную волну взрыва, которая, двигаясь с громадной скоростью по выработкам, поднимает имеющуюся в них пыль и создает т. о. пыльное облако, способное воспламеняться с приходом пламени взрыва, которое следует за предварительной волной. Эта последняя является главной причиной механических повреждений при взрыве пыли; она разрушает крепь выработок и создает в них обвалы. Люди, захваченные такой волной, часто гибнут прежде, чем их настигнут пламя взрыва и удушливые газы. При своем движении по выработкам предварительная волна претерпевает многочисленные изменения и, в зависимости от расположения и размеров выработок, может затухать или усиливаться и даже повернуть в обратную сторону (возвратная волна). После прохода пламени взрыва происходит охлаждение продуктов горения, вследствие чего позади пламени зарождается волна разрежения, которая имеет еще большую скорость, чем взрывная волна. Все эти волны, двигаясь по выработкам, подвергаются, в конце концов, интерференции. Т. о. процесс распространения взрыва пыли в руднике чрезвычайно сложен и трудно поддается изучению. Самыми опасными местами, в смысле возможности взрыва пыли в шахте, являются глухие забои, где пыль может при воздушном толчке создать густое облако и откуда взрыв может легче распространиться по другим выработкам. Если же воспламенение происходит в месте, окруженном значительными свободными пространствами, то взрыв пыли может быстро рассеяться и не получить распространения. Продукты взрыва пыли содержат значительный процент окиси углерода и, распространяясь по выработкам, несут с собой смерть. Обычно большинство людей, захваченных взрывом в шахте, гибнет от отравления окисью углерода и меньший процент - от непосредственного действия взрывной волны и пламени взрыва.

Мероприятия по борьбе с взрывом пыли сводятся в основных чертах к следующему.

1) Предупреждение распространения каменноугольной пыли по выработкам. Для этого необходимо по возможности препятствовать образованию пыли при выемке угля в забое и при доставке его по выработкам. Особенно много пыли образуется при зарубке угля врубовыми машинами, при отбойке и погрузке его в вагоны. Если в процессе очистных работ в шахте трудно избежать образования пыли, то необходимо стремиться к тому, чтобы пыль не разносилась по выработкам шахты. Для этой цели необходимо производить систематическую уборку пыли в местах ее образования и принимать меры, к тому, чтобы пыль не могла подниматься в воздух. Наиболее простой и радикальной мерой борьбы с пылью в этом направлении является орошение каменноугольной пыли в местах ее скопления. Но проведение этой меры затрудняется тем обстоятельством, что тонкая пыль трудно смешивается с водой.

2) Нейтрализация взрывчатых свойств каменноугольной пыли. Чтобы сделать пыль невзрывчатой, необходимо смочить ее настолько, чтобы она содержала не менее 50% влаги; однако каменноугольная пыль после орошения довольно быстро высыхает и вновь делается взрывчатой. Чтобы держать каменноугольную пыль в достаточно влажном состоянии, приходится производить повторное орошение выработок через 2—3 дня, что создает значительное неудобство. До 1925 года во многих рудниках Западной Европы и СССР этот способ имел широкое распространение, несмотря на то, что он вызывает большие расходы по устройству и содержанию водопроводной сети в руднике. Тем не менее взрыв пыли в рудниках, где применялось орошение, имели место; признано, что орошение действительно только в тех случаях, когда необходимо нейтрализовать взрывчатые свойства каменноугольной пыли на короткий промежуток времени, например, на время производства взрывных работ в шахте. В этом случае орошение приносит двоякую пользу: нейтрализует взрывчатые свойства пыли и препятствует образованию пыльного облака в момент выпала заряда взрывчатого вещества. В настоящее время наибольшее распространение получил другой метод нейтрализации каменноугольной пыли - осланцевание, при котором стенки выработок шахты, где имеется пыль, покрывают слоем негорючей каменной (инертной) пыли. Такая пыль получается путем размола сланцев, известняков и других пород. Важно, чтобы инертная пыль была сухой (не более 4% влаги), достаточно тонкой (должна проходить в количестве не менее 50% через сито с отверстиями в 0,125 мм в поперечнике), не содержала горючих веществ и не обладала способностью быстро поглощать влагу и слеживаться. Кроме того, такая пыль не должна содержать > 25% кремнекислоты, так как более значительное ее содержание делает пыль вредной для дыхания. Инертная пыль рассыпается по выработкам вручную или при помощи специальных приборов и смешивается таким путем с каменноугольной пылью; последняя при содержании 55—60% инертной пыли перестает быть взрывчатой. По мере оседания свежей каменноугольной пыли осланцевание выработок д. б. повторяемо. Эту операцию совершают несколько раз в год, а иногда несколько раз в месяц. Осланцевание выгоднее орошения, так как не требует больших 1) первоначальных затрат и является в то же время более действительным способом борьбы с каменноугольной пылью. Обычно расходы на осланцевание составляют 5—10 коп. на 1 тонну добытого угля.

