АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПЫЛЕГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ НА ПРОЦЕССЫ ИХ ГОРЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Authors: Черданцев С.В. , Шлапаков П.А. , Голоскоков С.И. , Ерастов А.Ю. , Липина Г.А. 
Published: October 2024

Повышение добычи угля подземным способом, как правило, приводит к проявлению негативных факторов, в первую очередь, теплофизических и газодинамических процессов. Причинами первых из них являются химические процессы окисления угля, что приводит к образованию очагов самонагревания в породоугольных скоплениях, и, как следствие, к изменению температуры горных пород, угольных целиков и атмосферы горных выработок. Это значительно увеличивает предрасположенность пылегазовоздушных смесей к зажиганию и горению, что может привести к детонационным процессам и возникновению ударных волн, представляющих особую опасность в условиях угольных шахт. В статье рассматриваются процессы стационарного горения пылегазовоздушных смесей в кинетической и диффузионной областях. Для исследования горения смесей в кинетической и диффузионной областях сформулирована задача Коши для нелинейного дифференциального уравнения первого порядка, решение которого построено численно. Найдены собственные значения и собственные функции задачи Коши, в том числе и критическое значение, ниже которого задача Коши не имеет решения. Описание горения смесей в диффузионной области выполнено на базе краевой задачи для дифференциального уравнения второго порядка, в котором учтена как молекулярная диффузия, так и конвективный массоперенос. Установлено, что процесс горения смесей в диффузионной области имеет место только в том случае, если концентрация реагирующего газа в зоне горения изменяется экспоненциально. Получена формула, определяющая длину зоны горения в диффузионной области, и построены графики её изменения в зависимости от ряда параметров пылегазовоздушных смесей.

Increasing coal production by underground method usually leads to the manifestation of negative factors, primarily thermophysical and gas-dynamic processes. The reasons for the first of them are the chemical processes of coal oxidation, which leads to the formation of centers of self-heating in rock-coal clusters, and, as a result, to a change in the temperature of rocks, coal pillars and the atmosphere of mining. This significantly increases the predisposition of dust and air mixtures to ignition and combustion, which can lead to detonation processes and the occurrence of shock waves, which pose a special danger in coal mine conditions. The article discusses the processes of stationary combustion of dust-gas-air mixtures in the kinetic and diffusion regions. To research the combustion of mixtures in the kinetic and diffusion regions, the Cauchy problem is formulated for a nonlinear differential equation of the first order, the solution of which is built numerically. Found the eigenvalues and eigenvalues of the Cauchy problem, including the critical value below which the Cauchy problem has no solution. Combustion of mixtures in diffusion region is performed on the basis of boundary problem for differential equation of the second order, which takes into account both molecular diffusion and convective mass transfer. It has been found that the combustion process of mixtures in the diffusion region occurs only if the concentration of the reacting gas in the combustion zone varies exponentially. A formula was obtained that determines the length of the combustion zone in the diffusion region, and graphs of its change are plotted depending on a number of parameters of dust and air mixtures.