Когда горючий материал, как, например, небольшой кусок дерева, нагревается до загорания, он начинает гореть и будет медленно гореть до тех пор, пока не останется в контакте с воздухом (кислородом) ограниченная поверхность.
Во время горения медленно выделяющаяся тепловая энергия передается в окружающую среду без опасности. Если тот же кусок дерева измельчить в тонкую пыль или порошок и смешать с воздухом так, чтобы образовалось облако пыли, то в момент загорания от внешнего источника теплоты образующаяся энергия может мгновенно освобождаться в виде первичного взрыва ограниченной интенсивности.
Это приводит к быстрому повышению давления, накоплению теплоты и неконтролируемому эффекту расширения. Резкое возрастание давления частично обусловлено внезапным расширением больших объемов газа и частично местным повышением температуры (изотермическая реакция).
Выделяющаяся теплота в конечном итоге рассеивается в окружающей среде, так что воздействие давления взрыва является кратковременным. Скорость горения немного превышает скорость охлаждения, так что влияние взрыва становится очевидным. В зданиях или сооружениях скорость распространения пламени колеблется от нуля до сотен метров в секунду.
Опыт и многие лабораторные эксперименты показали, что пыль практически всех горючих материалов при определенных условиях может вызывать взрыв или очень быстрое горение. Одновременно необходимо наличие следующих элементов: смесь горючей пыли с воздухом во взвешенном состоянии, источник зажигания достаточной энергии, температура и время, способствующие взрыву, а также количество кислорода (более 8%), достаточное для поддержания быстрого горения. Эти элементы вместе образуют хорошо известный «треугольник пожара (взрыва)».
Зерновая пыль легко воспламеняется, и в смеси с воздухом в определенной концентрации пылевоздушная смесь имеет тенденцию к образованию взрывоопасного газа. Пылевоздушная смесь является взрывоопасной, если она может взрываться при определенной концентрации, находясь во взвешенном состоянии. Пылевоздушная смесь представляется взрывоопасной, когда эта реакция может начинаться медленно и развиваться очень бурно.
При перечислении условий возникновения взрыва иногда упоминают некоторые дополнительные факторы:
- а) горючее (пыль) должно быть хорошо смешано с окислителем. Лабораторные эксперименты показали, что чем интенсивнее перемешивание пыли с воздухом, тем сильнее взрыв. Два фактора влияют на силу взрыва — максимальное давление взрыва и максимальная скорость повышения давления. Повышение давления — результат внезапного образования газа в процессе химической реакции и выделения при этом тепловой энергии;
- б) смесь должна находиться в замкнутом или ограниченном объеме. Если облако пыли находится в замкнутом объеме, возникающее при взрыве давление будет возрастать, увеличивая тем самым разрушения;
- в) зерновая пыль должна быть в концентрации, находящейся в пределах взрывоопасного диапазона, который, в свою очередь, определяется составом, распределением, влажностью, размером частиц и другими свойствами зерновой пыли.
Неподвижная пыль на этажах или в углах вызывает дополнительную опасность, так как ударная волна первичного взрыва перемещает ее вверх, обеспечивая горючий материал для вторичного взрыва, который по силе может значительно превосходить первичный взрыв и, в свою очередь, создавать благоприятную для третьего взрыва ситуацию. Таким образом, образуется цепная реакция со все возрастающей интенсивностью, кульминационным моментом которой является полное разрушение и пожар. Повышенное давление при первичном взрыве обычно может нейтрализоваться с помощью окон, дверей и взрыворазрядных устройств (легкосбрасываемых конструкций). Однако во время вторичного взрыва давление может повышаться настолько сильно, что существующие устройства недостаточны и конструкции, обладающие большим сопротивлением, будут разрушаться. Например, при первичном взрыве в нории норийные трубы и кожух головки разрываются или получают трещины в наиболее слабых местах, а вспыхнувшая и горящая пыль выбрасывается наружу.
Наиболее распространенный тип взрыва на элеваторах называют «быстрым сгоранием» (дефлаграция). Важной характеристикой этого явления является то, что скорость распространения пламени меньше скорости звука.
Другим типом взрыва является «детонация», при которой пламя распространяется со скоростью около 1000 м/с.