содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

13.5. ШАХТНАЯ ПЫЛЬ
 

Шахтная (рудничная) пыль — совокупность тонкодисперсных минеральных частиц, образующихся из ископаемого угля и пустой породы и находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в горных выработках. Размеры частиц пыли в поперечнике изменяются от 1 мм до долей микрона. Взвешенные частицы пыли образуют дисперсную систему, называемую пылевым аэрозолем. В этой системе воздух является дисперсной средой, а витающая в нем пыль — дисперсной фазой. Осевшую на почву, кровлю, стенки горных выработок пыль называют аэрогелем. При измельчении твердого вещества в пыль происходит значительное увеличение площади его поверхности.

По крупности пыль делят на три класса. К первому классу относят пыль с размерами частиц более 10 мкм. Такие частицы сравнительно быстро оседают на почву и бока выработки и составляют основную массу осевшей пыли. Второй класс включает пыль с размерами частиц от 10 до 0,1 мкм. Эти частицы находятся продолжительное время во взвешенном состоянии и переносятся на большие расстояния вентиляционными потоками воздуха по горным выработкам. К третьему классу относят пыль с размерами частиц менее 0,1 мкм, которая практически не оседает из воздуха. Пыль второго и третьего классов, находящуюся в воздухе во взвешенном состоянии, называют витающей.

Количественное соотношение, фракций разной крупности в пыли называют ее дисперсным составом. Определение лабораторным путем количественного содержания различных частиц пыли входит в задачу дисперсного анализа, который осуществляют с помощью микроскопов или микропроекционных аппаратов с кратностью увеличения от сотен до нескольких тысяч раз.

Вещественный состав пыли в основном зависит от минерального состава угольного пласта, вмещающих пород и породных прослойков.

Шахтная пыль образуется в основном при добыче и транспортировании полезного ископаемого, отбойке горных пород, погрузке и транспортировании горной массы, бурения шпуров и скважин и др.

Содержание пыли по массе или числу частиц в единице объема воздуха называют концентрацией и выражают в граммах или миллиграммах на 1 м3 аэрозоля. Ориентировочный уровень запыленности шахтного воздуха в горных выработках при различных производственных процессах характеризуется данными табл. 13.4.

Запыленность атмосферы шахт зависит от удельного пылевыделения, которое определяется после разрушения угля по
 

Таблица 13.4

суммарному содержанию частиц размером менее 70 мкм, способных временно или постоянно находиться во взвешенном состоянии. Способность пылинок оставаться взвешенными в воздухе продолжительное время зависит от тонкости пыли, удельного ее веса и формы пылинок, а также от влажности, температуры и скорости движения воздуха. Данные о продолжительности осаждения в спокойном воздухе частиц пыли, находящихся на расстоянии 1 м от почвы, приведены ниже.

Диаметр частиц, мкм                                 100   10 5 1 0,5 0,2

Продолжительность осаждения пыли ... 1,3 с 2,2 мин 9 мин 3 ч 11ч 46 ч

По действию на организм человека различают токсичную и неядовитую пыль. Действие пыли на организм человека зависит от ее химического состава и дисперсности. Заболевания, вызываемые неядовитыми пылями, называют в зависимости от вдыхаемой пыли, При запылении легких пылью, содержащей свободный диоксид кремния (SiO2), заболевание легких называют силикозом, угольной — антракозом. Особенно активно действуют на легкие человека частицы пыли размером 0,25—10 мкм. Санитарными нормами установлены предельно допустимые концентрации пыли по массе (мг/м ) в воздухе горных выработок и производственных помещении. Для каменного угля с содержанием свободного диоксида кремния от 2 до 10 % предельно допустимая концентрация пыли составляет 4 мг/м3, от 10 до 70 % —2 мг/м3.

Угольная пыль обладает взрывчатыми свойствами. При наличии источника воспламенения вначале воспламеняются летучие горючие вещества, выделенные при нагревании из пылинок, а затем загораются твердые остатки пыли. К опасным по взрыву пыли относят пласты угля и горючих сланцев с выходом лету-
 

чих веществ 15 % и более, а также пласты угля, взрывчатость пыли которых установлена лабораторными испытаниями.

Взрыв угольной пыли имеет ряд особенностей по сравнению со взрывом метана. Взрыву пыли предшествуют накопление тепла в результате реакции окисления и образование газообразных продуктов. Облако угольной пыли способно самозаряжаться электричеством вследствие трения пылинок друг

0 друга и разряжаться с появлением искр, которые могут воспламенить пыль. При взрыве угольной пыли образуется много оксида углерода, тогда как при взрыве метана — преимущественно диоксид углерода и другие газы. Температура воспламенения угольной пыли составляет 700—800°С. При сгорании

1 кг угольной пыли выделяется около 34 МДж тепла.

Основными факторами, оказывающими влияние на взрывчатость угольной пыли, являются: выход летучих веществ, дисперсность, состав шахтной атмосферы, зольность угля, массовая концентрация пыли. Во взрыве участвует пыль с размером частиц менее 100 мкм.

Так как отложившаяся в выработках пыль потенциально взрывчата, существует нижний предел взрывоопасной запыленности выработок, при котором поднявшаяся в воздух пыль образует концентрацию пылевого аэрозоля 70—100 г/м3. При наличии в шахтной атмосфере метана степень взрывчатости пыли повышается.

Содержание метана в воздухе, % .... 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Нижний предел взрывоопасной концентрации пыли, г/м3 ............. 30 25 15 10 8 5

Нижний предел взрывчатости взвешенной угольной пыли при концентрации метана 1 % колеблется для различных пластов и марок углей от 5 до 100 г/м3. Верхний предел взрывной концентрации пыли в шахтном воздухе может достигать 2—

3 кг/м3. Наибольшую силу взрыв шахтной пыли имеет при концентрации 300—400 г/м3. Нижний предел взрывчатости пыли горючих сланцев при влажности 3,6 % составляет 75 г/м3.

Повышение зольности угольной пыли способствует снижению ее взрывчатости. Угольная пыль не взрывается при содержании в ней 60—70 % золы или инертных частиц. Рост влажности также снижает взрывчатость угольной пыли. Влага действует как инертная добавка, уменьшающая тепловой баланс системы, и как среда, способствующая слипанию мелких частиц в более крупные и их осаждению. При влажности 20 % и более осевшая пыль не переходит во взвешенное состояние и не может участвовать в создании взрывоопасных концентраций. Источниками воспламенения угольной пыли в шахте служат вспышки или взрывы метана, выгорание ВВ, электрические искры и дуги, открытое пламя и т. д. Наиболее частой причиной воспламенения пыли является взрыв метана и взрыв или выгорание ВВ. Взрывчатость пыли устанавливают лабораторным анализом. Если пыль взрывчата, то такой пласт относят к опасным по пыли и шахту переводят на пылевой режим.