Свойства метана

Метан.

РУДНИЧНЫЙ ГАЗ

Термин «рудничный газ» обычно применяют для обозначения смеси газов, главным компонентом которой является метан. Газ этот опасен тем, что в смеси с воздухом он способен взрываться. Чаще всего метан выделяется на угольных шахтах, однако он встре­чается и при разработке месторождений других полезных ископа­емых. Единичные взрывы рудничного газа в Англии происходили еще в XVI1 —XV111 вв. Так Шлаттер указывал, что он был очевидцем взрыла на одной из шахт Ньюкастля в 1724 г., когда при взрыве «дикого огня», как его тогда называли, погибли 31 человек и 19 ло­шадей. В XIX в. взрывы участились, и только во Франции с 1820 по 1882 г. произошло 800 взрывов.

Первый анализ выделяющегося в угольных шахтах рудничного газа был произведен Дэви в 1813 г. Анализ показал, что газ состоит из метана, азота и углекислого газа, а в некоторых случаях в нем содержатся также водород и этилен.

В России рудничный газ появился впервые в конце 70-х годов прошлого века в шахтах Донбасса. В 80-х годах выделения были уже настолько интенсивными, что в ряде забоев в специально пробуренные шпуры вставлялись металлические трубки («рожки»), по которым выделялся газ. Газ этот поджигался и горел иногда в течение несколь­ких лет, давая пламя высотой до 1 м.

Первый анализ проб рудничного газа, взятых в «Ново-Калимальной» шахте Иловайского в 1888 г., показал содержание метана до 20,5 %, присутствие углекислого газа и азота. В пробах, взятых в 1890 г. в Рыковских копях из «рожка», содержание СН₄ составляло 51,96%, СО, — 0,29%, О₂ — 8,09% и N₂ — 39,66%.

В январе 1891 г. в Рыковских копях произошел первый в России крупный взрыв рудничного газа, сопровождавшийся гибелью 54 человек.

Метан (СН₄) — газ без цвета и запаха, удельный вес 0,554. При концентрации до 4,5% горит в месте соприкосновения с источни­ком воспламенения голубым пламенем, при содержании 4,5—16 % взрывается, давая взрыв максимальной силы при 9,5% СН₄. При со­держании метана, превышающем 10%, будучи воспламенен, он горит, но лишь при условии притока кислорода извне. Указанные пределы справедливы лишь для чистого метана. Примесь водорода и этана снижает нижний предел образования взрывчатой смеси, а уменьше­ние содержания кислорода в воздухе повышает нижний и понижает верхний пределы взрываемости.

Температура воспламенения метана около 650—750^о С. При со­прикосновении с источником воспламенения метан взрывается не сразу, а с некоторым опозданием, величина которого при температуре воспламенителя Т = 650° С достигает 10 сек, а с увеличением Т уменьшается и при 1000^е С сокращается до 1 сек. Примесь к метану других горючих газов, например водорода, также сокращает время запаздывания и при примеси 30% Н₂ запаздывания не наблюдается.

Метан при концентрации свыше 4,5% способен не только взры­ваться, но и гореть сравнительно спокойным пламенем. Этим свой­ством метана широко пользовались при работе в шахтах, опасных по газу, в прошлом столетии, «выжитая» метан перед началом рабочей смены. По мере перехода на искусственное проветривание шахт и значительного увеличения подачи свежего воздуха от этого опас­ного способа борьбы с выделяющимся рудничным газом повсеместно отказались. Спокойное горение метана может перейти во взрыв, если возникают условия, способствующие сжатию метана (сужение выработок, наличие в них предметов, загромождающих живое сече­ние), а также причины, со действующие возмущению взрывоопасной смеси.

Взрывы метана сопровождаются прямым и обратным ударами. Прямой удар возникает за счёт расширения воздуха в месте взрыва под влиянием высокой температуры, доходящей до 2650 С, воздуш­ная волна при этом направлена от места взрыва.

Процесс сгорания метана идет в соответствии с реакцией

СН₄ + 2О₂ = СО2 + 2Н₂О.

Так как образующиеся пары воды конденсируются, то из трех объемов воздушно-газовой смеси, принимающих участие во взрыве, остается только один объем СО₂ и в области взрыва создается зона пониженного давления, в которую устремляется воздух из других выработок, создавая обратный удар. Обратный удар может причи­нить не меньшие разрушения, чем прямой, так как распространяется по выработкам, уже подвергшимся действию взрывной волны.

Дата добавления: 2014-12-29