Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт Трубицына Нэля Вадимовна

Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт
<
Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Трубицына Нэля Вадимовна. Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт : диссертация ... доктора технических наук : 05.26.03, 25.00.20.- Кемерово, 2002.- 254 с.: ил. РГБ ОД, 71 03-5/35-9

Содержание к диссертации

Введение

1. Аналитический обзор 11

1.1. Состояние рудничной атмосферы и профессионалы 12

ная заболеваемость в угольных шахтах России

1.2. Фрикционное воспламенение пылеметановоздушных смесей в забоях угольных шахт 21

1.3. Способы и средства борьбы с пылью и предотвращения фрикционного воспламенения пылеметановоз-душной смеси в угольных шахтах 25

1.4. Состояние нормативно-методической базы контроля пылевой обстановки и фрикционной безопасности 42

1.5. Выводы, цель и задачи исследований 51

2. Развитие научных основ процесса пылеобразования для нормализации атмосферы угольных шахт 54

2.1. Общие положения 54

2.2. Теоретические исследования упруго- вязкопласти-ческой деформации и разрушения угля на мезоскопиче ском масштабном уровне 61

2.3. Выводы 116

3. Развитие методологических основ и нормативной базы производственного контроля пылевого фактора 118

3.1. Экспериментальные исследование дисперсного состава разрушаемого угля 118

3.2. Шахтные исследования дисперсного состава пылевого аэрозоля 131

3.3. Развитие методологии и нормативного обеспечения производственного контроля пылевого фактора для нормализации атмосферы забоев угольных шахт 141

3.4. Выводы 152

4. Развитие методологии ведения предварительного увлажнения угольного массива для нормализации атмосферы угольных шахт 155

4.1. Обоснование комплекса показателей для определе- 158

ния склонности угольных пластов к увлажнению

4.2. Принципы определения оптимальных параметров нагнетания жидкости в пласт 168

4.3. Развитие нормативной базы производственного контроля нагнетания жидкости в угольные пласты 176

4.4. Выводы

5. Исследование процесса фрикционного воспламенения метановоздушных смесей 191

5.1. Анализ подходов к исследованию процесса фрикционного воспламенения метановоздушной смеси 191

5.2. Экспериментальные исследования процесса фрикционного воспламенения метановоздушной смеси 198

5.3. Развитие нормативно-методического обеспечения

производственного контроля фрикционной безопасно

сти 213

5.4. Выводы 230

Заключение 233

Список литературы

Фрикционное воспламенение пылеметановоздушных смесей в забоях угольных шахт

В угольных шахтах условия труда характеризуются наличием целого ряда факторов, оказывающих вредное влияние на организм человека [5-6]. К ним относятся: рудничная пыль, шум, вибрация, резкие перепады температур, повышенная влажность воздуха, необходимость работы в вынужденной позе, вредные газы и др. Воздействие указанных факторов вызывает профессиональные заболевания горнорабочих. Профессиональная заболеваемость влечет за собой моральный и экономический ущерб государству, исчисляемый миллиардами рублей [7-8].

Причины значительного роста профессиональной заболеваемости работников угольной промышленности в последнее десятилетие обусловлены целым комплексом причин: неудовлетворительными условиями труда, являющимися следствием изношенности производственных фондов; недостаточным уровнем учитываемых санитарно-гигиенических характеристик рабочих мест. Наряду с этими причинами следует учитывать и трудности ранней диагностики и рационального решения экспертных вопросов в профессиональной патологии, что требует обязательной специальной подготовки врачей, участвующих в проведении периодических медицинских осмотров. Вместе с тем, общеизвестным фактом является и отсутствие профессиональных центров диагностики и лечения профзаболеваний, а также повсеместное отсутствие профилактики и реабилитации.

Выявление профзаболевания имеет две цели: на индивидуальном уровне -лечение, реабилитацию или социальную защиту заболевшего, и на популяци-онном уровне - исключение или ограничение новых случаев заболеваний от этих же причин. В проблеме распознавания профзаболевания есть два аспекта: диагностика, то есть оценка значимости признаков и симптомов болезни и установление причинно-следственной связи болезни с работой. Первый аспект относится к организационно-правовым основам процедуры выявления профзаболевания, которые регламентируют процедурные, лечебные и затратные (финансовые) механизмы.

