БЕЗОПАСНОСТЬ
Оригинальная статья
УДК 622.272:516.02 © С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков, А.Ю. Ерастов, С.А. Хаймин, 2022
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 1-2022 /1150/
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2022-1-26-32
Название
определение промежутков времени, характеризующих различные этапы горения газовоздушной смеси в горной выработке
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:
Голоскоков С.И., канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е–mail: s.goloskokov@nc-vostnii.ru
Ерастов А.Ю., старший научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ»,650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: eractov_a_y@mail.ru
Хаймин С.А., старший научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия,е–mail: hsa007@mail.ru
Аннотация
Непременным атрибутом при разработке угольных месторождений подземным способом является метан, опасность которого проявляется двояко. С одной стороны, являясь газообразной субстанцией, метан негативно проявляется в различных аэро- и газодинамических процессах, в первую очередь, суфлярных выделениях из подземных полостей и внезапных выбросах в горные выработки, которые традиционно относятся к опасным явлениям при отработке угольных пластов. С другой стороны, смешиваясь с воздушными потоками в атмосфере горных выработок, метан образует газовоздушные смеси, которые предрасположены к химическому реагированию, проявляющемуся в форме горения или детонации, что в условиях угольных шахт может привести к катастрофическим последствиям. В данной работе рассматривается задача о нестационарном процессе горения газовоздушной смеси в горной выработке круглого поперечного сечения. При постановке задачи предполагается, что внутри рассматриваемой области градиент температур очень мал, в силу чего, не учитывается пространственное распределение температур. В ходе построения решения задачи получены формулы для определения различных промежутков времени, характеризующих процесс горения газовоздушной смеси. Построены графики зависимостей периода зажигания смесиот ряда ее параметров, и выявлены некоторые закономерности их влияния на период зажигания смеси.
Ключевые слова
Горные выработки, газовоздушные смеси, уравнение теплопроводности, закон теплообмена Ньютона, скорость протекания химической реакции, закон Аррениуса, период индукции.
Список литературы
1. Sidorov A.E., Shevchuk V.G. Laminar flame in fine-particle dusts // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2011. Vol. 47. P. 518- 522.
2. 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. Vol. 49. P. 257–263.
3. Wave regimes of dust combustion / V.G. Shevchuk, E.N. Kondrat’ev, A.N. Zolotko et al. // Combustion, Explosion and Shock Waves. 2014. Vol. 50. P. 80- 86.
4. What is burning in coal mines: methane or coal dust? / Vasilev A.A., Pinaev A.V., Trubisyn A.A. et al. // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2017. Vol. 53. Is. 1. P. 8–14.
5. Васильев А.А., Васильев В.А. Расчетные и экспериментальные параметры горения и детонации смесей на основе метана и угольной пыли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2016. № 2. С. 8– 39.
6. 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. 86–867.
7. Черданцев С.В., Филатов Ю.М., Шлапаков П.А. Режимы диффузионного горения пылегазовоздушных смесей в атмосфере горных выработок // Уголь. 2020. № 2. С. 27–32.DOI: 10.18796/0041-5790-2020-2-27-32.
8. Теплофизические и газодинамические условия протекания процессов дефлаграции и детонации в пылегазовоздушных потоках горных выработок вблизи очагов самонагревания / С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, Е.А. Шлапаков и др. // Химическая физика и мезоскопия. 2019. № 2. С. 179-189.
9. Построение и реализация термической модели горения в рудничной атмосфере метановоздушной смеси с учетом ее кинетики / С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков и др. // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 9. С. 7–14.
10. 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.
11. Ershov A.P., Rubtsov I.A. Detonation of low-density explosives // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2019. Vol. 55. No 1. С. 114–120.
12. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн Г.И. Химическая кинетика. М.: Химия. 2000. 568 с.
13. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат. 1979. 416 с.
14. Бартльме Ф. Газодинамика горения (перевод с немецкого) М.: Энергоиздат, 1981. 280 с.
15. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука. 1987. 502 с.
Для цитирования
определение промежутков времени, характеризующих различные этапы горения газовоздушной смеси в горной выработке / С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков и др. // Уголь. 2022. № 1. С. 26-32. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-1-26-32.
Информация о статье
Поступила в редакцию: 12.11.2021
Одобрена рецензентами: 24.11.2021
Принята к публикации: 15.12.2021
