Угольная пыль образуется при следующих производственных операциях:

1. Отбойке угля комбайнами и взрывных работах.
2. Бурении шпуров.
3. Погрузке угля погрузочными машинами.
4. Транспортировке угля конвейерами.
5. Погрузке на погрузочных и разгрузочных пунктах.

Предельно допустимые концентрации угольной пыли:

Факторы, влияющие на взрывчатость угольной пыли:

1. Взрывчатая концентрация угольной пыли во взвешенном состоянии
   от 16 - 96г/м3 до 2000 г/м3.
2. Выход летучих веществ - 15% и более.
3. Крупность пылинок - до 1 мм, чем она мельче, тем опаснее.

Температура воспламенения угольной пыли 750 - 850 0 С.
Скорость взрывной волны 1000 м/ сек.
Самый сильный взрыв при концентрации 300 - 400 г/м3,
При работе комбайна без орошения запыленность воздуха составляет
50 г/м3, при БВР - 300 г/м3.
Отложение угольной пыли при работе проходческого комбайна составляет у забоя - 600 г/м3 в сутки.
При работе очистного комбайна - 900 г/м3 в сутки.
На погрузочных пунктах (пересыпах) - 100 г/м3 в сутки.
4. Влажность и зольность – чем больше влажность и зольность угля, тем пыль менее взрывоопасна.

Меры борьбы против образования угольной пыли:

1. Увлажнение угольных пластов (предварительное нагнетание воды в пласт).
2. Орошение, пневмогидроорошение.
3. Водяные завесы.
4. Водовоздушные эжекторы.
5. Гидрореактивные распылители.
6. Пылеулавливание (пылеотсосы, сооружение кожухов на пересыпах, тканевые перегородки)
7. Обеспыливающее проветривание
8. Острый режущий инструмент.

Меры по предупреждению взрыва угольной пыли

1. Смыв, увлажнение.
2. Обметание.
3. Побелка:известково-цементным раствором; 1 часть цемента, 2 части извести, 30 частей воды.
4. Водяные завесы, туманообразователи.
5. Осланцевание.
6. Сланцевые или водяные заслоны.
7. Вода питьевая, или с очистных сооружений.

Локализация взрывов газа метана и угольной пыли

Заслоны.

Предназначены для локализации (предупреждения распространения) взрывов метана
и угольной пыли.

СЛАНЦЕВЫЙ – полки - трапециевидная опора. Ширина 250-500 мм.
Расстояние между полками равно ширине полки.
Имеются небольшие бортики – 5 см. засыпается инертная пыль –
(из сланца, доломита, ракушечника)
Полки заполняются из расчета – 400кг на 1м2 поперечного сечения
выработки, длина заслона не менее 20м.
Первый заслон устанавливается не ближе 60м от забоя,
последующие - не далее 300м.

ВОДЯНОЙ – сосуды вместимостью более 80л, сечение трапеции 150 х 300 х 250
Количество воды и сосудов из расчета 400л на 1м2 площади поперечного сечения выработки, длина 30м установка – не ближе 75м,
Последующие не далее – 250м.

Автоматическая система взрывоподавления – локализации взрывов (АСВП-ЛВ)

Основные параметры АСВП-ЛВ Рабочее давление воздуха в рабочей полости, МПа(кгс\см2) 12 (120) Объем рабочей полости, см3 1326 Масса огнетушащего порошка, кг, не менее 25 Инерционность срабатывания, мс 15-20 Минимальная чувствительность срабатывания системы, при давлении на фронте ударно – воздушной волны, МПа 0,02 Длина создаваемого заслона (облака) пламегасящей среды, м, не менее 30 Количество выносных штанг, шт. 3 Масса системы, кг, не более 76

Предназначена для защиты горных выработок от распространения по ним взрывов метановоздушноой смеси и (или) угольной пыли, путем создания заслона в виде облака из пламегасящего порошка во взвешанном состоянии. Достоинства системы АСВП-ЛВ - компактна, надежна и проста в эксплуатации; - для работы не требуется электропитание; - не требуется частая замена взрывопо-давляющего порошка, так как он герметично упакован; - может применяться в выработках с любым углом наклона. Функционирование системы АСВП-ЛВ Система работает в ждущем режиме. Ударно- воздушная волна, образованная в результате взрыва метановоздушной смеси и (или) угольной пыли, воздействует на приемный щит Автономного командного устройства (АКУ), приемный щит формирует механи-ческий импульс и через выносные штанги передает его на устройство срабатывания Устройства локализации взрывов (УЛВ). После срабатывания этого устройства сжатый, находящийся в рабочей полости УЛВ, поступает в промежуточную камеру и бункер УЛВ и выбрасывает расположенный там огнетушащий порошок в пространство горной выработки. При этом по всему сечению выработки формируется надежный заслон в виде облака огнетушащего порошка во взвешенном состоянии.

