Mjesto ugljene prašine u klasifikaciji eksplozivnih prašina prema međunarodnim standardima i kriterijima

Sve zapaljive prašine su kategorisane prema njihovim eksplozivnim osobinama međunarodnim standardom ISO 6184/1 u tri, odnosno četiri klase prema vrijednosti eksplozionog indeksa Kst. Eksplozioni indeks Kst predstavlja maksimalnu vrijednost prirasta pritiska (dp/dt) preračunat na zapreminu posude u kojoj je izvršen opit, odnosno: Kst=dp/dtmax.·V1/3 (bar·m·s-1) Ugljena prašina predstavlja poseban segment ove problematike obzirom na specifičnosti uglja kao materijala od kojeg je nastala. Specifičnost se ogleda u nekonzistentnosti ove vrste prašine, odnosno njenoj promjenjivoj hemijskoj formi. Prije svega, postoje razlike u ugljenoj prašini kod ugljeva različite starosti (ligniti, mrki ugljevi, kameni, antraciti..), ali i u jednom ugljenom sloju, ovisno od lokacije uzimanja uzoraka, postoje značajne razlike. Ova činjenica izdvaja ugljenu prašinu u posebnu kategoriju. Također, treba imati u vidu i ambijent u kojem se generiše, a to je prije svega jamska eksploatacija uglja gdje se treba imati u vidu ograničen prostor kao važan faktor u razvijanju i propagaciji eksplozije. U radu su date vrijednosti eksplozionih parametara ugljenih prašina BiH ugljenih slojeva i poređenje sa međunarodnom klasifikacijom eksplozivnih prašina u cilju komentara opravdanosti posebnog tretmana ugljene prašine pri ovoj klasifikaciji.

Podzemna eksploatacija uglja sama po sebi je visokorizičan proces, prije svega zbog ambijenta u kojem se obavlja. Prisustvo jamskih gasova i prašine u takvom radnom prostoru koji u geometrijskom smislu čini sistem cijevi kroz koje struji zrak, predstavlja posebnu opasnost jer se eventualna eksplozija ne zadržava na mjestu nastanka, nego se propagira duž jamskih prostorija. U tako skučenom prostoru, svaki incident upale ili eksplozije je višestruko opasniji od istog u objektima na otvorenom prostoru.

Eksplozivne osobine ugljene prašine su u svijetu spoznate nakon eksplozija koje su se

događale u nemetanskim jamama. Može se reći da je ugljena prašina ozbiljno shvaćena kao potencijalni izvor eksplozije tek početkom dvadesetog vijeka. Tako je i ispitivanje ove osobine ugljene prašine počelo relativno kasno, poredeći na primjer eksplozivne plinove. Holtzwart i Meyer (1891.god.) su vjerovatno prvi naučnici koji su dokazali da se oblak prašine može zapaliti pomoću električne iskre. Oni su proučavali eksplozivnost prašine smeđeg uglja u malim staklenim posudama kapaciteta od 50 cm3, opremljenih sa par platinastih elektroda, između kojih se mogla formirati induktivna iskra. Također, u SAD-u je U.S.Bureau of Mines, od njegovog uspostavljanja 1910.g. počeo provoditi studije o ispitivanjima zapaljivih i eksplozivnih osobina prašina. U početku se istraživanja radila samo na ugljenoj prašini obzirom na , a 1936.g, istraživanja42 su se proširila na sve vrste zapaljivih prašina (industrijske, agrikulturne...) U svijetu se ispitivanja eksplozivnih parametara provode u skladu sa slijedećim standardima:

1. Američka udruga za ispitivanje i materijale1 (ASTM) Metoda E 1226, (American Society for Testing and Materials)

2. National Fire Protection Association (NFPA)2 Standardi 68 (1994), (Nacional Fire Protection Association)

3. Njemačka udruga inženjera3 (VDI) Metoda 3673 (1995), (Verein Deutscher Ingeniere)

4. Međunarodna organizacija za standarde4 (ISO) Metoda 6184 / 1. (International Standards Organization)

5. Evropski standardi (EN 26184...) Pored eksplozivnih jamskih plinova, aktuelnost problematike opasne ugljene prašine i njenih eksplozivnih osobina u Bosni i Hercegovini ne prestaje od velike nesreće u Rudniku Dobrnja 1990.godine, kada su usljed eksplozije ugljene prašine smrtno stradale kompletne smjene (180 rudara) u dvije, prekopima spojene jame ovog rudnika. Sigurno će i u budućnosti, sve dok u ovoj državi bude u primjeni podzemna eksploatacija uglja, pored metana, ugljena prašina kao neizbježan produkt ovakvog tehnološkog procesa biti u centru pažnje sa sigurnosnog aspekta kao i mjera protiveksplozivne zaštite prilagođene ovom tehnolokoškom procesu dobijanja uglja. Prema međunarodnim standardima, sve prašine se dijele na četiri klase prema vrijednosti Kstmax, kako je prikazano u tabeli 3. (ispitivanje u zatvorenoj eksplozionoj posudi) Standard ISO 6184/1 (EN 26184/1)4

