Способ определения склонности углей к самовозгоранию

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 68 1)5 Е 21 ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ТЕ ТЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ иОвх ( вых я кон бьем в обьем(1) (ф ет - вр Овх Овыхз ИСАНИЕ И(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела(56) Веселовский В,С. и др, Самовозгорание промышленных материалов. М.: Наука, 1964, с. 246.Авторское свидетельство СССР ЬЬ 730972, кл. Е 21 Р 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. В 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 поглощенного кислорода и времени контакта его с исследуемым углем рассчитывают констанстоверности 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 тем- З пературы в аррениусовских координатах. 2 табл,у скорости хемосорбции кислорода по фор-муле акта кислорода с углем, ,веденного кислорода, см; проявленного кислорода,см.В опытах можно использовать, например, хроматограф ЛХММД.Для определения теплоты реакции взаимодействия кислорода с углем используют проточную системус импульсным доэировани- " ем кислорода. Установку можно скомпоновать, например, на базе серийного хроматографа ЛХММД и дифференциального микрокалориметра ДАК-1, Условия определения дифференциальных теплот следующие: расходгаза-носителя по обеим ячейкам микро 1689644калориметра 2 см /мин, на веска угля 2,5-4,5з г, температура опыта 80 С, объем дозы кислорода 0,125 м, фракционный состав угляз 0,35-0,5 мм, Микрокалориметром измеряют тепло, выделяющееся в результате взаимодействия кислорода с углем,Критическую температуру самовозгораниЯ УглЯ Ткр, опРеДелеот метоДОм, сУЩность , которого заключается в том, что в хроматог рафическом режиме определяют константу скорости окисления угля 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 Йо в интервале температур от начальной То до критической Т,р, по формуламЕКлевЙ и Кр и Кл, ЙТО где Ккр, - константа скорости окисления угля при критической температуре, с;Кл - константа скорости реакции окисления угля при начальной температуре лабораторного опыта, с 1; у - плотность угля, кг/м;з, Яр - удельная реакционная поверхл , ность в лабораторном опыте, м /кг;Й - универсальная газовая постоянная,Дж/(моль К).Реагирующую поверхность Яр как функ цию внешней поверхности определяют, исходя из дробимости угля, по формуле, полученной в результате обработки экспериментальных данныхЯр=ееЯвн Р, (4) где а- коэффициент пропорциональности, найденный методом наименьших квадратовИЗ ЗаВИСИМОСтИ Яр От Явн,Яр - реагирующая поверхность частиц угля( м /кг;Явн - внешняя поверхность частиц угля, определенная в режиме хроматографического опыта, м 2/кг; Р - дробимость угля. Дробимость угля Определяют, например, при помощи шаровой мельницы МШЛК, 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 каждой5 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 кйоверхности частиц исходного угля, являет 10 ся мерой дробимости, которую рассчитывают по формулеР =-,. - ,иЧ =Ф(5)где б - средний диаметр частиц исходногоугля, м;а - масса исходного угля, кг;а - масса данного класса угля при ситовом анализе, кг, .б - средний диаметр частиц данногокласса,м;и - количество фракций.Поскольку масса исходного угля составляет 0,3 кг, а средний диаметр частиц 0,015мм, то формула для расчета дробимостиимеет видР=510 - ,(6)=ФФормулу для определения показателясклонности угля к самовозгоранию получаютиз уравнения теплового баланса для скопления самонагревающегося угляЯроВе СО 2 бт= Сл 1 бТ, Ягде Яр - реагирующая поверхность угля, м /кг;20 - теплота реакции взаимодействиякислорода с углем, Дж/м;Во - предэкспоненциальный множитель, м/с;Т - температура угля, К;Е - энергия активации процесса окисления, Дж/моль;В - универсальная газовая постоянная,Дж/(моль К);СО 2 - объемная доля кислорода, %;45 СГл - средняя удельная теплоемкость угля в интервале температур ТО-ТГерДж/(кг К);т- время достижения критической температуры, с.После необходимых математическихпреобразований получают формулу для определения показателя склонности угля к самовозгоранию55 . ЕГЕ(ГЕ(. Е;Г )11 е (Е(где Е 1 - интегральная функуция,Подставив в формулу численные значения постоянных величин: Со 2- 0,21; Й = 8,31Дж/(моль К); С = 1400 Дж/(кг К) и обозначивК = Е Т - Б ., (9)получают формулу 67 ОО О 116 О2 Е- Тре "-Т,е - +0,12 ЕК (10)цр КР оПо значению показателя т судят о склонности угля к самовозгоранию.П р и м е р. Рассчитаем показатель склонности угля к.самовозгоранию для пласта 1 у, Марка угля "К"; плотность у= 1440 кг/м,В табл. 1 приведены результаты вычислений поформуле (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 уля пласта 13 составила 0 = =27,2 10 Дж/м .Для нахождения критической температуры самовозгорания угля пластаз по данным табл. 1 строим график температурной зависимости константы скорости в аррениусовских координатах. Из него Тхр = 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 Во = 0,217 м/с по формуле (3).Для нахождения реагирующей поверхности Яр описанным выше способом производим дробление навески угля пластаз в шаровой мельнице и затем с помощью гранулометрического анализа определяем вес каждой фракции.Результаты гранулометрического анализа пробы угля пласта 1 з приведены в табл. 2.По формуле (6) нахоуим, что дробимость 0 = 72,5. Явн - 0,018 м /кг - определяем в режиме хроматографического опыта, Яр 6,27 м /кг. Коэффициент а находим из таблицы 3.5 Подставляя найденные величины в Формулу (10), полччимт= 30 10 с,что говорит о том, что уголь пласта з склонен к самовозгоранию. Данные практики10 подтверждают этот вывод, так как при отработке этого пласта были случаи самовозгорания угля,Формула изобретенияСпособ определения склонности углей ксамовозгоранию, включающий измерениеконстанты скорости окисления кислородом5 угля, отличающийся тем,что,сцельюповышения достоверности способа, дополнительно определяют теплоту реакции взаимодействия кислорода с углем, критическуютемпературу самовозгорания угля, энергию10 активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показательсклонности угля у самовозгоранию определяют из выражения0,12 Е15. 6700Т ец -Т е + о,12 ЕК5 цц КР огде г - показатель склонности угля к самовозгоранию, с;20 Яр - реагирующая поверхность частицугля, м /кг;0 - теплота реакции взаимодействиякислорода с углем, Дж/м;з,Во - предэкспоненциальный множи 25 тель, м/с;Е - энергия активации процесса окисления, Дж/моль;Т, - начальная температура окисленияугля, К;30 Т,р - критическая температура самовозгорания угля, К;К - коэффициейт, учитывающий разность интегральных показательных функций Е(х),35 при этом при значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3 10 сбуголь считают склонным к самовозгоранию.1689644 Таблица 1 т+ 2 0,0034 0,0031 0,0029 0,0028 0,0027 0,0026 0,0025 0,0024 блица 2 5 2 Значен бли и внешней поверхности угля пласта 1 составаличного фракционного гирукщ нещняя поверхнос 0,5- 1,0 1 180/11,9 13 Составитель И. Федяеваедактор Е,Савина Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 аз 3799 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5