Как можно избавиться от угольной пыли?

Ответ – только перестав добывать уголь – мы не рассматриваем. Опыт компании «Сибирский Антрацит» в Новосибирской области показывает, что решить проблему пылеподавления можно за счет бишофита – рассола на основе магния. Этим раствором поливают дорогу, по которой ездят груженные углем самосвалы.

Угольная пыль стала политической темой, прежде всего, за счет бунтов и митингов населения в портовых городах Дальнего Востока. Однако против взвесей в воздухе, явно не обогащающих дыхание, протестуют и локально. Например, в прошлом году вал негативных публикаций обрушился на компанию «Сибирский Антрацит». Ведущий в России и в мире производитель и экспортер углей-антрацитов (UltraHighGrade) ведет добычу в Искитимской районе Новосибирской области.

Новосибирская область – не Кузбасс, хотя с ним и граничит; и трудно представить, что всего в 60 км от мегаполиса Новосибирск добывают столь ценное для металлургов сырье. Жители деревни Ургун, через которую проходит участок технологической дороги от разреза до обогатительной фабрики, где антрациты обогащают, а затем сгружают в вагоны и отправляют на экспорт, о добыче знали, как говорится, не понаслышке. Сама деревня расположена за пределами санитарно-защитной зоны, но то, что на бумаге соответствует нормативам, в жизни выглядит не так красиво.

Впрочем, технологическая дорога, по которой идет постоянный поток самосвалов (до 120 машин в сутки), пролегает вдоль разреза и деревни уже несколько десятков лет. Уголь просыпался, измельчался колесами – и повисал в воздухе. Стоит отметить, что количество взвешенных веществ все же всегда было ниже уровня ПДК. Но пару лет назад нынешним ургунцам и это надоело. В «Сибирском Антраците» не стали закрывать глаза на просьбы нескольких сотен местных жителей и нашли решение. И в прошлом году опробовали его на практике.

На предприятии скромно подчеркивают – никакой особой инновации в использовании хлоридно-магниевого рассола, или бишофита, нет. Этим средством давно пользуются и в других регионах, в том числе в угольном Кузбассе. Но для Новосибирской области бишофит, конечно, стал диковинкой. Шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ» Александр Попов съездил на предприятие и в Ургун, чтобы увидеть все не только своими глазами, но и вдохнуть собственными легкими. Оказалось, нехитрая в целом инновация – связующий раствор для пылеподавления – работает достаточно эффективно, и вроде бы все довольны.

Неэффективная «мокрота»

Пылеподавлением так или иначе вынуждены заниматься все горнодобывающие предприятия. Просто угольщикам всегда достается больше – в силу того, что угольная пыль самая заметная и неприятная субстанция. Конечно, в портах эта проблема стоит наиболее остро. Но и на разрезах «Сибирского Антрацита» (Колыванском и Горловском) на пыль приходится около половины от всей массы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Проблема обостряется в жаркий период – с мая по октябрь.

Долгие годы, да, по сути, всю историю, что разрезы функционируют, с пылью боролись по-старинке – каждые два часа по технологической дороге проезжала водовозка и просто поливала ее водой. По научному это называется «мокрым» способом пылеподавления. Как отмечалось в публикации в журнале «Экология производства» (№5 за 2015 год), такие способы «используются для предупреждения подъема в воздух пыли, образующейся при разрушении, погрузке и транспортировании горной породы; для обеспыливания воздуха или подавления взвешенной пыли водой; для предотвращения повторного поступления в воздух осевших пылевых частиц. Вода увлажняет и связывает пылевые частицы».

Все бы ничего, да только «мокрые» способы борьбы с пылью не являются высокоэффективными. Основной недостаток очевиден даже далекому от угледобычи человеку: эффект от полива дороги, особенно в летний период, будет коротким, как жара в Сибири. А это все оборачивается огромными затратами для компании – ведь нужно постоянно гонять машины с водой, а значит, где-то брать не только воду, но и бензин, и зарплату водителей, и нести затраты на амортизацию техники. Чтобы проживать «день сурка» по несколько раз на дню.

