Теоретични основи на горенето и експлозия на газ-въздушни смеси от класически произведения включени NN Semenova, Ya Зелдович, са развити в изследванията на ИИ Rozlovskogo, GD саламандри, РИ Soloukhina, AS Sokolik. Голям принос в изучаването на експлозии gazopylevozdushnyh смеси в мините и развитието на начини и средства за справяне с тях са VJ Baltaytis, АА Gurin, NR Shevtsov, PM Petruhin, MI Netseplyaev, VN Kachan, VS Сергеев, АКО Yarembash, AM Чехов и VM Plotnikov, VI Гудков AG Abinov, SN Осипов, YF Булгаков и други учени.
Запалване gazopylevozdushnyh смеси в атмосферата поради добив на екзотермични реакции на метан и въглищен прах окисление с въздух кислород, т.е. различни видове горивни процеси, разглеждани от гледна точка на теорията на термична експлозия и верига кинетиката на реакциите.
В действителност, работата на минни разпределени смес от метан с примеси други горими газове (водород, етан, пропан, бутан, пентан, и т.н.). Водородът и етан и други въглеводороди в техните експлозивни свойства различават от метан имат различни температура на запалване, експлозивни граници и периоди на забавяне на запалването. Тези примеси обикновено представляват малка част, но при определени условия могат да имат значително въздействие върху метана експлозивност. Свойства на експлозията и притежават други газове (въглероден окис, сероводород, и т.н.), но тяхното разделяне в минната промишленост, като правило, не достигат взривоопасни концентрации и основният риск на газ е в техните токсични свойства.
За да се изгради пламък или експлозивна изгаряне гризу необходимо смесване на изходните компоненти в определени пропорции, т.е.. Е. Образуването на взривно смес, т.нар детониращ газ. Образуването на изработки на запалим метан-въздушна смес може да възникне по два начина.
Първият начин, най-общо и най-опасното при запалване предварително смесен и, следователно, максимално реактивната горими смес от въздух и газ гризу. Това често се случва в резултат на нарушаване на нормалния режим на вентилация на минни изработки и замърсяване на газ от атмосферата до взривоопасни концентрации. Взривни концентрация на горими газове са оформени и подземни пожари когато също разрушават нормална вентилация авариен и процеса на отделяне на горими газове в зоната под високо температура рязко засилени. В тези случаи, експлозивна атмосфера, понякога е време, за да образуват доста голям над минни изработки, изгарянето им може да се случи почти мигновено с формирането на силни ударни вълни с катастрофални последици.
Вторият път образуват горими смес, рядко, но не по-малко опасен, когато влажен въздух и са предварително смесени и тяхното изгаряне се осъществява вече е в процес на взаимно смесване. Един пример е факела изгаряне метан suflyarnom разпределяне на изкопа на атмосфера. Кислородът в горивната зона на изгаряне на метан се подава в този случай чрез дифузия от въздух пламъка на околната среда.
Фигура 19.1 - Графики експлозивни метан-въздушни смеси: I - невъзможна смес; II и III - експлозивен и не-експлозивна смес; IV - смес, която може да стане експлозивна при добавяне на въздуха
Границите на експлозия на метан смеси с въздуха могат да бъдат представени графично на диаграма експлозивен метан (фиг. 19.1).
По този начин, всички възможно смес с атмосферния въздух площ метан представени под линия АД. Точка Б съответства на долната граница концентрация експлозия на метан на въздух (5% метан и 95% въздух), и точка В - горната (15% метан и 85% въздух). Точка Е съответства на долната граница на концентрация на експлозивни смеси на кислород, което е 12%. Точки В, С и Е късо съединение, наречено делта експлозив, в който експлозивна смес от метан. BE линия е линията на долната и горната граница на концентрацията CE взривни границите на. Област ограничена AVEGOA зона не е експлозивни смеси на метан с кислород, и зона област на правото на линия EG ограничена от CGU - unexplosive смеси зона на метан с кислород, но които могат да бъдат експлозивни чрез добавяне на свеж въздух.
запалване символи метан-въздушна смес не зависи само от концентрацията на метан, но и други условия: първоначалното налягане, температура и влажност на смес от метан, хидравличното съпротивление на напредък на фронта на горене и условията за пренос на топлина от огнището и други.
