автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование методики прогноза эндогенной пожароопасности угольных разрезов

Ыинистерстьо науки, высшей школы и техническом политики Рьооиискс.й ¿едерщнн

Тульский государством.«;» технический университет

11а приьах рукописи )К/ЧЫН Бл^ишир Ь;и.еигшюы1Ч

СОШШЮТЬС.ЬАПИЬ 1..ьтс-дна1 ИНЛМЗА ЭЦД(Л'ЫШ1 П0АА1Ш1АС!!(;СТ11 угииш РАЗИоОВ

Специальность. ОЬ .2о .01 - Охрана труда и шжырная безопасность (по техническим наукам)

А т р а ¡. и р а т

циас;ьрт£.'Ц1-.п н;. утс-напио } ченой степени кандицита т°гл(!'!с.с;:;;:-< аауи

Уула [ьг'З

Диссертационная работа выполнена в Тульском ордена Трудового Крася:по Знамени политехническом институте. Няучш'Н руководитель ~ доктор тонических паук,

профессор ^АХЛРиИ Г..Л.

ОфПЦИПМ'ЛМЯ сипоиш п.!: .

доктор технических- ноук !!1;,'ГК:С1 11.13. гендндат технических наук • ТЩКНЬС

Вепуищ организация - !Ю "Тулаугсль".

^пщитп состоится ''IV' У 3 г. на заседании специали-пировшшсго совета Д 003. IV.01 Тульского государственного технического университета по адресу: 300600, г. Тула,'пр. Ленина, 9.2,-

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке ТГ'ТУ.

Автореферат разослал " ¿2 " января 1993 г.

Ученый секретарь специализированного / ' — "

совета, к.т.н., доцент . - г --и (:.М.Пискунов

■ ----

ОБЩАЯ XAPARTtPIICTlIKA РАБОТЫ

Актуальность ■ р t 6 о t и, Развитие угольнэй промышленности основывается на псшпиемии производительности труда как при попоенном, так и при отмерите;,i способе разработки угольных i;ec» тор^вдений. В настоящее время опели 40 % углл добывается на разрезах и удельный вес открытых гор »к работ постоянно возрастает. Возникающие на разрезах эндс генные псяары наносят значительный материальный, ущерб, нарушают ритмичность работ, ухулдают условия труда рабочих н загрязняют окру:.»амщую- срецу.

В этих условиях особую актуалыюсть. приобретает проблема сни-яеиия эндогенной лояарсопаснссти ни открытых горных работах.

Возникновение эндогенны,: пожаров на разрезах объясняется, с одной Стороны, значительными объемами углл, доступного для окисления кислородом воздуха, с другой - несоответствием организации системы профилактики и тушения поваров' фактической степени пожаро-опасности разреза.

Б соответствии с действующим нормативным документом "Временным руководством по профилактике и тушению эндогенных пожаров на разрезах" комплекс мероприятии по профилактике -и тушению эндогенных полшров на разрезах выбирается в зависимости от категории разреза по степени.эндогенной пожарооласности, определяемой по приведенной в "Руководстве..." методике, разработанной НИНСГТ.

В качестве классификационного признака в методике испсльзу-ется показатель псжарсспасности 11, представляющий собой сумму значиностай факторов, влиявлих на пой'ароопасность разреза, ш.-раггоп-ную в баллах.

Отсутствие у показателя II физического смысла fie позволяет давать интерпретаций полученным результатал1. Креме того, математический аппарат,, используемый шш расчета 11, никак не обоснован.

Анализ результатов прогноза эндогенной покароопасности разрезов, полученных по Методике ЫШОГРа, показал их неудовлетворитель-1 нув сходимость с данными о тактической псагзроопаснссти. Неточность спре.неления степени .пож&роопасности г» едет к повшению трудоемкости и снижению зффектиьнссти профилактических мероприятий по пре-пупреядёнию самовозгорания углл на разрезе. Следовательно, задача соьерьавизования мет .цики прогноза 8Пд<>ге»шой ложарооп. сноски р-::3у;<:з для р циспяяьнсн сjj't аииэшш! ггриф.йлактических М"р01.рчлтш| т.- пр.цуг.рмтг-чшо. сам ьгершяп угля нн разресах, актуальна.