«Мокрые» способы борьбы с пылью схожи с трудом Сизифа: эффект от полива дороги, особенно в летний период, будет коротким

Что такое бишофит?

Нужно было найти способ, при котором пыль, оседающая на дороге, просто не могла бы подняться в воздух. Такие решения есть, в «Сибирском Антраците» остановили выбор на бишофите. Это гранулированный или жидкий хлористый магний с содержанием основного вещества (MgCl2) 47%. В бишофите, который назвали так в честь первооткрывателя – немецкого геолога и ученого Густава Бишофа – содержится большое количество микроэлементов (около 65), благодаря чему по своему составу он превосходит морскую соль и соль Мертвого моря. Добыча происходит путем растворения минерального пласта артезианской водой и получения концентрированного солевого рассола.

Пробная закупка у производителя в Волгограде и тестовые испытания этого вещества прошли в Искитимском районе в конце лета прошлого года. Но затем наступила осень, за ней – зима, и проблема сама собой «рассосалась» благодаря погоде. «Весной и осенью мы не используем бишофит из-за осадков. Зимой тоже смысла нет, в зимний период мы занимаемся снегоборьбой, чтобы машины не застревали и не скользили. А бишофит используем с конца апреля-мая и, как показал опыт прошлого года, где-то до середины октября. Все высыхает, и на дорогах оттаивают полезные ископаемые, а также щебень и песок. Мы грейдерами убираем, но все это начинает пылить, и приходится заниматься пылеподавлением», - рассказывает начальник Управления автотранспортом «Сибирского антрацита» Алексей Федоров .

С этого года бишофит внедрили в практику пылеподавления уже в полном объеме. Выглядит это следующим образом. Концентрированные частицы, по виду похожие на крупную белоснежную соль, разводят в воде примерно за пять минут из расчета один к четырем. Заливают рассол в обычную поливомоечную машину и отправляют по технологической трассе до ближайшего к предприятию разреза. Сначала дорогу проливает обычная водовозка, а за ней – та, что с раствором. Забрызгивать приходится лишь этот небольшой, в пару километров, участок, который проходит мимо Ургуна. На всем дальнейшем протяжении дороги, вплоть до Колыванского разреза (а это больше 40 км), столь близкой к ней жизни нет.

На квадратный метр гравийного полотна, качеству которого позавидовали бы асфальтовые дороги во множестве населенных пунктов, достаточно 100 грамм кристаллического хлористого магния. Дальше надо подождать минут 15, за которые на поверхности трассы образуется подобие пленки. Покрытие обладает поистине уникальным свойством: оно абсорбирует влагу из воздуха и удерживает ее на долгое время, от пяти до 10 дней. Дорога выглядит так, словно ее только что окропило дождиком; но угольная пыль не поднимается и не висит в воздухе, и, соответственно, не разлетается по округе. «Бишофит еще имеет такое свойство, что он не высыхает, а остается в вязком состоянии. И если участок дороги покрыт бишофитом, то машины колесами раскатывают его и дальше», - добавляет плюсов начальник отдела охраны окружающей среды «Сибирского Антрацита» Артем Бурцев .

Начальник Управления автотранспортом «Сибирского антрацита» Алексей Федоров: «Весной и осенью мы не используем бишофитиз-за осадков. Зимой тоже смысла нет, в зимний период мы занимаемся снегоборьбой. А бишофит используем с конца апреля-мая и, как показал

Есть ли минусы?

Стоимость. В «Сибирском Антраците» не раскрывают объемы затрат на закупку бишофита. Но очевидно, что любая сумма так или иначе идет в расходы – ведь вода, которой поливалась дорога, была и остается бесплатной (она образуется при разрыве пластов на самом разрезе). Впрочем, в компании подчеркивают, что в итоге все равно выигрывают. Прежде всего, сколько не трать воды, «мокрый» способ пылеподавления априори неэффективен. А после обработки бишофитом к дороге можно не подходить неделю.

Бишофит также продлевает срок эксплуатации дорожного полотна, обеспечивая стабилизацию грунта. А все это, как следствие, положительно отражается и на сроках эксплуатации грузового автотранспорта – в том числе, двигателей, которые от угольной пыли страдают не меньше, чем легкие жителей Ургуна и работников предприятия.

