Лекция 2. Рудничная пыль

1 Общие сведения о рудничной пыли

2 Профессиональная вредность рудничной пыли

3 Взрывчатые свойства серной,сульфидной и угольной пыли

1. Общие сведения о рудничной пыли

Взвешенную в воздухе рудничную пыль называют аэрозолем. Аэрозоль состоит из мелких и мельчайших горючих и энергично окисляющихся с выделением тепла частиц. При определенных концентрациях и температурах он может воспламеняться и взрываться вследствие большой поверхности соприкосновения тонко дисперсирован. Взвешенную в воздухе рудничную пыль называют аэрозолем. Аэрозоль состоит из мелких и мельчайших горючих и энергично окисляющихся с выделением тепла частиц. При определенных концентрациях и температурах он может воспламеняться и взрываться вследствие большой поверхности соприкосновения тонко диспергированной пыли с кислородом и активного его поглощения. Кроме того, пыль веществ, содержащих углеводороды, в случае нагревания выделяет горючие газы. Облако пыли, нагретое в одной точке до температуры воспламенения, быстро воспламеняется на всем протяжении. Это горение может превратиться во взрывной пыли с кислородом и активного его поглощения. Кроме того, пыль веществ, содержащих углеводороды, в случае нагревания выделяет горючие газы. Облако пыли, нагретое в одной точке до температуры воспламенения, быстро воспламеняется на всем протяжении.

2.. Рудничная пыль как профессиональная вредность

Минеральная пыль, образующаяся в горных выработках при раз рушении горных пород и полезного ископаемого, попадая в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом, приводит к легочным заболеваниям, известным под общим названием пневмокониоз.

Из неядовитых минеральных пылей на первом месте по своей агрессивности стоит пыль, содержащая свободную SiO₂, вдыхание которой приводит к заболеванию силикозом. Несколько менее агрессивна пыль гранита, асбеста, апатита, корунда и ряда других пород и минералов. Угольная пыль вызывает заболевание, называемое антракозом.

Пневмокониоз вызывается лишь пылью с размером частиц не более 10 мк, причем особенно опасна пыль крупностью менее 3—5 мк.

Предельно допустимые концентрации различных видов пыли установлены в следующих размерах (в мг1мъ):

Пыль, содержащая более 70% свободного кремнезема. Пыль, содержащая от 10 до 70% свободного кремнезема. Угольная и угольно-породная пыль, содержащая более 10%

свободной SiO_2.

Угольная пыль, содержащая до 10% SiО₂

Угольная пыль, не содержащая SiО₂

Пыль, выделяющаяся в рудниках, более опасна в отношении возможности заболевания пневмокониозом, чем угольная пыль. Однако пыль, взвешенная в породных забоях угольных шахт, зачастую также содержит большое количество свободного кремнезема. Так, в шахтах Карагандинского бассейна содержание SiO2 достигает 25%, Кузнец— 34%. Содержание SiO2 в углях находится в пределах 0,5 8%.

Снижение заболеваемости пневмокониозом обеспечивается путем улучшения санитарно-гигиенических условий в шахтах и рудниках и и частности, поддержания в выработках и рабочих помещениях. Для этого проводится комплекс инженерно-технических мероприятий, направленных на уменьшение пылеобразования и подавление образовавшейся пыли. Для пылеподавления широко используется вода, а также вода с примесью смачива­телей. Наиболее часто применяются смачиватели ОП-7 и ДБ. Вода применяется при бурении шпуров с промывкой, для предварительной пропитки угольных пластов, орошения мест погрузки угля и руды в вагонетки, а также мест перегрузки полезного ископаемого и т. п.

При невозможности применения воды производится отсасывание пыли из мест интенсивного пылеобразования с последующим осаждением ее тем или иным способом.

Несмотря на эффективность применяемых способов борьбы с пылью невозможно поддерживать нормальную чистоту воздуха без деятельного проветривания выработок.

