Способ определения пожароопасности угольных скоплений в шахтах

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЖЛРООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ СКОПЛЕНИЙ В ШАХТАХ , основанньй на определенит и сравнении критического и фактического параметров самовозгорания угпей , отличающийся тем, что, с целью повышения надежности прогноза эндогенньгх пожаров, пожароопасность скопления угля оценивается по средней относительной скорости Эд генерации тепла в скоплении , фактическое значение которой определяют из математического выражения .V- O-e- M; уТ а ее критическое значение - из математического вьфажения /X JLY -кр S/ 4 коэффициент,хагде Y 4D 2.1) рактеризующий распределение кислорода в скоплении, 1/м, К - окислительная активность угля, 1/с; V - средняя скорость фильтрации воздуха в скоплении, м/с, i) - коэффициент диффузии кислорода в трещинах скопления (D 0,18-10 м с), - тепловой эффект окис ления, Дж/м; С - концентрация кислорода в рудничнсм воздухе (,2); сл - коэффициенты теппойроводности угля и с вмещающих пород, Дж/(мс-К); t - характерный размер l,f(, скопления, м; /(e -11 - коэффициент линеаСП ел VI ризованной температурной зависимости скорости окисления; Е - энергия активаций к Дж/моль; ел « ,Ь - коэффициенты, зависящие от вида скопления (для междуштрекового целика ,53, , для предохранительного целика ,16, ,31, для угольной пачки в кровле выработки ,09, ,46)

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) F. 21 F 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

gk Dkl (-у6 ) л, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3667454/22-03 (22) 07.09.83 (72) Э.И.Соколов, С.В.Шкловер, И.В.Панферова и Е.И.Захаров (71) Тульский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (46) 15.05.85. Бюл. М 18 (53) 622.807(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 395594, кл. Е 21 F 5/00, 1972.

2. Саранчук В.И. и др. Теоретические основы самовозгорания. И., 1976. с. 11 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЖАРООПАСНОСТИ УГОЛЬНИХ СКОПЛЕНИИ В ШАХТАХ, основанный на определении и сравнении критического и фактического параметров самовозгорания уг- пей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности прогноза эндогенных пожаров, пожароопасность скопления угля оценивается по средней относительной скорости Эв генерации тепла в скоплении, фактическое значение которой определяют из математического выражения а ее критическое значение — Йз математического выражения

2 — коэффициент,хаD 43 22 рактеризующий

„„SU„,, 1155775 распределение кислорода в скоплении, 1/м;

К вЂ” окислительная активность угля, 1/с;

V - средняя скорость фильтрации воздуха в скоплении, м/с; ) — коэффициент диффузии кислорода в трещинах скопления, (1) =0,18 -10 м /с), < — тепловой эффект окис ления, Дж/м, С вЂ” концентрация кислорода в рудничном воздухе (с=0,2)", A> „ - коэффициенты тепло проводности угля и вмещающих пород, Дж/(м с К); — характерный размер скопления, м, Ю=(е -1f — коэффициент линеаризованной температурной зависимости скорости окисления, Š— энергия активации

Дж/моль; а,Ь вЂ” коэффициенты, зависящие от вида скопления (для междуштрекового целика а=4,53, в=0, для предохранительного целика а 1,16, в=0,31, для угольной пачки в кровле выработки а 2,09, в=0,46) 1 115 7

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть исполь зовано для определения пожароопасности угольных скоплений, например, в виде предохранительных и междуштре- > ковых целиков и угольных пачек, оставляемых в кровле горных выработок.

Известен способ оценки пожароопасности выработанных пространств, заключающийся в определении скоростей 1О фильтрации воздуха и установлении .размеров пожарной зоны на основе сравнения фактических скоростей фильтрации с пожароопасными 13.

Недостаток такого способа — невозможность получения достоверной оценки опасности самовозгорания углей по одному фактору беэ учета многих других условий, влияющих на пожароопасность скопления угля. 26

Наиболее близок к предлагаемому способ оценки пожароопасности угольных скоплений в шахтах, основанный на определении и сравнении критического и фактического параметров само- д нагревания угля и заключающийся в том, что вначале определяют мощность скопления., энергию активации, тепловой эффект окисления, теплопроводность и окислительную активность угля и по полученным значениям рассчитывают критическую активность считывают критическую мощность скопления, после чего пожароопасность оценивают по соотношению фактической и критической мощностей скопле35 ния $2).

Недостаток известного способа состоит в том, что в полученном показателе пожароопасности не учитывается влияние на самонагревание углей диффузионного и фильтрационного переноса кислорода в скоплении и отдача тепла вмещающим породам..Влияние мяссопереноса на интенсивность самонагревяния углей обусловлено торможением окисления в результате падения концентрации кислорода в скоплении, степень которого определяется скоростями фильтрации и диффузии кислорода, а также скоростью окисления и размерами скопления: угля.

Если эти особенности массопереноса в скоплении не учитывать, это может привести к несоответствию полученной оценки опасности самовозгорания углей фактической пожароопасности скопления. Достоверность оценки

75 пожароопасности по известному способу снижается также вследствие того, что в показателе пожароопасности не учитывается теплопроводность вмещающих пород, тогда как отдача тепла породам составляет одну из основных статей теплового баланса в самовозгорающемся скоплении угля. Кроме того, в данном способе соотношение для определения критической мощности скопления получено из условия равенства максимальной температуры и скоплении критической температуре, при которой процесс самонагревания угля не может стабилизироваться и скорость тепловыделения из-эа окисления угля начинает преобладать над скоростью теплоотдачи.

Применение этого условия снижает надежность оценки пожароопасности, поскольку критическая температура угольного скопления в ряде случаев оказывается выше температуры, при которой процесс самонагревания углей переходит из стадии низкотемпературного окисления в стадию, предшествующую самовозгоранию и характеризующуюся резким увеличением скорости генерации тепла. Этим объясняется воэможность ошибочной оценки фактически пожароопасных скоплений как непожароопасных.

Цель изобретения — повышение надежности оценки пожароопасности угольных скоплений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения пожароопасности скоплений углеч в шахтах, основанному на определении и сравнении критического и фактического параметров самонагревания углей, пожароопасность скопления оценивайт по средней относительной скорости генерации тепла в скоплении, фактическое значение которой определяют из математического вьг ряжения а кристическое значение, соответствующее переходу низкотемпературного окисления углей в самовозгорание, определяют по соотношению

1155775 коэффициент, харак2

3 g щ я теризующий распре-. деление концентрации кислорода в 5 скоплении 1/м

k — окислительная активность угля, 1/с, Ч вЂ” средняя скорость фильтрации воздуха в скоп-1О ленни, м/с, Э вЂ” коэффициент диффузии кислорода в трещинах скопления (Ю =О, 18 -10 и /с), с — тепловой эффект окисления, Дж/мз °

С вЂ” концентрация кислорода в рудничном воздухе, м /M (c=0 2), щ коэффициенты теплопроводности угля и пород

Дж/(м с K), F — - характерный размер скопления, м, Уф 5 !

,адью E,) коэффициент линеари р=оо е з о ванной темп ер атурной зависимости скорости окисления, 1, с, Š— энергия активации, Дж/моль, ot 5 — коэффициенты, зависящие от вида скопления (например, для междуштрекового целика а=4,53, в=0, для предохранительного целика а=1,16,,в=0,31 для угольной пачки а=2,09, в=0,46).

Сущность способа заключается в следующем.

В шахтных условиях определяются мощность скопления и скорость фильтрации воздуха Ч, а в лабораторных условиях по известным методикам определяют тепловой эффект окисления, теплопроводность угля и и вмещающих пород Л„ окислительную активность к и энергию

5О активации Е, после чего рассчитыва-. ют коэффициент неравномерности распределения кислорода в скоплении

Ч

0,36 10 и коэффициент линеаризованной температурной зависимости скорости окисленин

4 .1,5b la Е )

По полученным данным определяют фактическое значение средней отноI си тельной скорос ти генерации те пла в скоплении

«(1-е )

5 Л,э и ее критическое значение в зависимости от вида скопления для междуштрекового целика

=4,53, для предохранительного целика

0,31

3 —, (6 кр для угольной пачки в кровле выработки а,<а

7,.„=2,09,"

Затем определяют пожароопасность скопления по соотношению

Зз

П = бакр

Если П 1, скопление угля считают непожароопасным, в противном случае — пожароопасным.