Из других плюсов – значительная экономия времени и затрат. Как уже было сказано, водовозки ездили по дороге чуть ли не каждые два часа; машине с раствором бишофита достаточно проехать раз в неделю. Количество рейсов поливомоечных машин сокращается в 264 раза в месяц, а общий расход воды за тот же период – почти на 100%. Наконец, согласно замерам специализированной и аккредитованной при Росприроднадзоре лаборатории ООО «Центр гигиенической экспертизы», применение бишофита снижает наличие взвешенных веществ в воздухе на 57-85%.

Главный же минус – дождь. «Он все смывает», - объявляет приговор Алексей Федоров. Так что с тем, что у природы нет плохой погоды, в компании не согласны. Но при этом от бишофита ничего не остается, вообще никаких отходов – если его не смывает дождем, он сам скатывается и уходит в почву. Выходит, земля вдоль дороги в Ургуне обильно удобряется солями почти что с Мертвого моря. Кстати, бишофит в «Сибирском Антраците» используют и зимой. Но не для полива, а против смерзания угля в вагонах.

А как решают проблему угольной пыли другие компании?

«Кислород.ЛАЙФ» обратился с таким вопросом к угольщикам Кузбасса. На разрезах компании «Южный Кузбасс» в летнее время проводится «гидрообеспыливание технологических дорог» – проще говоря, банальный полив водой, причем в круглосуточном режиме. На сортировочных комплексах, обогатительных фабриках и перегрузочных пунктах компании установлены системы орошения угольной массы, которые при дроблении увлажняет уголь.

При закрытой добыче, в шахтах, пыль становится фактором повышенной опасности. Но деться от нее некуда: она образуется при отделении угля и породы от массива в процессе работы комбайнов, выемочных и погрузочных машин, при взрывных работах, а также при погрузке, перегрузке и транспортировке горной массы. Опасность угольной пыли, напоминают в УК «Распадская» (входит в Evraz Group), заключается в ее способности взрываться. «Взрывчатость зависит от содержания летучих веществ, зольности, влажности, тонкости и концентрации. Угольная пыль способна взрываться при содержании более 10% летучих веществ с зольностью и влажностью менее 40%, с размером частиц менее 0,1 мм и при концентрации более 1000 мг/кубометр. Непосредственными причинами взрыва угольной пыли может стать: открытое пламя, вспышка или взрыв газа, взрывные работы, неисправность в электрических сетях или устройствах и любое воздействие высокой температуры», - описали опасности в компании. Кроме этого, высокая запыленность воздуха существенно уменьшает видимость, что также опасно для ведения работ в шахте.

Чтобы снизить концентрацию пыли, в шахтах используют современные машины, проводят предварительное увлажнение угольных пластов, поливают места пылеобразования, постоянно проветривают выработки. «Смачивание (орошение) угля и породы идет при всех процессах, связанных с выделением в атмосферу пыли: в ходе работы очистных и проходческих комбайнов, бурильных установок и перегрузки угля по цепи конвейеров. Орошение при работе комбайна в забое осуществляется специальным пенообразователем. Для ликвидации местных скоплений угольной пыли производится регулярная обмывка горных выработок и горно-шахтного оборудования», - рассказали в «Южном Кузбассе». Поливают не только водой, на горные выработки наносят смачивающе-связывающими вещества, а также устанавливают водяные или туманообразующие завесы.

Кроме «гидропылевзрывозащиты», в шахтах применяется еще один способ – «осланцевание горных выработок». «По сути, это искусственное повышение зольности угольной пыли, которая отложилась на поверхности выработок, за счет добавления инертной пыли, изготовленной из тонкомолотого негорючего материала, чаще всего из доломита, известняка или глинистого сланца. Качественная инертная пыль должна легко рассеиваться и образовывать пылевое облако, снижающие температуру пламени взрыва или вспышки», - рассказали в «Распадской». Этот способ используют по мере отложения пыли или «на основании прогноза запыленности рудничного воздуха в горных выработках шахты». По данным компании, на мероприятия по пылеподавлению ежегодно уходит более 200 млн рублей. Из этой суммы порядка 40 млн рублей – на приобретение инертной пыли в объеме 12 тыс. тонн.

Затраты на борьбу с пылью в «Южном Кузбассе» раскрывать не стали. Но отметили, что эта постоянная работа «позволяет предупреждать развитие профессиональной легочной патологии у работников, снижать травматизм и аварийность при работе автотранспорта, а также нагрузку на окружающую среду. Одновременно увеличивается производительность труда, сокращаются потери в ходе добычи и уменьшается износ горнотранспортного оборудования».

