БЕЗОПАСНОСТЬ


Оригинальная статья

 

УДК 622.272:516.02 © С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков, Д.Н. Батраков, В.В. Колыхалов, 2021

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 7-2021 /1144/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2021-7-27-32

 

Название

Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок

 

Авторы

Черданцев С.В., доктор техн. наук, главный научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: svch01@yandex.ru

Шлапаков П.А., канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е-mail: shlapak1978@mail.ru

Голоскоков С.И., канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е-mail: s.goloskokov@nc-vostnii.ru

Батраков Д.Н., заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: vostnii-bvr@yandex.ru

Колыхалов В.В., заместитель заведующего лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е-mail: x77kem@mail.ru

 

Аннотация

В процессе работы очистных и проходческих комплексов на угольных шахтах образуется пыль, а из отбитого угля выделяется метан. Смешиваясь с воздушными потоками в атмосфере горных выработок метан и пыль образуют газо- и пылегазовоздушные смеси, которые предрасположены к химическому реагированию, проявляющемуся в форме дефлаграции или детонации, что в условиях угольных шахт может привести к очень серьезным авариям. В данной работе рассматривается некоторый гипотетический дефлаграционный процесс в газовоздушной смеси горной выработки. Найдены параметры смеси за фронтом химической реакции и вычислена его толщина. Построены графики зависимостей параметров смеси от безразмерной координаты в пределах толщины фронта и выявлены закономерности распределения параметров газовоздушной смеси по толщине фронта.

 

Ключевые слова

Горные выработки, газовоздушные смеси, законы сохранения массы, импульсов и энергии, показатель адиабаты Пуассона, числа Маха и Дамкелера, законы Аррениуса и Менделеева-Клапейрона.

 

Список литературы

1. Большинский М.И., Лысиков Б.А., Каплюхин А.А. Газодинамические явления в шахтах. Севастополь: Вебер, 2003. 284 с.

2. Зыков В.С. О механизме формирования выбросоопасной ситуации в очистном забое угольной шахты // Маркшейдерский вестник. 2016. № 5. С. 44–48.

3. Черданцев Н.В. Об одном подходе к расчету выброса угля из газоносного пласта, вмещающего геологические нарушения // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 8. С. 13–18.

4. Определение параметров суфлярных выделений газа из угольного пласта в горные выработки / С.В. Черданцев, Н.В. Черданцев, Ли Хи Ун и др. // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2017. № 1. С. 26–33.

5. Анализ процесса выгорания грубодисперсных пылегазовоздушных смесей, движущихся в воздушных потоках горных выработок / С.В. Черданцев, Ли Хи Ун, Ю.М. Филатов и др. // Химическая физика и мезоскопия. 2017. № 4. С. 513523.

6. Combustion of fine dispersed dust-gas-air mixtures in underground workings / S.V. Cherdantsev, L.H. Un, Y.M. Filatov et al. // Journal of Mining Science. 2018. Vol. 54. Is. 2. P. 339–346.

7. Kurlenya M.V., Skritsky V.A. Methane Explosions and Causes of Their Origin in Highly Productive Sections of Coal Mines // Journal of Mining Science. 2017. Vol. 53. Is. 5. P. 861-867.

8. Bykovskii F.A., Zhdan S.A., Vedernikov E.F. Continuous detonation of methane/hydrogen-air mixtures in an annular cylindrical combustor // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2018. Vol. 54. Is. 4. P. 472-481.

9. Ershov A.P., Rubtsov I.A. Detonation of low-density explosives // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2019. Vol. 55. Is. 1. P. 114–120.

10. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 502 с.

11. Бартльме Ф. Газодинамика горения. М.: Энергоиздат, 1981. 280 с.

12. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 336 с.

13. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика: Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1972. 672 с.

14. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн Г.И. Химическая кинетика: Учебник для вузов. М.: Химия, 2000. 568 с.

 

Иллюстрации

Изменение концентрации, давления, плотности (а) и температуры (б) газовоздушной смеси по толщине фронта реакции в дефлаграционном процессе

 

Для цитирования

Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок / С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков и др. // Уголь. 2021. № 7. С. 27-32. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-7-27-32.

 

Информация о статье

Поступила в редакцию: 30.03.2021

Одобрена рецензентами: 28.05.2021

Принята к публикации: 15.06.2021

 

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок», авторы: Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Голоскоков С.И., Батраков Д.Н., Колыхалов В.В.

 

Рецензент

Тайлаков О.В., доктор техн. наук, профессор, АО «НЦ ВостНИИ».

 

Подземная разработка угольных месторождений, особенно на больших глубинах, как правило, сопровождается термодинамическими процессами, как в угольных массивах, так и в атмосфере горных выработок. Термодинамические процессы обусловлены предрасположенностью угля к кинетическим процессам окисления, результатом которых является образование в угольных скоплениях очагов самонагревания, приводящих к повышению температуры горных пород и газовоздушных смесей в горных выработках. Это существенно увеличивает склонность газовоздушных смесей к возникновению в них процессов дефлаграции и детонации, что в условиях угольных шахт представляет особую опасность.

В отличие от классической модели дефлаграционного процесса, в рецензируемой статье обсуждается его не классическая модель, при построении которой авторы учитывают не только изменение концентрации горючей смеси при протекании химической реакции за линией фронта, но учитывают и его толщину.

В процессе реализации модели авторы статьи получили соотношения, связывающие давление, плотность и температуру смеси с ее основными газодинамическими параметрами: числом Маха, показателем адиабаты Пуассона и числом Дамкелера.

Особого внимания заслуживает полученная авторами формула, позволяющая вычислить толщину фронта реакции в дефлаграционном процессе, а также построенные на базе формулы графики зависимостей параметров газовоздушной смеси вдоль толщины фронта дефлаграции.

На основе анализа графиков авторы установили, что давление и плотность смеси уменьшаются, а ее температура, наоборот, существенно возрастает по мере удаления от линии фронта вглубь зоны реакции. Причем давление, плотность и температура смеси в дефлаграционном процессе не содержат разрывов и скачков, характерных для детонационных и ударно-волновых процессов.

Статья «Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок» является актуальной и рекомендуется для публикации журнале «Уголь».

 

Свежий выпуск
Партнеры