Пыль, находящаяся в горных выработках, частично взвешена в воздухе, а частично лежит на почве, боках и кровле выработки. Взвешенная в неподвижном воздухе пыль под влиянием силы тяжести будет выпадать тем быстрее, чем больше ее удельный вес и размеры пылинок. Скорость оседания пылинок шаровидной формы может быть подсчитана по формуле Стокса. При этом для мелкодисперсной кварцевой пыли величина эта получается очень малой: пылинки диаметром d = 1 мк, начавшие падение с высоты 2 м, достигнут почвы выработки только через 2 ч 20 мин, при d = 0,5 мк время падения равно 5 ч 30 мин, а для пылинок d = 0,1 мк — 33 ч. Таким образом, теоретически очень мелкая минеральная пыль может долго находиться во взвешенном состоянии даже в неподвижном воздухе. Однако, как показывает опыт, истинная скорость и оседания мелкодисперсной пыли неправильной формы значительно превосходит теоретическую, полученную по формуле Стокса. Если обозначить через К отношение, то, согласно нашим опытам, К имеет максимальное значение для аэродинамически совершенных пылинок и минимальное для пылинок несовершенной формы. Максимальное и минимальное значения К определяются по формулам:

(1)

где d — размер пылинок, мк.

Из приведенных формул видно, что действительная максималь­ная скорость оседания пылинок размером 0,5—1 мк может в 500— 1000 раз превышать теоретическую, с увеличением размеров пылинок значение К уменьшается и при d = 10 мк становится равным 5.

Истинная минимальная скорость, наблюдаемая в опытах при крупности пылинок 10 мк, совпадает с теоретической, а при уменьшении размеров пылинок начинает превышать ее.

Скорость оседания угольных пылинок в спокойном воздухе v иожет быть найдена по выражению

(2)

где п имеет значения от 0,55 до 2,94.

С наименьшей скоростью, как показывает опыт, оседают частицы иитреновой разности углей, а с наибольшей — пылинки кларена.

Пылинки, взвешенные в движущейся вентиляционной струе, повлекаются последней в вихревые движения, направленные под побыми углами к оси потока. Это нарушает процесс оседания пыли­нок, они могут совершать как нисходящее, так и восходящее движение, время оседания увеличивается, что способствует выносу пыли из выработки при сравнительно небольших скоростях.

Пылинки, осевшие на поверхности, могут быть подняты в воздух вентиляционной струей при возрастании ее скорости до некоторого предела. Критическая скорость, при которой происходит сдувание пылинок с поверхности выработки, тем больше, чем больше удельный кос минерала, из которого состоят пылинки, крупность, влажность, слеживаемость пыли и др. Исходя из условий уменьшения запыленности атмосферы в горных выработках минимальная скорость движения вентиляционной струи должна быть такой, которой вполне достаточно для поддержания мелкодисперсной пыли длительное время но взвешенном состоянии, что позволяет удалять ее в исходящую вентиляционную струю, но вместе с тем эта скорость не должна достигать критических значений, при которых в воздушный поток вовле­кается осевшая в выработках пыль. Из этих соображений установлены оптимальные скорости движения воздуха в выработке. Вследствие крайней сложности процесса попытки теоретического решения задачи на определение минимальных и оптимальных скоростей по привели к надежным результатам. Более достоверны результаты опытов, особенно проведенных в натурных условиях.

В соответствии с этими опытами в настоящее время в негазовых угольных шахтах рекомендуется в качестве минимальных скоростей унижения воздушной струи принимать в очистных забоях 0,9 м/сек, I! подготовительных 0,3 м/сек и в выработках с конвейерной достав­кой 0,7 м/сек; оптимальная скорость рекомендуется соответственно 1,6; 0,6 и 1,3 м/сек.

3. Взрывчатые свойства угольной пыли, серной и сульфидной

Многие вещества в измельченном состоянии способны давать изрыв. Способность давать взрывы объясняется тем, что 1)всякое вещество в измельченном состоянии обладает большой поверхностью соприкосновения с кислородом воздуха; 2)пыль некоторых веществ способна поглощать кислород при сравнительно низких температурах;

3) при нагревании некоторых пылей (угольной, сланцевой) выделяются горючие газы. О возможном участии каменноугольной пыли во взрывах метана на шахтах впервые было упомянуто Фарадеем, расследовавшим причины взрыва в Гасуэлле (Англия) в 1844 г. Возможность же взрывов пыли в негазовых шахтах считалась мало­вероятной вплоть до 1906 г., когда на негазовой шахте «Курьер» (Франция) возник взрыв пыли, сопровождавшийся 1100 человеческими жертвами.

Пыль дает изрыв, только будучи взвешенной в воздухе в виде пылевого облака. Температура воспламенения угольной пыли 700— 800° С. Нижний предел взрываемости угольной пыли зависит от

Рис. 1. Прибор ПКО-1м

свойств угля и присутствия в воздухе метана. В негазовой атмосфере пыль взрывается при концентрациях 20—2000 г/м3, а при содержании в воздухе около 2,5% метана взрыв может возникнуть уже при запыленности около 5 г/м3.

Взрывчатые свойства пыли полезных ископаемых в значительной мере зависят от зольности. При некоторой, довольно значительной зольности (для угольной пыли около 60%) пыль вообще перестает i взрываться.

Взрывоопасность пыли зависит также от химического и петрографического состава угля, стадии метаморфизма, влажности и крупности пыли.

С увеличением содержания летучих компонентов в угле взрывчатость пыли возрастает. Опыт показывает, что пыль, содержащую до 10% летучих, можно считать не опасной по взрывам, при содержании летучих 10—15% пыль слабовзрывчата и более 15% — взры­воопасна.

Увеличение влажности пыли уменьшает ее взрывчатость. Это объясняется как тем, что более влажную пыль труднее поднять и воздух, так и общеизвестным пламегасительным свойством влаги.

Имеет значение крупность пыли. Наиболее опасна пыль крупностью около 50 мк, более мелкая пыль может обладать как пониленной, так и повышенной склонностью к взрывам. Часто с уменьшением размеров пылинок изменяется вещественный состав пыли, например, увеличивается содержание фюзинита и семивитринита, которые обладают небольшой химической активностью, повышенной термоустойчивостью и малым содержанием летучих. Если с уве-1 имением дисперсности пыли вещественный состав ее не меняется или меняется незначительно, то взрывчатость пыли резко возрастает.

Следует иметь в виду влияние стадии метаморфизма углей. Наибольшей химической активностью обладают молодые угли. При переходе от бурых углей к каменным и к антрацитам взрывчатые свойства угольной пыли снижаются и пыль антрацитов практически «читается невзрывчатой.

Наконец, укажем значение петрографического состава углей. Содержание в углях более 80% микрокомпонентов группы витринита обусловливает, по данным значительную взрывчатость пыли, в то время как присутствие микрокомпонентов группы фюзинита и семивитринита действует подобно инертной добавке.

Воспламенение пыли может привести не только к взрыву, но к спокойному горению, которое способно превратиться во взрыв, если на пути распространения пламени встретятся препятствия в виде вагонеток, неубранного угля и т. п. Как и взрывы метана, взрывы и 1,1 ли дают прямой и обратный удары.

Испытание угольной пыли на взрывчатость в лабораторных условиях производится на приборе ПКО-1м, состоящем из трубки кварцевого стекла 1, в которой находятся нихромовая спираль 2, распыляющего механизма 3, индикаторных ламп 4, 5, контролирующих температуру нагрева спирали. Навеска испытуемой пыли помещается в распылительное устройство, откуда подается на спираль, нагретую до температуры 1150° С. Способность пыли взрываться определяется по длине пламени. Если при пятикратном испытании пыль ни разу не воспламенилась, она считается невзрывчатой.

При разработке медных и серноколчеданных руд большую опасность представляют взрывы сульфидной пыли, характерной особенностью которых является образование большого количества сернистого газа. Взрывы сульфидной пыли приурочены к колчеданным рудам с большим содержанием пирита (50—90%).

Основным источником воспламенения сульфидной пыли являются газообразные продукты, образующиеся при взрывных работах. Вероятность воспламенения от других тепловых источников (электрическая искра, открытое пламя) мала.

Практикой установлено, что сульфидная пыль вследствие большого удельного веса не распространяется далеко от мест ее образования.

Взрывчатость сульфидной пыли зависит от содержания серы, размера частиц, зольности и влажности. Установлено, что с увеличением содержания серы удлиняется пламя в испытательной трубке (рис2.), что свидетельствует о повышении взрывчатости пыли.

Рис. 2. Зависимость взрывчатости колчеданной пыли от содержания серы.

Пыли возникает при содержании сульфидной серы 40% и более. Учитывая возможность возникновения в шахте условий, близких к лабораторным, к категории взрывоопасных отнесены все шахты, разрабатывающие сульфидные руды с содержанием серы более 35%.

. Наиболее опасна сульфидная пыль, имеющая в своем составе фракции от 10 до 100 мк. Пыль крупностью более 250 мк практически становится невзрывоопасной. Взрывчатость сульфидной пыли с увеличением влажности снижается. При влажности 9—9,5% пыль становилась совершенно невзрывоопасной.

Серная пыль более опасна, чем сульфидная и угольная, так как температура воспламенения и нижний предел концентрации ее значительно ниже, чем у угольной и сульфидной пыли. Нижний предел взрывчатой концентрации составляет от 5 (комовая сера) до 15 г/м3 (кристаллическая сера.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рудничная вентиляция. Справочник, под редакцией проф. К.З.Ушаков. М.Недра.1988г

2. К.З Ушаков «Аэрология горных предприятий». М. Недра. 1987г

3. Комаров В.Б. Ш.Х. Килькеев «Руднечная вентиляция». М. Недра. 1989г

Рудничная пыль

1.Общие сведения

Пыль рудничная, совокупность минеральных частиц полезного ископаемого и (или) пустой породы, взвешенных в рудничной атмосфере или осевших в горных выработках. Одним из основных показателей, характеризующих пыль, является размер её частиц (дисперсность). Со степенью дисперсности пыли связаны: повышение скорости и интенсивности её реакции с кислородом, увеличение адсорбционной способности и электрические свойства, а также биологическая активность.

П. р. — одна из основных профессиональных вредностей. Некоторые виды пыли (угольная, сланцевая, серная, сульфидная и др.) в определенных условиях могут, кроме того, образовать с воздухом взрывчатую смесь. Вредность пыли выражается в том, что воздействие её может привести к поражению лёгких, сопровождающемуся замещением живой ткани крупноволокнистой соединительной тканью (см. Пневмокониозы), а также к заболеваниям верхних дыхательных путей, глаз, кожи. Кроме того, пыль свинцовых, марганцевых, мышьяковых и некоторых др. минералов токсична, а пыль урановых и ториевых руд — радиоактивна.

Рудничная пыль – мелкие и мельчайшие частицы твердого минерального вещества, способные витать в воздухе или быть осевшими. Запыленность воздуха характеризуется концентрацией витающей пыли. Различают: массовую – масса пыли в единице объема воздуха; счетная – число пылинок в единице объема воздуха. Рудничная пыль является причиной профессиональных заболеваний печени, легких, почек, желудка. Чаще всего встречаются заболевания легких называемых пневмокониозам. Различают: асбестоз, силикоз, сидироз, силикотоз, антрокоз. Наиболее часто встречается силикоз, протекает в три стадии: 1) появление узелков – незначительная отдышка, сухой кашель. 2)возникновение очажков – кашель с выделением мокроты. 3)появление очагов – тяжелая отдышка, кашель с мокротой часто с кровью.

Рудничная пыль - это совокупность дисперсных минеральных частиц размером от 1 мм до долей микрона в поперечнике, поступающих в рудничные выработки в процессе горных работ. Взвешенная в воздухе пыль образует с ним дисперсную систему - пылевой аэрозоль; осевшая пыль представляет собой пылевой аэрогель. По степени дисперсности различают три категории пыли:

1) пыль с частицами размером больше 10 мк, котopыe оседают в неподвижном воздухе с возрастающей скоростью;

2) пыль с частицами от 10 до 0,1 мк, оседающими в неподвижном воздухе с постоянной скоростью;

3) пыль с частицами размером менее 0,1 мк, которые не оседают даже в неподвижном воздухе.

Как показывают исследования, пылинки размером 2-3 мк почти не оседают в горных выработках и разносятся вентиляционной струей на значительные расстояния, если при своем движении не прилипнут к какой-либо поверхности. Способность пыли оставаться во взвешенном состоянии зависит от ряда факторов: Тонкости пыли, плотности и формы частиц, влажности, температуры и скорости движения воздуха и некоторых других. Способность осевшей пыли переходить вновь во взвешенное состояние различна для разных пылей.

Пыли различного минералогического состава создают качественно различную загрязненность рудничной атмосферы. Особое значение при определении степени опасности пыли и разработке мер подавления имеет ее физико-химическая и минералогическая характеристика.

Наличие пыли в рудничном воздухе, даже если она не ядовита, нежелательно в двух отношениях: 1) рудничная пыль вредна для здоровья и 2) пыль нeкoтopых веществ, например кaмeнногo угля, может образовывать с воздухом взрывчатую смесь.

Профессиональную вредность представляют пыли с диаметром частиц менее 10 мк. И особенно менее 2 мк. Участие во взрыве принимают пылевые частицы размером до 1000 мк (1 мм) в поперечнике.

В горных работах пыль образуется при производственных проессах, связанных с разрушением горных пород и их транспортировкой. Приближенно можно считать, что в угольных шахтах 55-65 % общего количества пыли образуется при работе врубовых машин и комбайнов, 15-20 % - при отбойке и навалке угля на конвейер, 15-20 % - при транспортировке ископаемого. В рудных шахтах при мокром бурении буровые· работы дают 40-50 % общего количества пыли, взрывные работы 35-45 % и прочие источники 10-20%.

Конечно, для разных шахт или участков доли отдельных пылеобразующих процессов будут разными.

Для характеристики пылеобразования применяют следующие показатели:

1) удельный выход пыли - количество пыли, поступающей в воздух на единицу веса отбитой или погруженной массы (г/т);

2) интенсивность пылеобразования - количество пыли, поступающей в воздух в единицу времени при данном процессе (г/ мин, мг/сек);

3) запыленность воздуха - концентрация пыли в воздухе (мг/м³). Данные об удельном выходе пыли и интенсивности пылеобразования приведены в табл. Фактическая запыленность атмосферы забоев при отсутствии пыли недостаточности мер пылеподавления может' достигать не·скольких сотен и даже тысяч мг/м³.

Интенсивность пылеобразования и, тем более, запыленность воздуха неодинаковы для различных шахт и бассейнов.

Образующаяся при производственных процессах пыль неоднородна по крупности.

ПО исследованиям С. Я. Хейфица и А. С. Бурчакова, при производственных процессах добычи угля в лавах количество угольной пыли с размером частиц более 10 мг составляет от 10 до 33 % по весу от общего количества образующейся пыли. Установлено также, что в витающей пыли с увеличением скорости вентиляционной струи возрастает процент частиц более крупных фракций.

По данным П. И. Мустеля, анализ буровой муки, взятой на апатитовом руднике, показал, что количество пыли размером менее 10мг составляет в среднем 6,4 % общего веса буровой муки.

В зависимости от Физико-механических свойств горных пород и от

производственных процессов дисперсность пыли, образующейся при выполнении горных работ, неодинакова. Наиболее мелкая породная пыль образуется при бурении шпуров, наиболее крупная при погрузочных операциях.

2. Профессиональная вредность рудничной пыли

По действию на человеческий организм рудничная пыль делится на две категории: ядовитую пыль (свинцовая, ртутная и т. д.) И неядовитую (пыль угля, песчаника и т. д.). Неядовитая породная и угольная пыль, загрязняя атмосферу, может вызывать легочные заболевания, носящие общее название (пневмокониозы).

Пневмокониоз, вызванный кремнистой пылью (содержащей Si0₂). называют силикозом, а угольный пылью - антракозом (силициум кремень, антракон - уголь).

Наиболее тяжелым заболеванием является силикоз. Упрощенно процесс заболевания силикозом можно представить следующим образом: пылевые частицы, преимущественно размером менее 5 мк (0,005 мм),проникают вместе с вдыхаемым воздухом в легочные пузырьки - альвеолы и задерживаются на их стенках. Под влиянием тканевых жидкостей Si0₂ переходит в H₂SiO 3 - кремневую кислоту, оказывающую химическое воздействие на ткани.

