Выбрать главу

Французская антигризутная комиссия на основании результатов работ Малляра и Ле-Шателье приняла решение, что ВВ, используемые при взрывных работах по породе, должны иметь температуру взрыва не более 1900°С, а при взрывных работах в угольных забоях – не более 1500°С. На практике, однако, взрывы МВС происходили, если температура ПВ превышала минимальную температуру воспламенения МВС – 650°С. Оказалось, что взрывы МВС могут быть вызваны в случае увеличения массы ВВ (с увеличением массы заряда медленнее охлаждаются ПВ, увеличивается время воздействия высокой температуры на газовую смесь). Появилось понятие предельного заряда, превышение массы которого вызывает воспламенение газовой смеси. Поскольку расчетные методы предельной массы заряда ВВ не существовали, во многих странах было решено проводить оценки в опытных штреках, воспроизводя наиболее опасные условия, которые могут иметь место при взрывных работах в угольных шахтах.

Накопленный экспериментальный материал, разработанная академиком Н.Н. Семеновым теория теплового самовоспламенения, представления о цепных реакциях и опыт ведения взрывных работ в целом, стали основанием для разработки нового механизма воспламенения МВС. В частности, предполагалось, что основными источниками воспламенения МВС могут быть ударная волна, горящие или нагретые до высокой температуры частицы, высокотемпературные газообразные продукты взрыва.

Французский исследователь Е. Одибер, проводя эксперименты по воспламенению МВС, установил, что при свободном падении частиц песка, нагретых до 900–1100°С, в МВС наблюдалось воспламенение. В связи с полученными результатами, Е. Одибер предположил, что воспламенение вызывается твердыми нагретыми частицами. Эта гипотеза была развита К. Бейлингом, который проводил исследования и в опытной шахте. Он предложил рассматривать четыре фактора: ударную волну, волну сжатия, газообразные продукты взрыва и твердые частицы. Неубедительность приведенных им доказательств в пользу механизма воспламенения горящими частицами, вероятно, явилась причиной, из-за которой представления Бейлинга не только не получили широкой поддержки, но и вызывают до сих пор ряд серьезных сомнений.

Вклад в развитие представлений о механизме воспламенения МВС сделал Е. Одибер, предположив, что воспламенение зависит от общей энергии ПВ, либо от удельной энергии, приходящейся на один моль газообразных продуктов взрыва. Механизм процесса воспламенения МВС следующий. При взрыве заряда ВВ продукты взрыва, имеющие высокую температуру, смешиваются с МВС (поэтому механизм иногда называют "механизмом воспламенения путем смешения"). Если в процессе разбавления ПВ метано-воздушной смесью будет достигнута температура вспышки, то произойдет воспламенение МВС. Одибер показал также, что ВВ с положительным или отрицательным кислородным балансом являются опасными в отношении воспламенения метана. Наименьшую опасность представляют ВВ с нулевым кислородным балансом. По мере накопления опыта все больше возникало оснований для возражения против "механизма смешения".

Ф.М. Галаджий и Б.И. Вайнштейн утверждали, что воспламенение взрывчатой газовой смеси при сжатии ее в ударной волне более вероятно, чем смешение МВС с быстро остывающими ПВ. Это утверждение основано на экспериментальных результатах. Известно, что смесь метана СН4 с воздухом дает наиболее сильный взрыв при содержании в ней метана 9,46% и воздуха 90,54% по объему. Взрывная реакция идет без изменения объема газов. Теплота взрыва (QР), приходящаяся на 1 кмоль МВС составляет 75,8 МДж, а на 1 м3 – 3377,14 кДж (как и при взрыве 1 кг аммонита ПЖВ-20). При большем содержании метана или кислорода взрыв будет слабее, поскольку избыточный компонент, не участвуя в химической реакции взрыва, поглощает часть теплоты взрыва на собственное нагревание. Пределы содержания метана, за которыми смесь его с воздухом перестает гореть и взрываться, зависят от давления – чем оно больше, тем шире эти пределы, табл.10.