Диссертационная рабита выполнена в соответствии с отраслевыми. планами НИР Ыипуглепрома СССР и Государственного комитета по делам, неуки и Енсшёй школы, в-которые вошли хоздоговорные работы кафедры • АОТкиС ТулПИ О' гос. регноцаим.'« г. П-:;.Кб; 01.9.100 46434).

Нель р.а б о т ы - совп^и-мютковжие методики прогноза эндогенной нсгарсопасности раярозсп, тшравленчер на пеш-шпше достоверности. определения категорий ¡Н'Кор'.гпас>н;сти для рациональной организации комплекса мероприятии по прсфичакткке и тушению самовозгорания угля на разреза?:.

Идея р а б о т'ы. состоит в снижении трудоемкости работ по профилактике и тушении эндогенных пожаров и повышении безопасности ведения открытых горньтс ,ра£от, достигпешх выбором способов и средств профилактики и'тушения пожаров,. соответствующих фактической степени эндогенной псжареопвсностй разрезов..

0 с н о в н ы е ц а'у и н ы е . п о л о я: е н и я. работы заключается в следующем: ■ ' . •

- показателем эндогенной пожароапасности-угольного. разреза является время его пожаробезопасной работы;

- интенсивность рознйкноветш эндогенных прларов на угольных разрезах .связана с начальной скоростью сорбции кислорода углем, .коз^фи'диентом'з^ектнвной. диффузии кислорода в угле, тепла}иэичес-кйми .свойства/-!!! угля,' а также с площадью поверхности обналеии/} угольного пласта; . ' .

- в течение первых 1.5-20 суток в кинетической области взаимодействия сорбция кислорода углем во времени подчиняется линейному

закону, а. скорость сорбции являемся величиной постоянной. 11 о в и'з н а н 4 у." н ы х положен й й: усоверпенс.тбсване":классификация уголшнх разрезов по степени . псуароопасндсти; отлцчайщаяся тем, что в качестве классификационного признака испольйуется'время пожаробезопасной работы разреза;

п.олуче1ча ({&вая завицШость шггенсивности' возникновения зндо-генных .пожаров на'разрезах от начальной скорости сорбции кислорода, углем, кояффпдиента эф^екаивноП диффузии-кислорода в угле, тепло-ф'Из.чческ}1Х:сроЙстс у г до и площади-поверхности ебнмгения угольного ■ массива; : • '

■рпервы.е докааенр, -чт.'е параметр. Чг» в уравнении кинетики . сорбции риелореда углем явлне.тся начальной.'скоростью сорбции при температуре. .23 ,сС' ■ ;>.концентрации- кислорода, равней единице.

• Д о с т о в е р .11 о с т ь ' научных положений, ■в ы-в о д о в- и • р е -к о м е н д а.ц и ¡1 подтверждается:

• .корректной постановкой задач ис-следовшшй, обоснованным применением классических, методов физической химии, математической физики, математической статистики и теории вероятностей;

удовлетворительней сходимостью результатов прогноза эндогенной пояароспаенссти угольных- разрезов с фактическими данными (отклонения не превышают 30 '",);

достаточным обгёмон исследований и представительностью отобранных ггрсб •

• полг.'рительннми результатами промышленной. е;гробации усовершенствованной методики .прогноза рндсгенной пс*лрссцасности на .угольных разрезах ."Березпвский-1" Ш'Красноярскуголь и "Восточный" 1Ю Экибас-1у.-уроль. • •

II р. а к т и Ч е с к о е- значение работы.

Усовершенствованная методика .прогноза зндсгенной погароспаснос-ти угольных разрезов, реализованная в виде комплекта программ для персональных ЭВМ, позволяет с минимальной трудоемкость» оценить степень псжар'сопасНости'разреза К. выбрать комплекс-мероприятий по профилактике и. тушению эндогенных поваров соотвётствунций- фактической полиреопасности.

.Разработан способ спредедения сроков профилактики самовозгорания угля на рлзреоох. '

• Разработаны устройства для исследования кинетики сорбции кислорода углом и копМ'г.щк'Нта ектигной-дпй^узпи кислорода в угле.