Организм человека стремится изолировать попавшие в легкие инородные частицы: пылинки захватываются и поглощаются особыми подвижными клетками - фагоцитами. При значительном количестве пыли фагоциты не справляются с задачей выноса пылинок из организма. Они начинают скапливаться в полости альвеол, а также в лимфатических путях легких. Постепенно под воздействием H₂SiO₃ поглотившие пылевые частицы фагоциты видоизменяются, превращаясь в волокна соединительной ткани (фиброз). Волокна, наслаиваясь, образуют силикотические узелки размерами до 1-4 мм. Постепенно единичные фиброзные узелки соединяются в группы.

Таким образом, отдельные группы альвеол легкого постепенно замещаются фиброзной тканью. Это отрицательно сказывается на нервной, сосудистой, лимфатической системах легкого. Нарушение работы легких ведет к нарушениям и в кровообращении, и в работе сердца. В конечном счете человек погибает от декомпенсации сердца или пневмонии. Этот процесс осложняется наличием также ряда других явлений, вызываемых вредным действием H₂SiO₃ на организм человека.

Различают несколько форм силикоза: обыкновенный, быстротекучий, поздний.

Наиболее распространенной является первая форма - обыкновенный с и л и к о з, развивающийся у человека в течение длительного периода (5-10 лет). На первой стадии заболевания человек ощущает боли в груди, легкий сухой кашель, одышку при большом напряжении организма.

Быстротекущий с и л и к о з имеет те же стадии, что и обыкновенный, но болезнь развивается более активно - в течение 2-3 лет.

Поздним называют силикоз, наступающий у человека через некоторое время после того, как он уже оставил работы в опасных по силикозу условиях. Такие случаи также объясняются действием накопившейся в легких пыли, которая в начальный период болезни успешно подавлялась организмом. Кроме этих форм выделяют еще так называемое подозрение на силикоз.

При заболевании антракозом образование фиброзной ткани в легких происходит менее интенсивно. Поражения легких не бывают такими тяжелыми, как при силикозе. Развивается антракоз значительно медленнее силикоза и обычно у людей, имеющих стаж подземной работы не менее 10 лет.

Активных средств лечения силикоза пока нет и поэтому основная медико-санитарная работа ведется в направлении профилактики силикоза, ранней диагностики и своевременного перевода заболевшего силикозом на работу, не связанную с вдыханием пыли и вредных газов.

На опасных по силикозу шахтах устанавливается специальный режим: сокращенный рабочий день, профилактические медицинские осмотры, ультрафиолетовое облучение рабочих в специальных помещениях (фотариях) и др.

Возможность заболевания силикозом (антракозом) находится в прямой зависимости от интенсивности вдыхания пыли. Установлено, что решающее значение при этом имеет общая масса пыли различных фракций, поступающая в легкие, и содержание свободной двуокиси кремния. Едиными правилами безопасности установлены следующие предельно допустимые концентрации пыли в зависимости от содержания свободной Si0₂ в породах и полезном ископаемом.

Свободная двуокись кремния встречается в виде минералов кварцевой группы (кварц, халцедон и др.) и входит в состав многих горных пород. Тан, свободную двуокись кремния содержат: песчаник - 33-76 %, песчанистый известняк 15-37 %, обыкновенный известняк - 0,2-0,8%.

Содержание свободной двуокиси кремния во взвешенной пыли в породных забоях шахт Карагандинского бассейна колеблется от 18,5 до 25 %, Кузнецкого бассейна - от 9,2 до 33,9 %. На некоторых шахтах Кизеловского бассейна верхний предел содержания свободной двуокиси кремния в пыли при буровых работах достигает 8090 %. Свободная SiO₂ обнаруживается также и в углях: в донецких1,0-8,0%, карагандинских - 4,2-6,6 %, кизеловских - 0,54,6%, подмосковных - 0-2,5%.

Основным направлением в профилактике силикоза является про ведение инженерно-технических мероприятий, обеспечивающих уменьшение пылеобразования при рабочих процессах и своевременное подавление пыли.

