СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ НА РАННЕЙ СТАДИИ Российский патент 2010 года по МПК E21F5/00 

Описание патента на изобретение RU2407896C1

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

Известен способ обнаружения эндогенных пожаров по выделению пожарных газов (Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров на угольных шахтах. - М.: Недра, 1977).

Недостатком известного способа является невозможность обнаружения процесса самовозгорания на ранней стадии из-за особенности выделения пожарных газов.

Известен способ обнаружения ранней стадии процесса самовозгорания угля в шахтах, включающий измерение на входе и выходе из скопления угля влагосодержания воздуха (А.С. СССР №972144, Кл. E21F 5/00).

Недостатком данного способа является низкая эффективность из-за колебания влажности входящего в выработанное пространство воздуха под действием изменения температуры атмосферного воздуха и расстояния от лавы до входа поступающей струи воздуха в шахту.

Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения ранней стадии процесса самовозгорания угля в шахтах, включающий определение содержания жидкого аэрозоля в прошедшем через скопление угля воздухе, а для определения количества жидкого аэрозоля воздух пропускают через сорбент, например силикагель (Патент Российской Федерации №2169844, МПК 7 E21F 5/00).

Недостатком данного способа является низкая эффективность обнаружения ранней стадии процесса самовозгорания угля из-за возможности поглощения сорбентом не только жидкого аэрозоля, но и водяного пара. Поэтому увеличение массы сорбента после прохождения через него воздуха не будет соответствовать массе жидкого аэрозоля в воздухе, что может вызвать ошибку при обнаружении самовозгорания и оценке температуры очага.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа обнаружения процесса самовозгорания угля на ранней стадии, повышение безопасности горных работ.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения процесса самовозгорания угля на ранней стадии, включающему определение содержания жидкого аэрозоля в воздухе, прошедшем через скопление угля, путем подачи этого воздуха через сорбент, дополнительно определяют относительную влажность пробы воздуха, прошедшей через сорбент, причем содержание жидкого аэрозоля в воздухе рассчитывают по формуле

где СЖ - содержание жидкого аэрозоля в воздухе, кг/м3;

МП - масса жидкого аэрозоля и пара в пробе воздуха, поглощенная сорбентом, кг;

V - объем воздуха, прошедшего через сорбент, м3;

ρ - плотность воздуха, кг/м3;

P - давление насыщенного водяного пара;

P0 - барометрическое давление воздуха;

φ - относительная влажность воздуха после прохождения сорбента.

В известном изобретении для определения количества жидкого аэрозоля воздух пропускают через сорбент. Однако при анализе этого процесса необходимо учесть следующие факторы:

1. Сорбент (обычно силикагель) поглощает не только жидкую фазу, но и пар.

2. После прохождения сорбента в воздухе остается непоглощенный пар, количество которого зависит от скорости движения воздуха, параметров воздуха и свойств сорбента.

Учитывая эти факторы, для подсчета количества жидкого аэрозоля, содержащегося в рудничном воздухе, составляют уравнение баланса пара и жидкой фазы в воздухе до и после прохождения сорбента

где МП1 - масса пара в пробе воздуха до взаимодействия с сорбентом, кг;

МЖ - масса жидкого аэрозоля в пробе воздуха до взаимодействия с сорбентом, кг;

МП - масса жидкого аэрозоля и пара в пробе воздуха, поглощенная сорбентом, кг;

МП2 - масса пара в пробе воздуха, не поглощенная сорбентом, кг.

Массу жидкого аэрозоля в воздухе с учетом уравнения (1) рассчитывают по формуле

Массу поглощенного сорбентом жидкого аэрозоля и пара определяют в процессе измерения как разницу масс сорбента до и после прохождения рудничного воздуха. Содержание пара в воздухе подсчитывают по формуле

,

где d - содержание пара в воздухе, кг/кг;

P - давление насыщенного водяного пара;

P0 - барометрическое давление воздуха;

φ - относительная влажность воздуха.

При расчете массы пара в пробе рудничного воздуха до подачи через сорбент необходимо учесть, что относительная влажность этого воздуха равнялась 100% (φ=1). С учетом этого фактора масса пара в воздухе до поступления через сорбент определяется по формуле

где V - объем воздуха, прошедшего через сорбент, м3;

ρ - плотность воздуха, кг/м3;

Для расчета массы пара, прошедшей через сорбент, необходимо определить относительную влажность воздуха после сорбента. Для этого пробу воздуха после сорбента пропускают, например, через психрометр. С учетом найденной относительной влажности воздуха рассчитывают количество прошедшего через сорбент пара по формуле

где φ - относительная влажность воздуха после прохождения сорбента;

P - давление насыщенного водяного пара;

P0 - барометрическое давление воздуха;

МП2 - масса пара в пробе воздуха, не поглощенная сорбентом, кг.

