Aufwirbelung von Staub durch Druckwellen in Luft

Staubexplosionen sind eine grosse Gefahrenquelle in Industriebetrie- ben, in denen brennbare Staube verarbeitet werden oder als Nebenpro- dukt entstehen. Beispiele solcher gefahrdeten Betriebe sind Zucker- fabriken, Getreidemuhlen, besonders aber der Kohlenbergbau. Das I - gangsetzen einer Explosion setzt voraus, da es zur Bildung eines Staub-Luft-Gemisches kommt. Die Staubkonzentration in diesem Gemisch muss Werte innerhalb gewisser Grenzen annehmen; oberhalb und unter- halb dieser Grenzen ist das Gemisch nicht explosionsfahig. Die kri- tischen Konzentrationswerte sind durch die Staubart bestimmt [1J. In den oben genannten Industriebetrieben setzt sich Staub an festen Wanden und Boeden ab. Zur Ausbildung des Staub-Luft-Gemisches ist es notwendig, dass der Staub aufgewirbelt wird. Beschrankt man die Betrachtungen auf den Untertagebetrieb im Kehle- bergbau, so gibt es zwei Hauptursachen fur die Aufwirbelung von Koh- lestaub, der in den Strecken (Stollen) abgelagert ist. Einmal ist es die moegliche Aufwirbelung im stationaren Wetterstrom (Beluftung des Bergwerks); die hierbei massgeblichen Werte der stationaren Luftge- schwindigkeit liegen bei 4-8m/s [2J. Zum anderen kann der abgelagerte Staub auf instationare Weise durch eine Luftdruckwelle (Stosswelle) aufgewirbelt werden. Eine instation- are Stosswelle entsteht z.B. als Folge einer ploetzlichen Methangas- (Grubengas-) Verbrennung. Eine gasdynamische Beschreibung dieser Wel- lenbildung ist in [3J fur den Fall gegeben, dass man die Verbrennung und die Stossausbreitung in der Strecke in idealisierter Weise als eindimensionalen, instationaren Vorgang ansehen kann. Die Stosswelle eilt der Flammenfront mit Uberschallgeschwindigkeit voraus; sie er- zeugt in der Luft eine Nachstroemung, deren Geschwindigkeit etwa das Zehnfache der stationaren Wettergeschwindigkeit ist.