Wybuch pyłu węglowego
- wyznaczenie dolnej granicy wybuchowości pyłu węglowego,
- pomiar ciśnienia wybuchu oraz zawartości CO w gazach powybuchowych,
- neutralizacja pyłu – pozbawienie pyłu właściwości wybuchowych.
Ćwiczenie zostało wykonane na stanowisku badawczym pod dygestorium.
Wyposażenie stanowiska laboratoryjnego: waga analityczna, pojemnik z pyłem węglowym, pojemnik z pyłem kamiennym, komora do pomiaru najmniejszego stężenia wybuchowego pyłu - 2 dm3, komora do pomiaru ciśnienia wybuchu obłoku pyłowego - 2,3 dm3, czujnik ciśnienia wraz z pokrywą, wąż wraz z odkurzaczem do oczyszczania stanowiska ćwiczenia, inflabar.
W pierwszej części ćwiczenia wyznaczono najmniejsze stężenie wybuchowego pyłu węglowego. W tym celu użyto aparatury składającej się z cylindra o objętości 2 dm3 z kulistym dnem. Początkowo odmierzono daną ilość pyłu węglowego (0,8g). Następnie pył umieszczono w komorze nr 1, szczelnie ją zamykając. Potem opuszczono zasłonę i dokonano próby wybuchu. Po wybuchu oczyszczono aparaturę odkurzaczem i wsypano kolejną, mniejszą o 0,1g ilość pyłu węglowego. Te same czynności wykonywano aż do momentu, w którym nie nastąpił wybuch pyłu (0,3g).
W drugiej części ćwiczenia w komorze nr 2, o objętości 2,3 dm3 w podobny sposób dokonano wybuchu pyłu (1,2g) wraz z pomiarem ciśnienia wybuchu. W dalszej kolejności pomierzono zawartości CO przy pomocy rurki CO (0,5%) w gazach powybuchowych. Na koniec, za pomocą inflabaru, odczytano wartości impulsów po wybuchu.
Trzecia i ostatnia część ćwiczenia opierała się na neutralizacji pyłu, która polegała na pozbawieniu pyłu węglowego własności wybuchowych.
Masa pyłu węglowego [g] | Wybuch |
---|---|
0,8 | TAK |
0,7 | TAK |
0,6 | TAK |
0,5 | TAK |
0,4 | TAK |
0,3 | NIE |
Określenie minimalnego i maksymalnego stężenia wybuchowego pyłu węglowego w komorze o pojemności 2dm3:
$$z_{w}\ = \ \frac{m}{v}\text{\ \ \ }$$
gdzie: zw - stężenie wybuchowe
m- masa pyłu
v- objętość komory
0,4 g/2dm3=0,2g/dm3 -200g/m3 - stężenie minimalne
b) Pomiar ciśnienia:
Masa pyłu węglowego = 1,2g
Odczytano: p= 5,112x 105 N/m2 = 511,2 kPa
c) Pomiar zawartości CO przy pomocy rurki CO (0,01%) w gazach powybuchowych:
Przy pomiarze zabarwiona została cała rurka co świadczy o tym , że zawartości CO w gazach wybuchowych wynosi ponad 0,5%, czyli minimum 6,17 mg/l lecz dokładnie nie można określić zawartości CO.
d) Neutralizacja pyłu:
α = (nop – no)/(100-nop) [-]
nop – zawartość części niepalnych stałych w pyle suchym, wystarczająca do zabezpieczenia przed przenoszeniem wybuchu, %
no – zawartość części niepalnych w suchym pyle węglowym, %
(no – odczyt z krzywej cechowania inflabaru)
Minimalna zawartość części niepalnych w kopalniach niegazowych wynosi 70%
$$\alpha = \frac{\mu_{\text{op}} - \mu_{o}}{100\% - \mu_{\text{op}}} = \frac{70\% - 12,2\%}{100\% - 70\%} = 1,93$$
Wartości impulsów po wybuchu:
93866
92523
92214
91319
91077
Zostały odrzucone: wartość najmniejsza (nr 1) i największa ( nr 5) impulsów po wybuchu.
Z pozostałych wartości wyliczono średnią : x = 92018,67; następnie na podstawie obliczonej wartości
odczytano: n0 = 12,2 % .
x/0,4 = 1,93
x = 0,722
Aby wybuch nie nastąpił przy zawartości pyłu węglowego 0,4g należy dodać 0,772 g pyłu kamiennego.
Sprawdzono prawidłowość obliczeń dodając do 0,4 g pyłu węglowego 0,772 g pyłu kamiennego. Nie doszło do wybuchu, zatem wynik jest prawidłowy.
Pył węglowy przy sprzyjających warunkach ulega wybuchowi. Pył węglowy wymieszany z powietrzem (w ilości 50-1000 g/m³) stanowi mieszankę wybuchową, eksplodującą z prędkością ponad 7 kilometrów na sekundę. W wyniku wybuchu stężenie trującego tlenku węgla "czadu" wzrasta do kilkunastu procent, podczas gdy najwyższe dopuszczalne stężenie w wyrobisku to 0,0026 procent, stężenie powodujące prawie natychmiastową utratę przytomności i śmierć w ciągu 3 minut to 1,6%. Kontakt z pyłem węglowym powoduje chorobę układu oddechowego: pylicę płuc (chorobę zawodową górników kopalń węgla), dlatego bardzo ważne jest monitorowanie i przeciwdziałanie gromadzeniu się pyłu węglowego i jego wybuchom.
Wybuch pyłu węglowego powstały w jednym miejscu może przenosić się, gdyż powoduje on powstanie nowych obłoków pyłu, które dalej wybuchają. W ten sposób wybuch może obejmować coraz to nowe grupy wyrobisk. Rozwijający się wybuch może objąć dużą część kopalni, a nawet całą kopalnię. Obecność metanu zwiększa zdolność wybuchową pyłu węglowego. Na przykład przy stężeniu metanu 2% wybuch pyłu węglowego jest już możliwy przy ilości pyłu 10 g/m3 powietrza. W historii górnictwa znane są wypadki, których skutki były wprost katastrofalne. W roku 1906 w kopalni Courrieres na skutek wybuchu pyłu węglowego zginęło 1099 górników.
Zwalczanie pyłu w miejscu powstawania
- większe zabiory kombajnu
- zlewanie czoła ściany wodą
- zraszanie na przesypach
Zwalczanie zapoczątkowania wybuchu
- kontrola stężenia metanu
- stosowanie bezpiecznego sprzętu elektrycznego
- stosowanie właściwych środków strzelniczych
Przeciwdziałanie rozwojowi wybuchu
- neutralizacja zalegającego pyłu w wyrobisku przez pył kamienny
- zapobieganie lotności pyłu przez użycie wody
- stosowanie past pyłochłonnych
Ograniczenie zasięgu wybuchu
- zapory przeciwwybuchowe: pyłowe lub wodne.
Prowadzenie akcji uświadamiających i szkolenie górników.