3. Взрывчатые свойства пыли

Многие твердые негорючие вещества становятся взрывчатыми в пылеобразном состоянии. Это объясняется огромной поверхностью соприкосновения распыленного вещества с кислородом воздуха. Сульфидная пыль взрывается при температуре 340-590ºС.

Серная пыль - 320-340 ºС. Угольная пыль - 700-900 ºС. Меры борьбы с запыленностью воздуха: 1)Орошение водой в местах пылеобразования. Места перегрузки с одного конвейера на др. или в рудоспуск окожушивают. При бурении применяют промывку шпуров и скважин водой. При работе комбайнов вода направляется в то место, где производится разрушение угля. Для осаждения пыли в выработках устраивают водяные завесы. На калийных рудниках применяют сухое пылеподавление.

Угольная и сульфидная пыль при некоторых условиях могут образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Весьма серьезные катастрофы, имевшие место в угольных шахтах, вызывались взрывами одной угольной пыли или угольной пыли совместно с метаном.

Взрывчатость угольной пыли зависит в основном от следующих факторов:

1. Содержание в пыли летучих веществ. Опытами установлено, что пыль антрацитов Донбасса невзрывчатая. Пыль углей, содержащих менее 10 % летучих веществ, отнесенных к безводной и беззольной массе, взрывчата не во всех случаях. По данным МакНИИ, для углей с содержанием летучих менее 15 % взрывчатой следует считать пыль, которая при пиролизе дает метана более 40 МЛ на 1 г горючей массы. При содержании летучих более 15 % пыль взрывчата. Наиболее легко взрывается пыль углей, содержащих от 17 до 32 % летучих веществ. Как показали исследования МакНИИ, взрывчатость угольной пыли зависит также и от состава летучих с увеличением выхода жидкой фазы летучих взрывчатость пыли возрастает. Окисленность пыли понижает ее взрывчатость.

2. Зольность пыли. С увеличением зольности взрывчатые свойства пыли уменьшаются. При содержании в пыли 40% золы пыль перестае1' быть взрывчатой.

3. Влажность пыли. Чем больше влаги содержится в пыли, тем она менее взрывчата. Пыль перестает взрываться при отношении Т: Ж = 1: 1.

4. Тонкость пыли. Наиболее опасны Б отношении взрыва пылинки размером 10-75 мк. Если взрыв уже возник, то участие в нем могут принять и крупные пылинки размером 0,75-1 ММ. Тонкодисперсная пыль размером 10 мк и менее обладает пониженной способностью взрываться, что объясняется быстрым окислением очень мелких пылинок (теряющих при этом свои горючие свойства) и склонностью тонкой пыли к коагуляции и образованию хлопьев.

Испытание проб угля производится лабораториями МакНИИ и ВостНИИ, а также другими лабораториями, которым это право предоставлено по согласованию с Госгортехнадзором. Те пласты, взрывчатость пыли которых установлена лабораторным испытанием, относятся к опасным по пыли.

Прибор ПКО-1 м (рис. 22) предназначен для испытания угольной пыли на взрывчатость в производственных лабораториях. Его основными частями являются: трубка из кварцевого стекла 1, в которой помещена нихромовая спираль 2, навитая на кварцевую трубку, механизм распыления пыли 3, индикаторные лампы 4 и 5 для контроля за температурой нагрева спирали. При испытании навеска

Рис. 22. Прибор для оценки качества осланцевания ПКО-lм

пыли (6,6 г), про сеянной через сито 0,6, засыпается в распылительное устройство, которым подается внутрь трубки 1 на раскаленную до температуры 1150⁰ С спираль.

Пыль признается невзрывчатой, если при пяти подобных испытаниях она ни разу не воспламенилась.

Для взрывчатых пыле и существуют пределы взрывчатых концентраций, различные для качественно различных пылей. Для сильно взрывчатых пылей нижним пределом является 16-20 г/м³ [81, верхний предел 1500-2000 г/м³• Максимальной силы взрыв происходит при концентрации пыли в воздухе 300-600 г/м³. Учитывая, что теоретически в 1 м³ воздуха может сгореть углерода в СО₂ только 112 г,считают, что во взрыве участвует не вся горючая масса угля, а часть ее, что подтверждается исследованиями. Температура воспламенения пыли 750-800⁰ С.

