Explozii de metan

1. PROPRIETĂŢILE GAZULUI METAN

Gazul metan este unul dintre cele mai periculoase şi frecvente gaze componente ale aerului de mină.

Metanul chimic pur este un gaz incolor, fără miros şi fără gust. Datorită prezenţei în gazul de mină a unor hidrocarburi aromatice şi a urmelor de hidrogen sulfurat, acesta primeşte uneori un miros specific asemănător celui de mere coapte. Este puţin solubil în apă (sub 1 %) şi densitatea relativă faţă de aer este 0,554 kg/m3. Datorită faptului că este mai uşor decât aerul, gazul metan se anulează la tavanul lucrărilor miniere subterane şi a încăperilor.

Metanul arde cu o flacără puţin luminoasă, cu degajarea unei cantităţi mari de căldură (circa 8600 kcal/m3) sau 13.300 kcal/kg.

Temperatura normală de aprindere a metanului este de 650 – 750 oC, dar aceasta poate fi micşorată sau mărită în funcţie de condiţiile în care se află amestecul metan-aer.

La contactul cu sursa de căldură, amestecul metan-aer se aprinde cu o anumită întârziere denumită perioadă de inducţie , care are valorile de la 10 s la 650oC, 1 s la 750oC şi 0,04 s la 1000oC.

Prezenţa hidrogenului în amestecului în amestec face ca aprinderea metanului să fie instantanee.

Prezenţa gazului metan în lucrările miniere este periculoasă din două puncte de vedere:

- o acumulare de metan în cantităţile mari poate provoca sărăcirea aerului în oxigen, atmosfera devenind asfixiantă. De exemplu dacă aerul conţine 24 % metan, atunci conţinutul de oxigen scade până la 16 %;

- sărăcirea în oxigen a atmosferei:

în care:

x este conţinutul de metan, %;

- gazul metan fiind un gaz combustibil, pericolul cel mai mare al acestuia îl constituie proprietatea sa de a forma împreună cu aerul amestecuri explozive;

- explozia metanului:

Explozia de intensitate maximă are loc la un conţinut de metan de 1/11 din volumul amestecului metan-aer adică 9,5%.

Dacă arderea se face incomplet are loc reacţia:

Cercetările experimentale au arătat că amestecurile grizutoase (metan + aer) prezintă două limite de explozivitate:

- limita inferioară de explozivitate: 5 ÷ 6 %

- limita superioară de explozivitate: 14 ÷ 16 % (fig. 1)

În cazul unui amestec de gaze combustibile limita inferioară şi superioară de explozivitate se calculează cu relaţia Le Chatelier:

În care:

sunt conţinuturile procentuale ale fiecărui gaz inflamabil din amestecul exploziv, %;

limitele inferioare de explozivitate ale fiecărui component, %.

Explozia de intensitate maximă are loc la o concentraţie de metan în aer de 9,5 %. În urma arderii rezultă bioxid de carbon şi apă. Dacă concentraţia de metan în aer este mai mare de 9,5 % arderea este incompletă rezultând monoxid de carbon, hidrogen şi apă.