Способ определения пожароопасности угольных скоплений в шахтах Советский патент 1985 года по МПК E21F5/00 

I Изобретение относится к угольной промыршенности и может быть использовано для определения пожароопаскости угольных скопленийр например, в виде предохранительных и междуштре ковых целиков иугольных пачек, оставляемых в кровле горных выработок Известен способ оценки пожароопас ности выработанных пространств, заключающийся в определении скоростей фильтрации воздуха и установлении .размеров пожарной зоны на основе сравнения фактических скоростей фильтрации с пожароопасными fl}, Недостаток такого способа - невозможность получения достоверной оценки опасности самовозгорания углей по одному фактору без учета многих других условий, влияющих на пож роопасность скопления угля. Наиболее близок к предлагаемому способ оценки пожароопасности угольньк скоплений в шахтах, основанный на определении и сравнении критического и фактического параметров самонагревания угля и заключающийся в том,, что вначале определяют мощност скопления, энергию активации, тепловой эффект окисления, теплопроводкость и окислительную активность угля к по полученным значениям рассчитывают критическую .активность считывают критическую мощность скоп ления, после чего пожароопасноеть оценивают по соотношению фактической и критической мощностей скопления 2. Р едостаток известного способа со стоит в том, что в полученном показателе пожароопасности не учитывает ся влияние на самонагревание углей диффузионного и фильтрационного пер носа кислорода в скоплении и отдача тепла вмещающим породам. Кпияние массопереноса на интенсивность самонагревания углей обусловлено торм жением окисления в результате падения концентрации кислорода в скоплении, степень которого определяется скоростями фильтрации и диффузии кислорода, а также скоростью окисле ния и размерами скопления, угля. Если зти особенности массопереноса в скоплении не учитьшать, это может привести к несоответствию получен- ной оценки опасности самовозгорания углей фактической пожароопаснос ти скопления. Достоверность оценки 5 . 2 пожароопасности 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 в скоплении критической температуре, при которой процесс самонагревания угля не может стабилизироваться и скорость тепловьщеления из-за окисления угля начинает преобладать над скоростью теплоотдачи. Применение зтого условия снижает надежность оценки пожароопасности, поскольку критическая температура угольного скопления в ряде случаев оказьшается 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 возможность 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 углей в шахтах, основанному на определении и сравнении критического и фактического параметров самонагревания углей, пожароопасность скопления оценивалЬт по средней относительной скорости генерации тепла в скоплении, фактическое значение которой определяют из математического вьгражения/ -гП (1-е ) а кристическое значение, соответствующее переходу низкотемпературного окисления углей в самовозгорание, определяют по соотношению т / Л «hr 5кр -j коэффициент, характеризующий распре- деление концентрации кислорода в скоплении, 1/м, окислительная активность угля, 1/с, V - средняя скорость фил трации воздуха в ско лении, м/с, 3) коэффициент диффузии кислорода в трещинах скопления (Г 0,18 ), с - тепловой эффект окис ления, С - концентрация кислоро да в рудничном возду хе, м/м (,2), , коэффициенты теплопр водности угля и поро Дж/См-с-К), - характерный размер скопления, м, 4.o. коэффициент линеаризованной температурной зависимости скорости окисления, t/c Е - энергия активацииS Дж/моль, « /Ь - коэффициенты, завися щие от вида скоплени (например, для между штрекового целика ,53, , для пре дохранительного цели ка , 16, ,,3 1, для угольной пачки ,09, ,46). Сущность способа заключается в следующем. В шахтных условиях определяются мощность скопления в и скорость фильтрации воздуха V , а в лабора торных условиях по известным методикам определяют тепловой эффект окисления 1 , теплопроводность угля A-.j и вмещающих пород Лп , окислительную активность к и энерги активацгии Е, после чего рассчитывают коэффициент неравномерности распределения кислорода в скоплении j в,1вЧв t,27.10-5 0,36 коэффициент линеаризованной темпе ратурной зависимости скорости окисления5 .,o..i). По полученным данным определяют актическое значение средней отноТельной скорости генерации тепла в коплении 0,2о1/ / -,„|. , 5-iiи-е и ее критическое значение в зависимости от вида скопления для междуштрекового целика 5,, 4,53, для предохранительного целика для угольной пачки в кровле выработки/л а,4Ь :c, 2,09 IT Экр - Лх, . Затем определяют пожароопасность скопления по соотношению п - 1 Если nil, скопление угля считают кепсжароопасным, в противном случае - пожароопасным. Пример о Для определения пожароопасности скоплений в шахтных условиях определили ширину целика и мощность угольной пачки (40,5м и 2,2 м), скорость фильтрации воздуха в междуштрековом целике ( V 0,1 -Ю м/с), а также вид пород кровли (глинистый сланец). Для исследования физико-химических , свойств угля, определяющих его пожароопаскость, отобрали пробы угля из пачки и целика, после чего в лабораторных условиях в соответствии с методикой ИГД и. А.А.Скочинского определили окислительную активность и энергию активации для исследуемых проб угля.из целика и пачки (к 0,, Е 28300 Дж/моль, ,52-10- 1/с, EF25800 Дж/моль). По справочным данным определили тепловой эффект окисления бурых подмосковных: углей (16, Дж/м ) , теплопроводность пород кровли штрека Р 26 (для глинистого сланца Дп 0,7 Дж/(м-СК), а также с учетом влажности угля, находящегося в целике и пачке соответственно ,73 №/(м.с-К) и Л., 0,3 Дж/(м-с-К) Затем по формулам рассчитали фактическую и критическую среднюю относительную скорость генерации тепла в скоплениях и по их соотноmeHiito определили пожароопасность целика и пачки угля.