Tabela 1. Klasa eksplozivnosti Kst (bar·m·s-1) Ocjena

ST 0 0 Nije eksplozivna ST 1 < 200 Slabo/umjereno eksplozivna ST 2 200-300 Jako eksplozivna ST 3 > 300 Izuzetno eksplozivna

Postoji i takozvana A/B klasifikacija koja podrazuimjeva podjelu prašina na eksplozivne (one koje propagiraju plamen dalje od izvora upale) i neeksplozivne (one kod kojih se plamen ne širi dalje od izvora upale). Ispitivanja se provode na modificiranoj Hartmann aparaturi sa otvorenom cijevi. Evropski standard za ovu klasifikaciju je u pripremi. Dakle, osnovni parametar po kojem se kategorišu prašine je pokazatelj eksplozivnosti Kst.. Ovaj parametar predstavlja maksimalni prirast pritiska u jedinici vremena, preračunato na zapreminu ispitne posude. Kst = dp/dtmax.·V1/3 (bar·m·s-1) Brojnim ispitivanjima eksplozivnih osobina ugljene prašine u svijetu, pa tako i u BiH, kompletirana je slika vrijednosti eksplozivnih parametara kao što su: 1. Maksimalni nadpritisak eksplozije, Pmax (bar) predstavlja maksimalni registrovani pritisak

u eksplozionoj komori (autoklavu).

2. Maksimalni vremenski porast pritiska, dp/dtmax (bar/s) je najveća vrijednost promjene pritiska koja nastaje u toku eksplozije.

3. Srednji vremenski porast pritiska, Pmax/Δt (bar/s) predstavlja porast pritiska od vremena

paljenja do postizanja maksimalnog nadpritiska, prema krivoj eksplozionog pritiska.

4. Eksploziona karakteristika (eksplozivnost) se definira kvadratnim korjenom iz proizvoda srednjeg i maksimalnog vremenskog porasta pritiska, po slijedećoj formuli:

)/(max

max

sbarpdtdpEk

5. Donja granica eksplozivnosti, DGE (g/m3) predstavlja najmanju količinu prašine po

jedinici zapremine prostorije koja je uzvitlana u vazduhu dovoljna za održavanje sagorjevanja i prenosa fronta plamena duž prostorije.(Cybulski) Prema ovoj definiciji DGE se smatra najmanja količina prašine po jedinici zapremine u vazduhu koja obezbjeđuje slobodno prenošenje plamena u svim smjerovima. Definicija prema JUS B.Z1.065 glasi: Donja granica eksplozivnosti koncentracije-minimalna masa prašine u jedinici zapremine vazduha, koja stvara smješu sposobnu za eksploziju, u gramima po kubnom metru.

6. Minimalna doza eksplozivnosti (MDE) predstavlja takvu količinu eksplozivne supstance

kod koje eksplozija u ograničenom prostoru prouzrokuje porast pritiska od 5 kPa

(0,05bara), odnosno predstavlja najmanju količinu prašine koja je sposobna da se upali. Po definiciji bi mogla da se poistovjeti sa DGE.

7. Minimalna temperatura upale, tz (0C) oblaka prašine predstavlja najnižu temperaturu pri kojoj se pali smješa prašina-vazduh. Ovaj parametar se određuje u aparaturi poznatoj pod imenom „Godbert-Greenwaldova” peć.

8. Minimalna temperatura upale prašine u sloju, t5mm (0C). Obično je standardima predviđena debljina sloja 5mm.

9. Minimalna energija upale, Emin (mJ) kako sam naziv kaže predstavlja najmanju potrebnu

energiju za upalu suspenzije prašina-vazduh.

