Kömür madeninde yer altında metan gazına bağlı grizu patlaması
Kömür madeninde metan %15 olduğunda patlama olur mu?
2. Patlama benim bildiğim metanın en yüksek % 14 olduğunda gerçekleşir.
3. %15 olursa oksijen oranı %17.85 olur gibi görünüyor. Bu durumda patlama olmasa da yanma gerçekleşir gibi anlıyorum.
4. Ama bir de oksijen yanmaya uygun olmadığından yanma gerçekleşmez gibi bir görüş var.
Bu konularda senin fikrin nedir?
CEVAP:
Kömür ocaklarında metan gazı güvenliği ve patlama sınırları üzerine yürüttüğünüz mantık oldukça akılcı ve teknik temellere dayanıyor. Konuyu hem patlama limitleri (LEL/UEL) hem de stoichiometry (kimyasal oranlar) ve madencilik terminolojisindeki Coward Üçgeni (Yanma Diyagramı) prensipleri çerçevesinde adım adım inceleyelim:
1. Patlama Sınırları ve %15 Oranı:
*Alt Patlama Sınırı (LEL - Lower Explosive Limit): Metanın havayla oluşturduğu karışımda patlama yapabileceği en düşük oran genellikle %4 ile %5 arasındadır. Bu sınırın altındaki metan birikmelerinde ortamda yeterli yakıt olmadığı için patlama olmaz.
Üst Patlama Sınırı (UEL - Upper Explosive Limit): Bilinen ve kabul edilen üst sınır genellikle %14 - %15 civarındadır (bazı özel laboratuvar koşullarında %17'ye kadar çıkabilir). Yani %15 metan oranı, tam olarak üst patlama sınırının sınırında veya hemen üzerindedir.
2. Oksijen Oranı Hesabınız Doğru mu?
Matematiksel olarak yaptığınız hesap tamamen doğrudur:
Normal havadaki oksijen oranı yaklaşık %21'dir. Ortama %15 oranında saf metan girdiğinde ve havadaki diğer gazların yerini kapladığında (hacimsel olarak havayı sıkıştırdığı/deplasman yaptığı varsayımıyla), kalan %85'lik hava içindeki oksijen oranı yaklaşık %17.85 seviyesine geriler.
3. %15 Metan ve %17.85 Oksijen Varken Ne Olur? (Patlama / Yanma Olur mu?)
Bu noktada iki farklı görüş arasında kalınması çok normaldir; ancak madencilik fiziği açısından durum şöyledir:
A. Hacmin İçinde Doğrudan Patlama Olmaz ("Zengin Karışım" Durumu)
Metanın havayla en mükemmel (stokiyometrik) yanma ve en şiddetli patlama oranı %9.5 civarındadır. Bu oranda yakıt ve oksijen birbirini tam karşılar.
Metan oranı %15'e çıktığında ve oksijen %17.85'e düştüğünde, karışım "Zengin Karışım" (Fuel-Rich Mixture) bölgesine girer. Bu bölgede ortamda yakıt o kadar fazladır ki, mevcut oksijen bu metanın tamamını yakmaya yetmez.
Bu nedenle, bu gaz bulutunun tam ortasına bir kıvılcım çaksanız bile, gazın kendi kütlesi içinde zincirleme bir alev ilerlemesi (yani şiddetli bir hacim patlaması) gerçekleşmez. İlk bakışta bu durum size "yanma olmuyor" dedirten görüşü haklı çıkarır gibi görünür.
B. Ancak "Yanma / Patlama Olmaz, Güvenlidir" Düşüncesi Hayati Bir Yanılgıdır!
Ortamda %15 metan ve %17.85 oksijen varken durumun güvenli olduğunu söylemek imkansızdır, çünkü:
1. Sınır Tabaka (Dilüsyon) Tehlikesi: Yeraltında gazlar sabit durmaz. Bu %15'lik zengin metan bulutu, havalandırma akımının etkisiyle veya temiz havayla temas ettiği sınırlarda hemen karışmaya başlar. Karıştıltığı an oran %15’ten %14, %12, %10 ve %9.5’e (en şiddetli patlama noktasına) düşer. Temiz havayla buluştuğu o ara kesitte anında devasa bir patlama patlak verir.
2. Oksijen Azlığı (Boğuculuk): Oksijenin %17.85'e düşmesi insan hayatı için doğrudan akut bir tehlikedir (hipoksi, baş dönmesi, karar mekanizmasının bozulması ve kısa sürede bilinç kaybı yaratır).
3. KİT (Kızışma / İç Yangın) Riski: Kömür ocaklarında yüksek metan genellikle kömürün oksijenle yavaş yavaş oksidasyonu (kızışma) veya eski yangın bölgeleriyle ilişkilidir. %15 metan olan bir yerde arkada yürüyen bir iç yangın (spontane yanma) olma ihtimali çok yüksektir.
Özet olarak:
Sizin bildiğiniz gibi *(%14-%15 üst sınır): Saf fiziksel sınır olarak %15 metanın bulunduğu o spesifik hacmin merkezinde doğrudan bir patlama dalgası yürümez (çünkü oksijen oranı sınırlayıcıdır ve karışım zengindir). Bu açıdan "patlama olmaz" tezi teorik olarak kağıt üzerinde doğrudur.
Ancak ikinci görüşteki "yanma hiç olmaz / tehlikesizdir" algısı ölümcül bir tuzaktır: Çünkü maden ortamında bu gaz dinamiktir. Havalandırmanın eksik olduğu, taze havanın sızdığı veya fanın durduğu bir anda o %15'lik oran saniyeler içinde patlayıcı aralığa (%5 - %15 arası) geriler.
Bu yüzden madencilikte metan oranı %2'yi geçtiğinde elektrik kesilir, %5'e ulaştığında acil tahliye başlatılır.
%15 gibi bir oran, ocağın içinde kontrolsüz bir gaz birikimi (gaz degajı veya büyük bir feç) olduğunu gösteren fevkalade tehlikeli bir kırmızı çizgidir.
Yorumlar
Yorum Gönder