БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 622.411.332:661.92:622.812.001.1 © И.Е. Колесниченко, В.Б. Артемьев, Е.А. Колесниченко, В.Г. Черечукин, Е.И. Любомищенко, 2016
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333
(Online) • Уголь №
6-2016 /1083/
Название
Теория горения и взрыва метана и угольной
пыли
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2016-6-30-35
Авторы
Колесниченко И.Е., доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой
«Строительство и техносферная безопасность», заместитель директора по учебной
работе Шахтинского института (филиала) ФГБОУ ВПО «Южно-Российский
государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»,
Артемьев В.Б., доктор техн. наук, заместитель генерального
директора – директор по производственным операциям АО «СУЭК»,
Колесниченко Е.А., доктор техн. наук, профессор, профессор
кафедры «Строительство и техносферная безопасность» Шахтинского института
(филиала) ФГБОУ ВПО «ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова»,
Черечукин В.Г., заместитель начальника Управления ВГСЧ МЧС
России, соискатель кафедры «Строительство и техносферная безопасность» ФГБОУ
ВПО «ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова»,
Любомищенко Е.И., канд. техн. наук,
доцент кафедры «Промышленная и экологическая безопасность» Шахтинского
института (филиала) ФГБОУ ВПО «ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова»,
Аннотация
Рассматриваются основы теории горения метана и угольной пыли в горных выработках с позиций пожаровзрывобезопасности. Анализируется известная теория с распространением ударной волны. Авторы рассматривают процессы горения с позиции воспроизводства тепловой энергии во время химических реакций. Для расчетов кинетических реакций принят структурный метод, так как в процессе сгорания количество молекул не изменяется. Расчеты реакций горения выполнены по результатам определения химических элементов углерода, водорода и кислорода в угле. Приведены условия образования пожаровзрывоопасной среды в горных выработках. Исследована кинетика разрушения молекул метана и угольной пыли. Показана взаимосвязь выделяемой энергии при образовании продуктов горения с молярной концентрацией метана и угольной пыли. Авторы обосновывают гипотезу распространения горения горючей среды в результате передачи воспроизводимой энергии от слоя к слою. В каждом слое после экзотермических реакций количество воспроизводимой энергии всегда больше, чем было затрачено в эндотермических реакциях. Воспроизводимая энергия в предыдущем слое является инициатором для начала эндотермических реакций в последующем слое. В последующих слоях происходит увеличение в геометрической прогрессии выделяемой энергии, температуры и избыточного давления. Соответственно с увеличением инициирующей энергии объем последующего слоя больше предыдущего. Это происходит без увеличения концентрации и плотности горючего вещества в слоях горючей среды. Скорость распространения фронта пламени возрастает пропорционально увеличению воспроизводимой энергии. Предложено считать, что нижний массовый концентрационный предел распространения пламени зависит от значения температуры в начальном объеме зажигания. Верхним концентрационным пределом является равенство молярных концентраций горючих веществ и кислорода в шахтной атмосфере.
Ключевые слова
Теория горения, угольная пыль, распространение горения, молярная концентрация, водород, концепция взрывоопасности, кинетический анализ, выделяемая энергия, перемещение энергии, скорость перехода реакций, эндотермические и экзотермические реакции.
Список литературы
1. Семенов Н.Н. Теория горения // Наука и жизнь. №8-9. 1940. С. 3-12.
2. Зельдович Я.Б. Теория ударных волн и введение в газодинамику. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1946. 187 с.
3. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1955. 268 с.
4. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах: Пер. с англ. М.: Мир, 1968. 592 c.
5. Бегишев И.Р. Курсовая работа по дисциплине «Теория горения и взрыва» (методические указания по выполнению курсовой работы для слушателей ИЗиДО): Учебно-методическое пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. 60 с.
6. Зеленкин В.Г., Боровик С.И., Бабкин М.Ю. Теория горения и взрыва: Конспект лекций. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. 166 с.
7. Лопанов А.Н. Физико-химические основы теории горения и взрыва: Учебное пособие. Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. 149 с.
8. Колесниченко Е.А., Артемьев В.Б., Колесниченко И.Е. Внезапные выбросы метана: теоретические основы. М.: Горное дело, 2013. 232 с.
9. Молярная физика: Учебное пособие. 4-е изд. СПб.: Лань, 2010. 368 с.
10. Бабий В.И., Попова И.Ф. О некоторых особенностях выгорания мелких фракций угольной пыли // Инженерно-физический журнал. 1971. Т. 21, №3. С. 411-418.