Химический состав пыли . Одним из основных факторов, характеризующих склонность пыли к взрыву, является выход летучих веществ при термическом разложении угля без доступа воздуха.

Главными компонентами в составе летучих веществ, обуславливающими взрывчатость пыли, являются смолистые соединения и тяжелые углеводороды. Основными горючими составляющими летучих веществ являются метан, водород, окись углерода, углекислый газ, этан, тяжелые углеводороды и др.

Нижний предел взрывчатости смеси газообразных продуктов термического разложения угля практически постоянен и равен 4,2%.

Взрывчатость обуславливается одновременным влиянием всех горючих компонентов.

Степень взрывчатости пыли может характеризоваться давлением в месте взрыва. Увеличение выхода горючих веществ (V daf) обуславливает возрастание давления взрыва. Угольная пыль подразделяется на слабовзрывчатую (V daf <15%) и сильновзрывчатую (V daf >15%).

Дисперсность пыли . Дисперсный состав пыли является существенным фактором, определяющим ее взрывчатость. При больших размерах частиц пыли наблюдается почти линейный рост силы взрыва с увеличением дисперсности или удельной поверхности пыли.

Однако, это возрастание, начиная с частиц диаметром 100 мк, продолжается значительно медленнее. Сила взрыва в отдельных случаях достигает максимума при диаметре частиц около 10 мк.

Взрывчатость угольной пыли растет с увеличением степени ее измельчения, и поэтому в шахте по мере удаления от источника пылеобразования она становится потенциально более взрывоопасной.

Состав атмосферы . Существенное значение имеет состав среды, в которой происходит взрыв. Если в шахтной атмосфере содержится метан, взрыв возможен при более низких концентрациях пыли.

Установлено, что нижний предел взрываемости сильновзрывчатой пыли равен 17÷18 г/м 3 , а в присутствии 2,5% метана он понижается до 5÷6 г/м 3 . Верхний предел взрывчатости, по данным МакНИИ, составляет 300÷400 г/м 3 .

Влажность пыли . Фактор влажности играет существенную роль при оценке взрывчатости пыли. Влага действует как инертная добавка.

Так как теплоемкость воды больше теплоемкости инертной пыли, то с учетом теплоты испарения вода поглощает тепла в 5 раз больше, чем инертная пыль.

Взвешенная в шахтном воздухе пыль с любым содержанием влаги при наличии мощного источника воспламенения может взорваться.

Основным фактором в защитном действии влаги от взрыва является связывание осевшей пыли на почве и боковых поверхностях горных выработок.

Зольность пыли . Наличие золы снижает взрывчатость угольной пыли, поскольку часть образующегося тепла расходуется на нагрев частичек инертной пыли, что приводит к снижению температуры аэрозоля.

Естественное содержание золы в угле обычно недостаточно, чтобы предупредить взрыв. Поэтому применяют искусственное озоление пыли в выработках – осланцевание.

В Сибири основным способом получения электроэнергии и тепла является сжигание угольного топлива. Несмотря на все возрастающие требования по повышению экологических параметров теплоэнергетических установок на ископаемых топливах, уголь будет оставаться в Сибири основным топливом на ближнюю и дальнюю перспективу, тем более что его запасы многократно превышают объемы других энергетических ресурсов.

В настоящее время на угольных ТЭС и котельных для растопки и поддержания горения сжигают огромное количество дополнительного высокореакционного топлива (мазут, керосин, газ). Совместное сжигание угля с мазутом, практикующееся на пылеугольных ТЭС, приводит к заметному возрастанию мехнедожога топлива, снижению КПД котлов и надежности работы котельного оборудования, повышению выбросов оксидов азота, серы и пентаоксида ванадия. Отсюда очевидна необходимость снижения доли мазута при розжиге и подсветке пылеугольного факела на пылеугольных котлах ТЭС.

Ученые Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН предложили решение данной проблемы — метод механохимической активации угольного топлива. Угольное топливо подвергается высоконапряженному измельчению в специальных мельничных устройствах, за счет чего увеличивается его реакционная способность.

Ученые считают, что таким образом качественные характеристики угля можно приблизить к газомазутным, причем угольная пыль будет стоить значительно дешевле мазута. За счет измельчения уголь лучше горит и легче воспламеняется. Его поджигают с помощью специального газового запального устройства: минуту спустя газ отключают, и угольная пыль горит сама по себе, без посторонних источников.

