Способ определения пожароопасности угольных скоплений в шахтах

ЯО 1155775 СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 4(5 Ц Е 21 Г 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рода в рудничномвоздухе (с=02)",,71 - коэффициенты теплопроводности угля ивмещающих пород,Дж/(мф сф К);- характерный размерскопления, м;- коэффициент линеаризованной температурной зависимостискорости окисления,,Ь - коэффициенты, зависящие от вида скопления(-у 1ни Йз ма 1 ое знач выражен г де р= Э 41)рак ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Э.И.Соколов, С.В.Шкловер, И.В.Панферова и Е.И.Захаров (71) Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 395594, кл. Е 21 Г 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 углей, о т л и ч а ю щ и й с я 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 выра- жения распределение кислорода в скоплении,1/м;окислительная активность угля, 1/с;" средняя скоростьфильтрации воздухав скоплении, м/с;коэффициент диффузиикислорода в трещинахскопления;,18 .10 м /с),- тепловой эффект окисления, Дж/м,- концентрация кисло 11557Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для определения пожароопасности угольных скоплений, например, в виде предохранительных и междуштре-ковых целиков иугольных пачек, оставляемых в кровле горных выработок.Известен способ оценки пожароопасности выработанных пространств, заключающийся в определении скоростей 10 фильтрации воздуха и установлении .размеров пожарной зоны на основе сравнения фактических скоростей фильтрации с пожароопасными Г 13.Недостаток такого способа - невозможность получения достоверной оценки опасности самовозгорания углей по одному фактору беэ учета многих других условий, влияющих на пожароопасность скопления угля, 26Наиболее 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 скопле 35ния 2,1,Недостаток известного способа состоит в том, что в полученном пока" зателе пожароопасности не учитывается влияние на самонагревание углей диффузионного и фильтрационного переноса кислорода в скоплении и отдача тепла .вмещающим породам. Влияние массопереноса на интенсивность самонагревания 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 пожароопаснос. ти скопления. Достоверность оценки 75пожароопасности 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 раженияСИ -у 1"- лу а кристическое значение, соответствующее переходу низкотемпературного окисления углей в самовозгорание,определяют по соотношениюи коэффицнературной заленин036.10 ф линеаризованной темпсимости скорости окисе где Ч Ч коэффициент, хаРак 23 Щ 20 теризующий распределение концентрации кислорода в 3скоплении1/мзК - окислительная активность угля, 1/с,Ч - средняя скорость фильтрации воздуха в скопОленин, м/с,Э - коэффициент диффузиикислорода в трещинахскопления( ьь 0 е 1 коэффициент линеарир:ооез о ванной темп ер атурной зависимости скорости окисления, 1/с,Г - энергия активации,Дж/моль,а Ь - коэффициенты, зависящие от вида скопления(например, для междуштрекового целикаа=4,53, в=О, для предохранительного целика а=1,16 в=0,31,для угольной пачкиа=2,09, в=0,46).Сущность способа заключаетсяв следующем,В шахтных условиях определяютсямощность скопления 1 и скоростьфильтрации воздуха Ч , а в лабораторных условиях по известным методикам определяют тепловой эффектокисления , теплопроводность угля 3и вмещающих пород 7 покислительную активность к и энергию5 Оактивации Е, после чего рассчитывают коэффициент неравномерности распределения кислорода в скоплении. 10 Е )По полученным данным определяютфактическое значение средней относктельной скорости генерации тепла вскоплении3,: - .- (1- е )5 ри ее критическое значение в зависимости от вида скоплениядля междуштрекового целика=4,53,для предохранительного целика0,3135 = 6крдля угольной пачки в кровле выработкиа,н7, =2,09 ,"Затем определяют пожароопасностьскопления по соотношению35Д =5 крЕсли П, скопление угля считают непожароопасным, в противномслучае - пожароопасным.П р и м е р . Для определения пожароопасности скоплений в шахтныхусловиях определили ширину целикаи мощность угольной гачки (Р=40, 5 м1 - 2,2 м), скорость фильтрациивоздуха в междуштрековом целике( Ч =01 10 и/с), а также вид пород кровли (глинистый сланец) . Дпяисследования физико-химическихсвойств угля, определяющих его пожароопасность, отобрали пробы угляиз пачки и целика, после чего в лабораторных условиях в соответствиис методикой ИГД им. А.А,Скочинскогоопределили окислительную активностьи энергию активации для исследуемыхпроб 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 определилитепловой эффект окисления бурых подмосковных углей ( а, =16,5 10 Дж/м),теппопроводность пород кровлиштрека Р 26 (для глинистого сланцаЛа =0,7 Дж/(м-с К), а также с учетом влажности угля, находящегося вцелике и пачке соответственно=О,3 Дж/(м с К) и Ъ=0,3 Джl(мс К)Затем по формулам рассчиталифактическую и критическую среднююотносительную скорость генерациитепла в скоплениях и по их соотношению определили пожароопасностцелика и пачки угля,1155775 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,Продолжение табл, 2 2 5Т, К 288 28816,5 10 16,5 1 О с, мз/м Таблица 1 382 382 Т, К 3,47 40,23 Нирит15П 0,63 40,5 2,2 Не пожароопасно 0,1100 0,73 0,3 0,7 0,07 10 0,5210 С м /м Дж /м.3бакр 2,71 О, 19 Непожароопасно Оценка по- жароопасности Пожароопасно Таблица 2 Нфм 40,5 0,52 100,07 10, Дж/(м с . К)К, 1/с 0,2 0,2 16,5 10 16,5 -10 с, Дж/м 16,5 1 О 16,5 10 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 горно" рабочих вследствие загазования выработок продуктами горения и окисления, приводят к загрязнению атмосферного воздуха, а также приносят существенный материальный ущерб, который складывается из непосредСоставитель И.ФедяеваТехред Т.Дубинчак Корректор М.Демчик Редактор Л.Пчелинская Заказ 3109/31 Тираж 446 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 5 ственных затрат на ликвидацию пожара, потерь полезного ископаемого, расходов на восстановление горных выработок после ликвидации пожара и вдругих 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 следовательно повысить безопасность работ в угольных шахтах.