Возможность возникновения взрыва в выработке определяется конкретными условиями: запыленностью выработки, наличием или отсутствием газа, распределением пыли по выработке, шероховатостью, постоянством сечения и направления выработки, характером и мощностью источника воспламенения.

Очевидно, что чем больше запыленность выработки, чем легче осевшая пыль может быть поднята в воздух, чем мощнее измельчения взрываемой руды. Исследования показывают, что практически взрывается пыль, содержащая не менее 40 % серы и состоящая не менее чем на 60 % из пирита или марказита.

Пределы взрываемостu сульфидной пыли 100-1500 г/м³, температура воспламенения 435-450⁰ С. Нuжнuй предел взрываемостu элементарной серы 2,3 г/м³, температура воспламенения 275-340⁰ С.

Для предупреждения взрывов сульфидной и серной пыли достаточно перед взрыванием зарядов в шпурах производить орошение забоя, смывать пыль со стенок выработки и осаждать образовавшуюся в момент взрыва пыль специальными оросителями.

Сланцевые шахты, несмотря на то, что взрывчатость сухой сланцевой пыли выше, чем угольной, представляют меньшую опасность, в отношении взрыва. Это объясняется тем, что основные разрабатываемые сланцевые месторождения в значительной мере обводнены, а сланцевая пыль хорошо смачивается водой без специальных смачивающих добавок и при влажности 20 % уже не взвешивается в воздухе и не взрывается. Если сухая пыль длительное время находится в атмосфере с относительной влажностью 100 %, содержание влаги в пыли может достигнуть 11 % и даже больше, что также снизит ее взрывчатость. Пыль перестает взрываться при зольности 36 %. Несмотря на эти благоприятные свойства, если создаются условия для подсушивания пыли и перехода ее во взвешенное состояние, то она может взорваться. Нижний предел взрываемости сланцевой пыли 6 г/м³,температура воспламенения 9900 С.

Для предупреждения взрывов пыли в сланцевых шахтах необходима производить взрывные работы только предохранительными ВВ с электродетонаторами, допущенными к применению в сланцевых шахтах; перед взрывными работами в очистных забоях следует производить смывание пыли водой.

Взрывы колчеданной пыли особенно опасны вследствие того, что при этом образуется большое:количество сернистого ангидрида и возникает опасность отравления людей. Колчеданные рудники: в соответствии, с Правилами безопасности делятся на две группы. К 1 группе относятся те из них, в которых руда содержит от 12 до 18 % серы, а ко II - добывающие руды с содержанием серы более 18 %.

Колчеданная пыль, обладая значительным удельным весом, взвешивается в воздухе с трудом, вследствие чего взрывы этой пыли носят обычно локальный характер и, как правило, происходят в момент взрывных работ. При этом взрывается пыль, оставшаяся на стенках шпуров, на стенках, кровле и почве выработки близ забоя, а также отчасти пыль, образовавшаяся в момент взрыва.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Временное методическое пособие по расчёту количества воздуха, необходимого для проветривания рудников и шахт. – Алма-Ата, 1990. – 32 с.

2 Временная инструкция по расчёту количества воздуха, необходимого для проветривания рудных шахт. – Москва, 1983. – 72 с.

3 Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом. – М.: Недра, 1977. – 223 с.

4 Инструкция по безопасному применению самоходного (нерельсового) оборудования в подземных рудниках. – М.: Недра, 1973. – 32 с.

5 Рудничная вентиляция. Справочник под редакцией профессора К.З.Ушакова М., Недра, 1988.

6 К.З. Ушаков. Аэрология горных предприятий М., Недра, 1987.

7 А.А. Харев. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами М., Недра, 1978.

8 Кирин Б.Ф., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология М., Недра, 1983.

9 Комаров В.Б., Ш.Х. Килькеев. Рудничная вентиляция М., Недра, 1989.

10 Веселовский В.С., Виноградова Л.П. Прогноз и профилактика эндогенных пожаров М., Наука, 1975.

11 Г.А. Бабак, К.П. Бочаров и др. Шахтные вентиляционные установки главного проветривания М., Недра, 1982.