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27.5.1974
18.42.1 I 2
Kohlenstaub-Prüfbestimmungen
A 2.7Bestimmungen
des LOBA NW
für die Prüfung und Beurteilung der Explosionsgefährlichkeit von
Kohlenstaub (Kohlenstaub- Prüfbestimmungen)
vom 27.5.1974Inhaltsübersicht
1.: Geltungsbereich
2.: Begriffsbestimmungen2.1.: Explosionsgefährlichkeit
2.2.: Erschlossenes Flöz
2.3.: Kohlenstaub
2.3.1.: Natürlicher Kohlenstaub
2.3.2.: Künstlicher Kohlenstaub
3.: Anforderungen3.1.: Gefäßversuche
3.2.: Streckenversuche4.: Prüfungen
4.1.: Probenahme
4.1.1.: Schlitzprobe
4.1.1.1.: Allgemeines
4.1.1.2.: Vorbesprechung
4.1.1.3.: Entnahme
4.1.2.: Großprobe
4.1.2.1.: Allgemeines
4.1.2.2.: Entnahme
4.1.3.: Natürliche Probe
4.1.3.1.: Allgemeines
4.1.3.2.: Probenahme und Entnahmestellen
4.2.: Probenvorbereitung
4.2.1.: Schlitzprobe
4.2.1.1.: Allgemeines
4.2.1.2.: Vorbrechen
4.2.1.3.: Mischen und Mitteln
4.2.1.4.: Abschwimmen
4.2.1.5.: Feinmahlung
4.2.2.: Großprobe
4.2.2.1.: Teilprobe I
4.2.2.1.1.: Feinmahlung
4.2.2.1.2.: Mischen
4.2.2.2.: Teilprobe II
4.2.2.2.1.: Beschreibung der Mahlanlage
4.2.2.2.2.: Feinmahlung
4.2.2.2.3.: Mischen
4.2.3.: Natürliche Probe
4.3.: Analysen
4.3.1.: Korngrößenbestimmung
4.3.2.: Immediatanalyse (Kurzanalyse)
4.4.: Gefäßversuche
4.4.1.: Beschreibung der Prüfeinrichtung
4.4.1.1.: Gefäß und Zündeinrichtung
4.4.1.2.: Meß- und Registriereinrichtung
4.4.2.: Durchführung der Prüfung
4.4.2.1.: Einwaage und Einbringen der Probe
4.4.2.2.: Explosionsversuch
4.4.3.: Auswertung der Meßdaten
4.4.3.1.: Maximaler Explosionsüberdruck
4.4.3.2.: Maximaler zeitlicher Druckanstieg
4.4.3.3.: Mittlerer zeitlicher Druckanstieg
4.4.3.4.: Explosionskennwert
4.4.4.: Darstellung der Meßergebnisse
4.4.5.: Überwachung der Prüfeinrichtung
4.5.: Versuche in der 200 m-Strecke (Streckenversuche)
4.5.1.: Beschreibung der Prüfeinrichtung
4.5.1.1.: Explosionsstrecke
4.5.1.2.: Initialkammer und Zündeinrichtung
4.5.1.3.: Meß- und Registriereinrichtung
4.5.2.: Durchführung der Prüfung
4.5.2.1.: Einwaage und Einbringen der Probe
4.5.2.2.: Explosionsversuch
4.5.2.3.: Reinigen der Explosionsstrecke
4.5.3.: Auswertung der Meßdaten
4.5.3.1.: Flammenlänge
4.5.3.2.: Flammenstandzeit
4.5.3.3.: Flammengeschwindigkeit
4.5.3.4.: Maximaler Explosionsüberdruck
4.5.4.: Darstellung der Meßergebnisse
4.6.: Sonstige Prüfungen
4.6.1.: Zünd- und Glimmpunktbestimmung
4.6.2.: Einfluß des Methans auf das Explosionsverhalten
5.: Beurteilung5.1.: Schlitzproben
5.2.: Großproben
5.3.: Natürliche Proben
6.: Prüfbescheinigung7.: Teilnahme an Prüfungen
8.: Aufbewahrung von Proben
9.: Verzicht auf Prüfungen
Anlage 1 . Labor-Siebkugelmühle
Anlage 2 . Stiftmühle Kolloplex 250Z
Anlage 3 . Kohlenstaubmischer
Anlage 4 . Selektive Mahlanlage
Anlage 5 . Explosionsgefäß V ungefähr 40 l
Anlage 6 . Meßanordnung für Gefäßversuch
Anlage 7 . Auswertung einer Explosionskurve (40 l-Gefäß)
Anlage 8 . 200 m Strecke
Anlage 9 . Meßanordnung für Streckenversuch
Anlage 10 . Ermittlung der Flammenstandzeit aus einer Fotozellenaufzeichnung
Anlage 11 . Ermittlung des maximalen Explosionsdrucks (Pex max ) in der 200 m Strecke
Anlage 12 . Darstellung von Flammenstandzeit und Flammengeschwindigkeit
Anlage 13. Grenze selbständiger Explosionsausbreitung für natürliche Kohlenstäube mit Medianwerten zwischen 15 und 30 µm nach Kontrollversuchen im 40 l-Gefäß1. Geltungsbereich
Diese Bestimmungen gelten für die Prüfung und Beurteilung von Kohlenstaub im Sinne des § 223 Abs. 2 der Bergverordnung für die Steinkohlenbergwerke (BVOSt) vom 20.2.1970. Prüfungen zum Nachweis, daß der Kohlenstaub der erschlossenen Flöze eine Kohlenstaubexplosion nicht weiterzuleiten vermag, sind von den anerkannten Fachstellen nach Maßgabe dieser Bestimmungen durchzuführen.
Alle Prüfverfahren, insbesondere die für künstliche Kohlenstäube, sind ausgelegt zur Beurteilung von Stäuben mit weniger als 20 % flüchtigen Bestandteilen i.waf.
Die Bestimmungen gelten für Stäube in Grubenhauen, deren Wetterströme nicht mehr als 1% CH4 enthalten. Bei höheren CH4-Gehalten ist der Einfluß des Methans auf das Explosionsverhalten des Kohlenstaubs zu berücksichtigen.
