БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 622.272:516.02 © С.В. Черданцев, Ли Хи Ун, Ю.М. Филатов, П.А. Шлапаков, 2018

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 1-2018 /1102/

Название

Влияние параметров грубодисперсных пылегазовоздушных смесей на время их выгорания в горных выработках угольных шахт

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-1-44-49

Авторы

Черданцев С.В., доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, тел.: +7 (913) 29-65-591, e-mail: svch01@yandex.ru

Ли Х.У., доктор техн. наук, профессор, заместитель генерального директора по научной работе АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, тел.: +7 (3842) 64-28-95, е–mail: leeanatoly@mail.ru

Филатов Ю.М., канд. техн. наук, генеральный директор АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, тел.: +7 (3842)64-30-99, е–mail: main@nc-vostnii.ru

Шлапаков П.А., заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, тел. +7 923-510-37-21, е–mail: shlapak1978@mail.ru

Аннотация

Рассмотрен процесс горения грубодисперсных пылегазовоздушных смесей, находящихся в атмосфере горных выработок. Горение смесей рассматривается как совокупность двух процессов: гетерогенного, протекающего на внешней поверхности угольных частиц и гомогенного, протекающего внутри их объема. На базе уравнения, выражающего закон сохранения массы, получена формула, определяющая время выгорания грубодисперсных пылегазовоздушных смесей. Построены графики зависимостей времени выгорания смеси от параметров смесей. Установлено влияние различных параметров смесей на время их выгорания. Выполнен анализ числовых значений и функций, определяющих время выгорания грубодисперсных пылегазовоздушных смесей. Выявлены условия, при которых горение грубодисперсных пылегазовоздушных смесей происходит в различных режимах горения.

Иллюстрации

Рис. 1. Зависимость времени выгорания частиц t_г от величины их внутренней поверхности

Рис. 2. Зависимость времени выгорания частиц t_г от начальной концентрации c₀

Рис. 3. Зависимость времени выгорания частиц t_г от коэффициента диффузии D•10⁶

Рис. 4. Зависимость времени выгорания частиц t_г от температуры T

Рис. 5. График функции y(r₀)

Рис. 6. График функции

Ключевые слова

Горные выработки, грубодисперсные пылегазовоздушные смеси, скорость химической реакции, уравнение Аррениуса, коэффициент диффузии, реакционная поверхность пор, суммарное сопротивление химической реакции.

Список литературы

1. Амельчугов С.П., Быков В И., Цыбенова С.Б. Самовозгорание пыли бурого угля. Эксперимент, определение кинетических параметров и численное моделирование // Физика горения и взрыва. 2002. №3. С. 48-54.

2. 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.

3. Захаров Е.И., Качурин Н.М., Малахова Д Д. Механизм процесса самонагревания угля и перехода его в самовозгорание // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 2. С. 42-50.

4. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. М.: Наука, 1980. 478 с.

5. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. М.: Издательство АН СССР, 1958. 600 с.

6. Каталог углей СССР, склонных к самовозгоранию / Н.И. Линденау, В.М. Маевская, Е.С. Вахрушева и др. М.: Недра, 1982. 416 с.

7. Портола В.А. Опасность самовозгорания угольной пыли // Безопасность труда в промышленности. 2015. №6. С. 36-39.

8. Федоров А.В. Воспламенение газовзвесей в режиме взаимодействующих континуумов // Физика горения и взрыва. 1998. №4. С. 57-64.

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

10. Вильямс Ф.А. Теория горения. Пер. с англ. М.: Наука, 1971. 616 с.

11. Сполдинг Д.Б. Основы теории горения. Пер. с англ. М.–Л.: Госэнергоиздат, 1959. 321 с.

12. Bekdemir C., Somers B., de Goey P. DNS with detailed and tabulated chemistry of engine relevant igniting systems // Combustion and Flame. 2014. Vol. 161, №1. pp. 210-221.

13. Ju Y. G., Maruta K. Microscale combustion: Technology development and fundamental research // Progress in Energy and Combustion Science. 2011. Vol. 37, № 6. pp. 669-715.

14. Rockwell S.R. Influence of coal dust on premixed turbulent methane–air flames / Scott R. Rockwell, Ali S. Rangwala // Combustion and Flame. V. 160, Issue 3. March 2013. pp. 635–640.

15. Takase K., Li X., Nakamura H., Tezuka T., Hasegawa S., Katsuta M., Kikuchi M., Maruta K. Extinction characteristics of CH4/O-2/Xe radiative counterflow planar premixed flames and their transition to ball-like flames // Combustion and Flame. 2013. T. 160, №7. C. 1235-1241.

16. Xin Y. X., Yoo C. S., Chen J.H., Law C.K. A DNS study of self-accelerating cylindrical hydrogen-air flames with detailed chemistry // Proceedings of the Combustion Institute. 2015. Vol. 35. pp. 753-760.