Способ определения склонности углей к самовозгоранию

 

Изобретение относится к угольной п ромы шленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений . Цель изобретения - повышение достоверности способа. Для этого определяют константу скорости окисления угля, теплоту реакции воздействия кислорода с углем, критическую температуру самовозгорания угля, энергию активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля к самовозгоранию определяют из математического выражения . По величине показателя склонности угля к самовозгоранию судят о степени склонности угля к самовозгоранию. При значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3-106 с уголь считают склонным к самовозгоранию. Для определения критической температуры самовозгорания угля используют график зависимости константы скорости окисления угля от температуры в аррениусовских координатах. 2 табл. у Ё

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 Г 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729075/03 (22) 09.08.89 (46) 07.11.91, Бюл,.¹ 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела (72) А.Е. Калюсский, И.Н. Коваль, Б.И, Кошовский, П.С, Пашковский, Е.П. Лысенко и

Э.С. Федорчук (53) 622.817 (088,8) (56) Веселовский B,Ñ. и др, Самовозгорание промышленных материалов. М.: Наука, 1964, с. 246.

Авторское свидетельство СССР № 730972, кл. Е 21 F 5/00, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ УГЛЕЙ К САМОВОЗГОРАНИЮ (57) Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений. Цель изобретения — повышение до Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений.

Цель изобретения — повышение достоверности способа.

Способ заключается в следующем.

Определяют константу скорости окисления угля таким образом. B поток газа-носителя импульсно вводят кислород, который по мере продвижения вдоль хроматографической колонки, содержащей исследуемый уголь определенной фракции, вступает во взаимодействие с последним. Опыт повторяют при различных температурах от 20 до 150 С.

Из полученных данных по количеству погло eworo кислорода и времени контакта его с исследуемым углем рассчитывают констан„„Sly „„1689б44 Al стоверности способа. Для этого определяют константу скорости окисления угля, теплоту реакции воздействия кислорода с углем, критическую температуру самовозгорания угля, энергию активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля к самовозгоранию определяют иэ математического выражения, По величине показателя склонности угля к самовозгоранию судят о степени склонности угля к самовозгоранию. При значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3 10 с уголь считают склонным к самовозгоранию. Для определения критической температуры самовозгорания угля. используют график зависимости константы скорости окисления угля от температуры в аррениусовских координатах.

2 табл. ту скорости хемосорбции кислорода по фор- муле

Кл= — In —, 1 Qax (1)

8blX где t — время контакта кислорода с углем, с, Q» обьем введенного кислорода, см;

Q>

В опытах можно использовать, например, хроматограф ЛХМ-8МД.

Для определения теплоты реакции взаимодействия кислорода с углем используют проточную системус импульсным доэировани- " . ем кислорода. Установку можно скомпоновать, например, на базе серийного хроматографа

ЛХМ-8МД и дифференциального микрокалориметра ДАК-1-1, Условия определения дифференциальных теплот следующие: расход газа-носителя по обеим ячейкам микро1689644 калориметра 2 см /мин, на веска угля 2,5-4,5 з

r, температура опыта 80 С, объем дозы кислорода 0,125 м, фракционный состав угля з

0,35-0,5 мм, Микрокалориметром измеряют тепло, выделяющееся в результате взаимодействия кислорода с углем, Критическую температуру самовозгорания угля Т(ГР. Определеот методом, сущность, которого заключается в том, что в хроматог рафическом режиме. определяют константу скорости окисления уп1я при различных температурах, По полученнымданным строят график температурной зависимости константы скорости в аррениусовских координатах, из которого определяют критическую температуру самовозгорания угля, Используя результаты определения. температурной зависимости константы скорости окисления кислородом угля, определяют значения энергии Е активации и предэкспоненциального множителя Ro в интервале температур от начальной

То до критической Т;<р. по формулам

Е

К е—

Š— Р "-; (2) Rо о, (3)

1 1 ysB где КГр. — константа скорости окисления угля при критической температуре, с

-1, Кп — константа скорости реакции окисления угля при начальной температуре лабораторного опыта, с 1;

y — плотность угля, кг/м; з, Sp — удельная реакционная поверхл, ность в лабораторном опыте, м /кг;

R — универсальная газовая постоянная, ! Дж/(моль К).