2. Begriffsbestimmungen
2.1. Explosionsgefährlichkeit
Kohlenstaub eines erschlossenen Flözes, der eine Explosion nicht selbständig weiterzuleiten vermag, gilt als explosionsungefährlich.
2.2. Erschlossenes Flöz
Als erschlossen gelten Flöze, wenn zu ihrem Abbau Vorrichtungsbaue angelegt sind. Bei flözgeführter Ausrichtung gilt ein Flöz auch dann schon als erschlossen, wenn in ihm sonstige Grubenbaue in der Kohle angelegt sind (z.B. Basisstrecken im Flözbergbau).
2.3. Kohlenstaub
2.3.1. Natürlicher Kohlenstaub
Als 'natürlicher' Kohlenstaub gelten alle Ablagerungen in Grubenbauen erschlossener Flöze, deren Korngröße kleiner als 0,5 mm ist (Siebdurchgang 0,5 DIN 4188).
2.3.2. Künstlicher Kohlenstaub
Als künstlicher Kohlenstaub werden solche Kohlenproben bezeichnet, die in Mahlanlagen nach Abschnitt 4.2.1.5, 4.2.2.1.1 oder 4.2.2.2.2 hergestellt sind.
3. Anforderungen
Ein Kohlenstaub, der als explosionsungefährlich gelten soll, muß folgenden Anforderungen genügen.
3.1. Gefäßversuche
Künstlicher Kohlenstaub darf bei Explosionen in einem Versuchsgefäß nach Abschnitt 4.4.1 den Explosionskennwert von 70 bar/s nicht überschreiten.
Natürlicher Kohlenstaub darf bei Explosionen in einem Versuchsgefäß nach Abschnitt 4.4.1 die Grenzwerte nach Anlage 13 nicht überschreiten.
3.2. Streckenversuche
Künstlicher Kohlenstaub darf in der Explosionsstrecke nach Abschnitt 4.5.1 die Explosion nach Abschnitt 5.2 nicht selbständig weiterleiten.
4. Prüfungen
4.1. Probenahme
4.1.1. Schlitzprobe
4.1.1.1. Allgemeines
Die Explosionseigenschaften von Kohlenstäuben können innerhalb eines Flözes erheblich schwanken. Deshalb ist es erforderlich, den gefährlichsten Flözbereich bzw. die Tendenz der Gefährlichkeitsänderung zu ermitteln. Dies geschieht durch Schlitzprobenuntersuchung.
4.1.1.2. Vorbesprechung
An Hand von markscheiderischen, petrographischen oder sonstigen Unterlagen des Bergwerksbesitzers, die Angaben über den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen enthalten, sind die Probeorte für die Schlitzproben festzulegen. Die Festlegung soll im Einvernehmen zwischen der Bergbehörde, dem Bergwerksbesitzer und der Fachstelle erfolgen.
Die Zahl der Schlitzproben richtet sich nach der Größe des zu begutachtenden Flözteils, den Lagerungsverhältnissen und den vorhandenen Aufschlüssen. Sie soll im allgemeinen zwischen zwei und fünf liegen. Bei gestörten Lagerungsverhältnissen und insbesondere bei merklicher Änderung der flüchtigen Bestandteile auf kurze Erstreckung kann eine höhere Probenzahl als fünf erforderlich sein.
4.1.1.3. Entnahme
Die Schlitzproben sind zweckmäßigerweise von einer geschulten Person der Fachstelle im Beisein eines Vertreters des Bergamts zu entnehmen. Die Probenahme muß mit einem geeigneten Gerät erfolgen, je nach Härte der Kohle mit einer Druckluft-Säge und/oder einem Spezial-Abbauhammer. Wettertuch o.ä. kann zum Auffangen des hereingewonnenen Gutes dienen.
An der Probenahmestelle soll eine durchschnittliche Flözausbildung gewährleistet sein. Im Abstand von weniger als 50 m von größeren Störungen sind Proben nicht zu entnehmen.
Die Probe soll am frisch angeschlagenen Kohlenstoß bzw. aus einem frischen Kohlenstoß entnommen werden. Bei längere Zeit offen stehenden Flözen sind die obersten Schichten zu entfernen, und zwar ca. 1 m bei fester Kohle und um einen größeren Betrag bei mürber Kohle. Alle Bergemittel und Packen am Hangenden und Liegenden, die mit in die Förderung gelangen, sind mitzuerfassen.
Nachdem der Kohlenstoß gerade gestellt worden ist, ist ein Schlitz über die ganze Flözmächtigkeit gleichmäßig breit, tief, kantig und bankrecht auszukerben. Es ist dafür zu sorgen, daß kein Probematerial aus der Umgebung des Schlitzes auf das Auffangtuch fällt. Die Probemenge soll 10 kg nicht unterschreiten.
4.1.2. Großprobe
4.1.2.1. Allgemeines
Ergeben die Prüfungen des Staubes der Schlitzproben (Gefäßversuche nach Abschnitt 4.4) keine eindeutige Aussage über das Explosionsverhalten, so ist eine Großprobenuntersuchung als Hauptprüfung erforderlich. Liegt nach dem Ergebnis der Schlitzprobenuntersuchung ein Staub im Grenzbereich der Explosionsgefährlichkeit, und hat sich eine deutliche Tendenz der Gefährlichkeitsänderung für ein Grubenfeld oder Teile desselben ergeben, so ist durch die Untersuchung von Großproben der Nachweis zu erbringen, ob eine Unterteilung in einen gefährlichen und einen ungefährlichen Flözteil durchgeführt werden kann. Die Festlegung der Entnahmestelle für Großproben soll im Einvernehmen zwischen Bergamt, Bergwerksbesitzer und Fachstelle erfolgen. Eine Beteiligung des Bergamts ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Untersuchungsergebnis der Schlitzproben keine zweifelsfreie Beurteilung zuläßt (Abschnitt 5.1.2).