аблица 2

самонагревания углей. Эндогенные пожары, являющиеся одним из основ.ных видов аварий на шахтах всех у ольных бассейнов страны, создают опасность для проведения горных работ, вызывая рост температуры и повышая вероятность взрьша метана и пыли, ухудшают условия труда горнорабочих вследствие загазования вьфаботок продуктами горения и окисления, приводят к загрязнению атмосферного воздуха, а также приносят существенный материальный ущерб, который складывается из непосредх7n55775 ственных затрат на ликвидацию пожа- Использование изобретения позвора, потерь полезного ископаемого,ляет рациональнее и эффективнее прирасходов на восстановление горныхменять средства для профилактики повыработок после ликвидации пожара ижаров и уменьшить их число в резульдругих затрат. Поскольку пожары преж- 5тате своевременного выявления не де всего представляют опасность дляобнаруженных ранее потенциально пожизни работ-ающих, на их профилакти-жароопасных участков, а следовательку затрачиваются значительные сред- но повысить безопасность работ в ства.уголбных шахтах.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЖЛРООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ СКОПЛЕНИЙ В ШАХТАХ, основанньй на определенит и сравнении критического и фактического параметров самовозгорания угпей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности прогноза эндогенньгх пожаров, пожароопасность скопления угля оценивается по средней относительной скорости Эд генерации тепла в скоплении, фактическое значение которой определяют из математического выражения .V- O-e- M; уТ а ее критическое значение - из математического вьфажения /X JLY -кр S/ 4 коэффициент,хагде Y 4D 2.1) рактеризующий распределение кислорода в скоплении, 1/м, К - окислительная активность угля, 1/с; V - средняя скорость фильтрации воздуха в скоплении, м/с, i) - коэффициент диффузии кислорода в трещинах скопления (D 0,18-10 м с), - тепловой эффект окис ления, Дж/м; С - концентрация кислорода в рудничнсм воздухе (,2); сл - коэффициенты теппойроводности угля и с вмещающих пород, Дж/(мс-К); t - характерный размер l,f(, скопления, м; /(e -11 - коэффициент линеаСП ел VI ризованной температурной зависимости скорости окисления; Е - энергия активаций к Дж/моль; ел « ,Ь - коэффициенты, зависящие от вида скопления (для междуштрекового целика ,53, , для предохранительного целика ,16, ,31, для угольной пачки в кровле выработки ,09, ,46)