10. Pokazatelj eksplozivnosti Kst,max jednak je maksimalnoj vrijednosti dp/dtmax utvrđenoj u karakteristici eksplozivnosti prašine i preračunate na zapreminu od 1m3, prema izrazu:

)(max 13 sbarmVdtdpKst . Ovaj pokazatelj predstavlja konstantu koja određuje

maksimalni obim porasta pritiska sa vremenom (dp/dt)max u zapremini “V”. (zapremina autoklava aparature)

Kriterij za klasifikaciju prašina prema eksplozivnoj sposobnosti, a samim tim i opasnosti, ako je posmatramo sa aspekta čiste logike brojeva, odnosno u ovom slučaju vrijednosti Kst, je logičan i neupitan. Ali postoji jedan faktor koji treba imati na umu, a to je kako i gdje nastaje eksplozivna prašina koja se klasificira, intenzitet izdvajanja, taloženja kao i vremenski faktor rizika u kojem nastala prašina stvara opasnu koncentraciju, odnosno koncentraciju iznad donje granice eksplozivnosti. Ako poredimo vrijednost Kst ugljene prašine u odnosu na neke druge, kao npr. prašine aluminijskog praha, čije su vrijednosti Kst daleko više i po pravilu (ovisno o kojoj vrsti aluminijuma se radi) ovaj prah svrstava u klasu 3. Ugljene prašine se po kiterijumu Kst svrstavaju u slabo eksplozivne, obzirom da ovaj parametar eksplozivnosti kod ovih prašina ne prelazi 200 m·bar/s, odnosno rijetko je iznad 100 m·bar/s.

Prema navedenoj međunarodnoj klasifikaciji, sve ugljene prašine se mogu svrstati u klasu St1 (slabo-umjereno eksplozivna). Ova činjenica navodi na zaključak da se ovakva klasifikacija odnosi na laboratorijske uslove, a ne uzmima se u obzir ambijent u kojem se ta prašina generiše i čini potencijalnu opasnost. Prije svega, ovdje mislimo na jamske uslove gdje ugljena prašina i te kako ima uslove da razvije eksploziju sa katastrofalnim posljedicama. Činjenicu da se ugljena prašina mora posebno posmatrati u kontekstu njenih eksplozivnih osobina u odnosu na ostale prašine uočio je i Poljski naučnik Cybulski koji je dao definiciju donje granice eksplozivnosti za ugljenu prašinu koja glasi:

Donja granica eksplozivnosti, DGE (g/m3) predstavlja najmanju količinu prašine po jedinici zapremine prostorije koja je uzvitlana u vazduhu dovoljna za održavanje sagorjevanja i prenosa fronta plamena duž prostorije. Prema ovoj definiciji DGE se smatra najmanja količina prašine po jedinici zapremine u vazduhu koja obezbjeđuje sigurno prenošenje plamena u svim smjerovima. Dakle, Cibulsky je izdvojio ugljenu prašinu od ostalih eksplozivnih prašina, jer se po pravilu za ostale prašine za donju granicu eksplozivnosti smatra ona koncentracija u jedinici zapremine vazduha pri kojoj se može upaliti eksplozivna smješa. Tim pravilom se nisu rukovodili autori izrade JUS standarda. Definicija prema JUS B.Z1.0655 koji je inače rudarski standard glasi: Donja granica eksplozivnosti koncentracije-minimalna masa prašine u jedinici zapremine vazduha, koja stvara smješu sposobnu za eksploziju, u gramima po kubnom metru. Ako posmatramo sam termin donja granica eksplozivnosti, može se zaključiti da definicija JUS-a DGE posmatra u svjetlu laboratorijski dobivene vrijednosti ovog eksplozionog parametra. DGE se definira kao najniža zapaljiva koncentracija prašine u smješi prašina/vazduh u kojoj je pri sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku moguće rasprostiranje plamena u svim smjerovima podržano porastom pritiska u eksperimentalnoj aparaturi. Osnovna opasnost koja nastaje kod prisustva ugljene prašine na radilištima podzemnih rudnika veže se uz pojavu prenošenja eksplozije ugljene prašine. Ako posmatramo ugljenu prašinu u jamskim uslovima, onda definicija Cybulskog ima svoju opravdanost jer je pripadajuća vrijednost uzimana DGE kao kritična/dozvoljena koncentracija u jamskim prostorijama. Imajući u vidu značaj u praktičnom smislu, za ovakvu definiciju, korektan naziv bi bio Donja granica eksplozivno opasne koncentracije (DGOK). Jan Sliz, Krzysztof Cybulski, Zdzislaw Dyduch i Anna Fibich6 su prilikom utvrđivanja uticaja prisustva metana u jamskom zraku na eksplozivnost i upalu ugljene prašine došli do podatka o graničnoj eksplozivnoj koncentraciji prašine u ispitnom rovu koji oponaša jamske uslove koja odgovara vrijednost pritiska eksplozije mjerenog u komori, a koji iznosi p=1,5 bara. To znači da sve prašine, čiji pritisak eksplozije u komori 20 l (kod upotrebe izvora upale energije oko 3 kJ) prelazi 1,5 bar trebaju imati mogućnost prenosa eksplozije u rudničkom rovu, a samim time trebaju se smatrati za eksplozivno opasne prašine u podzemnom rudarstvu. Grafički se mogu prikazati dobiveni rezultati sa vrijednostima parametra pritiska pri različitim koncentracijama (ne u razmjeri).

