Таблица 10
Взрывоопасные пределы содержания метана в МВС
Взрывоопасность характеризуется температурой вспышки (ТВСП) и задержкой вспышки (τВСП). На чувствительность МВС к нагреванию влияют примеси некоторых газов и распыленных твердых веществ. Известно, например, что повышают чувствительность к нагреванию СО, NО2, О2, а уменьшают – СО2, N2, NаСl, КСl.
Вспышка МВС происходит с некоторым замедлением, зависящем от температуры нагревания. Величина замедления (период индукции) с повышением температуры уменьшается (табл.11).
Таблица 11
Задержка вспышки в зависимости от температуры
Действие солей (NаСl, КСl) как отрицательных катализаторов объясняется тем, что реакции окисления СН4 до СО2 и Н2О являются цепными и цепи обрываются на поверхности частиц указанных солей.
СН4+2О2-->СО2+2Н2О.
Цепная реакция – это химическая реакция, в каждом элементарном акте которой появляется по крайней мере одна активная частица, что вызывает цепи превращений. Цепи превращений – это последовательность химических реакций, в которых продукты предыдущих стадий являются реагентами для последующих. Для понижения величин QР и TВЗР взрывчатых веществ, содержащих большое количество аммиачной селитры, используют добавки инертных солей NаСl и КСl. Например, добавки 20% NаСl снижают QР и TВЗР на 25-30%. NаСl и КСl являются не только отрицательными катализаторами (табл.12), но и пламегасителями.
Рис.30 Схема взаимодействия кислорода воздуха с молекулой метана.
Таблица 12
Период индукции в зависимости от типа отрицательного катализатора
Некоторые главные факторы, влияние которых на зажигание МВС наиболее существенно:
- воздушная ударная волна;
- раскаленные или горящие твердые частицы;
- горячие газообразные ПВ.
Существующие гипотезы учитывают именно эти факторы, но даже и в этом случае они позволяют делать меньше ошибок при подборе предохранительных ВВ и условий взрывания.
Основные требования, предъявляемые ко всем предохранительным ВВ, являются обязательными и для высокопредохранительных составов. Эти требования сводятся к следующему:
- иметь небольшую теплоту и температуру взрыва;
- иметь небольшую работоспособность – порядка 200–240 см3 при взрывании по углю, а в особо опасных забоях – 170 см3; 240–300 см3 – при взрывании по породе;
- энергия взрыва должны быть ограничена;
- ВВ должны хорошо детонировать;
- иметь кислородный баланс, близкий к нулю;
- в состав ВВ целесообразно вводить инертные вещества, обладающие в то же время отрицательными каталитическими свойствами относительно реакции окисления метана;
- не должны содержать посторонних включений (металлических и др.), способных гореть в воздухе с развитием высокой температуры.
Отвечая этим требованиям, предохранительные ВВ имеют свои, присущие только им особенности, благодаря которым они обеспечивают высокую степень безопасности при взрывных работах. Современные предохранительные ВВ, безопасные с точки зрения воспламенения МВС, можно считать безопасными и в отношении воспламенения пылевоздушной смеси.
По оценкам специалистов до 25% от количества случаев воспламенения МВС или ПВС в опасных выработках шахт являются взрывные работы. Анализ взрывов в шахтах показывает (опыт России и Украины), что главными причинами являются выгорание зарядов (~25%) и их обнажение (~25%), далее идут трещины в массиве пород (~20%), отсутствие или недостаточность забойки (~12%), низкая водоустойчивость зарядов. Таким образом, почти 50% аварий связаны с применением ВВ, которые не соответствуют указанному классу предохранительности и воспламеняют газ в результате обнажения заряда, при наличии трещин в массиве пород и отсутствии забойки. Существующий ассортимент предохранительных ВВ имеет ряд недостатков. Например, предохранительные аммониты способны к выгоранию, слеживаемости, они обладают малой водоустойчивостью, высокой чувствительностью к уплотнению и т.д. ВВ, содержащие нитроэфиры, имеют сложный состав, содержат токсичные соединения, обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям, имеют высокую стоимость.