3) Меры против распространения взрыва пыли по всем выработкам, если он уже произошел. Для этой цели пользуются т. н. сланцевыми барьерами (заслонами), пыльными и беспыльными зонами. Сланцевый барьер состоит из ряда расположенных под кровлей поперек выработки полок с насыпанной на них инертной пылью. Эти полки делаются шириною около 40—50 см и укрепляются так, чтобы волна взрыва пыли могла легко опрокинуть их; расстояние между полками обычно равно их ширине или немного меньше, количество же помещаемой на них инертной пыли берется с таким расчетом, чтобы на 1 м2 поперечного сечения выработки, в которой расположен барьер, приходилось не менее 400 кг инертной пыли, причем вся длина барьера не должна превосходить 20 м. В случае взрыва пыли в каком-либо месте шахты взрывная волна, дойдя до барьера, опрокинет его, и сброшенная с полок инертная пыль создаст плотное облако, способное потушить пламя взрыва, так как частицы инертной пыли будут быстро поглощать тепло. Барьеры располагаются обычно в выработках, соединяющих отдельные поля шахты; место выбирается так, чтобы барьер, с одной стороны, не препятствовал движению вагонов и воздуха по выработке и, с другой, - чтобы было обеспечено действие взрывной пыли на барьер с максимальной силой. Выгоднее барьеры располагать в такой части выработок, которая тянется прямолинейно на 75—100 м, для того чтобы взрывная волна могла достичь значительной скорости, достаточной, чтобы опрокинуть барьер. Иногда прилегающую к барьеру часть выработки на протяжении 75—100 м покрывают значительным слоем инертной пыли и создают т. о. «пыльную зону», назначение которой - воспрепятствовать распространению взрыва, если барьер не был опрокинут при проходе взрывной волны или действие его было недостаточным, чтобы потушить пламя взрыва. Такие зоны устраиваются иногда отдельно от барьеров. Наконец, для той же цели применяют часто «беспыльные зоны», представляющие собой часть выработки протяжением 75—150 м, в которой тщательно убрана каменноугольная пыль. При прохождении взрыва по такой выработке пламя затухает. Такие беспыльные зоны имеют значение в тех случаях, когда выработки шахты мокрые и нейтральная пыль в них быстро слеживается, благодаря чему она при прохождении взрывной волны может не образовать облака и пламя взрыва может «проскочить» барьер и пыльную зону, если в месте их расположения имеется каменноугольная пыль, осевшая поверх слоя инертной пыли.