Slika 1. Granične vrijednosti pritiska u ispitnom rovu Eksploziona karakteristika (Ek), po svojoj definiciji je ekvivalent Eksplozionog indeksa odnosno Pokazatelja eksplozivnosti (Kst). Eksploziona karakteristika je eksplozioni parametar karakterističan za ugljenu prašinu i kojim je eksperimentalno dokazana granična vrijednost ovog parametra pri kojem se eksplozija ne širi od mjesta nastanka i iznosi 70 bar/s. Vrijednost ovog parametra između 70 i 95 bar/s izražava sumnju da se radi o eksplozivno opasnoj prašini, a vrijednost Ek iznad 95 bar/s ispitivanu prašinu smatra eksplozivno opasnom.

Ek

(bar

/s)

Slika 2. Eksploziona karakteristika za ugljenu prašinu (ispitni rov )

Eksploziona karakteristika (eksplozivnost) se definira kvadratnim korjenom iz proizvoda srednjeg i maksimalnog vremenskog porasta pritiska, po slijedećoj formuli:

)/(max

max

sbarpdtdpEk

Pokazatelj eksplozivnosti Kst,max jednak je maksimalnoj vrijednosti dp/dtmax utvrđenoj u karakteristici eksplozivnosti prašine i preračunate na zapreminu od 1m3, prema izrazu:

)(max 13 sbarmVdtdpKst . Ovaj pokazatelj predstavlja konstantu koja određuje

maksimalni obim porasta pritiska sa vremenom (dp/dt)max u zapremini “V”. (zapremina autoklava aparature)

Slika 3. Klasifikacija prašina po parametru Kst Osnovna razlika između ova dva parametra je u tome što se kod Eksplozione karakteristike u obzir uzima, pored maksimalnog prirasta pritiska i prosječni prirast pritisak u jedinici vremena, odnosno u obrascu figurira maksimalni pritisak eksplozije proizveden tokom eksperimenta, što nije slučaj kod Pokazatelja eksplozivnosti. Klasifikacija prašina na slabo, srednje i jako eksplozivne se može posmatrati u okviru laboratorijskih rezultata, ali i u okviru praktičnih tehnoloških uslova pri kojima se generišu, zadržavaju u vazduhu i talože na radne površine. Jamska eksploatacija uglja sigurno zaslužuje izdvojeno posmatranje ove opasnosti, te se klasifikacija i terminološki pojmovi slabo, srednje i jako eksplozivna mora posmatrati u tom svjetlu. Poljska je izradila svoju klasifikaciju ugljene prašine prema eksplozivnosti za jamske uslove eksploatacije kako slijedi:

Slabo eksplozivne Kst,max ≤ 70m·bar/s Srednje eksplozivne 70mbar/s ≤ Kst,max ≤ 110m·bar/s Jako eksplozivne Kst,max > 110 m·bar/s

Dakle, u poređenju sa međunarodnom klasifikacijom, jako eksplozivne ugljene prašine odgovaraju slabo eksplozivnim klasificiranim po ISO 6184/1 (EN 26184/1), i to sa značajnom razlikom u vrijednosti parametra Kst. Isti princip se može primijeniti i za prašinu ugljenih slojeva u BiH, obzirom da imamo dovoljno spoznaje o vrijednost Kst,max parametra. Sljedeća tabela prikazuje parametre eksplozivnosti prašine ugljenih slojeva u Bosni i Hercegovini prema poslednjim ispitivanjima, iz elaborata o klasifikaciji i kategorizaciji jama po stepenu opasnosti od opasne ugljene prašine. Vidljivo je da Pokazatelj eksplozivnosti Kst kreće između 41 i 107 m·bar/s. Prema međunarodnom standardu to su slabo eksplozivne prašine. Prema Poljskoj nacionalnoj normi, srednje eksplozivne, obzirom da Kst ne prelazi vrijednost 110 m·bar/s.

Tabela 2.

MRKI UGLJEVI LIGNITI

RUDNIK ZENICA RUDNIK

BILA RUDNIK BREZA

RUDNIK BANOVIĆI

Jama "Stranjani“

Jama „Raspotočje“

Separacija Zenica

Rudnik „Bila“ Jama „Kamenice“ Rudnika „Breza“

Jama „Kamenice“ Rudnika „Breza“

Jama „Omazići“

RMU „Banovići“

Rudnik „Mramor“ Glavni sloj, revir

„Mramor“

Rudnik „Mramor“ Glavni sloj, revir

„Mramor“

Rudnik „Mramor“

Glavni sloj, revir „Marići“

Vrsta prašine

Parametar

Nataložena Nataložena Nataložena Nataložena Iz sloja Nataložena Iz sloja Iz sloja Nataložena Nataložena

