Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica

WYDZIAŁ GEOLOGII GEOFIZYKI I OCHRONY ŚRODOWISKA

SPRAWOZDANIE NR 5

z przedmiotu:

„BEZPIECZEŃSTWO PRACY I ERGONOMIA”

Temat: Wybuch pyłu węglowego.

Wykonali:

Bartosz Klich

Rafał Krawczykowski

Sebastian Jaślanek

Kamil Rzeźnik

3BGG3 2011

1. Wstęp teoretyczny:

Wybuchy pyłu węglowego są jednym z najważniejszych zagrożeń w polskim górnictwie podziemnym. Częstość wybuchów w kopalniach maleje, jednak powodują one zawsze największe katastrofy, często ponoszące ze sobą wiele ofiar.

Źródłem pyłu są prace w wyrobisku gdzie powstaje on w wyniku urabiania, ładowania i transportu węgla. Pył węglowy jest to rozdrobniona frakcja która przechodząca przez sito o wymiarze oczek 1x1 mm. Te ziarna biorą wówczas udział w spalaniu. Czynniki decydujące o wybuchowości pyłu to m.in.: wybuchowość pyłu, lotność pyłu (od zawartości 10-12%), granice wybuchowości, inicjał wybuchu, obecność metanu, stopień rozdrobnienia (poniżej 1mm) czy warunki w wyrobiskach.

Wybuch pyłu węglowego może być zainicjowany przez prowadzone roboty strzałowe, zapalenie metanu, rozerwanie połączenia między kablami a także pożar w wyrobisku. W wyniku wybuchu dochodzi do rozprzestrzenienia się płomienia w mieszaninie palnych gazów, pyłu, palnej pary z gazowym utleniaczem tj. powietrzem. Aby doszło do wybuchu, spełnione muszą zostać parametry:

• stężenie pyłu musi być nie mniejsze niż 50 g/m³ (metan obniża tą wartość).

• temperatura musi przekroczyć 550 st. C.

• ciśnienie wybuchu musi być nie mniejsze niż 340 kN/m²

  2. Opis aparatury i zasad pomiaru:

Ćwiczenie zostało wykonane na stanowisku badawczym pod digestorium z instalacją wentylacyjną odciągową.

Wyposażenie stanowiska laboratoryjnego: waga analityczna, pojemnik z pyłem węglowym, pojemnik z pyłem kamiennym, przyrząd do pomiaru najmniejszego stężenia wybuchowego pyłu, przyrząd do pomiaru ciśnienia wybuchu obłoku pyłowego.

Ćwiczenie rozpoczęto od wyznaczenia najmniejszego stężenia wybuchowego pyłu węglowego. W tym celu użyto aparatury składającej się z cylindra o objętości 2 l z kulistym dnem. Nad dnem znajduje się dysza służąca do rozpraszania pyłu podmuchem powietrza z układu pneumatycznego. W cylindrze umieszczone są dwie elektrody połączone spiralą zapłonową, która służy jako inicjał zapłonu. Cylinder został przykryty przyciśniętą kartką papieru.

3. Wyniki pomiarów

3.I. Określenie minimalnego i maksymalnego stężenia wybuchowego pyłu węglowego

Stężenie wybuchowego pyłu węglowego zostało obliczone ze wzoru:

z_w = m/ v

gdzie: z_w- stężenie wybuchowe, m- masa pyłu, v- objętość komory.

Wykonano 4 pomiary w cylindrze o objętości 2 l. Mierzono kolejno wybuchowość pyłu o masie: 1.3g/2l , 1.1g/2l , 0.9g/2l , 0.8g/2l.

Jedynie w pomiarze, gdzie został dostarczony pył o masie 0,8g/2l wybuch nie nastąpił. Oznacza zatem ona stężenie minimalne pyłu w wykonanych próbach .

