Wybuch pyłu węglowego

Cele ćwiczenia:

- wyznaczenie dolnej granicy wybuchowości pyłu węglowego,

- pomiar ciśnienia wybuchu oraz zawartości CO w gazach powybuchowych,

- neutralizacja pyłu – pozbawienie pyłu właściwości wybuchowych.

Opis sposobu pomiaru

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.

Otrzymane wyniki:

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: z_w - 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:

1. 93866

2. 92523

3. 92214

4. 91319

5. 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.

Wnioski

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.

Profilaktyka

1. Zwalczanie pyłu w miejscu powstawania

- większe zabiory kombajnu

- zlewanie czoła ściany wodą

- zraszanie na przesypach

1. Zwalczanie zapoczątkowania wybuchu

- kontrola stężenia metanu

- stosowanie bezpiecznego sprzętu elektrycznego

- stosowanie właściwych środków strzelniczych

1. Przeciwdziałanie rozwojowi wybuchu

- neutralizacja zalegającego pyłu w wyrobisku przez pył kamienny

- zapobieganie lotności pyłu przez użycie wody

- stosowanie past pyłochłonnych

1. Ograniczenie zasięgu wybuchu

- zapory przeciwwybuchowe: pyłowe lub wodne.

1. Prowadzenie akcji uświadamiających i szkolenie górników.