Второй аспект профессионально - производственной обусловленности заболевания устанавливает причинно-следственную связь болезни с работой, делая упор на общие подходы к решению этой задачи. Это нахождение количественной меры этой связи (по эпидемиологическим данным как прямым доказательствам), и наличие такой связи на основе гигиенической, в том числе токсикологической, информации о характере и величине экспозиции и оценки потенциального риска как косвенных надежных доказательств. Последнее особенно важно для групп повышенного риска и социальных последствий, например, проявляющихся в следующих поколениях или генетически наследуемых нарушений здоровья.

Правовые основы профилактики профессиональной заболеваемости закреплены Федеральным Законом РФ «О социальном страховании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний» (№ 125-ФЗ от 24.07.98 г.). Законом предусматривается: - обеспечение социальной защиты застрахованных и экономической заинтересованности субъектов страхования в снижении профессионального риска; - возмещение вреда, причиненного жизни и здоровью застрахованного при исполнении им обязанностей по трудовому договору, путем предоставления в полном объеме всех необходимых видов обеспечения по страхованию, в том числе оплаты расходов на медицинскую, социальную и профессиональную реабилитацию; - обеспечение предупредительных мер по страхованию производственного травматизма и профессиональной заболеваемости.

В законе сформулировано понятие «профессиональный риск», уровень которого в совокупности с материальными затратами на обеспечение по социаль 14 ному страхованию определяет в свою очередь класс «профессионального риска», от которого зависит величина страхового тарифа отрасли (финансовых отчислений) в фонд социального страхования.

Понятие «профессиональный риск» определено в Законе как «...вероятность повреждения (утраты) здоровья или смерти застрахованного, связанная с исполнением им обязанностей по трудовому договору (контракту) и в иных, установленных Федеральным Законом, случаях». В свою очередь класс профессионального риска определяется уровнем производственного травматизма, профессиональной заболеваемости и расходов на обеспечение по страхованию. В этой связи предприятия по добыче угля открытым способом отнесены к 16 классу профессионального риска с размером отчислений в фонд социального страхования 3,0 % от начисленной оплаты труда; предприятия сланцевой промышленности - к 20 классу профессионального риска (6,0 %); все остальные предприятия угольной промышленности - к максимальному 22 классу профессионального риска (8,5 %) (№ 17-ФЗ от 12.02.2001 г.).

В отечественной практике экспертизы используют определение профзаболеваний как «особой категории болезней, возникающих исключительно или преимущественно при действии на организм профессиональных вредностей. Профессиональный характер в каждом случае заболевания определяется не столько клинической картиной, сколько обязательным наличием специфического экологического фактора».

В России при установлении связи заболевания с профессией эксперты руководствуются Списком профессиональных заболеваний, в основе которых лежит преимущественно этиологический принцип экспертизы.

По данным зарубежных авторов, профессиональными могут быть признаны не только те заболевания, которые включены в утвержденный в законодательном порядке Список, но и те, в патогенезе которых доказана роль производственно - профессиональных условий. Именно поэтому в США, где отсутствует Список профессиональных заболеваний, такие заболевания как сердечно-сосудистые (гипертоническая или ишемическая болезни, цереброваскулярные нарушения) являются ведущими не только в структуре профессиональной заболеваемости с полной постоянной утратой трудоспособности (35%), но и в структуре «профессиональной смертности» (75%).

Таким образом, анализ этого вопроса показал не только его актуальность, но и отсутствие четких общепринятых подходов к оценке причинно-следственной связи болезней с работой и качественно-количественных критериев оценки степени такой связи.

Технология ведения горных работ, эксплуатация технологического оборудования сопровождаются высоким пылеобразованием, выделением различных аэрозолей, химических веществ в воздух рабочей зоны, генерацией интенсивного шума, вибрации, наличием больших физических и нервно-эмоциональных нагрузок, неблагоприятными микроклиматическими и световым воздействиями. Все эти условия определяют профессиональный риск и обуславливают нарушения здоровья работников угольных предприятий. Кроме того, интенсивность воздействия производственных факторов на работающих постоянно возрастает вследствие изнашивания и старения технологического оборудования.

Учитывая изложенное, вопросам профилактики профессиональной заболеваемости на предприятиях угольной промышленности, ведущих работы при превышении допустимых гигиенических нормативов по воздействию вредных и опасных производственных факторов, должно придаваться самое пристальное внимание. Изучение путей снижения профессионального риска на основе улучшения условий труда и определения причинно-следственных связей нарушения здоровья работников, подвергающихся воздействию производственных вредностей, является актуальной задачей.