Подставляя выражения (4) и (5) в (2), получают формулу для определения содержания жидкого аэрозоля в воздухе

где СЖ - содержание жидкого аэрозоля в воздухе, кг/м3;

МЖ - масса жидкого аэрозоля в пробе воздуха до взаимодействия с сорбентом, кг;

МП - масса жидкого аэрозоля и пара в пробе воздуха, поглощенная сорбентом, кг;

V - объем воздуха, прошедшего через сорбент, м3;

ρ - плотность воздуха, кг/м3;

P - давление насыщенного водяного пара;

Р0 - барометрическое давление воздуха;

φ - относительная влажность воздуха после прохождения сорбента.

Пример применения способа. В лаве 5-6-10, отрабатывающей склонный к самовозгоранию уголь, проводился контроль за ранними признаками развития самовозгорания угля в выработанном пространстве. С этой целью периодически замеряли влагосодержание воздуха на входе и выходе из выработанного пространства. Однако в летний период в шахту стал поступать теплый, насыщенный влагой воздух. По мере движения к действующей лаве 5-6-10 воздух охлаждался до температуры горных пород (15°C) и его относительная влажность достигала 100%. На выходе температура воздуха не изменялась, относительная влажность также составляла 100%, поэтому применение традиционного метода не давало информации о процессах самовозгорания угля.

Для повышения эффективности способа обнаружения самовозгорания применили контроль за содержанием жидкого аэрозоля в воздухе. С этой целью пробы воздуха (20 литров) пропускали через емкость с сорбентом (силикагель массой 10 г). Исходящий после прохождения сорбента воздух пропускали через психрометр для определения его относительной влажности. Массу емкости с сорбентом определяли до и после прохождения пробы воздуха, что позволило определить массу сорбированного жидкого аэрозоля и пара. Одновременно замерили атмосферное давление и определили по таблице (Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача // Учебное пособие для неэнергетических специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1975, 496 с.) давление насыщенного водяного пара в точке контроля. Расчет содержания жидкого аэрозоля в воздухе, проведенный по формуле (6), показал, что в исходящем из выработанного пространства воздухе содержится жидкий аэрозоль, что доказывало наличие зоны с повышенной температурой, в которой интенсифицировалось испарение влаги. Последующие замеры показали постепенное увеличение количества жидкого аэрозоля в воздухе, что свидетельствовало о росте температуры очага самовозгорания. Через две недели в пробах воздуха, исходящего из выработанного пространства, появился оксид углерода, концентрация которого постепенно увеличивалась. Таким образом, применение предложенного способа позволило обнаружить процесс самовозгорания угля на ранней стадии.

Лабораторные и шахтные испытания показали, что предложенный способ позволяет более точно определять количество жидкого аэрозоля в рудничной атмосфере. В результате повышается эффективность обнаружения самовозгорания угля на ранней стадии и точность оценки температуры разогретого скопления.