— В среднем в России сжигают около пяти миллионов тонн мазута ежегодно, а по сравнению с углем мазут дороже примерно в десять раз, — рассказывает аспирант Института теплофизики СО РАН Евгений Бутаков. — Наша «фишка» — убрать мазут, оставить уголь. По расчетам, оборудование для замещения мазута, приобретенное для одной станции, окупится примерно через год. Сегодня нашу систему хотят внедрять в Красноярске — эксперименты уже прошли, ведутся переговоры. Мы предлагали разработку также новосибирским энергетикам, но дальше обмена письмами дело не пошло. К нам приезжали специалисты, мы продемонстрировали им в работе технологию, был получен положительный отзыв. Этим все пока и ограничилось. Чтобы представить наш проект, участвуем в конкурсах, являемся резидентами «Сколково», у нас есть индустриальный партнер в Москве, который занимается поиском заинтересованных структур.

Прогрессивные технологии выгодны прежде всего потребителям электроэнергии, подчеркивают разработчики. Расходы на производство ресурса, и в том числе дополнительные затраты на мазут, включаются в тарифы. По мнению ученых, внедрение новых технологий могли бы ускорить решения на правительственном уровне.

Данилов Александр Геннадьевич
Инженер-эксперт ООО "ГорМаш-ЮЛ", эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности.
Соавторы: Грачев Эдуард Александрович – эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности;
Кульчицкий Станислав Владимирович – эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности;
Галиев Марат Гаптуллович – эксперт Единой системы оценки соответствия в угольной промышленности.

Взрываемость угольной пыли определяется физико-химическими свойствами разрабатываемого шахтопласта и горнотехническими условиями, при которых возможно протекание взрыва.

К физико-химическим свойствам относятся: стадия метаморфизма угля, количественно выражаемая выходом летучих веществ, содержа­ние золы и влаги в угле, дисперсность витающей и отложившейся угольной пыли. К горнотехническим условиям относятся: концентрация взвешенной и отложившейся угольной пыли в горной выработке, источник воспламенения, содержание метана в атмосфере.

Степень влияния перечисленных факторов на взрываемость угольной пыли различна.

Влияние летучих веществ.

Общепризнано, по данным исследований научно-исследовательских институтов МакНИИ, ВостНИИ и др. что с ростом летучих веществ (Vcdaf) взрываемость угольной пыли возрастает, и существует предельное значение выхода летучих, при котором пыль перестает взрываться. При Vcdaf ≤ 6% - уголь неопасен по взрывам пыли, при увеличении выхода летучих частота появления невзрывчатых проб снижается, а при Vcdaf ≥ 15% угольный пласт соответственно является опасным по взрывам пыли. Для углей с Vcdaf >30% нижний предел взрываемости угольной пыли растет незначительно и практически остается постоянным. В качестве показателя взрываемости угольной пыли в отдельных странах приняты различные значения выхода летучих веществ. Например, в Великобритании предельный выход летучих веществ, определяющий взрываемость угольной пыли, составляет 20%. В Польше, Чехии и Бельгии опасными по взрыву пыли считаются пласты угля с выходом летучих более 12-14%. Во Франции взрываемость угольной пыли для каждого шахтопласта определяется лабораторными испытаниями независимо от выхода летучих веществ. В Российской Федерации согласно действующим ФНиП в области промышленой безопасности «Правил безопасности в угольных шахтах» к опасным по взрыву пыли относятся пласты угля с выходом летучих веществ 15 % и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих, взрывчатость пыли которых установлена лабораторными исследованиями и испытаниями угольной пыли на взрывчатость. Это обосновано систематическим анализом данных испытаний угольной пыли на взрываемость, результаты которого показаны на рис.1. Из графика видно, что при Vcdaf≤ 6%, все испытанные пробы угольной пыли невзрывчаты. При увеличении выхода летучих веществ частота появления незврывчатых проб снижается, а при Vcdaf=15% и более, все испытанные пробы угольной пыли оказались взрывчатыми.

Рис.1. Зависимость частоты n появления невзрывчатой угольной пыли от выхода летучих веществ Vcdaf.

