СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ Российский патент 2006 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с эндогенными пожарами.

Известен способ обнаружения самовозгорания угля, включающий измерение концентрации пожарных газов (оксид углерода, водород, предельные и непредельные углеводороды) в рудничной атмосфере (Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров на угольных шахтах. М.; Недра, 1977).

Известен также способ обнаружения самовозгорания угля в шахтах по концентрации радона на исходящих струях воздуха (а.с. СССР №229402 МКИ Е 21 Р 5/00).

Недостатком известных способов является невозможность обнаружения самовозгорания на начальной стадии из-за особенности выделения пожарных газов и радона, в частности, из-за фонового выделения пожарных газов и радона при естественной температуре в шахте.

Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения самовозгорания угля в шахтах, включающий определение содержания индикаторных газов с предварительным измерением их фоновых концентраций в воздухе на выходе из скопления угля и пород (Игишев В.Г. Борьба с самовозгоранием угля в шахтах. - М.: Недра, 1987. - С.56-59). Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за колебания фонового значения концентрации индикаторных газов при изменении количества воздуха, проходящего через скопление угля и пород.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа обнаружения самовозгорания угля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения самовозгорания угля, включающему измерение концентрации индикаторного газа в воздухе на выходе из скопления угля и пород, согласно изобретению дополнительно измеряют концентрацию индикаторного газа на входе в скопление угля и пород и рассчитывают ее изменение при прохождении через скопление угля и пород, одновременно измеряют расход воздуха, прошедшего через скопление угля и пород, с учетом измеренного расхода воздуха и изменения концентрации индикаторного газа в воздухе определяют скорость выделения индикаторного газа при прохождении через скопление угля и пород и по ее увеличению определяют наличие самовозгорания угля.

Скорость выделения таких индикаторных газов, как оксид углерода, водород, предельные и непредельные углеводороды определяют по формуле

где q - скорость выделения индикаторного газа, м³/с;

С₁ - концентрация индикаторного газа в воздухе, входящем в скопление угля и пород, доли ед.;

C₂ - концентрация индикаторного газа в воздухе на выходе из скопления угля и пород, доли ед.;

Q_B - расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, м³/с.

В случае использования в качестве индикатора процесса самовозгорания газа радона, его концентрацию в воздухе оценивают по объемной активности, а скорость выделения определяют по формуле

где М - скорость выделения радона, Бк/с;

K₁ - объемная активность радона в воздухе, входящем в скопление угля и пород, Бк/м³;

К₂ - объемная активность радона в воздухе, исходящем из скопления угля и пород, Бк/м³;

Q_B - расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, м³/с.

Длительная практика применения известного способа обнаружения самовозгорания угля в шахтах показала, что концентрация индикаторных газов в воздухе, прошедшем скопление угля и пород (например, выработанное пространство), может изменяться в широких пределах, что затрудняет обнаружение процесса самовозгорания, особенно на ранней стадии его развития. Скорость выделения индикаторных газов в основном определяется температурой, масссой и маркой угля. Масса и марка угля в выработанном пространстве имеющихся скоплениях угля и пород остаются постоянной, поэтому при естественной температуре в шахте скорость выделения индикаторного газа постоянна, а с развитием процесса самовозгорания, приводящего к повышению температуры угля, скорость их выделения начинает возрастать.

Однако концентрация на выходе из скопления угля и пород может колебаться и при постоянных значениях температуры угля и скорости выделения индикаторных газов. Изменение концентрации индикаторных газов на выходе из скопления угля и пород в этих случаях происходит при измерении расхода воздуха, проходящего через скопление угля и породы. Так, с уменьшением расхода воздуха концентрация индикаторного газа на выходе из скопления угля и пород увеличивается, что может ошибочно классифицироваться как процесс самовозгорания угля. Между тем изменение расхода воздуха, проходящего через скопление угля и горных пород (в том числе и через выработанное пространство), неизбежно из-за появления новых изоляционных сооружений в вентиляционной сети шахты, при включении и выключении вентиляторов местного проветривания, при возникновении и ликвидации горных выработок, изменении аэродинамического сопротивления горных выработок (например, при движении транспорта, временного размещения в них грузов) и т.п. Поэтому измерение только концентрации индикаторных газов в воздухе на выходе из скопления угля и пород без учета расхода воздуха затрудняет обнаружение процесса самовозгорания.

Вторым по значимости фактором, влияющим на концентрацию индикаторных газов на выходе из скопления угля и пород, является изменение содержания индикаторного газа в воздухе, входящем в скопление угля и пород. Особенно сильно может изменяться во входящем воздухе содержание радона из-за его выделения с поверхности горных выработок при колебании атмосферного давления. Транспортируемый по горным выработкам уголь также может выделять индикаторные газы в воздух, поступающий в скопления угля и пород, Поэтому измерение концентрации индикаторного газа на входе в скопление угля и пород также повысит эффективность обнаружения самовозгорания угля.

