Профилактика самовозгорания угольной пыли с применением твердого аэрозоля

  • Статьи
  • 30.05.2015
  • 1661 просмотр

В.Г. Игишев
д-р техн. наук, заместитель генерального директора ОАО «НИИГД»
И.Д. Карлов
инженер ОАО «НИИГД»

Исследовано влияние добавки инертной пыли на возгорание угольной пыли при ее нагревании в лабораторных условиях. Описана методика и результаты разогрева исходной угольной пыли без примеси инертной и при ее добавке в пределах от 5 до 25 % по массе. Установлено, что добавка инертной пыли стабилизирует температуру самонагревания угольной пыли ниже температуры ее возгорания.

Зависимость химической активности угля от степени его измельчения исследована в работах многих авторов. В частности, в фундаментальной монографии А.А. Скочинского и В.М.Огиевского [1] приведены данные, согласно которым уменьшение размера частиц угля с 0,35…0,80 до 0,07…0,15 мм увеличивает относительную скорость окисления в два раза. При увеличении размера частиц угля до 2,4…4,7 мм наблюдается снижение его химической активности в пять раз (таблица 1).

Таблица 1 – Влияние размера частиц на химическую активность угля

Размер частиц, ммОтносительная скорость окисления
4,70-2,40 0,20
2,40-1,10 0,41
1,10-0,59 0,73
0,80-0,35 1,0
0,59-0,30 1,24
0,30-0,15 1,79
0,15-0,17 1,97

В период реструктуризации отрасли в Кузбассе происходило постоянное повышение нагрузки на очистные забои. По данным В.В.Соболева [2], с 1993 по 2001 гг. среднесуточная нагрузка на механизированный забой увеличилась с 719 до 1494 т, т.е. в два раза. При этом в отдельных лавах она превышает 8000 т/сут. В период с 2005 по 2011 гг. число лав, работающих с нагрузкой более 1,0 млн т в год, изменялось в пределах от 26 до 31 (в среднем 28).

Необходимость преодоления газового барьера при такой высокой нагрузке на забой предопределила расширение области применения прямоточных схем проветривания и внедрение схем с отводом метана по выработанному пространству с помощью газоотсасывающих установок. Негативное влияние этого фактора на эндогенную пожароопасность отражено в работе [3]. В этой работе на примере эндогенного пожара в лаве № 18-21 пласта Толмачевского на шахте «Полысаевская», возникшего 19.09.2001 г., раскрыта причина такого рода аварий на пласте, который не был отнесен к категории склонных к самовозгоранию. За всю историю его отработки на шахте не было ни одного самовозгорания угля.

Комиссия, расследовавшая пожар, установила, что причиной возникновения эндогенного пожара явилось наличие угольной пыли в отработанной части пласта. Утечки воздуха при работе газоотсасывающего вентилятора (лава проветривалась по комбинированной схеме) составляли 200 м3/мин. Средняя скорость подвигания лавы равнялась 190 м/мес. Потери угля по мощности пласта отсутствовали.

При фактической запыленности в лаве на уровне 325 мг/м3 масса угольной пыли, выносимой утечками воздуха в течение суток, достигала 31,6 кг. Общая масса пыли, отложившейся на пути утечек воздуха в течение года, превысила 11 т.

Следует отметить, что в Кузбассе в отдельных лавах при производительности газоотсасывающих установок до 400 м3/мин и более суточные отложения угольной пыли на пути движения метано-воздушной смеси достигают 90-100 кг. В этом случае она играет роль катализатора самовозгорания угля, что было четко обозначено А. Путилиным еще в 1933 г. [4]. Однако действовавшая до 2007 г. нормативная база, в частности бассейновая «Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса», не учитывала возрастание значимости фактора «угольная пыль» в условиях отработки склонных к самовозгоранию шахтопластов механизированными комплексами с высокой производительностью. В «Руководстве…» [5] возможные самонагревания отложений угольной пыли на пути движения метано-воздушной смеси по выработанному пространству также не учитываются. Скопления угля рассматриваются без учета фракционного состава. Для торможения их самонагревания предусмотрено только использование жидких аэрозолей, подаваемых в спутный поток утечек воздуха.

Для восполнения этого пробела в лабораторных условиях исследована эффективность влияния сухого инертного наполнителя на динамику разогрева скопления угольной пыли фракции (-0,4+0,2) мм. В качестве наполнителя использовалась инертная пыль марки ПИГ с остатками 3,4 и 12,8 % на ситах, соответственно, 016 и 0063 при норме не более 15,0 и 50,0 % (ГОСТ Р 51569-2000). Массовая доля частиц размером менее 0,05 мм при оценке фракционного состава угольной и инертной пыли составила, соответственно, 21,2 и 34,3 %.

