Факторы, влияющие на воспламенение газовой смеси

Для подавляющего большинства пластов угольных шахт, как известно, характерно выделение метана, который в смеси с возду­хом представляет собой опасную взрывчатую смесь, легко вос­пламеняемую электрической искрой, дугой или накаленным про­водником. При переходе к разработке на глубокие рабочие гори­зонты приходится считаться с появлением в атмосфере более легко воспламеняющихся смесей с воздухом — этана, пропана, бутана.

В калийных шахтах часто встречается смесь метана и водорода с воздухом, в озокеритовых и серных шахтах — смесь сероводо­рода и водорода и т. п. Наконец, значительное количество взрыв­чатой угольной пыли является неизбежным результатом процесса добычи угля в шахтах.

Для воспламенения метано-воздушной смеси необходимо:

1) появление высокотемпературного источника (искры, дуги, накаленного тела), соответствующего точке воспламенения газо­вой смеси;

2) наличие определенного количества метана и поддерживающего горение кислорода, то есть опасной концентра­ции смеси;

3) температура воспламенения метано-воздушной смеси не яв­ляется строго постоянной величиной и изменяется в довольно ши­роких пределах (650⁰ - 750⁰С) в зависимости от большого ко­личества факторов (энергии источника воспламенения, длитель­ности воздействующего импульса, окружающей температуры, на­чального давления и др.).

Газо-пыле-воздушная смесь приобретает свойства взрываемости лишь при определенной концентрации горючих газов и пыли в воздухе, которая выражается в объемных процентах или в грам­мах на 1 м³ воздуха.

При избытке воздуха в горючей смеси выше некоторого предела смесь не взрывается — нижний предел взрывоопасной концентра­ции. При избытке в смеси горючего газа выше некоторого предела смесь также не воспламеняется — верхний предел взрывоопасной концентрации.

Для метана при нормальном атмосферном давлении нижний предел концентрации равен 5%, верхний — 15%; для водорода соответственно 4 и 74%; для угольной пыли нижний предел взрывоопасной концен­трации — 15 г/м³.

В свою очередь, оптимальная концентрация одной и той же горючей смеси не одинакова при различных источниках зажига­ния:

1) метано-воздушная смесь наиболее легко вос­пламеняется электрическими искрами при концентрации около 8,5%, нитями накаливания - при концентрации 9,8%, фрикцион­ными искрами (искры трения) - при концентрации 6,4—7,4%. Наибольшее давление взрыва в случае поджигания метано­ воздушной смеси электрической искрой возникает при концен­трации смеси 9—10% [1];

2) оптимальная концентрация для водорода равна 20%.

Применение электрической энергии в шахтах, опасных по газу, требует особого исполнения аппаратуры, исключающего вос­пламенение взрывоопасной среды от электрической искры или дуги, возникающих как в нормальных режимах при коммутации цепей, так и в аварийных режимах.

Искробезопасное исполнение обеспечивает наиболее полную безопасность применения электрической энергии во взрывоопас­ных средах. Кроме того, такое исполнение по сравнению с другими взрывозащищенными исполнениями позволяет значительно сни­зить стоимость, вес и габариты аппаратуры. В маломощных цепях очень часто эти факторы являются определяющими при выборе средств взрывозащиты. Поэтому в шахтной аппаратуре управле­ния, автоматизации и связи искробезопасное исполнение находит все более широкое применение.

Физические процессы воспламенения газовой смеси