Dynamics of dust explosion hazard indicators under physico and chemical effects on coal substance

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of thermal action on coal was studied using the method of complex explosive and thermogravimetric tests. The dust of coal grades Zh and D was studied in the state “before the explosion” with subsequent comparison of similar indicators of dust “after the explosion”. The effect of multiple dust explosiveness has been established: post-explosive dust retains explosive properties and takes part in repeated explosions, which determines potentially dangerous zones for rescuers during emergency response. It has been established that a repeated dust explosion occurs when the LEL increases by approximately 2 times (for grade D coal from 43 g/m3 to 100 g/m3). The re-explosion pressure for dust concentrations close to the LEL (jt ≈ 100÷350 g/m3) is significantly lower than the initial value (≈ 6 times). As the dust concentration increases, the difference in pressure ∆P decreases and for  jt  ≥ 500 g/m3 the values of the pressures of the initial and repeated explosions are practically the same. The results were used in the regulatory document of EMERCOM of Russia, which regulates the collection of dust samples, the procedure for its study during rescue operations and during the investigation of technical causes of the accident.

About the authors

Sergey B. Romanchenko

All-Russian Research Institute for Fire Protection (VNIIPO), the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (EMERCOM of Russia)

Email: romanchenkosb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7616-0516
SPIN-code: 1486-6030
Scopus Author ID: 56209222400

Doctor of Technical Sciences, Docent, Leading Researcher

Russian Federation, VNIIPO microdistrict, house 12, Balashikha, Moscow region, 143903, Russia

Еlena A. Gubina

1All-Russian Research Institute for Fire Protection (VNIIPO), the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (EMERCOM of Russia)

Email: spectehsist@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3566-5729
SPIN-code: 7628-1573

Chief of Sector

Russian Federation, VNIIPO microdistrict, house 12, Balashikha, Moscow region, 143903, Russia

Viktoriya V. Vdovina

All-Russian Research Institute for Fire Protection (VNIIPO), the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (EMERCOM of Russia)

Email: k703a@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4401-399X
SPIN-code: 3739-3491

Senior Researcher

Russian Federation, VNIIPO microdistrict, house 12, Balashikha, Moscow region, 143903, Russia

Yury K. Naganovskiy

All-Russian Research Institute for Fire Protection (VNIIPO), the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters (EMERCOM of Russia)

Author for correspondence.
Email: reut11731@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9739-9123
SPIN-code: 9408-0656

Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher

Russian Federation, VNIIPO microdistrict, house 12, Balashikha, Moscow region, 143903, Russia