Реагирующую поверхность Sp как функ цию внешней поверхности определяют, исходя из дробимости угля, по формуле, полученной в результате обработки экспериментальных данных

Sp = Явн D, (4) где Q коэффициен г пропорциональности, найденный методом наименьших квадратов ! из зависимости Sp от S5H, Sp — реагирующая поверхность частиц угля(м /кг;

S(>u — внешняя поверхность частиц угля, определенная в режиме хроматографического опыта, м /кг;

D — дробимость угля.

Дробимость угля определяют, например, при помощи шаровой мельницы МШЛК-8, в барабан которой загружают 300 г угля крупностью 10-20 мм и 16 фарфоровых шаров диаметром 35 мм. После закрытия крышки барабана мельницу приводят в действие на 6 мин. ПО окончании измельчения с помощью гранулометрического анализа определяют средний размер зерен. При этом уголь разделяют на следующие фракции: 20-10; 10-5;

5-3; 3-2,5; 2,5-2; 2-1; 1-0,5; 0,5-0,2; 0,2-0 мм.

При этом средний размер зерен в каждой

5 фракции составил соответственно 15,0; 7,5;

4,0; 2,75; 2,25; 1,50; 0,75: 0,35; 0,10 мм. Величина поверхности частиц, образовавшихся после измельчения угля, отнесенная к йоверхности частиц исходного угля, являет10 ся мерой дробимости, которую рассчитывают по формуле

D =-, .—, с и

Ч =Ф (5) где d — средний диаметр частиц исходного угля, м; а — масса исходного угля, кг;

ai — масса данного класса угля при ситовом анализе, кг, .

di — средний диаметр частиц данного класса, м;

n — количество фракций.

Поскольку масса исходного угля составляет 0,3 кг, а средний диаметр частиц 0,015 мм, то формула для расчета дробимости имеет вид

D=5 10, à —, (6) =Ф

Формулу для определения показателя склонности угля к самовозгоранию получают из уравнения теплового баланса для скопления самонагОевающегося угля

SpàR.е Co2dò= С Е, (7) где Sp — реагирующая поверхность угля, м /кг;

0 — теплота реакции взаимодействия кислорода с углем, Дж/м;

R0 — предэкспонен циал ьн ый множитель, м/с;

Т вЂ” температура угля, К;

Š— энергия активации процесса окисления, Дж/моль;

R — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К);

Сог — объемная доля кислорода, ;

45 СГП вЂ” средняя удельная теплоемкость угля в интервале температур То Ткр.,Дж/(кг К); т- время достижения критической температуры, с.

После необходимых математических преобразований получают формулу для определения показателя склонности угля к самовозгоранию

S,а(Г.СР <

55 . EfE;(EEI Е Г >j j (В) где Е1 — интегральная функуция.

Подставив в формулу численные значения постоянных величин: Со2-0 21; R =8,31

1689644

Дж/(моль К); С = 1400 Дж/(кг. К) и обозначив

К = Ei Т вЂ” Б -, (9) получают формулу

6700 g 1 2Я О "2Е ! = — Т„рe о -Т,е + 0,12ЕК {q0)

SpQRo

По значению показателя т судят о склонности угля к самовозгоранию.

Пример. Рассчитаем показатель склонности угля к.самовозгоранию для пласта I . Марка угля "К"; плотность y= 1440 кг/м, "

В табл. 1 приведены результаты вычислений по формуле (1) константы скорости окисления угля кислородом при различных температурах, а также данные для графика зависимости константы скорости в аррениусовских координатах, Теплота реакции взаимодействия кислорода с углем для пласта 1з составила Q =

=27,2 10 Дж/м .

Для нахождения критической температуры самовозгорания угля пласта!з по данным табл. 1 строим график температурной зависимости константы скорости в аррениусовских координатах. Из него Ткр = 360 К.