Способ осуществляют следующим образом.

Чтобы повысить эффективность обнаружения процесса самовозгорания, в качестве критерия выбирают параметр, независимый от колебания расхода воздуха и концентрации индикаторного газа на входе воздушной струи в скопление угля и породы. Таким параметром является, например, скорость выделения индикаторного газа в скоплении угля и породы. В случае использования в качестве индикатора оксида углерода, водорода, предельных и непредельных углеводородов для определения скорости их выделения измеряют концентрацию этих индикаторных газов во входящей и исходящей струе воздуха и рассчитывают ее изменение при прохождении через скопление угля и породы по формуле

где ΔC - изменение концентрации индикаторного газа в воздухе при прохождении через скопление угля и породы, доли ед.;

C₁ - концентрация индикаторного газа в воздухе, входящем в скопление угля и пород, доли ед.;

С₂ - концентрация индикаторного газа в воздухе на выходе из скопления угля и пород, доли ед.

Одновременно с концентрацией замеряют расход воздуха, прошедшего через контролируемое скопление угля и пород, и определяют скорость выделения индикаторного газа по формуле

где Q_B - расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, м³/с.

В случае использования в качестве индикатора процесса самовозгорания радиоактивного газа радона оценивают его содержание в воздухе по объемной активности. Поэтому для вычисления скорости выделения радона в скоплении угля и породы измеряют его объемную активность во входящей и исходящей струе воздуха и определяют изменение этого параметра по формуле

где ΔК - изменение объемной активности радона в воздухе при прохождении скопления угля и пород, Бк/м³;

K₁ - объемная активность радона в воздухе, входящем в скопление угля и пород, Бк/м³;

К₂ - объемная активность радона в воздухе, исходящем из скопления угля и пород, Бк/м³

Одновременно замеряют расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, а наличие самовозгорания определяют по увеличению скорости выделения радона в скоплении угля и породы, которую рассчитывают по формуле

где М - скорость выделения радона, Бк/с;

К₁ - объемная активность радона в воздухе, входящем в скопление угля и пород, Бк/м³;

К₂ - объемная активность радона в воздухе, исходящем из скопления угля и пород, Бк/м³;

Q_B - расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, м³/с.

Такой параметр, как скорость выделения индикаторного газа в контролируемом скоплении угля, не будет изменяться при изменении расхода фильтрующегося воздуха, колебаниях концентраций индикаторного газа на входе в скопление угля и пород. Поэтому его использование повысит эффективность обнаружения процессов самовозгорания угля в шахтах.

Применение предложенного способа снизит экономический ущерб, наносимый эндогенными пожарами, за счет обнаружения самовозгорания на ранней стадии и повысит безопасность горных работ.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с эндогенными пожарами. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа обнаружения самовозгорания угля, снижение экономического ущерба, наносимого эндогенными пожарами, и повышение безопасности горных работ. Для этого измеряют концентрацию индикаторного газа в воздухе на выходе и на входе из скопления угля и пород и рассчитывают ее изменение при прохождении через скопление угля и пород. Одновременно измеряют расход воздуха, прошедшего через скопление угля и пород. С учетом измеренного расхода воздуха и изменения концентрации индикаторного газа в воздухе определяют скорость выделения индикаторного газа при прохождении через скопление угля и пород и по ее увеличению определяют наличие самовозгорания угля. Приведены также математические выражения для вычисления скорости выделения таких индикаторных газов, как оксид углерода, водород, предельные и непредельные углеводороды, а также радона. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ обнаружения самовозгорания угля, включающий измерение концентрации индикаторного газа в воздухе на выходе из скопления угля и пород, отличающийся тем, что дополнительно измеряют концентрацию индикаторного газа в воздухе на входе в скопление угля и пород и рассчитывают ее изменение при прохождении через скопление угля и пород, одновременно измеряют расход воздуха, прошедшего через скопление угля и пород, с учетом измеренного расхода воздуха и изменения концентрации индикаторного газа в воздухе определяют скорость выделения индикаторного газа при прохождении через скопление угля и пород и по ее увеличению определяют наличие самовозгорания угля. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость выделения таких индикаторных газов, как оксид углерода, водород, предельные и непредельные углеводороды, определяют по формуле

где q - скорость выделения индикаторного газа, м³/с;

C₁ - концентрация индикаторного газа в воздухе, входящем в скопление угля и пород, доли ед.;

С₂ - концентрация индикаторного газа в воздухе на выходе из скопления угля и пород, доли ед.;

Q_B - расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, м³/с.

где М - скорость выделения радона, Бк/с;

К₁ - объемная активность радона в воздухе, входящем в скопление угля и пород, Бк/м³;

К₂ - объемная активность радона в воздухе, исходящем из скопления угля и пород, Бк/м³;

Q_B - расход воздуха на выходе из скопления угля и пород, м³/с.