0,8g/2l = 0,8g/2dm³ = 0,8 g/dm³

0,4 g/dm³=400g/m³ - stężenie minimalne

Wybuch nastąpił przy stężeniu 0.9g, 1.1g oraz 1.3g. Z próby o masie 0.9 g można wyznaczyć najmniejsze stężenie wybuchowe:

0,9g/2l = 0,9g/2dm³ = 0,45 g/dm³

0,45 g/dm³=450g/m³ - najmniejsze stężenie wybuchowe

Największa masa użyta do pomiarów równa 1.3 g stanowi największe stężenie wybuchowe w naszych pomiarach:

1,3g/2l = 1,3g/2dm³ = 0,65 g/dm³

0,65 g/dm³=650 g/m³ - stężenie maksymalne

W ten sposób mogliśmy wyznaczyć stężenie max i min pyłu węglowego w wykonanych próbach.

3.II. Zawartość CO w gazach powybuchowych

Pomiaru dokonano rurką wskaźnikową. Zawartość CO w powietrzu zassanym przez pompkę wynosiła 0,1[%obj]= 1,24mg/l.

3.III. Pomiar ciśnienia:

Odczytano: p= 4,09 x 10⁵ N/m²

3.IV. Neutralizacja pyłu:

Próbkę pyłu włożono do inflabaru, który przez 10 sek. rzucał promienie na próbkę pyłu i po rozproszeniu wstecznym rejestrował promienie przez sondę scyntylacyjną. Odczytane zostało 5 wartości a następnie obliczona wartość średnia.

Wartość średnia:=85012,33

n₀= 7 [%] ( z krzywej zawartości części niepalnych)

Ilość pyłu kamiennego (niepalnego) jaki należy dodać na jednostkę wagową danego pyłu, aby zawartość części niepalnych w pyle odpowiadała co najmniej wartości obowiązującej według przepisów oblicza się ze wzoru:

$$\alpha = \ \frac{n_{\text{op}} - n_{o}}{100 - \ n_{\text{op}}}$$

gdzie:

α - jednostkowy współczynnik wagowy

n_op- zawartość części niepalnych stałych w pyle suchym, wystarczające do zabezpieczenia przed przenoszeniem wybuchu [%]

n_o- zawartość części niepalnych w suchym pyle węglowym [%]

Dla kopalni gazowych bezpieczna zawartość substancji niepalnych to 80%. Stąd:

α = (80% - 7% ) / (100% - 80% ) = 3,65

Dla kopalni niegazowych bezpieczna zawartość substancji niepalnych to 70%. Stąd:

α = (70% - 7%) / (100% - 70%) = 2,1

Zabezpieczenie przed wybuchem zapewni połączenie w wyliczonych proporcjach pyłu wybuchowego z niepalnym co spowoduje neutralizację zalegającego pyłu w wyrobisku przez pył kamienny. Oznacza to że aby zneutralizować 1 kilogram wybuchowego pyłu węglowego w kopalni gazowej należy wymieszać go z 3,65 kg substancji niepalnej, natomiast w kopalni niegazowej wystarczy 2,1 kg substancji niepalnej.

4. Wnioski:

Wybuchy pyłu węglowego zagrażają zdrowiu i życiu wielu górników pracujących w wyrobiskach więc ważne jest by prowadzona była odpowiednia profilaktyka. W kopalniach wydziela się klasy pokładów: A – gdzie nie występuje niebezpieczny pył węglowy lub w strefie zagrożenia nie ma odcinków wyrobisk dłuższych niż 30 m z niebezpiecznym pyłem węglowym. Klasa B – gdzie występuje niebezpieczny pył węglowy lub w strefie zagrożenia są odcinki wyrobisk z niebezpiecznym pyłem węglowym dłuższe niż 30 m.

W ramach profilaktyki zwalcza się pył u miejscu powstania poprzez większe zabiory kombajnu, zlewanie czoła ściany wodą, zraszanie na przesypach. Zapoczątkowanie wybuchu zwalcza się poprzez regularną kontrolę stężenia metanu, stosowanie bezpiecznego sprzętu elektrycznego a także stosowanie właściwych środków strzelniczych. Do przeciwdziałania rozwojowi wybuchu stosuje się neutralizację zalegającego pyłu w wyrobisku przez pył kamienny, zapobieganie lotności pyłu przez użycie wody czy używanie past pyłochłonnych. W celu ograniczenie zasięgu wybuchu buduje się zapory przeciwwybuchowe: pyłowe lub wodne.