Исследование коллоидных процессов дисперсных систем при пожарах в угольных шахтах

Введение. Известно, что пожары на угольных шахтах характеризуются высокой скоростью распространения пламени, достижением высоких значений температур внутри объема с первых минут и возможностью взрывов, как газопаровоздушных смесей, так и оборудования под давлением испытывающего тепловое воздействие. Уголь, как один из энергетических видов топлива для сектора нашего производства, несет с собой и много вопросов, касающихся, в первую очередь, пожарной опасности, регулярно возникающей в забоях шахт во время непрерывной добычи полезного ископаемого.

Угольные шахты – это очень травмоопасная отрасль, в которой даже одна небольшая ошибка или халатность должностного лица по несоблюдению правил пожарной безопасности влечет за собой большие потери, в первую очередь, и человеческие жертвы. На рис. 1 приведены статистические данные вредных производственных факторов в угольной промышленности за 2017 – 2019 годы [1, 2].

Рис. 1. Удельный вес работников, занятых под воздействием вредных производственных факторов в угольной промышленности за 2017-2019 гг. [1]

Основная часть. В наше современное время наука и практика во многих отраслях промышленности шагнула довольно далеко вперед, уверенно шагая в ногу со временем и всевозможные приборы и оборудование, позволяющее своевременно выявлять и предотвращать опасные и особо опасные случаи нарушения правил пожарной безопасности.

Угольная промышленность затрагивает самые важные и самые точные

моменты разработки направлений техники безопасности, и тесно связанные точные предметы, одним из которых и является коллоидная химия. Она дает точное представление, как с помощью приборов и методов возможно качественно и количественно определить различные концентрации газовых, газовоздушных и других веществ, находящимся в воздухе во время выработки шахты. На рис. 2 и 3 показана общая схема получения и классификация дисперсных систем с указанием истинных размеров исследуемых частиц [3].

Рис. 2. Схема получения дисперсных систем [3]

Рис. 3. Классификация способов получения дисперсных систем, где: Ж – жидкая фаза, Г – газообразная фаза, Т – твердая фаза [2]

Под землей, в угольных шахтах чаще всего встречаются смешанные виды коллоидных процессов – дисперсных систем – в виде смешанных аэрозолей (рис. 4). При этом дисперсная фаза последних содержит частицы, образующиеся как в результате измельчения, так и в процессе конденсации.

Рис. 4. Этапы жизни дисперсной системы: где А – аэрозоль; 1,6 – перемещение аэрозольных частиц; 2,5 – образование аэрозольных частиц путем диспергирования и конденсацией; 3,4 – агрегирование (коагуляция) и дезагрегирование частиц дисперсной фазы; 7,8 – отток и приток частиц [4]

Стоит отметить, что для разных стран существуют свои определенные нормы и пределы сравнения концентраций химических веществ. Для более удобного способа сравнения в виде таблицы представлены следующие данные, разбитые на 3 вида характеристик стран и организаций, а именно: Российской Федерации, Евросоюза и Всемирной организации здравоохранения (см. табл. 1).

Таблица 1

Сопоставление нормируемых параметров воздуха для взвешенных веществ для России, Евросоюза и Всемирной организации здравоохранения

Типичные размеры частиц некоторых аэрозолей приведены в табл. 2

Таблица 2

Истинные размеры частиц коллоидных частиц – аэрозолей

Соответственно, развитие пожаров под землей, во время выработки угля и нахождения там большого количества горняков, уже с первых минут достигает максимальных показателей и поддерживается во времени соответственно на этом уровне. Начинаются такие пожары как правило со взрыва, или взрыв происходит в процессе пожара [5].

Заключение. Таким образом, можно сделать вывод о том, что эффективность борьбы с пожарами на угольных шахтах в значительной степени зависит от соблюдения правил пожарной безопасности, своевременного реагирования на превышающие концентрации вредных веществ в воздухе, а также качества огнетушащих веществ и эффективности технологий их применения. Каждое из огнетушащих веществ имеет определенные, присущие ей, физико-химические. свойства, обусловливающие соответствующий механизм прекращения горения газа или газовоздушной смеси, а следовательно, область применения. При этом конечный результат применения огнетушащего вещества определяют такие факторы как:

• охлаждение,
• ингибирование реакций горения,
• изолирование, разведение окислительной газовой среды или их комбинация [1].