Самовоспламенение пылегазовоздушных смесей в атмосфере горных выработок
С.В. Черданцев , П.А. Шлапаков, К.С. Лебедев, А.Ю. Ерастов, С.А. Хаймин
АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», г. Кемерово, Российская Федерация
Горная Промышленность №2 / 2024 стр. 121-126
Резюме: Разработка угольных месторождений подземным способом, как правило, сопровождается проявлением ряда негативных факторов, одним из которых является наличие пылегазовоздушных смесей, состоящих из мелкодисперсной угольной пыли, выделяющегося из разрушенного угля метана и воздуха рудничной атмосферы. Несмотря на современные методы и средства пылеподавления и пылеулавливания добиться полной нейтрализации пылегазовоздушных смесей в атмосфере горных выработок пока не удается. Негативное воздействие пылегазовоздушных смесей может проявляться по-разному. С одной стороны, отложения угольной пыли в выработанных пространствах при определенных условиях образуют очаги самовозгорания, являющиеся причинами эндогенных пожаров. С другой стороны, пылегазовоздушные смеси предрасположены к возгоранию от внешних источников или к самовоспламенению с последующим горением в форме дефлаграции, переходящей при определенных условиях в детонацию, распространяющуюся в атмосфере горных выработок со сверхзвуковой скоростью. В данной статье рассматривается нестационарная одномерная задача о самовоспламенении пылегазовоздушных смесей в воздушных потоках горных выработок. На основе решения данной задачи, построенного численно с помощью метода Гира, найдены температура и период самовоспламенения пылегазовоздушных смесей. Выполнен анализ процесса самовоспламенения смесей и выявлены некоторые закономерности влияния параметров смесей на период их самовоспламенения.
Ключевые слова: горные выработки, пылегазовоздушные смеси, уравнение баланса тепловой энергии, стехиометрическое соотношение, температура самовоспламенения, период самовоспламенения, адиабатический процесс
Для цитирования: Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Лебедев К.С., Ерастов А.Ю., Хаймин С.А. Самовоспламенение пылегазовоздушных смесей в атмосфере горных выработок. Горная промышленность. 2024;(2):121–126. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-121-126
Информация о статье
Поступила в редакцию: 17.02.2024
Поступила после рецензирования: 04.03.2024
Принята к публикации: 11.03.2024
Информация об авторах
Черданцев Сергей Васильевич – доктор технических наук, главный научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), Кемерово, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Шлапаков Павел Александрович – кандидат технических наук, заведующий лабораторией, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), Кемерово, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Лебедев Кирилл Сергеевич – старший научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), Кемерово, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Ерастов Антон Юрьевич – старший научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), Кемерово, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Хаймин Сергей Александрович – старший научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), Кемерово, Российская Федерация; е–mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Шлапаков П.А., Ерастов А.Ю., Хаймин С.А., Лебедев К.С., Колыхалов В.В., Шлапаков Е.А. Эндогенная пожаробезопасность на угольных предприятиях Кузбасса. Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2019;(1):14–21. https://doi.org/10.25558/VOSTNII.2019.69.88.002 Shlapakov P.A., Erastov A.Yu., Khaymin S.A., Lebedev K.S., Kolikhalov V.V., Shlapakov E.A. Endogenous fire safety in kuzbass coal enterprises. Bulletin of Scientific Centre VostNII for Industrial and Environmental Safety. 2019;(1):14–21. (In Russ.) https://doi.org/10.25558/VOSTNII.2019.69.88.002
2. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн Г.И. Химическая кинетика. М.: Химия; 2000. 568 с. Denisov E.T., Sarkisov O.M., Lichtenstein G.I. Chemical kinetics. Moscow, Khimiya Publ; 2000, 568 p. (In Russ.).
3. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука; 1987. 502 с. Frank-Kamenetsky D.A. Diffusion and heat transfer in chemical kinetics. Moscow, Nauka Publ., 1987, 502 p. (In Russ.).
4. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. М.: Книга по требованию; 2013. 601 с. Kantorovich B.V. Fundamentals of the theory of combustion and gasification of solid fuels. Moscow, Book-on-Demand Publ., 2013, 601 p. (In Russ.).
5. Кремнев О.А., Журавленко В.Я. Тепломассоперенос в горном массиве и подземных сооружениях. Киев: Наукова думка; 1986. 344 с. Kremnev O.A., Zhuravlenko V.Ya. Heat and mass transfer in a rock mass and underground facilities. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1986, 344 p. (In Russ.).
6. Виленский Т.В., Хзмалян Д.М. Динамика горения пылевидного топлива. М.: Энергия; 1978. 248 с. Vilensky T.V., Khzmalyan D.M. Dynamics of pulverised fuel combustion. Moscow, Energia Publ., 1978, 248 p. (In Russ.).
7. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат; 1979. 416 с. Kutateladze S.S. Fundamentals of the heat transfer theory. Moscow, Atomizdat Publ., 1979, 416 p. (In Russ.).
8. Moiseeva K.M., Krainov A.Yu., Krainov D.A. Two-scale mathematical model of combustion of coal–methane–air gas–particle suspension. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2023;59(1):29–38. https://doi.org/10.1134/S0010508223010033
9. Sidorov A.E., Shevchuk V.G. Laminar flame in fine-particle dusts. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2011;47(518–522. https://doi.org/10.1134/S0010508211050042
10. Sidorov A.E., Shevchuk V.G., Kondrat’ev E.N. Conductive-radiative model of a laminar flame in dust suspensions. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2013;49(257–263. https://doi.org/10.1134/S0010508213030015
11. Vasil’ev A.A. Detonation as combustion in a supersonic flow of a combustible mixture. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2022;58(6):696–708. https://doi.org/10.1134/S0010508222060077
12. Shevchuk V.G., Kondrat’ev E.N., Zolotko A.N., Sidorov A. E., Oparin A.S. Wave regimes of dust combustion. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2014;50(80–86. https://doi.org/10.1134/S0010508214010109
13. Черданцев С.В., Ли Хи Ун, Филатов Ю.М., Шлапаков П.А. Определение критической температуры зажигания микрогетерогенных пылегазовоздушных смесей в горных выработках. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018;(1):117–125. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-1-0-117-125 Cherdantsev S.V., Lee Khi Un, Filatov Yu.M., Shlapakov P.A. Determination of critical ignition temperature of micro-heterogeneous dust/gas-air mixtures in mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2018;(1):117–125. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-1-0-117-125
14. Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Шлапаков Е.А., Лебедев К.С., Ерастов А.Ю. Теплофизические и газодинамические условия протекания процессов дефлаграции и детонации в пылегазовоздушных потоках горных выработок вблизи очагов самонагревания. Химическая физика и мезоскопия. 2019;21(2):179–189. https://doi.org/10.15350/17270529.2019.2.20 Cherdantsev S.V., Shlapakov P.A., Shlapakov Е.A., Lebedev K.S., Erastov A.Yu. Thermophysical and gas-dynamic conditions of deflagration and detonation processes in dust-gas-air flows of mine workings near the centers of self-heating. Chemical Physics and Mesoscopy. 2019;21(2):179–189. (In Russ.) https://doi.org/10.15350/17270529.2019.2.20
15. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука; 1974. 331 с. Pontryagin L.S. Ordinary differential equations. Moscow, Nauka Publ., 1974, 331 p. (In Russ.).
16. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. М.: Наука; 1989. 432 с. Samarskiy A.A., Gulin A.V. Numerical methods. Moscow, Nauka Publ., 1989, 432 p. (In Russ.).
17. Манзон Б.М. Maple V Power Edition. М.: Филин; 1998. 240 с. Manzon B.M. Maple V Power Edition. Moscow, Filin Publ.; 1998, 240 p. (In Russ.).
18. Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения. М.: Физматлит; 1980. 608 с. Poston T., Stewart I. Catastrophe theory and its applications. Moscow, Fizmatlit Publ., 1980, 608 p. (In Russ.).