Теоретические исследования упруго- вязкопласти-ческой деформации и разрушения угля на мезоскопиче ском масштабном уровне

Для решения поставленных задач в рассмотрение вводятся два масштабных уровня: микроуровень и мезоскопический уровень структурной организации угля заданного состава.

Микроскопический масштабный уровень в рамках решаемой задачи — это уровень накопления микроповреждений и микротрещин.

На мезомасштабном уровне все значимые элементы мезоструктуры, включая и поры разных размеров, вводятся в рассмотрение явно. Решается простейшая задача эволюции под нагрузкой мезообъема угля, для которого не прини 74 маются во внимание: 1) начальные внутренние напряжения, в том числе, напряжения набухания угля; 2) поровое давление абсорбированных газов и газоносность угля; 3) физико-химические превращения, в том числе, процессы деструкции угольного вещества в процессе деформации и разрушения угля; 4) изменения состава и эффективных размеров структурных элементов и порового пространства, обусловленные физико-химическими превращениями. При необходимости эти явления могут быть учтены в соответствующих моделях на мик-ро и мезоуровнях.

Таким образом, исследуется исключительно механическое поведение нагружаемых мезообъемов угля при изотермических условиях деформирования и разрушения.

Задача решается двумя методами, на основе решения динамических уравнений механики сплошных сред с определяющими уравнениями для упругой и вязкопластической стадий (теория течения с критерием Мизеса перехода в пластическое состояние) и критерием предельных состояний для определения разрушения структурных составляющих угля. Другой метод основан на решении квазистатической задачи механики структурно-неоднородных сред в вариационной постановке. Определяющие уравнения нелинейного отклика структурных элементов угля построены на основе инкрементальной теории пластичности, позволяющей моделировать пошаговое нагружение среды со сколь угодно малым (или более крупным) шагом по деформациям, в зависимости от цели исследования. Такой подход позволяет линеаризовать определяющие уравнения на каждом шаге нагружения, сохраняя интегрально как физическую, так и геометрическую нелинейность среды. Модель среды учитывает как эффекты деформационного упрочнения, так и различия в поведении горных пород при сжатии и растяжении, а также эффекты дилатансии — увеличение объема среды за счет накопления микротрещин, а также вязкопластические свойства среды, накопление повреждений, релаксацию напряжений и деградацию механи 75 ческих параметров за счет накопления на микроскопическом уровне повреждений.

Микроскопический уровень описания в данном случае представлен интегрально через функции накопления микроповреждений в процессе нагружения. Принципиально важно, что этот процесс учтен локально, т.е. для каждой частицы нагруженной среды рассчитывается своя поврежденность в зависимости от ее истории нагружения. В зависимости от накопленных повреждений, деградация механических свойств каждой частицы нагружаемого мезообъема также индивидуальна. При достижении некоторого критического значения повреж-денности (обычно поврежденность нормируется к единице) частица считается разрушенной. Это означает, что она полностью теряет способность сопротивляться сдвигу и растяжению (зануляются соответствующие параметры), но сохраняет сопротивление сжатию (разрушенная частица — пыль). Эти пылевые частицы — уже объекты микроуровня и явно на мезоуровне описаны быть не могут, их размеры меньше расчетной ячейки.

Если поврежденность частицы среды меньше критической величины, то она сохраняет некоторый остаточный ресурс сопротивления нагружению, который может быть оценен по величине поврежденности (если Ркритич—\, Рте-w=0,8, остаточный ресурс — 20 %).

Для наполнения качественного описания рассматриваемых моделей количественным содержанием необходимо изучить структуру и свойства компонентов угля.

Рассмотрим структуру и свойства угля на мезомасштабном уровне. Из известных определений понятия «структура материала» нами использовано определение, принятое в металловедении: структура кристаллических материалов определяется типом, структурой и числом фаз составляющих элементов; числом, геометрическими характеристиками (размер, форма и т. д.) и топологическим распределением областей отдельных фаз, а также их поверхностей раздела. Каждая область отдельной фазы или блока рассматривается как элемент мезоструктуры материала, для которого применимо континуальное описание. Границы раздела фаз (зерен, блоков, монокристаллов) представляются в виде поверхностей, на которых выполняются условия непрерывности перемещений. Вариационная постановка задачи механики структурно-неоднородных сред, которая выражает интегральные законы сохранения, делает это условие достаточным для удовлетворения необходимых условий непрерывности на границах раздела. Сказанное справедливо и для других численных методов, основанных на законах сохранения. Межфазные границы рассматриваются как самостоятельный элемент структуры с известными свойствами. Под мезообъемом структурно-неоднородной среды подразумевается некоторый объем материала, состоящий из разнородных элементов: монокристаллов, материала матрицы и упрочняющих частиц, «основного» материала и инородных включений, разных фаз одного и того же вещества и т.д. В конкретном рассматриваемом случае разрушения угля на мезоуровне это будет множество однородных, значимых для поставленной задачи структурных элементов, характерных для исследуемого типа угля. Понятно, что это простейшая модель, в которой не принимаются во внимание анизотропия и взаимодействие структурных элементов, а также специфические свойства границ раздела, возможные химические и фазовые превращения, что может быть учтено в более полной модели.

Таким образом, неоднородность материала может проявляться как различие механических и теплофизических характеристик структурных элементов: модулей упругости, пределов текучести, ориентации главных осей анизотропии элементов структуры, коэффициентов термического расширения, теплоемкости, теплопроводности и других характеристик, определяющих тот или иной тип механического поведения материала под нагрузкой.

Развитие методологии и нормативного обеспечения производственного контроля пылевого фактора для нормализации атмосферы забоев угольных шахт

В общей постановке задачи на процесс увлажнения, по данным многочисленных исследований [47-54], влияют:

В процессе исследований необходимо было определить и уточнить комплекс показателей, оказывающих наиболее существенное влияние на эффективность предварительного увлажнения и однозначно оценивающих склонность пласта к увлажнению. На наш взгляд такими параметрами являются на стадии экспертизы технической документации: анализ горно-геологических и горнотехнических условий с учетом прогноза о выбросоопасности и газообильности массива. На стадии проведения испытаний: определение влажности угольного пласта и свойств, определяющих склонность пластов к увлажнению: влагоемкость и пористость угля, водоустойчивость вмещающих пород.

На эффективность увлажнения угля в массиве (а, следовательно, и пыле-выделение) существенное влияние оказывает характер физико-химических процессов, происходящих непосредственно в трещиновато-пористой структуре углей в системе «уголь - рабочая жидкость» [55].

Уголь представляет собой сложную пористую среду с сильно развитой экзогенной и эндогенной трещиноватостью. В процессе фильтрации жидкости в пласте может быть заполнен не весь объём порового пространства, так как в угле имеется часть тупиковых пор и трещин. Одну часть свободных пор занимает адсорбированный и защемлённый газ, другую - связанная и капиллярная вода. Необходимо также учитывать, что при длительном нагнетании жидкости в пласт возможны набухание угля, перекрытие пор и трещин механическими примесями, минеральными и угольными частицами. Поэтому в расчёт принимается не вся пористость вещества, а только ее эффективная часть.

Из всех существующих методов определения эффективной пористости наиболее распространенным, не требующих больших временных затрат и обес 160 печивающим достаточную надежность полученных результатов, приемлемых для инженерных расчетов, является метод насыщения твёрдых тел. Эффективную пористость вещества можно рассчитать по формуле: пэф(к)= G" Gcm 100%, (4.1) Vp где GH - масса насыщенного образца, г; Gc(ti) - масса сухого образца, г; V - объём образца, см.

МакНИИ предложен экспресс-метод определения эффективной пористости угля, сущность которого заключается в следующем. Образцы угля массой не более 40 г, высушенные до постоянной величины при температуре 105-110С, взвешивают и затем погружают в жидкость. Уровень последней при этом не должен превышать 4 см над образцом в целях установления гидростатического давления столба жидкости на образец, способного нарушить скелет пористой среды.

С другой стороны, известно, что [56] при напорной фильтрации основное количество жидкости движется по трещинам шириной более 5 мкм и только 0.5 % - по трещинам менее 5 мкм. После окончания процесса нагнетания жидкости в пласт происходит проникновение жидкости под действием капиллярных сил в трещины менее 5 мкм, которых в угольном пласте содержится примерно 50 % общего количества трещин. При капиллярном насыщении в эти трещины поступает до 28 % жидкости.