4.1.2.2. Entnahme
Die Großprobe ist möglichst an der Stelle des Flözes zu entnehmen, deren Staub bei der Schlitzprobenuntersuchung - für den jeweiligen Beurteilungsbereich - die höchsten Explosionskennwerte ergeben hat (s. Abschnitt 4.4.4).
Unterscheiden sich die maximalen Explosionskennwerte mehrerer Schlitzproben nur unwesentlich, kann die Großprobe an einem Punkt gezogen werden, der fördertechnisch günstig liegt.
Die Großprobe ist möglichst mit dem Abbauhammer als Blockprobe hereinzugewinnen, wobei ein Feld über die ganze Flözmächtigkeit gleichmäßig breit, tief und bankrecht auszukohlen ist. Alle Bergemittel und Packen am Hangenden und Liegenden, die mit abgebaut werden sollen, sind mitzuerfassen.
Das Gewicht einer Großprobe soll etwa 1200 kg betragen. Ein Teil dieser Großprobe, etwa 200 kg, ist in Form einer 'vergrößerten Schlitzprobe' zu entnehmen und von dem übrigen Probegut gesondert zu halten. Aus dieser Teilprobe können Bergestücke schon unter Tage ausgelesen werden. Bei der Entnahme dieser Teilprobe ist besonderer Wert darauf zu legen, daß der Schlitz die gesamte Flözmächtigkeit erfaßt.
4.1.3. Natürliche Probe
4.1.3.1. Allgemeines
Unter natürliche Probe wird eine Staubprobe verstanden, die aus Ablagerungen betrieblich erzeugten Staubes entnommen wird. Diese Proben sind nur an solchen Stellen zu sammeln, an denen Verfahren nicht durchgeführt worden sind, mit denen abgelagerter Kohlenstaub unschädlich gemacht wird (Staubbindeverfahren, Gesteinstaubverfahren).
4.1.3.2. Probenahme und Entnahmestellen
Natürliche Proben sollen möglichst aus dem zu beurteilenden Flözbereich stammen. Sie sind in den Abbaustrecken zu entnehmen. Fehlen Abbaubetriebe im Beurteilungsbereich, können natürliche Proben auch in solchen Betrieben desselben Flözes entnommen werden, die in der Nähe liegen und zur Beurteilung geeignet erscheinen. Fehlen wegen Neuaufschlusses eines Flözes Gewinnungsbetriebe überhaupt, erstreckt sich die Probenahme auf die Auffahrstrecken.
Die Proben sollen möglichst vom Verzug und von den Streckeneinbauten stammen. Sohlenproben sollen nur in Ausnahmefällen genommen werden.
Die Probemenge soll möglichst so groß sein, daß Gefäßversuche durchgeführt werden
können.4.2. Probenvorbereitung
4.2.1. Schlitzprobe
4.2.1.1. Allgemeines
Um die Schlitzproben eines Flözes explosionstechnisch vergleichen zu können, müssen sie etwa gleichen Aschegehalt und gleichen Körnungsaufbau aufweisen. Deshalb sind die Proben abzuschwimmen und aufzumahlen.
4.2.1.2. Vorbrechen
Die gesamte Probemenge ist in einer Schlagmühle mit Siebaustrag vorzubrechen, so daß etwa 50 Gew.-% des Aufgabegutes kleiner als 0,5 mm sind.
4.2.1.3. Mischen und Mitteln
Nach Mischen des vorgebrochenen Gutes ist die Probe auf etwa 2 kg herunterzumitteln und der überschüssige Teil aufzubewahren (Standprobe).
4.2.1.4. Abschwimmen
Die Teilprobe von ca. 2 kg ist in einen 30 l-Behälter mit Tetrachlorkohlenstoff (Dichte rd. 1,6 g/cm3 ) zu geben und ca. 3 min einzurühren. Nach einer Wartezeit von 20 min erfolgt die Abtrennung des Schwimmgutes und die Trocknung im Luftstrom bei Raumtemperatur.
Nach dem Abschwimmen soll der Aschegehalt im Bereich von 3 bis 5 Gew.-% liegen. Wird dieser Bereich unterschritten, so ist durch Zugabe eines Teils der nicht abgeschwommenen Probemenge ein Aschegehalt von 3 bis 5 Gew.-% einzustellen. Wird ein Wert von 5 Gew.-% Asche infolge inniger Verwachsung von Kohle und Bergen überschritten, so ist der Einfluß des Aschegehaltes auf das Explosionsverhalten gesondert zu prüfen.
4.2.1.5. Feinmahlung
Die luftgetrocknete Probe ist in einer Labor-Siebkugelmühle (Anlage 1) so weit aufzumahlen, daß mindestens 95 % feiner als 71 µm sind. Da die Kornzusammensetzung die anschließenden Gefäßversuche stark beeinflußt, ist der Medianwert zu bestimmen. Der Medianwert soll 18 +- 3 µm betragen. Der Medianwert ist die Korngröße, bei der 50 Gew.-% größer und 50 Gew.-% kleiner als der angegebene Wert sind.
4.2.2. Großprobe
Die nach Abschnitt 4.1.2.2 entnommene vergrößerte Schlitzprobe, etwa 200 kg (= Teilprobe I), ist vor der weiteren Verarbeitung von sichtbaren Bergen zu befreien. Die Hauptmenge der Großprobe, etwa 1 t (= Teilprobe II), ist im Anlieferungszustand zu mahlen. Sind die Teilproben sehr feucht, so sind sie an der Luft zu trocknen.
4.2.2.1. Teilprobe I
4.2.2.1.1. Feinmahlung (Zwangszerkleinerung)
Die Zerkleinerung der nach Abschnitt 4.2.2 vorbereiteten Teilprobe I erfolgt in einer Stiftmühle (Anlage 2).
Die Feinheitseinstellung der Mühle ist so zu wählen, daß ein Medianwert des Mahlgutes von 21 +- 3 µm erreicht wird.