Используя результаты исследования температурной зависимости константы скорости окисления угля, определили по формуле (2) значение энергии активации Е = 360 кДж/моль и предэкспоненциального множителя R< = 0,217 м/с по формуле (3).

Для нахождения реагирующей поверхности Sp описанным выше способом производим дробление навески угля пласта!з в шаровой мельнице и затем с помощью гранулометрического анализа определяем вес каждой фракции.

Результаты гранулометрического анализа пробы угля пласта 1з приведены в табл. 2.

По формуле (6) нахоуим, что дробимость

0 = 72,5, Se - 0,018 м /кг — определяем в режиме хроматографического опыта, Sp

6,27 м /кг.

Коэффициент а находим иэ таблицы 3.

5 Подставляя найденные величины в формулу (10), полччим т = 30 10 с, что говорит о том, что уголь пласта!з склонен к самовозгоранию. Данные практики

10 подтверждают этот вывод, так как при отработке этого пласта были случаи самовозгорания угля, Формула изобретения

Способ определения склонности углей к самовозгоранию, включающий измерение константы скорости окисления кислородом

5 угля, отличающийся тем,что,сцелью повышения достоверности способа, дополнительно определяют теплоту реакции взаимодействия кислорода с углем, критическую температуру самовозгорания угля, энергию

10 активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля у самовозгоранию определяют из выражения

О,!2Е

15 - 6700

IÒ етк-т e + o,1ррк ко где г — показатель склонности угля к самовозгоранию, с;

20 Sð — реагирующая поверхность частиц угля, м /кг;

0 — теплота реакции взаимодействия кислорода с углем, Дж/м; з.

Ro — предэкспоненциальный множи25 тель, м/с;

Š— энергия активации процесса окисления, Дж/моль;

Т, — начальная температура окисления угля, К;

30 Т,р — критическая температура самовозгорания угля, К;

К вЂ” коэффициейт, учитывающий разность интегральных показательных функций Е (х), 35 при этом при значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3 10 с

6 уголь считают склонным к самовозгоранию.

1689644

Таблица1 (+273

0,0034

0,0031

0,0029

0,0028

0,0027

0,0026

0,0025

0,0024

Таблица2

10 — 5 5-: !

Таблица3

Значение реагирук)щей и внешней поверхности угля пласта 1 различного фракционного состава и внешняя поверхност

0,5-1,0 1,0-2,0

180/11,9 130/5,6

Составитель И. Федяева

Редактор Е.Савина Техред M,Моргентал Корректор T.Ïýëèé

Заказ 3799 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Способ определения склонности углей к самовозгоранию Способ определения склонности углей к самовозгоранию Способ определения склонности углей к самовозгоранию Способ определения склонности углей к самовозгоранию 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и позволяет повы/ в П 3 S 8 сить эффективность предупреждения горных ударов

Изобретение относится к горному делу и м.б

Изобретение относится к угольной пром-сти и м.б

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при локализации и тушении очагов самовозгорания в выработанном пространстве

Изобретение относится к горной промышленности

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых для предотвращения динамических проявлений горного давления при ведении горных работ

Изобретение относится к горной промышленности и м.б

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам профилактики и снижения вероятности взрывов пылегазовоздушной смеси в выработанном пространстве и прилегающих к нему выработках угольных шахт

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при отработке выбросоопасных участков калийных пластов длинными очистными забоями с гидромеханизированными комплексами

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в шахтах, опасных по внезапным выбросам угля и газа

Изобретение относится к области строительства, а именно к вопросу обеспечения защиты горных выработок при многократном действии воздушных ударных волн

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для создания безопасности проходки выработок по газоносным и выбросоопасным угольным пластам

Изобретение относится к горной промышленности и направлено на повышение эффективности взрывных работ в шахтах, опасных по газу (метану)

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для гашения воздушных ударных волн в горных выработках с целью сохранения подземных сооружений и коммуникации от разрушения

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при буровзрывном разрушении горных пород в угольных, нефтяных и озокеритовых шахтах, серных, колчеданных и соляных рудниках, опасных по газу и пыли

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим безопасность проведения взрывных работ

Изобретение относится к угольной п ромы шленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений

Наверх