Pmax (bar) 7,8 8,6 7,3 6,8 5,9 6,8 8,4 7,6 7,8 6,6

Kstmax (m·bar/s)

65 107 96 41 41 40 - 104 82 65

DGE (g/m3) 70 50 70 50 40 40 140 70 150 85

tcl (0C) 544 549 549 510 425 415 485 420 470 502

t5mm (0C) 300 340 280 290 >400 310 - 260 260 220

MIE(mJ) 48,6<Wmin<64,

0 29,4<Wmin<38,

4 270<Wmin<360 >7400 >7400 >7400 >7400 84,0<Wmin<98,0 3700<Wmin<4200 6,15<Wmin<7,20

dp/dt (bar/s) 238 394 343 149 153 359 243 500 301 276

Ostali parametri eksplozivnosti prašine ugljenih slojeva u BiH prikazani u tabeli kreću se u relacijama: Maksimalini pritisak (Pmax): 6,6 – 8,6 bara Donja granica eksplozivnosti (DGE): 40 – 140 g/m3 Temperatura upale oblaka prašine (tcl): 415 – 549 0C Temperatura tinjanja prašine u sloju (t5mm): 220 - >400 0C Minimalna energija upale oblaka prašine (MIE): 6,15<Wmin<7,20 do > 7400mJ Maksimalni prirast pritiska dp/dt (bar/s): 149-500 bar/s Eksploziona karakteristika kao parametar eksplozivnosti se ne prikazuje u izvještajima laboratorije u kojoj su rađeni opiti (GIG Katowice-Poljska). Izvještaj laboratorije u kojem nije prikazan ovaj parametar ne limitira korisnika da u njegovom korištenju obzirom da se taj parametar dobije računskim putem, prema ranije navedenom obrazcu.

Minimalna energija upale oblaka prašine je bitan parametar eksplozivnosti koji predstavlja osjetljivost suspenzije prašina/vazduh na određenu energije izvora upale. Klasifikacija prašina po ovom parametru se naziva A/B klasifikacija, odnosno, zapaljiva i nezapaljiva. Klasificiranje se zasniva na vizualnom promatranju upale i širenja plamena, a kod paljenja hemijskim upaljačem na praćenju porasta pritiska. Evropski standard za testiranje eksplozivnosti i klasifikaciju po kriteriju minimalne energije upale oblaka prašine je trenutno u pripremi. Ispitivanjem u modifikovanoj Hartmann-ovoj aparaturi prašina se klasificira u A i B klasu, odnosno zapaljivu i nezapaljivu. Takozvana A/B klasifikacija. Skupina A (opasna prašina) – podrazumijeva da se plamen od izvora paljenja širi po oblaku i takva prašina se klasificira kao goriva i potencijalno eksplozivna. Skupina B (neopasna) – plamen se ne propagira dalje od izvora paljenja i klasificira se kao negoriva (neopasna) prašina Ovo je, kao što vidimo prilično jednostavna klasifikacija. Evropski standard koji je u pripremi će sigurno dati odgovore na pitanja koja se postavljaju kod ovakve klasifikacije obzirom na to da će se sigurno u klasi B naći manji broj prašina. Ako se ispitivanjem ne utvrdi upala/eksplozija u modifikovanoj Hartmann aparaturi, a postoji sumnja da ispitivana prašina ipak posjeduje određene zapaljive, odnosno eksplozivne osobine, ispitivanje se nastavlja u komori zapremine 20 dm3 – (bombi) za konačnu ocjenu i klasifikaciju. Određivanje minimalne energije upale smješe oblaka prašina/zrak daje vrlo egzaktne pokazatelje o osjetljivosti na zapaljivost pri malim energijama reda miliđula (mJ). Zavisno od raspona veličine energije kojom raspolaže aparatura, a obično se kreće reda 1 – 7000 mJ, ispitivanjem osjetljivosti uzorka na zapaljivost u ovom rasponu daje nam izuzetno važan podatak o zapaljivim osobinama ispitivanog uzorka, odnosno osjetljivost date prašine na