На основании ранее проведенных исследований, как у нас, так и за рубежом, можно сделать вывод о том, что угольная пыль шахтопластов с выходом летучих веществ 6 % и менее по принятым методикам испытаний является невзрывчатой. Однако выход летучих веществ не всегда является однозначным показателем взрываемости угольной пыли. Причина - различие химического состава летучих веществ. Исследования химического состава продуктов термического разложения угля показали, что основными компонентами летучих веществ, обусловливающими взрываемость угольной пыли, являются смолистые вещества и непредельные углеводороды на том основании, что смолы начинают выделяться при более низких температурах, а непредельные углеводороды имеют низкий концентрационный предел взрываемости. Влияние остальных компонентов летучих веществ имеет второстепенное значение. Однако какая-либо количественная зависимость взрываемости пыли от выхода этих компонентов не установлена и не дано объяснение факту взрываемости угольной пыли с выходом летучих веществ менее 10 %, которые практически не содержат смолистых веществ.

Исходя из представлений о структуре угольного вещества, при термическом воздействии на пылеугольные частицы в первую очередь открываются наиболее удаленные от центрального ядра цепи боковых групп молекул. При этом из продуктов термического пиролиза, синтеза и остатков боковых групп образуются газообразные, жидкие и твердые вещества. Газообразные продукты представляют собой смесь газов, состоящую из СО2; СО; Н2; СН4; С2Н6,и др. Учитывая то, что процесс взрыва угольной пыли протекает быстро, за время подготовки к нему частицы пылевого облака прогреваются до температуры значительно меньшей, чем температура источника воспламенения (фронта пламени). Пиролиз пыли происходит в низкотемпературном режиме, а газообразные продукты характеризуются высоким содержанием метана, его гомологов и непредельных углеводородов. Последнее дает возможность считать, что основной компонент газообразных продуктов пиролиза, определяющий взрываемость угольной пыли, - метан (СН4)Это подтверждается и тем, что с увеличением выхода летучих веществ содержание СН4 в продуктах пиролиза растет (рис. 2.).

Рис.2. Зависимость содержания метана в газообразных выработках продуктах пиролиза углей V от выхода летучих веществ Vcdaf.

Для углей с выходом летучих веществ до 30% прослеживается строгая закономерность между содержанием метана в продуктах пиролиза и степенью взрываемости пыли, что используется для соответствующей классификации угольных пластов.

Наличие в атмосфере горючих газов. Так при наличии в выработке метана, нижний концентрационный предел взрываемости угольной пыли снижается и определяется по следующей эмпирической формуле: δмпв = δотл exp (-0,69 ССН4), (например, при СН4=0%, нижний предел взрываемости пыли 40 г/м3; при СН4=0,5% - 30 г/м3; при СН4=2% - 10 г/м3).

Влияние негорючих веществ и влаги.

Минеральные негорючие вещества являются составляющими углей и по своему происхождению могут быть разделены на две группы, одна из которых представляет золу внутреннюю, или конституционную, и вторая - внешнюю. Конституционная зола характеризуется тем, что негорючие вещества химически связаны с угольным веществом, равномерно распределены в угле, а следовательно, и в пыли. Ее содержание невелико и обычно не превышает 2%.. Содержание внешней золы в основном определяется технологией добычи угля. Зола как инертная добавка снижает взрываемоеть угольной пыли из-за экранирующего действия и затрат тепла на ее нагрев, тем самым, уменьшая тепловой баланс системы. Кроме того, негорючие твердые вещества в смеси с угольной пылью, находясь в состоянии аэрозоля, разжижают концентрацию взрывчатых частиц и на стадии термического пиролиза способствуют обрыву реакционных цепей. Указанные свойства негорючих веществ обусловили применение инертной пыли для предупреждения и локализации взрывов угольной пыли.

На взрываемоеть угольной пыли оказывает влияние и вещественный состав негорючих компонентов. Например, если они представлены карбонатами, то при нагревании до 1073К и более из них выделяется значительное количество (12-15% об.) углекислого газа, примесь которого в продуктах пиролиза повышает концентрационный предел взрываемости горючих газов.

Влияние содержания негорючих веществ на взрываемоеть пыли пластов различной стадии метаморфизма сказывается неодинаково. Для угольной пыли с выходом летучих веществ менее 15 % влияние содержания негорючих компонентов сказывается значительнее, чем это имеет место при большем выходе летучих веществ. Исследованиями МакНИИ установлено, что взрываемоеть угольной пыли с выходом летучих веществ менее 15 % существенно снижается при содержании золы 20-30%. В ряде случаев такого содержания золы бывает достаточно, чтобы полностью нейтрализовать взрываемоеть пыли. С увеличением выхода летучих веществ более 15% степень влияния естественной зольности уменьшается. При выходе летучих веществ более 30% естественная зольность не оказывает влияния на взрываемость угольной пыли.