Исследования проведены по методике, описанной в работе [6]. Стеклянная реторта с навеской угольной пыли массой 60 г помещалась в разогретую до критической температуры (147 °С) печь. Расход воздуха при продувке реторты с навеской составлял 500 см3/мин. Контроль за температурой велся с помощью ртутного термометра. Процент добавки инертной пыли к угольной в исследованиях составлял 5, 10, 15, 20 и 25 %. Для исследований использовался уголь марки ДГ пласта 67 шахты «Талдинская-Западная-1».

Основная идея применения сухих твердых аэрозолей в качестве антипирогенов сводится к использованию эффекта стабилизации температуры в очаге самонагревания угольной пыли ниже температуры ее возгорания. Поэтому для сравнения угольная пыль фракции (-0,4+0,2) мм предварительно нагревалась без добавки инертного наполнителя. Результаты исследований сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Температура стабилизации навески угольной пыли в зависимости от процента добавки инертного наполнителя

Добавка инертной пыли, %Время от начала нагрева, минКритическая температура реторты,Время от начала нагрева, минКритическая температура возгорания навески, °СВремя от начала нагрева, минТемпература возгорания навески, °СВремя от начала нагрева, минТемпература стабилизации навески, °С
0 84 147 46 90 130 248 - -
5 89 147 41 90 222 292 - -
10 87 147 45 90 240 - 240 240
15 102 147 36 90 321 - 183 184
20 150 147 39 90 227 - 153 182
25 154 147 30 90 240 - 147 176
Пустая реторта 249 147 60 90 - - - -

В интервале температур от 74 до 90 °С при нагревании угольной пыли без добавки инертной пыли наблюдалось обильное выделение влаги. Очаг горения зафиксирован при температуре 248 °С. Критическая температура нагрева пустой реторты, обеспечивающая возгорание пыли, равна 147 °С. Из данных таблицы 2 видно, что 5 %-ная по массе добавка инертной пыли не обеспечивает стабилизацию температуры навески ниже температуры 248 °С. Однако и в этом случае имеется антипирогенный эффект. Он обеспечивает возрастание времени самонагревания угольной пыли до температуры возгорания в 1,7 раза.

При увеличении инертного наполнителя до 10, 15, 20 и 25 % происходит термодинамическая стабилизация гетерогенной системы «уголь-воздух» на уровне температур 240…176 °С, что на 8…72 град ниже температуры возгорания угольной пыли без добавки инертной.

Таким образом, выполненные исследования позволили рекомендовать инертную пыль в качестве твердого аэрозоля, подача которого в выработанное пространство в спутном потоке метано-воздушной смеси предупреждает самовозгорание осаждаемой на пути ее движения угольной пыли. При достаточной для этой цели 25 %-ной добавке объем расходуемого инертного наполнителя в «Инструкции…» [7] увеличен до 100 % из расчета обеспечения взрывобезопасности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Скочинский, А.А. Рудничные пожары / А.А. Скочинский, В.М.Огиевский. – М.: Углетехиздат, 1954. – 387 с.

2 Соболев, В.В. Установление закономерностей процессов пылеобразования при работе высокопроизводи- тельной угледобывающей техники: автореф. дис. … докт. техн. наук / В.В.Соболев. – Кемерово, 2002. – 47 с.

3 Храмцов, В.И. Снижение эндогенной пожароопасности при комбинированном проветривании очистных забоев / В.И.Храмцов, В.Г. Игишев, В.А.Горбатов, А.Ф. Син // Борьба с авариями в шахтах. –Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. – С.22–24.

4 Путилин, А. Новейшие данные о самонагревании угля / А.Путилин. – Харьков-Киев: Издательство ВУГIЛЛЯ I РУДА, 1933. – 144 с.

5 Руководство по применению способов торможения развития самонагревания угля в выработанных про- странствах выемочных полей шахт. – Кемерово, 1987. – 60 с.

6 Технологические схемы профилактики, локализации и тушения эндогенных пожаров в шахтах / В.А.Горбатов, В.Г. Игишев, В.Б.Попов, А.В.Лебедев, Л.П. Белавенцев, В.А. Портола, А.Ф. Син. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002. – 177 c.

7 Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. – Кемерово, 2007. – 77 с

Добавить комментарий

Поля отмеченные звездочкой* обязательны для заполнения