Пример . Для определения пожароопасности скоплений в шахтных условиях определили ширину целика и мощность угольной гачки (С=40, 5 м и E =2,2 м), скорость фильтрации воздуха в междуштрековом целике (Ч =0„1 ° 10 и/с), а также вид пород кровли (глинистый сланец) . Для исследования физико-химических свойств угля, определяющих его пожароопасность, отобрали пробы угля из пачки и целика, после чего в лабораторных условиях в соответствии с методикой ИГД им. А.А.Скочинского определили окислительную активность и энергию активации для исследуемых проб угля из целнка и пачки (к=

=0,07.10 1/с, Е=28300 Дж/моль, к=0,52 -10 1/с, Е 25800 Дж/моль).

По справочным данным определили тепловой эффект окисления бурых подмосковных углей (с =16,5 10 Дж/м ), теппопроводность пород крбвли штрека Р 26 (для глинистого сланца

Лд =0,7 Дж/(м-с К), а также с учетом влажности угля, находящегося в целике и пачке соответственно

=0,73 Дж/(м с K) и „ =0,3 Дж/(Ha.Ê)

Затем по формулам рассчитали фактическую и критическую среднюю относительную скорость генерации тепла в скоплениях и по их соотношению определили пожароопасность целика и пачки угля.

I 155775

Продолжение табл, ?

Т, К

288 288

1 6, 5 1 О 1 6, 5 ° 1 0 мЗ /мэ

Таблица 1

382 382

Т„, К

3,47

40, 23

Hxlrs

0,63

40,5

2,2

Не пожар оопасно

О, 1 ° 10-6

0,73

0,3

0,7

0,07 10

0,52 10

С, мз/м2

Дж/и

0,2 0,2

16,5 10 16,5 -10

0,019

F., Дж/моль

0,022 .

1/м

0,54

0,06

3,08

4,4

3 бакр

2,71

4,53

О, 19

Непожароопасно

Оценка пожароопасности

Пожароопасно

Таблица 2

Нем

40,5

0,52 10

0,07 10 ,3S

0,73

К, 1/с

Дж/(и - с - К) О, 3

Е, Дж/моль

25800

28300

Для получения сравнительных данных рассчитали пожароопасность скоплений угля базовым методом, в качестве которого применен известный метод определения пожароопасности угольных скоплений в шахтах 21.

Результаты оценки пожароопасности предлагаемым и базовым методами сведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Е,м

У, и/с ,Дж(м с.К} ,Дж j(M. с -К)

К, 1/с

10 % Д /и 16,5.10 16,5 106

Оценка по- Пожарожароопасности опасно

Фактические данные о пожароопасности исследованных скоплений показывают, что в угольной пачке отме чено два случая самовозгорания угля, тогда как повышения температуры в междуштрековом целике не наблюдалось..Следовательно, оценка опасности самовозгорания исследованных скоплений угля предлагаемым методом

ЗО соответствует фактической пожароопасности, тогда как оценка пожароопасности скоплений известным методом в данном случае является ошибочной.

Таким образом, предлагаемый метод позволяет получить более достверную оценку пожароопасности угольных скоплений.

Применение более достоверной ин- формации о пожароопасности угольных скоплений повышает надежность прогноза и профилактики пожаров от самонагревания углей. Эндогенные пожары, являющиеся одним из основных видов аварий на шахтах всех угольных бассейнов страны, создают опасность для проведения горных работ, вызывая рост температуры и повышая вероятность взрыва метана и пыли, ухудшают условия труда горнорабочих вследствие загазования выработок продуктами горения и окисления, приводят к загрязнению атмосферного воздуха, а также приносят существенный материальный ущерб, который складывается из непосредСоставитель И.Федяева

Техред Т.Дубинчак Корректор. И.Демчик

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 3109/31 Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проекгная, 4

7 !!5 ственных затрат на ликвидацию пожара, потерь полезного ископаемого, расходов на восстановление горных выработок после ликвидации пожара и х.других затрат, Поскольку пожары прежде всего представляют опасность для жизни работающих, на их профилактику затрачиваются значительные средства.

Использование из обретения поз валяет рациональнее и эффективнее применять средства для профилактики пожаров и уменьшить их число в результате своевременного выявления не обнаруженных ранее потенциально пожароопасных участков, а следователь но повысить безопасность работ в угольных шахтах.