4.2.2.1.2. Mischen
Das durch Mahlung gewonnene Gut ist vor dem Streckenversuch durch maschinelles Mischen zu homogenisieren. Die Mischzeit in dem Mischer nach Anlage 3 beträgt 60 min.
4.2.2.2. Teilprobe II
Die Teilprobe II ist selektiv zu zerkleinern. Bei dieser Art der Mahlung soll das Haufwerk durch Fall und Reibung in ähnlicher Weise aufgeschlossen werden, wie bei Vorgängen, die bei der Kohlenförderung unter Tage zur Staubbildung beitragen.
4.2.2.2.1. Beschreibung der Mahlanlage
Der Aufbau der Mahlanlage für die selektive Zerkleinerung ist in Anlage 4 dargestellt. Die wesentlichen Teile dieser Mahlanlage sind eine langsam laufende Mahltrommel ohne Einbauten und ein Schwerkraftsichter. Der in der Mahltrommel entstehende Staub wird mit einem durch die Trommel geführten Umluftstrom ausgetragen und in einem Zyklon abgeschieden. Von hier aus gelangt der Staub in den Schwerkraftsichter, der das aus der Mahltrommel mitausgetragene Überkorn abscheidet. Es wird zur weiteren Zerkleinerung in die Mahltrommel zurückgeführt. Um einen Unterdruck im System aufrecht zu erhalten, wird ein Teilluftstrom abgezweigt, in einem Schlauchfilter gereinigt und ins Freie geführt.
4.2.2.2.2. Feinmahlung
Der Sichter ist möglichst so einzustellen, daß der selektiv zerkleinerte Staub dem sich unter Tage ablagernden Staub im Kornaufbau ähnelt. Der Vergleich der beiden Stäube erfolgt im Kornbereich unter 71 µm.
Wenn 15 Gew.-% der aufgegebenen Kohlenmenge als Staub abgezogen sind, ist der Mahlvorgang abzubrechen und das noch verbleibende Gut zu verwerfen.
4.2.2.2.3. Mischen
Die aus dem Schwerkraftsichter und dem Schlauchfilter gewonnenen Staubmengen sind nach Abschnitt 4.2.2.1.2 zu mischen.
4.2.3. Natürliche Probe
Aus der natürlichen Probe wird das Korn unter 0,5 mm durch Absieben gewonnen. Der Siebrückstand wird verworfen. Feuchte Proben sind an der Luft zu trocknen. Für den Vergleich des Körnungsaufbaus mit dem Mahlgut entsprechend Abschnitt 4.2.2.2.2 wird eine Teilmenge bei 71 µm abgesiebt.
4.3. Analysen
4.3.1. Korngrößenbestimmung
Die Korngröße ist durch Trockensiebung zu bestimmen. Als Siebe sind runde Metallrahmensiebe von 50 bis 80 mm Durchmesser zu verwenden. Als Bespannung dient Prüfsiebgewebe 0,025 bis 0,071 DIN 4188. Die Siebmaschine ist ein Alpine-Luftstrahlsieb. Die Siebung ist nach VDI 2031, Feinheitsbestimmungen an technischen Stäuben, durchzuführen.
Zur Auswertung sind die Siebrückstände des eingewogenen Staubes in Gew.-% in das RRSB-Netz nach DIN 66145 einzutragen, und zwar mindestens 3 Punkte im Bereich der Korndurchmesser 0,025 bis 0,071 mm. Die Ausgleichsgerade durch diese drei Punkte (Feinheitskennlinie) ist bis auf die Rückstands- bzw. Durchgangslinie 50 % zu verlängern. Der zu diesem Schnittpunkt gehörige Korndurchmesser ist der Medianwert.
4.3.2. Immediatanalyse (Kurzanalyse)
Die Kurzanalyse zur Bestimmung des Gehalts an Wasser, Asche und flüchtigen Bestandteilen erfolgt nach DIN 51718, 51719 und 51720. Der Wassergehalt ist als hygroskopische Feuchtigkeit in Gew.-% der lufttrockenen Probe anzugeben (i. an). Der Aschegehalt in Gew.-% ist auf wasserfreie Ausgangsstanz umzurechnen i. wf . Der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ist auf wasserfreie (i. wf) sowie auf wasser- und aschefreie Substanz (i. waf) umzurechnen.
4.4. Gefäßversuche
4.4.1. Beschreibung der Prüfeinrichtung
Der Aufbau der Prüfeinrichtung ist aus den Anlagen 5 und 6 ersichtlich.
4.4.1.1. Gefäß und Zündeinrichtung
Das Prüfgefäß ist ein kurzer Stahlzylinder mit gewölbten Böden. Es ist druckdicht ausgeführt; sein Inhalt beträgt ca. 40 l. Der Durchmesser des Zylinders entspricht der Maximallänge des Gefäßes. Einer der Böden ist abklappbar und wird mit einem Schnellverschluß verschlossen.
Als wesentliche Einbauten befinden sich im Innern eine Zündvorrichtung sowie eine Wirbeldüse zur Verteilung des Prüfstaubes. Die Wirbeldüse ist mit einem außerhalb des Gefäßes befindlichen Staubbehälter von ca. 0,4 l Inhalt über ein elektrisch gesteuertes Schnellschlußventil verbunden.
Zur Initiierung des Staub/Luft-Gemisches dient ein chemischer Zünder. Er besteht aus Zirkonium und geeigneten Sauerstoffträgern (Bariumnitrat und Bariumperoxyd). Bei einer Gesamteinwaage von 1,2 g gibt er bei der Verbrennung etwa 5 kJ ab.
4.4.1.2. Meß- und Registriereinrichtung
Zur Registrierung des Explosionsablaufs im Gefäß befinden sich in der Wandung des Gefäßes Anschlüsse für einen Kolbenindikator und einen Quarzdruckaufnehmer. Durch den Kolbenindikator wird der zeitliche Druckablauf im Gefäß unmittelbar auf einem Schreibstreifen aufgezeichnet. Der Papiervorschub beträgt 200 mm/s. Der Zeigerausschlag soll bei mindestens 2,5 mm/bar (= 200 mm/80 bar) liegen.