Эффективность увлажнения угля в массиве зависит от приращения влаги в угле (рис. 4.1). Последнее взаимосвязано с пористостью угля (рис. 4.2). Существенное увеличение эффективности увлажнения достигается при приращении влаги 1,5 % (при удельном расходе воды 15 л/т). Увлажнение при указанном расходе воды, как отмечается в [55], возможно в пластах с эффективной пористостью более 2,6 %. Однако это значение требует уточнения. Кроме того, высказывалось предположение [57], что размеры пор отличаются от размеров образующих их структурных элементов на один порядок величин.

Выход летучих, % Рис. 4.3. Зависимость коэффициента водопроницаемости rw от выхода летучих веществ при глубине: 1 - 200-300 м, 2 - 400-500 м, 3 - 600-700 м [56]

Водопроницаемость зависит от направления фильтрации по напластованию и вкрест напластованию. По напластованию коэффициент водопроницаемости в 10 раз больше, чем вкрест напластования. Поэтому и скорость фильтрации по напластованию в 2-4 раза больше чем вкрест напластования.

Эффективность предварительного увлажнения угольных пластов, таким образом, определяется не общим содержанием влаги в угле, а приростом ее при увлажнении массива. Существенное уменьшение степени пылеобразования происходит при приросте влаги 1-3 % и прекращается при приросте 4-5 % [43].

Прирост влаги зависит от фильтрационно-коллекторских свойств пласта и условий водопоглощения. Основные фильтрационно-коллекторские свойства пласта характеризуются коэффициентом проницаемости к (м ), коэффициентом фильтрации Кф (м/с) и коэффициентом пористости п. Коэффициент проницаемости определяется структурой и свойствами пласта.

С другой стороны, любая горная порода, в том числе и уголь, представляет собой трещиновато-пористый коллектор. Проницаемость подавляющего большинства таких коллекторов определяется по данным большинства исследователей [58-63] весьма сложными аналитическими либо трудоемкими лабораторными исследованиями. При этом на практике окончательное принятие решения по оптимальным параметрам увлажнения осуществляется по результатам «опытных нагнетаний».

Таким образом, по нашему мнению, из всего многообразия свойств угольного пласта, влияющих на процесс увлажнения, определяющими являются: естественная влажность пласта, пористость и влагоемкость угля.

Для подтверждения данных выводов была проведена серия лабораторных исследований по определению пороговых значений пористости и влагоемкости, ниже которых проведение увлажнения не целесообразно, так как не дает эффективного снижения пылевыделения.

Исследования проводились на образцах угля размером 50x50x100 мм. Указанные размеры приняты в связи с тем, что в объеме около 100 см находятся все трещины, имеющиеся в угольном массиве [55]. Пороговые значения пористости и влагоемкости оценивались по величине скорости фильтрации жидкости через образцы угля при различных давлениях. Результаты приведены на рис. 4.4 и рис. 4.5. В результате исследований установлено, что значительный прирост скорости фильтрации для различных давлений нагнетания наблюдается в интервале значений пористости от 4 до 6 % и влагоемкости от 1,5 до 2,5 %.

Принципы определения оптимальных параметров нагнетания жидкости в пласт

При значительном разнообразии трактовок механизма воспламенения метановоздушной смеси резцами очистных и проходческих комбайнов при контакте с крепкими породами в настоящее время наибольшее распространение приняла концепция воспламенения горячим пятном, возникающая в подрезцовом пространстве на поверхности пород [55, 171-176]. Полагают, что пятно состоит из расплавленных частиц породы и металла. Вместе с тем термины «опасность искрения», «искрение метана» могут встречаться в литературе, как отражение воззрений, согласно которым воспламенение метановоздушнои смеси обусловлено искрением в процессе фрикционного контакта резец - порода. Это от части связано с тем обстоятельством, что при исследовании воспламеняющей способности различных металлов Р. Бликендерфер не мог получить во многих случаях воспламенение метановоздушнои смеси и использовал в качестве горючего газа водородно-воздушную смесь с более низкой температурой воспламенения и на порядок более интенсивной скоростью его распространения, на которой установил более высокую воспламеняющею способность сталей по сравнению с твердым сплавом, т.е. у материалов, дающих большее количество искр при фрикционном контакте с породой. Сам автор этих исследований считает, что механизм воспламенения метановоздушнои смеси связан с образованием горячего пятна на породе [176], однако широко цитируемые другими авторами результаты его опытов на различных материалах в водородно-воздушной среде способствуют частичному сохранению представления об искрах как причине инициирования взрыва.