Р р. а л и з' а ц и я л'ы н о д о в и р е к о м о н д а -ц и й р а о о т I'. Ссн'гшше научные, и практические результаты работы ьнг-npsHifB ИС ".Чолп5и'нс:;уг:.ль"., и НПКЛТ, а тшоге использованы при выполнении хоздоговоры ix и госбюджетных НИР в ГулШ! и. в учебном процессе пр."; шигс-л<аша.дияло?-яих проектов. '

У<:о.зерле.нствЬвпнная методика .прогноза эндогенной пежаро она снести прошла лремшленнуп апробации на угольных разрезах' "Березовский.-!" и "Восточный". Рекомендации .автора использованы при составлении графика профилактики, самовозгорания- у.глп' на указанных. разрезах.- • . '

Апробация' р а б о т.н. Основные положения диссертационной работы докладывались' и..осуждались на научных семинарах кгфеирп Ларолсгии, охрани труда и окружающей среды Ty.jJ.lH (г. Тула, IUiS-lt-92 гг.); на. пр'ои-зводсгвенных совещаниях ПО, "Чедпбинсютсль" (i*. 'Челябинск, I990-ICX"I-гг.).; на научно-технических советах ШШ открытых горных работ (г. Челябинск, 1950-189Г гг.); на научном ceMniiaipe. Северо-Кавказского научного центра высшей гчколн (г.. рос-

говчш-Дсну, 1Й1'г.У. • • ■ •

II у б л и .к а ц и ,и. По результатам выполненных исследований жублшсовано 4 статьи, получено 1 авторское свидетельство и. 2.пс~ юкительшсс решения ЕН11ШЙ на выдачу Патента,-

О .6 ъ-е Ы р а."б о т п. Диссертация состоит ив 5 глав-, иоло-*енньгх на 141; страницах машинописного' текста, содержит И: иллюстраций,.^ таблйц, 4 приложи пш' и- рписОй'-литературы из 13о ишш-швашн».. ■ :

Автор-'вйраиаУ'г благодарность д.т.н., проф. О.М.Соколову и 1.5Г.Н., "проф. Качурину П.II. за нау'одо-ието.ппчцскуа) пометь, с1:аз<л-¡ую при выпо*не|'1Йи работы,, и сотрудникам 'кафедры АОТиСС ТГТУ, прн-шмашии- участие в -акспрршытальшх и теоретических исследованиях

• • ' . 'ш'юьаиу (х.дьжа!^' рлали \

^ундаментал:ише пслогшшя прогноза эндогенных по»арон сформу-•шрс-в^ш в 'трудах А.А.СкёчшскоГо, Е.Ы.Огиевского, Ь.С.Вес«лоьско--"о," В.Й;йаевской- и п.сАучили дальнейшее развитие в работах ¿.Н.Би-«ова, 1 .И.ГЛуЗберга, Х.А.БиЬва, Ь;.И.Захарова, А.И.Козлюка, Г.Ы.Кри-О'н'оьа,- 11.1.1 .Качурина, Н.В,'исг*кг>на, 13.И.Саранчука и др.

Б' настоящее- вре1;я разработаны теоретические основы тепломассообмена ори• самовозгорании угля. Ьнрокое применение нашло матема-гическое моделирование сш.юнагревышя пожароопасных объектов в захтнх* Однако адаптация зтпх наработок дАи условий открытых гор-шх раост .затруонепа, так как, в-.-первих, такой подход не позволя-;т-давить оценку, пожароспас-шети разреза в целом, в то время как ра5ра6от&1Н1'.й ксмылекс плодили*.ических ыереггриптпй по прецупр1¡!— ллпю самовозгорания угля ори. ¡та ьа их проведении в лситьбе я;ареаа-и целом, во-ы-ор»'х, роаиктцил раарабешани моделей требует .¡¡ш.ичил -банка данных о свойствах разрао&тиьаналх углей и ыш-•йала'и:;-порее, ¿»йгорой длл разрезов пока не сформирован.

Вопросами. самовозгорания угля на разрезах занимаются учение ' ЖС'ШШ, НИИЛ'Р, {.№1. Исследования в основном направлено на раз-иаботку' анисшрогенов и мероприятий технологического характера Ш профилактики и тушьния эндогенных пожаров. Однако, чтоб!,: примемте разработанных способов и средств было эффективным 11 рацио-1алйшы, их выбор должбн быть адекватным фактической степени эндогенной п'оварооаасности "разреза. . . * ..