References

  1. Stanyukovich K.P., Baum F.A., Orlenko L.P. Fizika vzryva [Physics of explosion]. Moscow, Nauka Publ., 1975, 704 p. (In Russian).
  2. Fomin P.A. Fizika vzryva i udara. Fizika vzryva [Physics of explosion and impact. Physics of explosion]. Novosibirsk, SGUGiT, 2018, 122 p. (In Russian).
  3. Orlenko L.P. Fizika vzryva i udara. [Physics of explosion and impact]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2008, 304 p. (In Russian).
  4. Smith G.L., J.J. du Plessis. Control strategies for coal dust and methane explosions in underground coal mines: current South African research and development initiatives. The Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. May/June 1999, P117-121. (Strategies for preventing coal dust and methane explosions in coal mines. Current research and development in South Africa)
  5. Cybulski W. Wybuchy pylu węglowego i ich zwalczanie. Katowice, Wydaw. Sląsk, 1973, 451 p.
  6. Lebecki К. Zagrożenia pyĺowe w gуrnictwie. Кatowice: Gĺowny Instytut Gуrnictwa. 2004, 399 p.
  7. Lebecki K.A., Romanchenko S.B. Pylevaya vzryvoopasnost' gornogo proizvodstva [Dust explosion hazard in mining]. Moscow, Gornoe delo Publ., 2012, 464 p. (In Russian).
  8. Romanchenko S.B., Kosterenko V.N. Full-scale studies of coal dust explosions and criteria for the effectiveness of localization means. Vestnik nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugol'noi promyshlennosti – Bulletin of Scientific Center for Safety in the Coal Industry, 2018, no. 4, pp. 6-20. (In Russian).
  9. Federal norms and rules in the field of industrial safety “Safety rules in coal mines”, approved by the Order of Rostekhnadzor, dated 08.12.2020, no. 507, 189 p.
  10. Title 30 – Mineral Resources. vol. 1, parts 1-199. Washington: U.S. Government Printing Office, 2018, 767 p.
  11. GOST 12.1.044-2018. Sistema standartov bezopasnosti truda. Pozharovzryvoopasnost' veshchestv i materialov. Nomenklatura pokazatelei i metody ikh opredeleniya [State Standard 12.1.044-2018. Occupational safety standards system. Fire and explosion hazard of substances and materials. Nomenclature of indicators and methods for their determination]. Available at: https://base.garant.ru/72189494/?ysclid=m64rez6udg242528340 (accessed 10 September 2024).
  12. GOST R 55660-2013. Toplivo tverdoe mineralnoe. Opredelenie vykhoda letuchikh veshchestv [State Standard 55660-2013 Solid mineral fuel. Determination of the yield of volatile substances]. Available at: https://base.garant.ru/71114766/ (accessed 10 September 2024).
  13. Kurnia J.C., Sasmito, A.P. Mujumdar A.S. Dust dispersion and management in underground mining faces. International Journal of Mining Science and Technology, 2014, no. 24, pp. 39-44. doi: 10.1016/j.ijmst.2013.12.007.
  14. Romanchenko S.B., Rudenko Yu.F., Kosterenko V.N. Pylevaya dinamika v ugolnykh shakhtakh [Dust dynamics in coal mines]. Moscow, Gornoe delo Publ., 2011, 256 p. (In Russian).
  15. Romanchenko S.B. Kompleksnoe obespylevanie [Complex dust removal]. Moscow, Kimmeriiskii tsentr Publ., 2016, 288 p. (In Russian).
  16. Wang H., Cheng S., Wang H., He J., Fan L., Danilov A.S. Synthesis and properties of coal dust suppressant based on microalgae oil extraction. Fuel, 2023, vol. 338, pp. 127273-127273. doi: 10.1016/j.fuel.2022.127273.
  17. Wang Q. G., Wang D. M., Wang H. T., Shen Y. D., Zhu X. L. Experimental investigations of a new surfactant adding device used for mine dust control. Powder Technology, 2018, no. 327, рp. 303-309.
  18. Cashdollar K., Herzberg M. 20-L Chamber for studying powder and gas explosivity. Monthly Journal of the American Institute of Physics, vol. 56, 1985, no. 4, pp. 108-115.
  19. Petrukhin P.M., Netseplyaev M.I., Kachan V.N., Sergeev V.S. Preduprezhdenie vzryvov pyli v ugol'nykh i slantsevykh shakhtakh [Prevention of dust explosions in coal and shale mines]. Moscow, Nedra Publ., 1974, 302 p. (In Russian).
  20. Netseplyaev M.I., Lyubimova A.I., Petrukhin P.M. Bor'ba so vzryvami ugol'noi pyli v shakhtakh [Combating coal dust explosions in mines]. Moscow, Nedra Publ., 1992, 298 p. (In Russian).
  21. Methodical recommendations for conducting expert work in investigating technical causes of accidents. Approved by the order of Rostekhnadzor, dated 20.12.2012 No. 743. Available at: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70198890/#review (accessed 10 September 2024).
  22. Primenenie termogravimetricheskogo analiza dlya opredeleniya stepeni uchastiya smesei ugol'noi i slantsevoi pyli vo vzryve i vozmozhnosti povtornykh vzryvov v khode likvidatsii chrezvychainoi situatsii [Application of thermogravimetric analysis to determine the degree of participation of coal and shale dust mixtures in an explosion and the possibility of repeated explosions during the liquidation of an emergency]. Balashikha, VNIIPO, 2024, 60 p. (In Russian).
  23. GOST R 53293-2009. Pozharnaya opasnost' veshchestv i materialov. Materialy, veshchestva i sredstva ognezashchity. Identifikatsiya metodami termicheskogo analiza [State Standard 53293-2009. Fire hazard of substances and materials. Materials, substances and fire protection products. Identification by thermal analysis methods]. Available at: https://base.garant.ru/5923184 (accessed 10 September 2024).
  24. ASTM E 1131-20. Standard test method for composite analysis by thermogravimetry. Available at: https://www.astm.org/e1131-20.html (accessed 10 September 2024).
  25. Gomes da Silva G. A Thermogravimetric analysis of the combustion of a Brazilian mineral coal. Quim. Nova, 2018, vol. 31, no. 1, pp. 98-103.
  26. Fatal underground mine explosion, April 5, 2010. Performance Coal Company Upper Big Branch Mine-South Massey Energy Company Mine ID: 46-08436: Mine Safety and Health Administration, December 6, 2011.
  27. Khlodov D.S., Olennikov S.V., Musinov S.N. On the methodology for determining the participation of coal dust in a methane-air mixture explosion. Vestnik nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti – Bulletin of the Scientific Center for Safety of Work in the Coal Industry, 2014, no. 1, pp. 150-155. (In Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».