Положение о том, что искры все-таки не являются причиной воспламенения метановоздушнои смеси, высказывается многими исследованиями. [170, 172, 174].

В. Томас представление о том, что «видимость искр не является критерием воспламенения, так как многие сильно светящиеся искры не воспламеняются», проверил экспериментально [170]. Были выполнены исследования по фрикционному контактированию мягкого стального круга с различными породами, к образцам которых он прижимался с процессе опыта с нагрузкой 50-70 фунтов в атмосфере метановоздушнои смеси. При очень обильном искрении в красно-желтом свечении в течении 5 минут не зафиксировано ни одного воспламенения эти же опыты в водородно-воздушной среде дали 100 % воспламенение практически на всех типах горных пород.

В. Томас сделал [170] вывод о том, что на первой стадии в пределах 15-20 с воспламенение вызывают раскаленные частицы раздробленной породы; на второй стадии через 1-7,5 мин при повышенной нагрузке воспламенение, если оно инициируется, вызывает «желобчатая канавка» в месте контакта резца с породой, и где возникает ярко-желтая вспышка, близкая к белой, где обнаружено значительное количество расплавленных частиц металла и породы.

Ряд авторов ставит вопрос о первопричинности воспламенения метановоз-душной смеси материалом резца или породы. Дж. Пири в работе [174] говорит о том, что на смену мнению об искрах металла как причине воспламенения благодаря современным исследованиям и низкоскоростной фотографии пришли представления о том, что «виновниками»воспламенения являются кварц и пи-риты.

При рассмотрении вопроса воспламенения сталей в метановоздушной среде выдвигается гипотеза [174, 177] о наплавлений частиц кварца на сталь и инициировании взрыва фрикционным контактом кварца о кварц, поскольку такой контакт является потенциально более взрывоопасным, чем контакт кварц -металл [170].

При описании механизма воспламенения метановоздушной смеси посредством нагретого пятна на породе установлено [171], что с ростом его температуры для инициирования взрыва достаточно небольшой площадки. Для воспламенения метановоздушной смеси достаточно иметь площадку размером 6 мм 2, нагретую до 1200 [174].

В работе Д. Рея, цитируемой в источнике [178], показано, что при воспламенении метановоздушной смеси с увеличением температуры горячей поверхности с 1200 до 1600 С возможно снижении ее площади с 47 мм до 7,5 мм2.

Согласно данным X. Лемана [169], наиболее нагретые поверхности в борозде резания находятся на расстоянии 20-30 мм позади резца и обусловлены реакцией окисления частиц породы, отделенных от массива, температура которых может достигать 1400 С. В литературе встречаются высказывания, о том что максимальная температура, возникающая при фрикционном воспламенении, определяется температурой плавления одного из контактирующих материалов трущейся пары. В целом количественное описание критических параметров горячего пятна на породе носит фрагментарный и противоречивый характер. Однако во всех работах отмечается, что детальных исследований по изучению механизма образования воспламеняющего искрения при ударах и трении резцов о породы не проводилось. При этом везде отмечается, что при крепости пород f=6 и менее воспламенений метана не наблюдалось, при крепости f=8-9 вероятность воспламенений составляла 0.16 и только при крепости f=l 1-16 частота воспламенений составляла 100 %.

Опасность фрикционного воспламенения в последние годы стала еще более острой в связи с произошедшими взрывами в выработанном пространстве на шахтах «Воркутинская», «Антоновская» и «Красногорская». Причиной аварий на этих шахтах комиссией признано фрикционное воспламенение при обрушении пород кровли без наличия контакта с металлическими конструкциями.

Таким образом, проведенный анализ существующего состояния работ в области фрикционного воспламенения метановоздушной смеси показал, что в настоящее время не существует единого методологического подхода к оценке и классификации горных пород по степени опасности. Кроме того, не существует единых требований к методам испытаний пород, режущего инструмента и исполнительных органов горных машин по фрикционной искробезопасности. Как следствие - отсутствуют критерии осуществления производственного контроля за одним из наиболее опасных факторов при ведении горных работ.

Похожие диссертации на Развитие научных основ процессов пылеобразования и фрикционного воспламенения метановоздушных смесей для нормализации атмосферы угольных шахт