Как отмечалось' тепе,, существ ш-м мс.-иодка прог.юза эндогенной псжарЬспасносуи «6 -пезвоялет1- ршить эту задачу. . "... :Дйя усов.ершьнс1во1»бниц действующей методики необходимо:"*

Обосновать' йойаэатьл|)."пндо|»шной ло&аро.гшасности разрезов..

2. Разработать способ определения показателя эндогенной по-яшроопасности разрезов.

3. Исследовать влияние- физико-химических свойств разрабатываемых углей на интенсивность возникновения эндогенных.пожаров, для чего: ■

' усовершенствовать методику определения константы скорости сорбции кислорода- углями;

разработать способ определения коэффициента эффективной диффузии кислорода в угле п устройство для его реализации;

определить константу скорости сорбции кислорода углей, коэффициент Диффузии кислорода в угле и теплофизические свойства углей разрезов; 7- • '.

установить зависимости интенсивности возникновения эндогенных пожаров'от физико-химических свойств углей разреза и технологических параметров разработки.

• Возникновение эндогенного псиара на любом технологическом объектб угольного разреза является- случайным событием. Следовательно, количестЕЯ эндогенных пожаров за некоторый период времени будет-представлять собой случайную величину. Б то ».е время на. каждом уголпк.м.разрезе предусмотрены, вспомогательные технологические процессы по.профилактике самовозгорания угля, поэтому угольный раз-•рёз мошо рассматривать в виде технологической системы, которая с 'точки "зренйя пожарной безопасности характеризуется определенным уровнем надежности. Всзтшшвение эндогенного пожара при таком подходе можно считать отказом сис^емп поиарноВ безопасности. Отказы системы пожарной берспа'сноети во времени распределяются по закону Пуассона.

В. теории надежности основными ¡.-рактеристпками системы являются .вероятность ее отказа 'и сродней вр'емя безотказной работы. Применительно к исследуемому 'объекту вероятность возникнове- , , нил.'йндогёниого пожара за'интервал времени-. определяется зависимостью: ' '

• г{УУ1}--($е*Р{-м1> (1)

где .V - число эндогенных пожаров, которые возникают за период 'времени '£ . ; Л - параметр, характеризующий интенсивность еозних-попениг. г)11.аогёти:х лежароа на угольном разрезе в единицу времени, . а среднее время пояпробезопаснсй работы - вьграз*енмем:

гдё - вероятность о'гоуг^смяя эндогенного пожар;!

за время I ; Лр - число эндогенных поваров на разрезе в год.'

.Обработка данных о ^эктическоГ;. пожпроепаснссти' действу вдих.. разрезов показала, что в реальных условиях вероятность изменяется в широком интервале значении. Так по угольным разрезам Хиранорс-'.. кип, АзеПскиП, Ксркинский, Северный, им..' ЬО-летил Октября, Черногорский и Ангренский для одних суток веролтиасть'цожаробезопясной работы изменяется от 0,7? до 0,99, я уже для одного месяца - от-

до 0,92. Время пожаробезопасной работы этих .разрезов Тл.К ■ изменяется от 4 до 365 суток. Параметр TnS. имеет ясный физический смысл, что позволяет дана'ть интерпретацию получаемым, результатам. Бремя пожаробезопасной работы разреза также является обобщенным показателем, характеризующим совокупность процессов, приводя-тих к самовозгоранию угля. . ....

Поэтому, с практической точки зрения, в качестве пок^зугеля •' эндогенной пожароопасности технологического объекта (или разреза' в целом) целесообразно использовать время его. пожаробезопасной pâ-боть', которое обратно пропорционально интенсивности возникновения эндогенных пожаров в единицу времени.;'Введение данного показателя позволило усовершенствовать существушую классификаций) разрезов по степени эндогенной пожароопасности, .включавдую-:0 категорий от I ■ (неопасные объекты) до У1 (весьма опасные объекты) ь зависимости от величины времени пожаробезопасной работы (см. т-абл. I),

• Таблица I

Классификация разрезов по-степени зпдогенной ■ ■ пожароопасное«« ,-, '.'.'. .'•'.'•.

Категория эндогенной пожароопасности

I

II Li

1У У

У.1.

Цтепень эндогенной, пожароопасности '

Бремя. пожаробезопяс-.. .' нр'й.рабст).;,' .сут..',.- .