Присутствующая в угле влага проявляет себя двояко. С одной стороны, она действует как инертная добавка, с другой - как фактор, способствующий аутогезии мелких частиц, ведущей к уменьшению удельной поверхности пыли и, следовательно, к снижению ее взрываемости. В силу большой удельной теплоемкости и теплоты испарения она при равной массе поглощает в 4,5-5 раз больше тепла, чем инертная пыль. Содержание естественной влаги в угле незначительно и не оказывает заметного влияния на взрываемость угольной пыли. Но если отложившаяся пыль увлажнена до 12% и более, то она не способна переходить во взвешенное состояние; и создавать взрывоопасные концентрации. При влажности 20-25%, пыль, как правило, не взрывается.

Влияние дисперсного состава пыли.

Многочисленными исследованиями установлено, что степень дисперсности является существенным фактором, определяющим взрываемость угольной пыли. Во взрыве пыли принимают участие частицы разных размеров меньше 1000 мкм, причем взрываемость угольной пыли с увеличением дисперсности растет.

Влияние дисперсного состава угольной пыли на ее взрываемость, подробно изучалось в МакНИИ. Исследования проводились в лабораторных приборах с пылями шахтопластов различной стадии метаморфизма следующих фракций: 600-300; 300-150; 150-75; 75-50; 50-30; 30-10 и менее 10 мкм, а для угля с высоким выходом летучих веществ (Vcdaf = 40,5%) менее 5 мкм.

На рис. 3 показана зависимость давления (Р), развиваемого при взрыве угольной пыли от среднего размера ее частиц (d).

В качестве показателя взрываемости принято удельное давление, развиваемое при взрыве пыли в замкнутом объеме. В двух случаях наблюдалось снижение показателя взрываемости для фракции менее 10 мкм. Причина снижения этого показателя для высокодисперсной пыли - аутогезия, происходящая тем эффективнее, чем мельче пыль. Это было доказано с помощью небольшой добавки пыли крупной фракции, резко снижающей аутогезию, но практически не изменяющей суммарную удельную поверхность. В результате такой добавки достигалось значительное повышение взрываемости пыли фракции менее 10 мкм.

Заслуживают внимания исследования, выполненные в Польше. В экспериментальной шахте им изучалась взрываемость пылей одного и того же пласта с содержанием в одной 85 % частиц размером менее 75 мкм и в другой 96,3 % частиц размером менее 15 мкм. Для первой пыли на нейтрализацию ее взрываемости потребовалась добавка инертной пыли, равная 4 кг на 1 кг угольной, для второй - 6,7 кг. По результатам данной работы и других исследований было установлено, что во взрыве принимают участие частицы размером менее 1000мкм, наиболее высокими взрывчатыми свойствами обладает тонкодисперсная угольная пыль с размерами частиц 60-100мкм, т.е. пыль, проходящая через сито №80, наиболее высокими взрывчатыми свойствами обладает угольная пыль с размером частиц 45мкм.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что взрываемость угольной пыли растет с увеличением дисперсности, поэтому угольная пыль в горных выработках шахты по мере удаления от источника пылеобразования потенциально более взрывоопасна.

Количество взвешенной пыли. Взвешенная в воздухе пыль называется пылевым аэрозолем. При очень большой степени запыленности расстояние между отдельными пылинками очень мало, и пыль невзрывоопасна. Увеличивая расстояние между пылинками, мы достигаем такого момента, когда воспламенение и взрыв еще возможны, это называется верхним пределом взрываемости. Дальнейшее увеличение расстояния между частицами до тех пор, пока взрыв становится невозможным, приводит к так называемому нижнему пределу взрываемости. Наиболее разрушительным действием обладает взрыв пылевоздушной смеси, содержащей 300 г пыли в 1м3 воздуха. Для самой опасной угольной пыли нижний концентрационный предел взрываемости равен 10г/м3.

Химический и минеральный состав пыли. Пыль, при содержании в ней негорючих компонентов от 60-70% не взрывчата.

Список использованной литературы:

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах, утв. приказом Ростехнадзора от 19.11.2013г №550.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах», утв. приказом Ростехнадзора от 14.10.2014 №462.
3. ГОСТ Р 54776-2011 Оборудование и средства по предупреждению и локализации взрывов пылевоздушных смесей в угольных шахтах, опасных по газу и пыли.