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

Похожие патенты RU2407896C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОНАГРЕВАНИЯ УГЛЯ 1999
  • Портола В.А.
  • Колмаков А.В.
RU2169844C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОЦЕССОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ 2011
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Шевченко Марина Валерьевна
RU2459959C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ 2004
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Шевченко Леонид Андреевич
  • Портола Татьяна Гавриловна
RU2271450C2
СПОСОБ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ 2011
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
RU2511022C2
СПОСОБ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОМФОРТНОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ 2011
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
RU2472134C1
СПОСОБ ПРОГНОЗА ЭНДОГЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВ УГЛЯ, СКЛОННЫХ К САМОВОЗГОРАНИЮ 2007
  • Каминский Анатолий Янович
  • Потапов Прокопий Васильевич
  • Славолюбов Виктор Владимирович
RU2340776C1
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОЖАРООПАСНОСТИ ВОЗДУХОПОДАЮЩЕГО СТВОЛА, ПРОЙДЕННОГО ПО ПЛАСТУ УГЛЯ, СКЛОННОГО К САМОВОЗГОРАНИЮ 2003
  • Белавенцев Л.П.
  • Каминский А.Я.
  • Царапкин В.В.
  • Мансуров А.Л.
  • Рычковский В.М.
  • Алексеев С.В.
RU2236597C1
Способ определения удельного расхода жидкости для обработки навала горной массы 1987
  • Жараспаев Мырзагалий
  • Ахмеджанов Тлевхан Курамжанович
  • Жанбатыров Арун Анварович
  • Жармухамедов Муратбек
SU1474277A1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАПЫЛЕННОСТИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ 2010
  • Кочетов Олег Савельевич
  • Стареева Мария Олеговна
RU2422802C1
СПОСОБ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКИСИ АЗОТА В ГАЗАХ 2003
  • Захаров В.Ю.
  • Сеземин В.А.
  • Вандышев С.А.
  • Игнатьев А.Д.
  • Синиченков В.Ф.
  • Абрамов О.Б.
  • Хахулина Л.А.
  • Шишкина Н.А.
RU2226688C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ НА РАННЕЙ СТАДИИ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с эндогенными пожарами. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа обнаружения процесса самовозгорания угля на ранней стадии, повышение безопасности горных работ. Указанный технический результат достигается тем, что согласно способу обнаружения процесса самовозгорания угля на ранней стадии, включающему определение содержания жидкого аэрозоля в воздухе, прошедшем через скопление угля, путем подачи этого воздуха через сорбент, например силикагель, дополнительно определяют относительную влажность пробы воздуха, прошедшей через сорбент, а количество содержащегося в воздухе жидкого аэрозоля рассчитывают по формуле СжП/V-0,622Pρ(1/(P-P0)-φ/(P0-Рφ)), где СЖ - содержание жидкого аэрозоля в воздухе, кг/м3; МП - масса жидкого аэрозоля и пара в пробе воздуха, поглощенная сорбентом, кг; V - объем воздуха, прошедшего через сорбент, м3; ρ - плотность воздуха, кг/м3; Р - давление насыщенного водяного пара; Р0 - барометрическое давление воздуха; φ - относительная влажность воздуха после прохождения сорбента.

Формула изобретения RU 2 407 896 C1

Способ обнаружения самовозгорания угля на ранней стадии, включающий определение содержания жидкого аэрозоля в воздухе, прошедшем через скопление угля, путем подачи этого воздуха через сорбент, отличающийся тем, что дополнительно определяют относительную влажность пробы воздуха, прошедшей через сорбент, причем содержание жидкого аэрозоля в воздухе рассчитывают по формуле

где Сж - содержание жидкого аэрозоля в воздухе, кг/м3;
Мп - масса жидкого аэрозоля и пара в пробе воздуха, поглощенная сорбентом, кг;
V - объем воздуха, прошедшего через сорбент, м3;
ρ - плотность воздуха, кг/м3;
Р - давление насыщенного водяного пара;
Р0 - барометрическое давление воздуха;
φ - относительная влажность воздуха после прохождения сорбента.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2407896C1

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОНАГРЕВАНИЯ УГЛЯ 1999
  • Портола В.А.
  • Колмаков А.В.
RU2169844C1
Способ оценки склонности углей к самовозгоранию 1976
  • Глузберг Ефим Иосифович
  • Гращенков Николай Федорович
SU730972A1
Способ профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве при разработке крутых пластов угля системами подэтажного обрушения с гидроотбойкой 1980
  • Белавенцев Лев Петрович
  • Скрицкий Владимир Аркадьевич
  • Донсков Юрий Иванович
  • Степанов Алексей Григорьевич
  • Сазонов Александр Егорович
  • Фадеев Борис Васильевич
  • Клещев Виктор Борисович
  • Арбатский Юрий Павлович
SU972144A1
SU 11346820 A1, 23.10.1987
Способ предупреждения самовозгорания угля 1987
  • Шайтан Иван Антонович
  • Пашковский Петр Семенович
  • Мерайс Станислав Ярославович
  • Хорольский Владимир Трофимович
SU1479675A1
Способ определения склонности углей к самовозгоранию 1989
  • Калюсский Аркадий Елизарович
  • Коваль Игорь Николаевич
  • Кошовский Богдан Иванович
  • Пашковский Петр Семенович
  • Лысенко Евгений Павлович
  • Федорчук Эдуард Суренович
SU1689644A1
Способ снижения эндогенной пожароопасности угольного массива 1990
  • Скрицкий Владимир Аркадьевич
  • Белавенцев Лев Петрович
  • Каминский Анатолий Янович
  • Григорьев Андрей Петрович
  • Нацаренус Петр Александрович
  • Мартынов Эдуард Тихонович
  • Златицкий Александр Николаевич
  • Колесников Александр Павлович
  • Мурашев Вячеслав Иванович
  • Никишичев Борис Григорьевич
SU1723339A1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ 2004
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Шевченко Леонид Андреевич
  • Портола Татьяна Гавриловна
RU2271450C2

RU 2 407 896 C1

Авторы

Портола Вячеслав Алексеевич

Лабукин Сергей Николаевич

Даты

2010-12-27Публикация

2009-07-06Подача