Из перечисленных мер борьбы с взрывом пыли главное значение имеют, конечно, те, которые направлены к предупреждению первоначального воспламенения пыли. В обстановке рудника трудно предусмотреть все случайности, которые могут повлечь за собой взрыв пыли. Но гораздо легче предупредить взрыв в начальной его фазе, чем остановить его, когда он уже произошел; если же он приобрел значительную силу, то остановить его еще труднее. Поэтому в борьбе со взрывом пыли главное внимание д. б. направлено на устранение причин, могущих вызвать взрыв. Как было сказано выше, скорее всего можно ожидать взрыв пыли при вспышке гремучего газа и при палении взрывчатых веществ в шахте. На эти две причины и д. б. обращено главное внимание. В опасных по каменноугольной пыли шахтах должны применяться только «предохранительные» взрывчатые вещества, которые при нормальных условиях паления обычно не воспламеняют каменноугольную пыль и гремучий газ. Но даже такие предохранительные взрывчатые вещества способны иногда вызвать воспламенение каменноугольной пыли. Поэтому при заряжении шпуров в местах, где имеется взрывчатая каменноугольная пыль, применяют так называемую «внешнюю забойку», которая состоит из небольшой полки, располагаемой у устья шпура, с насыпанной на ней инертной пылью в количестве не менее 1,5 кг на каждый шпур. При взрыве заряда эта пыль поднимается в воздух и способна потушить вырывающееся из шпура пламя. Опасность взрыва пыли имеется не только в руднике, но и в любом закрытом помещении, где может образоваться пыльное облако достаточной плотности. Взрыв пыли наблюдается и на брикетных фабриках, и в котельных, где имеется сухая каменноугольная пыль.

II. Взрыв пыли на мельницах, хотя и представляет сравнительно редкое явление, однако по своим разрушительным последствиям заслуживает изучения и принятия предупредительных мер. О разрушительности этих взрывов можно судить по взрыву на мельнице в Буффало (США) в 1913 г., где погибло 33 чел. и было ранено  70 человек. На мельнице в г. Бузулуке в 1909 г. взрыв пыли произошел вследствие того, что спущенный со свечой в железный мучной закром рабочий ударом по стенкам закрома вызвал сотрясение последних и осыпавшаяся пыль взорвалась; взрывом была сильно разрушена часть мельницы, рабочий же совсем не был найден. В 1913 г. в Америке было организовано специальное бюро для научного изучения взрывчатых свойств зерновой и мучной пыли и выяснения способов предотвращения взрывов. Бюро установило, что с 1905 г. имели место 13 взрывов пыли на мельницу. Профессор Уйлер в Питсбурге произвел ряд опытов по определению температуры вспышки пыли, причем оказалось, что различные сорта пыли имеют различные температуры: так, для овсяной пыли эта температура равна 990°, для пыли обоечного отделения 995°, для пыли размольного отделения 1060° и для зерновой пыли с элеваторов 1115°. Опыты для определения относительной огнеопасности пыли показали, что все виды зерновой пыли более опасны, чем угольная пыль, причем овсяная пыль более огнеопасна, чем пыль от пшеницы и других сортов зерна. Исследования на температуру и силу взрыва сухой и невысушенной пыли дали следующие результаты: 1) в невысушепном состоянии, при 1 200°, взрыв 0,5 г пыли в манометрической бомбе повысил давление до 0,033 кг/см2, а в высушенном состоянии - до 1,33 кг/см2; 2) взрываемость зависит от степени насыщения пространства пылью, и взрыв может произойти при наличии пыли начиная с 317 г в 1 м3 воздуха; 3) многие виды зерновой пыли имеют относительно низкую температуру вспышки; 4) в зависимости от природы и состояния пыли взрывы пыли могут происходить и при меньшем ее содержании в воздухе. Причины возникновения взрывов органической пыли на мельницах следующие: 1) употребление открытого пламени (свечи, спички, факелы и пр.), 2) пожары, 3) искры, иногда появляющиеся при работе некоторых машин (обоек, жерновов на холостом ходу, моторов, ремней на шкивах и пр.). Для предупреждения взрывов пыли на мельницах необходимо принимать меры к уменьшению количества пыли, а также к устранению причин взрывов.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.