inicijatore niske energije, a samim time i ugroženosti određene lokacije eksplozivnom smješom prašina/zrak na kojoj je uzorak uzet. Važnost parametra minimalne energije upale prašina/zrak leži u činjenici da nas upozorava u kakvoj je trenutnoj ugroženosti pojedini dio radnog prostora jamskog ili industrijskog pogona sa aspekta mogućnosti nastanka upale i koje su to energije u mogućnosti da izazovu eksploziju na tim konkretnim lokacijama. Prednost metode kojom se utvrđuje minimalna energija upale oblaka prašine je u tome što se za relativno kratko vrijeme mogu dobiti podaci o stanju ovog parametra (ukoliko se posjeduje aparatura) za konkretne dijelove pogona ili radnih mjesta u tehnološkom procesu. Dakle, ovaj parametar je dobro znati za procjenu rizika i preduzimanje mjera profilaktike. Ukoliko se ispitivanjima koja se rade u laboratoriji utvrde mogućnosti paljenja smješe ugljene prašine i zraka električnom iskrom reda ispod 100 mJ, na bilo kojem uzorku, bilo koje učestalosti upale, tada se opravdano za tu lokaciju jamskog ili industrijskog pogona može dati ocjena „izuzetno rizična“ sa stanovišta upale smješe prašina/zrak iskrom ili nekim drugim izvorom upale male energije. Kod kategorizacije jama i jamskih prostorija u rudnicima uglja, trenutno se ovaj parametar se ne uzima u obzir niti kod jedne ocjene ugroženosti prostora. Može se postaviti pitanje uloge ovog parametra eksplozivnosti kao faktora za ocjenu ugroženosti jamskih prostora, dijelova ili pojedinih tačaka sa stanovišta osjetljivosti ugljene prašine na niske energije kao moguće inicijatore upale. Ovaj parametar se u poslednje vrijeme uvrštava u laboratorijskim izvještajima, što se vidi u prethodnoj tabeli. Vrijednost parametra minimalne energije upale oblaka ugljene prašine se za sada koristi kao informacija koja je neobavezna, ali je dobro za znati. Poslednjih godina je u uz pomoć modificirane Hartmann-ove aparature (samogradnja-udruženje Atex Tuzla) istražen ovaj parametar za lignite i mrke ugljeve ugljenih slojeva u BiH. Dobiveni rezultati istraživanja su po prvi put dali odgovore o vrijednostima minimalne energije upale prašina ugljenih slojeva u BiH. Najvažniji podatak dobiven eksperimentima je da vrijednost energije električne iskre potrebne za upalu uskovitlane ugljene prašine u zraku može da iznosi i ispod 10 mJ. Ovu eksperimentalno dokazanu činjenicu treba imati na umu kod poređenja opasnosti od eksplozivnih gasova i eksplozivne ugljene prašine. Uporedne vrijednosti minimalne energije upale smješe prašina/zrak, dao je Wolfgang Bartknecht7 prestavivši to sljedećim dijagramom.

Slika 2. Uporedne vrijednosti minimalne energije upale smješe gas/zrak i smješe prašina/zrak 7 (W.Bartknecht - Staubexpolsionen) Sumporna prašina, aluminijska prašina, antioksidanti, lycopodium, kukuruzni skrob, brašno graška itd. su u rangu zapaljivih gasova kao što su: hidrogen, sumpor-ugljik, amonijak itd. Ilustracije radi, na sljedećim slikama je prikazan izgled električne iskre različite energije. (Modificirana Hartmann aparatura, udruženje Atex Tuzla)

Slika 3. Izgled iskre različite energije

Iskra energije 16mJ Iskra energija 7000mJ

Iskra energije 16mJ je u stanju upaliti oblak ugljene prašine uz uslove koji podrazumijevaju optimalnu koncentraciju, sadržaj vlage i granulometrijski sastav. Ovaj podatak nas upućuje na poređenje ugljene prašine i aluminijskog praha koji spada u najzapaljivije prašine sa niskom energijom upale i visokim vrijednostima eksplozionh parametara (Kst). Na sljedećoj slici su date uporedne vrijednosti parametara maksimalnog prirasta pritiska (dp/dt)max i maksimalnog pritiska Pmax za ove dvije vrste prašina.

Slika broj 3. Vrijednosti maksimalnog prirasta pritiska (dp/dt)max i maksimalnog pritiska Pmax

kod iniciranja eksplozije u posudi 1m3 zapremine, sa različitim vremenom kašnjenja između disperzije i upale kod ugljene prašine i aluminijske prašine (Rolf K Eckhoff Dust explosions in the process industries-second edition str.3428 - Bartknecht 1971.) Ispitivanje u svijetu također pokazuju niske vrijednosti parametra minimalne energije upale oblaka, koji ugljenu prašinu svrstava u lako zapaljive što se vidi i u narednoj tabeli Stahl group9 gdje su navedeni primjeri zapaljivih i eksplozivnih parametara prašina različitog porijekla.