Mit Hilfe des Quarzdruckaufnehmers, einer elektronischen Verstärkungs- und Differenziereinrichtung sowie eines elektronischen Zählers können zusätzlich der Maximaldruck, der maximale zeitliche Druckanstieg und die Zeit von der Zündung bis zum Erreichen des Maximaldrucks mit Spitzenwertanzeigern erfaßt werden.
4.4.2. Durchführung der Prüfung
4.4.2.1. Einwaage und Einbringen der Probe
Der Staub ist in mindestens fünf unterschiedlichen Staub/Luft-Konzentrationen zu prüfen. Die den jeweiligen Konzentrationen entsprechende Staubeinwaage hat auf 1 g genau zu erfolgen. Die Prüfmenge wird in den Staubbehälter gegeben und mit Druckluft von 10 bar beaufschlagt.
4.4.2.2. Explosionsversuch
Nach Einbringen des chemischen Zünders und Verschließen des Explosionsgefäßes kann der Explosionsversuch durchgeführt werden, wobei programmgesteuert folgende Teilvorgänge ablaufen:
Nach Öffnen des Schnellschlußventils zwischen Staubbehälter und Explosionsgefäß tritt Staub/Luft-Gemisch über die Wirbeldüse in das Gefäß. 250 ms nach Öffnen des Ventils wird der Zünder elektrisch ausgelöst. Zusammen mit dem Öffnen des Schnellschlußventils laufen die Registriereinrichtungen an.
Für jede der vorgesehenen Staub/Luft-Konzentrationen ist die Prüfung dreifach durchzuführen. Der Bereich der unteren Zündgrenze ist zusätzlich zu den 5 unterschiedlichen Staub/Luft-Konzentrationen nach Abschnitt 4.4.2.1 zu bestimmen.
Nach jedem Explosionsversuch ist das Gefäß gründlich zu reinigen.
4.4.3. Auswertung der Meßdaten
Aus den Meßwerten der jeweiligen drei Parallelversuche ist das arithmetische Mittel zu bilden. Unterbleibt im Bereich der Explosionsgrenzen bei einem der drei Versuche eine Umsetzung des Staubes, so ist dieser Versuch bei der Mittelwertbildung nicht zu berücksichtigen.
4.4.3.1. Maximaler Explosionsüberdruck
Als maximaler Explosionsüberdruck (pmax ) wird der höchste aufgezeichnete Druck im Explosionsgefäß verstanden. Er setzt sich zusammen aus dem versuchsbedingten Vordruck und dem aus der Staubumsetzung resultierenden Druckanteil. Der versuchsbedingte Vordruck wird durch die einströmende Druckluft zum Verwirbeln des Staubes und den Druckanteil der Zünderumsetzung bestimmt. Er soll einen Überdruck von 0,1 bar nicht übersteigen.
4.4.3.2. Maximaler zeitlicher Druckanstieg
Aus den aufgezeichneten Druckkurven ist der maximale zeitliche Druckanstieg (dp/dt)max zu ermitteln. Durch den Punkt, in dem der ansteigende Teil der Druckkurve seine größte Steigung hat (Wendepunkt), wird die Tangente gezogen. Aus ihrer Neigung ( a ) zur Zeitachse errechnet sich der maximale zeitliche Druckanstieg der Reaktion (vergl. Anlage 7). Bei einem Papiervorschub von 200 mm/s und einem Druckmaßstab von 200 mm/80 bar ergibt sich beispielsweise (dp/dt )max = tg a · 80 (bar/s).
4.4.3.3. Mittlerer zeitlicher Druckanstieg
Aus dem maximalen Explosionsüberdruck (pmax ) und der Reaktionszeit vom Beginn der Zündung bis zum Erreichen des maximalen Überdrucks ( D t) ergibt sich der mittlere zeitliche Druckanstieg
(pmax / D t). Er wird aus dem Winkel ( b ) der Verbindungsgeraden zwischen Zündzeitpunkt und dem Zeitpunkt des maximalen Überdrucks sowie der Zeitachse ermittelt. Bei einem Papiervorschub
von 200 mm/s und einem Druckmaßstab von 200 mm/80 bar ergibt sich beispielsweise pmax / D t = tg b · 80 (bar/s).4.4.3.4. Explosionskennwert
Als Explosionskennwert wird die Quadratwurzel aus dem Produkt von mittlerem und maximalem zeitlichen Druckanstieg definiert: kex = Wurzel ((dp/dt max) · (pmax / D t)) (bar/s).
4.4.4. Darstellung der Meßergebnisse
In einem Diagramm sind die arithmetisch gemittelten Werte von maximalem Überdruck und Explosionskennwert über den verschiedenen Staub/Luft-Konzentrationen aufzutragen und durch einen ausgleichenden Linienzug zu verbinden.
4.4.5. Überwachung der Prüfeinrichtung
Da sich durch beabsichtigte oder unbeabsichtige Veränderung einzelner Teile der Versuchseinrichtung die Ergebnisse des Versuchsgefäßes ändern können, ist es erforderlich, das 40 l-Gefäß in regelmäßigen Abständen zu überwachen. Die Prüfeinrichtung ist durch Stäube mit bekannten Explosionseigenschaften zu justieren.
Als Prüfstaub für die Überwachung des Gefäßes ist ein Fettkohlenstaub zu verwenden, der folgenden Anforderungen genügen muß:
fl. Best. i. waf: 26,5-27,5 Gew.-%
Asche i. wf: 5-6 Gew.-%
Medianwert: 18 ± 3 µm,
kex max : 180 ± 10 bar/s.
4.5. Versuche in der 200m-Strecke (Streckenversuche)
4.5.1. Beschreibung der Prüfeinrichtung
Der Aufbau der Prüfeinrichtung ist aus den Anlagen 8 und 9 ersichtlich.