Процесът на горене по отношение на минни изработки може да се разпространи метан смеси с различни скорости. Освен това, количествена промяна в скоростта на разпространение се променя драстично и качествената картина на текущия процес. Произтичащи от слаб източник на възпламеняване, вълна горене може с доста ниско разпространение скорост слоеве натрупване на метан, но може да се диспергира бързо да образува пред себе си силна компресия вълна, която вече може да произвежда разрушителна работа. компресия вълна се движи бързо в по-мощна скорост шок вълната, която може да достигне няколко стотин метра в секунда. При определени условия, ударна вълна може да отиде в скоростта на детонация на разпространението, което става постоянна. Почукване изгаряне на метан в минни изработки могат да се появят не само в резултат на горене samorazgona вълни, но също така директно - от друга експлозия ударна вълна.
В зависимост от скоростта на разпространение на фронта на горене и налягането в ударната вълна няколко вида на запалване:
Близо източник на запалване и притока на кислород от външната страна може да се успокои парене пламък. Изгаряне на метан в този случай е в съответствие с уравнението
Въпреки това, изгарянето на метан мини често се случва, когато няма достатъчно съдържание на кислород, което води до появата на състава на въглероден окис пожар газове
Дифузионното изгаряне на метан при постоянно отделяне и допускане на въздух няма да доведе до разпространение на пламъка в обема на изкопни работи, но промяната на тези фактори обикновено води до промяна на обема на пламъка. По този начин, чрез увеличаване на скоростта на дифузия на кислород пламък се намалява по обем, температурата се увеличава; увеличи количеството на метан освободен, а напротив, това води до увеличаване на обема на пламък.
Изгаряне на метан в почти всички случаи, има поколение покрив, понякога чрез болтове на поколение в zarubnyh и вертикални процепи съществуващите мини (куфари, ями и други подобни. Г.). Изгаряне метан често се гледа като на "тече" по отношение на клането на пламъка.
Бързото изгаряне на метан като пристъп настъпва само в близост до горните и долните граници на концентрация на експлозия.
изравняване на прехода на експлозията се случва, когато скоростта на химична конверсия на по-малко от 1 м / сек, което изисква притока или смес на фокус или движи много огнище (пламък отпред) със скоростта на звука или по-висока. Това изисква ниски изработки устойчивост, по-специално липсата на завои, стеснения, разширения, препятствия (врати, трегери, транспортни съдове и т. Д), и да се поддържа висока температура в предната пламък за метан-въздушна смес, например, не по-ниска от 1300 ° С
Нормални (забавени) ключове за запалване в експлозия (взривно горене), прогресивно: скоростта и налягането се увеличи сравнително гладко.
С увеличаване на размера на метан във въздуха е от 5 до 15% от експлозивна сила първите увеличава, достига максимум, когато съдържанието на метан е близо до стехиометрично, т.е.. Е., 9.46% по обем [1]. и след това, с по-нататъшно увеличаване на съдържанието на метан се намалява. В този случай, част от метана остава неизгорял поради недостатъчно кислород. тази част на пламъка на разстояние от експлозия поради висок топлинен капацитет на метан, и когато съдържанието на метан настъпва над 14-16% от общите си самоизгасва и не настъпва експлозия.
Ниски метан експлозия продукти в неограничен обем достига 1875 ° С, затворен обем в 2150-2650 ° С Налягането на газа в мястото на взрива на средно 9 пъти първоначалното налягане на метан-въздушната смес от експлозия. По време на размножаване на полъх разработването на външния вид на пламъка винаги се предшества от вълна от сгъстен въздух. След като се срещна в своята натрупване газовия поток, той го компресира, и идва пламъкът запалва. Такова предварително сгъстяване винаги допринася за развитието на високо налягане в вълна експлозия (до 3 МРа или по-висока) и увеличаване на скоростта на размножаване.
Експлозивният изгарянето на детонация извършва на етапи, и е последван от разпръскване на предната пламък свръхзвукови скорости (3-20 пъти скоростта на звука), повишаване на налягането пред предната 2-5 МРа, и съответно увеличаване на температурата.