Primjeri eksplozivnih karakteristika prašina Beispiele für Explosionskenngrößen von Stäuben 9

Supstanca Substanz

Tzünd [°C] Tglimm [°C] ØEmin[mJ] Emin [mJ]

Drvo ≥ 410 ≥ 200 ≥ 100 6 Mrki ugalj ≥ 380 ≥ 225 - 5

Kameni ugalj ≥ 500 ≥ 240 ≥ 1000 13 PVC ≥ 530 ≥ 340 ≥5 <1

Aluminium ≥ 560 ≥ 270 ≥5 <1 Sumpor ≥ 240 ≥ 250 10 5

Lycopodium ≥ 410 - - -

Činjenica da je sa tako malim energijama električne iskre moguće izazvati upalu oblaka ugljene prašine, bez obzira na stepen vjerovatnoće, ukazuje da se opasnost od eksplozije uskovitlane ugljene prašine mora analogizirati sa opasnošću od jamskih gasova, a u procesnoj industriji gdje je ugalj energent, mjere zaštite se moraju prilagoditi toj činjenici. Svakako da, kada se poredi ugljena prašina sa drugim zapaljivim prašinama i daju uporedne vrijednosti eksplozionih parametara, kao što je u ovom slučaju, treba imati u vidu činjenicu da predmetni uzorak ugljene prašine nije generalni reprezent ugljenih prašina uopšteno, nego samo ugljenog sloja, pa čak i njegovog dijela, odnosno mikrolokcije sa koje je uzet. Osobine ugljene prašine ovise od vrste uglja, geološke starosti, odnosno stepena karbonifikacije, njegovog mineraloškog i petrografskog sastava itd. Iskustva kod laboratorijskih opita eksplozivnih osobina ugljene prašine pokazuju da se, i kod uzoraka istog ugljenog sloja, uzetih sa različitih lokacija dobivaju različiti rezultati. Na sljedećoj slici je dat presjek lignitskog ugljenog sloja (I krovni sloj, Rudnik „Bukinje“- Rudnici „Kreka“ u Tuzli). 12

34o 20,

2,20

0,03 0,500,08

0,02

1,50

0,01 0,200,02 0,550,04

0,910,120,05

0,34

0,030,53

0,040,60

0,380,12 0,220,020,06

0,12

0,340,72

0,620,12 0,500,08 0,750,05 0,60

0,400,04

0,30

Debljinasloja

Debljinasloja

13,21 m13,21 m

Debljina jalovih uložaka

Debljina jalovih uložaka

1,05 m1,05 m

Debljina čistog uglja

Debljina čistog uglja

12,6312,63

Nagib slojaNagib sloja Smjer

pružanja

Smjer pružanja Datum:

Datum:

12.2004.12.2004.

Lokacija uzimanja profila

XV sprat

P o d i n a

K r o v i n a

Strukturni profil sloja jame I krovni sloj - revir "Zapad" Rudnika "Bukinje" u Bukinju

Ugljene serije

Jalovi proslojci

p i j e s a k

g l i n o v i t

i l a p o r a

c

Profilsnimio

Profilsnimio

XXI sprat

34o 20,Rukovodilacmjerništva

Rukovodilacmjerništva

Užičanin FetijaUžičanin Fetija

Užičanin FetijaUžičanin Fetija

XXI sprat

146

99 85 76 75

145 144B-5

143 142B-4 B-3

86

URZ 1/4

URZ 1/

3

Slika broj 4. Ugljeni sloj rudnika na lokaciji „Bukinje“

Jasno su vidljivi naizmjenični slojevi ugljenih i jalovih umetaka unutar ugljenog sloja. Pored makroskopski vidljivog složenog sastava ugljenog sloja, postoji i različitost u građi ugljena koja je uslovljena prije svega od vrste biolita kao ishodišnog materijala od kojeg je nastao. Heterogenost u sastavu uglja je dakle osnovni uzrok različitog ponašanja uzoraka prašine, što je i osnovni razlog zbog kojeg se ugljena prašina mora posmatrati izdvojeno od ostalih prašina konzistentnog hemijskog sastava. Na sljedećoj slici su grafički prikazani rezultati mjerenja minimalne energije upale oblaka prašine lignitskih ugljenih slojeva u BiH. Vidljivi su rasponi kretanja ovog eksplozionog parametra kod ugljenih slojeva istog ranga, a također je detaljnim ispitivanjima utvrđena nekonzistentnost rezultata i kod uzoraka prašine iz istog ugljenog sloja, sa različitih lokacija.