4.5.1.1. Explosionsstrecke
Wesentlichster Teil der Prüfeinrichtung ist eine 200 m lange, einseitig offene, glattwandige Stahlrohrstrecke von 1,8 m Durchmesser. Im unteren Streckenteil ist parallel zur Längsachse ein 0,85 m breites durchgehendes Blech eingeschweißt, das ein schmales Segment vom Querschnitt abtrennt. Rund 0,75 m oberhalb dieses Blechs ist entlang der Seitenwandung auf beiden Seiten je eine durchgehende Ablagefläche für den Prüfstaub angebracht. Die beiden Ablageflächen, die von 10 bis 80 m (die Längenangaben der 200 m-Strecke sind auf den Streckenabschlußflansch als Anfangspunkt bezogen) aus Holz und von 80 bis 150 m aus Stahlblech bestehen, sind ca. 0,13 m breit und haben einen Abstand von 0,17 m von der Streckenwandung. Zwei zusätzliche Ablageflächen sind auf jeder Seite von 10 bis 22 m vorhanden. Ihre Breite liegt bei 0,07 m, ihr Abstand von der Streckenwandung 0,13 m. Zwei von ihnen sind 0,40 m, die beiden anderen 1,20 m oberhalb des Bodenblechs befestigt.
Weitere Einbauten befinden sich nicht in der Strecke. Von 100 bis 116 m ist die Rohrstrecke durch ein stahlarmiertes Betonteil mit flächengleichem, aber quadratischen Querschnitt ersetzt.
Beim 9. Streckenmeter zweigt seitlich eine Rohrleitung von 1,0 m Durchmesser ab, die zu einer Absaugeeinrichtung führt. Durch einen Schnellverschluß gleichen Durchmessers ist die Absaugeleitung von der Explosionsstrecke getrennt. Der Verschluß kann nach einem Explosionsversuch gefahrlos von außen geöffnet werden, um die Explosionsschwaden abzusaugen. Eine Einstiegsöffnung in der Absaugeleitung dient zur besseren Beschickung und Befahrung der Explosionsstrecke.
4.5.1.2. Initialkammer und Zündeinrichtung
Am 6. Meter befindet sich in der Strecke ein Klemmrahmen zur Befestigung eines Abschlußschirms. Nach dem Anbringen der üblicherweise verwendeten Polyäthylenfolie von 0,05 mm Dicke entsteht so im vorderen Streckenteil eine gasdichte Initialkammer von ca. 15 m3 Inhalt.
Ein rechteckiger Düsenrahmen dient in Verbindung mit einem von außen angetriebenen Ventilator zur Eindüsung und Homogenisierung des einzufüllenden Erdgases. Der Düsenrahmen aus ¾ inch-Rohr ist 1,50 m breit und 4,65 m lang und enthält ca. 120 Bohrungen von 1,5 mm Durchmesser. Über einen handbetätigten Kugelhahn ist er mit einem Druckkessel von 700 l Inhalt verbunden. Zwischen dem Kugelhahn und dem Kessel befindet sich weiterhin ein elektrisch betätigtes Ventil, das von einem auf dem Kessel angebrachten Kontakt-Manometer gesteuert wird. Der Druckkessel ist über einen weiteren Kugelhahn mit der Erdgasleitung verbunden.
Das zur Prüfung benutzte Erdgas muß mindestens 80 % Methan und weniger als 16 % Stickstoff, es darf bis 4 % höhere Kohlenwasserstoffe enthalten. Bei niedrigerem Methangehalt muß durch Zugabe von Rein-Methan der geforderte Brennstoffanteil hergestellt werden.
In unmittelbarer Nähe des Abschlußflansches befindet sich in der Strecke ein 0,8 m langer Stahlmörser, der in der Längsachse ein Bohrloch von 0,05 m Durchmesser und 0,6 m Länge enthält. Zwei aus diesem Mörser abgeschossene Patronen Gesteinsprengstoff von je 125 g dienen als Zündinitial, wobei die Sprengstoffdetonation durch einen elektrisch ausgelösten Sprengmomentzünder einzuleiten ist.
4.5.1.3. Meß- und Registriereinrichtung
Zur Registrierung des Explosionsvorgangs sind Quarzdruckgeber, Flammenmelder und gelegentlich weitere Meßinstrumente zu verwenden. Vier Quarzdruckgeber zur Messung des statischen Explosionsüberdrucks sind am 5., 75., 135. und 195. m anzubringen.
Mindestens 12 'Fotozellen' in höchstens je 20 m Abstand sollen zur Ermittlung der Flammenankunftszeiten bzw. der Flammengeschwindigkeiten vorhanden sein. Die mit den lichtempflindlichen Widerständen ausgerüsteten Fotozellen haben das Maximum ihrer spektralen Empfindlichkeit bei 0,67 µm. Durch Infrarot-Strahlung werden diese Widerstände nur unwesentlich beeinflußt.
In Abständen von ca. 2 m - verteilt über die gesamte Streckenlänge - sind kurze PVC-isolierte Drahtstücke aufzuhängen, die zusätzlich zu den Fotozellen Aussagen über die Flammenlänge
zulassen.Sofern Quarzdruckgeber zur Messung des dynamischen Explosionsüberdrucks und Lichtschranken zur Bestimmung der Staub/Luft-Konzentration zur Erfassung zusätzlicher Explosionskenndaten eingebaut werden, muß der eigentliche Meßkopf mindestens 0,15 m von der Streckenwandung entfernt sein.
Die Quarzdruckgeber sind über Koaxialkabel an je einen Ladungsverstärker anzuschließen. Die hier abnehmbaren Ausgangs-Signale werden in Leistungsverstärkern nachverstärkt und dann den Schleifen eines Lichtstrahloszillographen zugeführt. Den Fotozellen muß eine Gleichspannung zugeführt werden. Sie ist so zu bemessen, daß die bei Lichteinfall auftretende Stromstärkeänderung über einfache, aus Widerständen bestehende, Anpassungsglieder an den oben genannten Lichtstrahloszillographen angeschlossen werden können. Die Anpassung der Lichtschranken erfolgt ebenfalls mit Hilfe entsprechender Widerstände. Es ist schließlich noch eine Einrichtung vorzusehen, die den Zündzeitpunkt eindeutig festhält und den Explosionsanlauf als Markierung zusammen mit den übrigen Aufzeichnungen auf einem Oszillogramm aufschreibt.
