Аэрология

Download 1,7 Mb.

bet	9/192
Sana	21.05.2022
Hajmi	1,7 Mb.
	#606668
Turi	Учебник

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 192

Bog'liq
Ушаков КЗ Аэрология горных предприятий 1987

Происхождение метана и виды связи его с горными породами

lb го 16 п

	/

1	\	V	J
		\
		>	\

часть охлаждает пламя взрыва. При содержании в воздухе метана более 14—16 % происходит его полное самогашение, т. е. взрыв не возникает. Наиболее легко воспламеняется метано-воздушная смесь, содержащая 7—8 % метана. Минимальное содержание в смеси (%) нескольких близких по составу горючих компонентов (например, метана, этана, водорода и др.)' при котором смесь взрывается, определяется по формуле Лешателье 100

?Z 16 ^с„,%

Сс =
+

N„

Рис. 2.1. График к определению взрывчатости смесей метана с воздухом (с_к — содержание кислорода; с_м — то же, метана):
/ — взрывчатая смесь; 2 — невзрывчатая смесь; 3 — смесь, могущая стать
взрывчатой при добавлении свежего воздуха

(2.1)
где С\, c_y ..., с_т — содержание каждого горючего компонента смеси (при условии, что суммарное содержание всех горючих компонентов равно 100), %; N_u N₂_t...₉N_m— минимальное содержание каждого горючего компонента в воздухе нормального состава, при котором смесь взрывается, %.
Пределы взрывчатости метано-воздушной смеси расширяются с повышением ее начальной температуры и давления. Так, при начальном давлении 1 МПа смесь взрывается при содержании метана 5,9—17,2 %. Воспламенение метана происходит через некоторый промежуток времени после возникновения контакта с источником тепла, называемый индукционным периодом. Продолжительность индукционного периода быстро уменьшается при повышении температуры воспламенения и незначительно увеличивается при увеличении содержания метана в воздухе (табл. 2.1). Изменение атмосферного давления в шахтных условиях практически не оказывает влияния на продолжительность индукционного периода. Наличие индукционного 'периода создает условия для предупреждения воспламенения метана при применении предохранительных ВВ. При этом время остывания продуктов взрыва ниже температуры воспламенения метана должно быть меньше продолжительности индукционного периода. Температура продуктов взрыва метана в неограниченном объеме достигает 1875 °С, а внутри замкнутого объема — 2150—2650 °С. Давление воздуха в месте взрыва в среднем в 8 раз превосходит начальное давление метано-воздушной смеси до взрыва. Предварительное сжатие смеси распространяющейся взрывной волной способствует развитию высокого давления взрыва (3 МПа и более),

Таблица 2Л

	Продолжительность индукци-							Продолжительность индук-
	онного периода (с) при							ционного периода (с) при
Содержание	температуре воспламенения,					Содержание		температуре воспламенения,
метана в	градусы					метана в		градусы
воздухе, %						воздухе, %
	775	875	975	1075			775		875 I 975		1075
§	1,08	0,35	0,12	0,039	9		1,30		0,39	0,14	0,044
7	1,15	0,36	0,13	0,041	10		1,40		0,41	0,15	0,049
8	1,25	0,37	0,14	0,042	12		1,64		0,44	0,16	0,055

Скорость распространения взрывной волны вдоль выработки при увеличении содержания метана более 5—6 % сначала возрастает, а три дальнейшем увеличении содержания метана до 14—15 % она уменьшается до нуля. При наличии холодных поверхностей на пути движения взрывной волны скорость ее распространения уменьшается, а препятствия (сужения, выступы, отдельные предметы и др.), способствуя повышению давления, вызывают ее увеличение. При взрыве метана она увеличивается от нескольких десятков до нескольких сотен метров в секунду. Взрыв метана в шахтах вызывает прямой и обратный удары. Прямой удар представляет собой распространяющуюся от источника воспламенения к периферии взрывную волну, воспламеняющую все более удаленные от центра взрыва объемы метана. Обратный удар представляет собой взрывную волну, распространяющуюся к центру взрыва вследствие возникающего там разрежения после остывания продуктов взрыва и конденсации образующихся ори взрыве паров воды. Обратный удар слабее прямого. В соответствии с этим различают первичное и вторичное пламя. Первичное пламя — пламя взрыва. Вторичное пламя возникает в результате дожигания оставшегося на пути взрыва метана при притекании к нему кислорода из прилегающих выработок.
2.2. Происхождение метана и виды связи его с горными породами
Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества. В процессе образования углей в результате метаморфизма первичной органической массы, покрытой наносами и лишенной доступа кислорода, происходило образование метана, его высших гомологов, сероводорода, аммиака и водорода. Существенную роль при этом играли процессы брожения, вызываемые деятельностью анаэробных бактерий. Разложение клетчатки, как отмечал акад. А. А. Скочинский, происходило в соответствии с реакциями:
2С_яН₁₀О_в = 5СН₄ + 5С0₂ + 2С; 4СвН, А = ^7СН4 + 8СО_а -|- ЗН_аО + С,Н_вО,
24
Подобные процессы метанообразования возможны й в иных условиях при разложении органических веществ без доступа кислорода (месторождения нефтяные, каменносоляные, стронциани-товые, серные, глиняные, гематитовые, болота, пруды).
В породах метан находится в свободном и сорбированном состояниях. На глубоких горизонтах, где давление газа достигает 5 МПа, основное количество метана находится в сорбированном состоянии. Различают три вида связи газа с твердым веществом: адсорбцию (соединение молекул газа с поверхностью твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения), абсорбцию (проникновение молекул газа в твердое вещество без химического взаимодействия и образование «твердого раствора») и хемсорбцию (химическое соединение молекул газа и твердого вещества). Основное количество сорбированного породами метана находится в адсорбированном состоянии. При повышении давления количество сорбированного метана увеличивается, а при повышении температуры оно уменьшается. Сорбционная способность углей значительно выше, чем пород. С повышением степени метаморфизма угля она увеличивается. Сорбционная способность углей при данной температуре зависит от давления газа и описывается уравнением Лэнгмюра
р/х = (1/аЬ) + (р/Ь), (2-2)
_где р_ давление газа, Па; х — количество сорбированного газа, см³/г; a, b — коэффициенты Лэнгмюра, имеющие размерность соответственно Па^¹ и см³/г.

Download 1,7 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham: