Литература

1. Бурчаков А.С., Мустель П.И., Ушаков К.З. Рудничная аэрология.– М.:Недра, 1971 (1978).- 376 с.

2. Скочинский А.А., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция.– М.:Угле-техиздат, 1959.- 632 с.

3. Справочник по рудничной вентиляции./ Под редакцией К.З. Ушакова.– М.:Недра, 1977.- 328 с.

4. Карпов Е.Ф., Клебанов Ф.С., Фирчанек О.Б. и др. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения./ Под ред. Ф.С. Клебанова. – М.:Недра, 1981.- 471с.

Лекция № 3 Метан, его происхождение и свойства

3.1 Физико-химические свойства метана.

3.2 Происхождение и формы связи метана с горными породами.

3.3 Метаноносность и метаноёмкость угольных пластов и вмещающих пород.

Цель изучения темы:

Изучение свойств метана продиктовано тем, что его выделения в горные выработки являются одной из главных причин возникновения крупных аварий на шахтах.

По данной теме студенты должны знать:

1. Физико-химические свойства метана.

2. Происхождение метана и формы его связи с горными породами.

3. Пределы взрываемости метановоздушной смеси.

4. Требования ПБ к содержанию метана в горных выработках.

Вопросы для контроля и самоконтроля

1. Что называется рудничным газом?

2. Какой запах, цвет и вкус имеет метан?

3. Какой относительный удельный вес метана?

4. При какой концентрации метана в воздухе образуется взрывчатая смесь?

5. Какое физиологическое воздействие оказывает метан на организм?

6. В каких формах содержится метан в горных породах?

7. Что называется метаноносностью и метаноёмкостью угольных пластов?

8. Требования ПБ к содержанию метана в шахтах?

3.1 Физико-химические свойства метана

Метан – является основной составной частью рудничного газа, представляющего собой смесь газов, выделяющихся в горные выработки из пород и полезного ископаемого. В угольных шахтах рудничный газ состоит, в основном, из метана (иногда до 100%) с примесью СО₂ (до 5%), азота (несколько процентов), водорода и гомологов метана (суммарно 1÷4%) и др.

В литературе часто рудничным газом называют собственно метан.

Метан (СН₄) – газ без цвета, вкуса и запаха. При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только с галоидами.

В небольших количествах метан физиологически безвреден. Повышение содержания СН₄ в воздухе опасно лишь вследствие уменьшения содержания кислорода, вытесняемого метаном.

Метан горит бледным голубоватым пламенем. Примесь к метану этана и пропана придает воздуху слабое наркотическое свойство.

Температура воспламенения метана 650÷750⁰С. Она зависит от содержания метана в воздухе, состава атмосферы, давления, источника воспламенения.

С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5÷6% он горит около источника тепла, от 5÷6 до 14÷16% – взрывается, свыше 14÷16 – не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при притоке кислорода извне.

Сила взрыва зависит от абсолютного количества участвующего в нем метана. Наибольшей силы взрыв достигает при содержании в воздухе 9,5% метана. При большей концентрации метана часть его остается несгоревшей из-за недостатка кислорода. Вследствие высокой теплоемкости метана, эта его часть охлаждает пламя взрыва. При содержании в воздухе СН₄ свыше 14÷16% происходит его полное самогашение и взрыв не возникает.

Наиболее легко воспламеняются воздушные смеси, содержащие 7÷8% метана.

Пределы взрывчатости метановоздушной смеси расширяются с повышением ее начальной температуры и давления смеси. Так, при начальном давлении 10 ат. метановоздушная смесь взрывается при содержании метана от 5,9 до17,2%.

Следует отметить свойство запаздывания вспышки метана, состоящее в том, что его воспламенение происходит через некоторое время после возникновения контакта с источником тепла. Время запаздывания вспышки называется индукционным периодом. Наличие индукционного периода создает условия для предупреждения вспышки метана при взрывных работах путем применения предохранительных ВВ. При этом время, необходимое для остывания продуктов взрыва ниже температуры воспламенения метана, должно быть меньше длительности индукционного периода.

Давление газа в месте взрыва примерно в 9 раз превосходит начальное давление газо-воздушной смеси до взрыва.

Предварительное сжатие метановоздушной смеси, распространяющейся взрывной волной, способствует развитию высоких давлений (до 30 ат. и выше).