Eine Schaltwalze steuert und synchronisiert den Explosionsanlauf und die wichtigsten Meß- und Registriervorgänge.
4.5.2. Durchführung der Prüfung
4.5.2.1. Einwaage und Einbringen der Probe
Von den entsprechend den Abschnitten 4.2.2.1.2 und 4.2.2.2.3 gemischten Teilproben I und II sind je 140 kg abzuwiegen und Explosionsversuchen zu unterwerfen. Jede Probe wird für sich in Einzelgefäßen zu je 5 kg Inhalt in die Strecke gebracht. Das Auftragen des Staubes auf die Ablageflächen erfolgt von Hand. Vor dem Verteilen ist der Staub in den einzelnen Transportgefäßen durch Rühren aufzulockern. Der Staub ist vom 10. bis 150. Streckenmeter so zu verteilen, daß gleichmäßig verteilt auf beiden Ablageflächen etwa 1000 g/lfd. m Strecke vorhanden sind. Das entspricht rechnerisch einer Staub/Luft-Konzentration von 400 g/m3 .
4.5.2.2. Explosionsversuch
Nach dem Laden des Mörsers mit dem Initialsprengstoff und dem Sprengmomentzünder sowie dem Anschließen der Zünderdrähte an zwei isolierte Durchführungen in der Streckenwand ist die Initialkammer durch die Kunststoffolie zu verschließen. Wenn der Gefahrenbereich, insbesondere vor dem Streckenmundloch abgesperrt ist, sind der Druckkessel mit Erdgas auf 5,0 bar Überdruck
zu füllen und der handbetätigte Kugelhahn in der Zuleitung zum Düsenrohr zu öffnen. Durch manuelle Betätigung eines Schalters wird eine automatische Befüllung der Initialkammer in Gang gesetzt. Der Einlaßvorgang wird durch das Kontakt-Manometer unterbrochen, wenn der Überdruck im Druckbehälter auf 2,6 bar abgesunken ist.Der rechnerische Volumenanteil an Brenngas in der Initialkammer beträgt dann etwa
((5,0 - 2,6) bar · 0,7 m3 /1 bar · 15 m3 ) · 85 % = 9,5 %.
Zur Homogenisierung des Brenngas/Luft-Gemisches ist der in der Initialkammer vorhandene Ventilatorflügel 30 s lang zu betätigen und anschließend eine Gasprobe zur Analyse zu entnehmen.
Die Druckmeßeinrichtungen, der Lichtstrahloszillograph und die Spannungsversorgungen für die Fotozellen sowie die Lichtschranken sind zu diesem Zeitpunkt bereits eingeschaltet und betriebsbereit. Nach Betätigen der Starttaste der Schaltwalze laufen dann folgende Teilvorgänge ab:
Anlaufen der Registriereinrichtung, Einschalten des Zündstromkreises und ggf. Anlaufen bzw. Stillsetzen einer Filmkamera innerhalb der Strecke bzw. in der Nähe des Streckenmundlochs.
Außer den Meßwerten, die zur Beurteilung der Explosionsneigung des Staubes dienen, sind Temperatur, Luftdruck, relative Feuchte und der Explosionszeitpunkt genau zu erfassen.
4.5.2.3. Reinigen der Explosionsstrecke
Nach jedem Versuch ist die Explosionsstrecke sorgfältig zu reinigen. Auf dem Streckenboden und in Bodennähe abgelagerter Staub ist zusammenzufegen und in Behältern aus der Strecke zu bringen. Anschließend ist bei in Betrieb befindlicher Absaugevorrichtung der an der Streckenwandung haftende Staub mit Druckluft aufzuwirbeln und durch den Wetterstrom aus der Strecke auszutragen. Um auch die Initialkammer entsprechend reinigen zu können, ist ein im Abschlußflansch der Strecke befindlicher Schraubdeckel zu entfernen.
4.5.3. Auswertung der Meßdaten
4.5.3.1. Flammenlänge
Aus dem aufgezeichneten Oszillogramm ist zu entnehmen, bis zu welcher Entfernung vom Zündort die Explosionsflamme durch Ansprechen der Fotozellen erfaßt worden ist. Weitergehende Angaben über die Flammenlänge sind aus dem Verkohlungsgrad der Indikatordrähte abzulesen.
4.5.3.2. Flammenstandzeit
Die Zeitspanne zwischen Flammenankunft am Meßort und dem Zeitpunkt, zu dem sich die Schreibspur der zugehörigen Fotozelle bis auf 5 % des Maximalausschlags der Nullinie genähert hat, wird als Flammenstandzeit definiert. Dabei wird nicht das erste Abheben der Schreibspur von der Nullinie als Flammenankunft gewertet, sondern der Schnittpunkt der jeweiligen Nullinie mit der Geraden, die entsprechend Anlage 10 durch die Anstiegsflanke der Schreibspur gelegt wird.
4.5.3.3. Flammengeschwindigkeit
Die Flammengeschwindigkeit ist abschnittsweise für je zwei benachbarte Fotozellen zu ermitteln, indem der Fotozellen-Abstand durch die Zeitdifferenz dividiert wird, die sich aus den Oszillographenaufzeichnungen für diese beiden Fotozellen bezüglich der Flammenankunft ergibt.
4.5.3.4. Maximaler Explosionsüberdruck
Der maximale Explosionsüberdruck ist aus dem Oszillogramm zu entnehmen. Als Explosionsüberdruck wird nur die von der Kohlenstaubumsetzung bewirkte Druckerhöhung bezeichnet, d.h., von der im Oszillogramm aufgezeichneten Gesamt-Druckkurve ist die vom Initial herrührende Druckkurve abzuziehen. Die Initialdruckkurve ist im wesentlichen vom Brenngasgehalt in der Initialkammer abhängig. Deshalb sind Initialdruckkurven für verschiedene Brenngasgehalte zu ermitteln und nach ihnen angefertigte Schablonen für die Auswertung zu benutzen. Als maximaler Explosionsüberdruck gilt der Druck, bei dem die Differenz aus Gesamtdruck und Initialdruck ihren Höchstwert aufweist (Beispiel in Anlage 11).
4.5.4. Darstellung der Meßergebnisse
Für die beiden Teilproben I und II werden die Flammenstandzeit und die abschnittsweise gemittelte Flammengeschwindigkeit zeichnerisch dargestellt. Ein Beispiel ist in Anlage 12 aufgeführt.
4.6. Sonstige Prüfungen
4.6.1. Zünd- und Glimmpunktbestimmung
Zündpunktbestimmung aufgewirbelten Staubes und Glimmpunktbestimmung abgelagerten Staubes werden als zusätzliche Prüfungen durchgeführt.
4.6.2. Einfluß des Methans auf das Explosionsverhalten
Bei den Prüfungen zur Beurteilung des Explosionsverhaltens von Kohlenstaub ist der Einfluß des Methans dann zu berücksichtigen, wenn im freien Querschnitt der Grubenbaue Methangehalte der Wetter größer als 1 % zulässig sind. In diesen Fällen ist die Explosionsgefährlichkeit der hybriden Gemische (Methan/Kohlenstaub/Luft-Gemische) an der höchstzulässigen CH4-Grenze zu ermitteln.
Bei den höchstzulässigen CH4-Gehalten der Wetterströme müssen die Anforderungen nach Abschnitt 3 erfüllt sein, wenn der Kohlenstaub auch unter diesen Bedingungen als explosionsungefährlich gelten soll.5. Beurteilung
5.1. Schlitzproben
5.1.1. Der Staub eines erschlossenen Flözes ist als explosionsungefährlich zu bezeichnen, wenn bei keiner der aus dem Untersuchungsbereich entnommenen Schlitzproben der Explosionskennwert 70 bar/s, ermittelt nach Abschnitt 4.4, überschritten wird.
5.1.2. Liegt der maximale Explosionskennwert zwischen 70 und 95 bar/s, so ist aufgrund der Gefäßuntersuchungen eine eindeutige Beurteilung der Explosionsneigung nicht möglich. In diesem Fall ist die Untersuchung nach dem Streckenversuch durchzuführen. Bis zum Vorliegen des Ergebnisses des Streckenversuchs gilt dieser Staub als explosionsgefährlich.
5.1.3. Erreicht oder überschreitet ein Staub bei mindestens einer Staub/Luft-Konzentration den Explosionskennwert 95 bar/s, so ist der Staub in der Regel als explosionsgefährlich anzusehen. In Einzelfällen kann zur endgültigen Beurteilung des Staubes eine Großprobenuntersuchung zweckmäßig sein.
5.2. Großproben
5.2.1. Ein Staub gilt als explosionsungefährlich, wenn bei den Streckenversuchen mit jeder der Teilproben I und II die Flamme das Ende der Streuzone nicht erreicht und der maximale Explosionsüberdruck unter 0,2 bar gelegen hat.
5.2.2. Der Staub ist als explosionsgefährlich anzusehen, wenn in einem der Streckenversuche mit den Teilproben I und II oder in beiden Fällen die Flamme über die Streuzone hinausgeschlagen ist (Registrierung der Flamme beim 151. Meter) und/oder der maximale Explosionsüberdruck über 0,2 bar gelegen hat.
5.2.3. Sind bei einem der Streckenversuche mit den Teilproben I und II die Grenzwerte nur geringfügig überschritten worden, während es im zweiten Versuch nur zu einer Flammenverlängerung bis maximal 75 m gekommen ist, so kann das Ergebnis der Untersuchung natürlicher Staubproben für eine Beurteilung der Explosionsneigung dieses Staubes herangezogen werden. Bis zum Vorliegen dieses Ergebnisses gilt der Staub als explosionsgefährlich.
5.3. Natürliche Proben
Ergeben die nach Abschnitt 4.4 im Explosionsgefäß geprüften Proben des natürlichen Kohlenstaubs mit Medianwerten zwischen 15 und 30 µm Explosionskennwerte, die den für den jeweiligen Aschegehalt gültigen Grenzwert nach Anlage 13 nicht überschreiten, so gilt der Staub als explosionsungefährlich.
6. Prüfbescheinigung
Über das Ergebnis der Prüfungen hat die Fachstelle eine Prüfbescheinigung zu erstellen, die folgende Angaben enthalten muß:
1. Ort der Proben
2. Art der Proben
3. Ergebnisse der Immediatanalysen
4. Ergebnisse der Siebanalysen
5. Darstellung der Ergebnisse der Gefäßversuche nach Abschnitt 4.4.4
6. den maximalen Explosionsüberdruck nach Abschnitt 4.5.3.4 und
7. Darstellung der Ergebnisse der Streckenversuche nach Abschnitt 4.5.4.Werden neben den nach Abschnitt 4.1 bis 4.5 erforderlichen Prüfungen zusätzliche Prüfungen - z.B. solche nach Abschnitt 4.6 - durchgeführt, so sind die Beschreibungen der Versuchsdurchführung und die Ergebnisse im Prüfbericht gesondert anzugeben.
Alle Prüfungsergebnisse sind in einer abschließenden Beurteilung zusammenzufassen, in der zum Ausdruck kommt, ob der Staub der erschlossenen Flöze im Sinne dieser Bestimmungen explosionsungefährlich ist.
7. Teilnahme an Prüfungen
Dem Antragsteller ist die Teilnahme an den Prüfungen zu gestatten.
8. Aufbewahrung von Proben
Die für die Prüfungen nicht benötigten Restmengen von Schlitzproben und natürlichen Proben sind mindestens bis zum Ablauf von 3 Monaten nach Erstellung der Prüfbescheinigung aufzubewahren.
9. Verzicht auf Prüfungen
Auf Vorschlag der Fachstelle kann mit Zustimmung des Landesoberbergamts auf Prüfungen verzichtet werden.
Dortmund, den 27.5.1974
Landesoberbergamt NW
C o e n d e r s