0

100

200

300

400

500

600

E2 E1 E2 E1 E2 E1 E2 E1

nesušen uzorak sušen uzorak nesušen uzorak sušen uzorak

čist uzorak uzorak iz sloja

mJ

LignitiEnergije E2 i E1

Bukinje

Mramor -"Mramor"

Mramor -"Marići"

Stanari

Gacko

Slika broj 5. Vrijednosti parametara minimalne energije upale oblaka prašine lignita u BiH Vrijednosti parametra E2 kreću od cca 30,3 mJ pa do preko 500mJ. Parametar E2 predstavlja najnižu energiju pri kojoj se upala desila unutar deset uzastopnih pokušaja, a E1 vrijednost najviše energije pri kojoj se kojoj se upala ne događa pri deset uzastopnih pokušaja. ZAKLJUČAK Klasifikacija zapaljivih/eksplozivnih prašina prema parametru eksplozivnosti Kst je mjerilo rezultata dobivenih laboratorijskim putem prema standardnim metodama. Terminologija kojom se karaketrišu prašine u slabo/umjereno, jako i izuzetno jako eksplozivna je također u skladu sa rezultatima opita u laboratorijskim uslovima. Realne opasnosti od moguće upale i eksplozije prašina ne korespondiraju sa redoslijedom podjele od slabo do jako eksplozivne. Uslovi u kojima nastaju ovakve prašine kao i ambijent u kojem egzistiraju čine slabo/umjereno eksplozivne opasnijim od jako eksplozivnih. Ugljena prašina u jamskim uslovima eksploatacije je sigurno jedna od takvih.

Realna procjena opasnosti od eksplozije na osnovu koje se određuju zaštitne mjere, mora počivati na poznavanju svih fizikalnih osobina predmetne prašine. Prvobitnim ispitivanjima ugljene prašine, poseban značaj je pridavan donjoj granici eksplozivnosti (DGE) kao odlučujućem parametru u procjeni opasnosti jamskog pogona i eksplozionoj karakteristici (Ek) kao parametru kojim se utvrđuje mogućnost širenja eksplozije duž jamskih prostorija. Kasnijim ispitivanjima se, a povodeći se međunarodnim standardom ISO 6184/1 (EN 26184/1) u laboratorijskim izvještajima izuzima Ek i zamjenjuje sa parametrom pokazatelj eksplozivnosti Kst. Pored ovog parametra, u laboratorijskim izvještajima se u poslednje vrijeme prikazuje i parametar minimalne energije upale oblaka prašine MIE. Vrijednosti ovog prametra upozoravaju na statički elektricitet kao mogući uzrok upale eksplozivne smješe prašina/zrak. Imajući u vidu navedene specifičnosti ugljene prašine u smislu njene nekonzistentnosti, eksploziona karakteristika ima svoje mjesto u sagledavanju opšte slike eksplozivnih osobina ispitivanog uzorka kao i parametar minimalne energije upale oblaka prašine MIE. Električni otpor prašine u slojevima prema (EN 61241-2-2:1995)10 se do danas nije ispitivao i za ovaj parametar nema podataka za prašinu BiH ugljenih slojeva. Realna i potpuna slika opasnosti može se dobiti samo uz sveobuhvatno sagledavanje svih eksplozionih parametara.

LITERATURA

1. American Society for Testing and Materials (Američka udruga za ispitivanje i materijale) (ASTM) Metoda E 1226.

2. National Fire Protection Association (NFPA) Standardi 68 (1994) 3. Verein Deutscher Ingeniere (Njemačka udruga inženjera) (VDI) Metoda 3673 (1995) 4. ISO 6184/1 (EN 26184/1): Explosion protection systems-part 1: determination of

explosion indices of combustible dusts in air (Sistemi zaštite od eksplozije – dio 1. Utvrđivanje parametara eksplozivnosti prašine zapaljive u vazduhu )

5. JUS B.Z1.065.: Metode određivanja eksplozivnosti ugljene prašine 6. J.Sliz, K.Cybulski, Z.Dyduch, A.Fibich.: Uticaj prisustva metana u jamskom zraku na

eksplozivnost i upalu ugljene prašine, Katowice, GIG Naučni Radovi Br. 838, 1999.godina

7. Bartknecht W.: Staubexplosionen – Mindestzündenergie MZE brennbarer Stäube (Minimalna energija paljenja kod zapaljivih prašina) Freiburg, April 2004.

8. Eckhoff Rolf K.: Dust Explosions in the Proces Industries, Second edition, 1997. 9. R. STAHL.: Technology Group: Explosionsschutz ( Osnove-prašina, zaštita od

eksplozije) 10. Električni uređaji za upotrebu u zapaljivoj prašini -- 2. dio: Metode ispitivanja -- 2.

odjeljak: Metoda određivanja električnog otpora prašine u slojevima (IEC 61241-2-2:1993+Corr.:1994; EN 61241-2-2:1995

11. M.Delalić: Minimalna energija upale oblaka prašine lignita i mrkih ugljeva BiH, doktorska disertacija 2012.

12. M.Delalić: Kategorizacija jame i klasifikacija jamskih prostorija jame I krovni sloj revir Istok, Rudnika „Bukinje“ 2004.