неопасные' "'..;. • более;'90 . мадо.сцасные. 1 ;■ - ДО~ 20 '•'..'.' умеренно'' опаснь'е" ' • ЬО'- 70 '...' ,

' оп'реныс . .'; '■ '• ; ' ■' .30, &0 ';'.. •■'■ поваленной: опасности, '}.'•.• 10.;' - 30.; •'. • '._' ■ .весьма • опйсны.е ■ .. "." ' .менее' 10 ;'■'•.'

т 9 -

Сохранение шести категорий пояарсепасности обусловлено тем, что п действующем нормативном документе для каждой 'категории ис/гпрсгпасности рекомендован-снсй комплекс мероприятий по ггрофи-лектике и тушению рндегеннгх пе^чр-в, апробированный на практике H пдяптиропянннй к технологии ведения горных работ, имеющийся техническим средствам и специальному лог-гарному оберудсванил. lien-точу менять структуру классификации разрезов по степени эндогенной пыгароепасности нецелесообразно.

Вторая задача ссверкенствсвяния методики прошсаа эндогенной пожароспаснссти разрезов-состоит в разработке способа определения времени п^гаробелопзеной работы Tní-^

На дрйствуг^и рпзрезпх мотет быть'определено на.ос-

нове ретрсспедг.11РН0го анализа дашгх о йак.тической нсзгароспяснос-ти разреза. • ■ ' _.-.'.

D. ятем случае T.i,£ определяется из соотношения:

-г т , • '

где Тим* - длительность инкубационного периода, определяемая как оценка матемаппесксго с.тидачнл числа эндогенных пожаров' в г т., оут; ■ .

1/гсп'';

• На 0С1ШР.0 получатся зависимости разработан• новИ1 способ оп-' ргделения срскоз'npc¡Îг'яшгппси самовозгорания угля на'разрезах, пррочигкгсть «сторс я чрщи'мяггея равной, времени' пожаробезопасной p-îC't п;.. ■ • • '• ■ ..

'Для проектируем*-* рая печев с;к:ссб нахождения опреде-

ляется структурой и составом пскодной -(ш^ор^ацип. Наиболее доступный и являагсл даннир о-.свойствах углей и.технологии разработки-. Поэтому для расчета -_.7.к.в. получены зависимости интенсивности 'бо.рникнэясщш эндогенных 'псяаров от физико-химических свойств ррсра'бапшаемух углей,. применяемой технологии разработки и горно-геологических условий залегания месторождения. Процессы самонагревания угля к. шахтах .и lia разрезах имеют единую природу, поэтому при внбе'рр..свойств угля, оказывающих определяю-.' .дао-tutmïte на'его .склонность. к самовозгоранию, .ношо спираться на результаты ИсследсванГШ,- выполненных- для условий-подземных/горных работ. • ' •' - • ■ " . ' .' ■ 1 • - Исслёдцвашш самонагревания угля.в шахтах показали, что' ос г-йевными св'сйстййми, определяющими nponèçc самовозгорания," являэт-

- .оценка дисперсии количества эндогегшых'псяор^в,

ся: сорбционная активность по отношению к кислороду, диффузионные и теплофизические характеристики массива.

В качестве обобщенного показатели,, учитывающего горно-геслоги-ческие условия месторождении и технологии разработки -используется суммарная площадь угольных обнажений, -S'-, так как она зависит как от угла падения и мощности Пласта, так и от применяемой- «.-хнол'огпи разработки месторождения.- Кроме этого, Л определяет еб-геш угля, реагирующего с кислородом _ ьозауха Bite зависимости о г вь.цеиия добычных работ на'разрезе. : •

Влияние окислительной активности на эндогенную пожарсдпасноот* угольных разрезов йсследовшю комплексно до результата.! лабораторных экспериментов и натурных наблюдений. Взаимодействие кислорода с углем рассматривалось как многостадийная гетеропмная реакция и изучалось в лабораторных условиях но интенсивности поглощения кислорода при ниэкотешературном окислении угля'.-ОкисЯение осущестт чяялос!. в кинетической области процесса. 'Это достигалось за счет. ■■ того, что на внешних грштцах угольных частиц поддерживалась ' постоянная концентрация кислорода',. а характерный, размер, (эквивалент* Hiiii диаметр) частиц угля не превшая ijhu. Для поддержания по-, стояшой концентрации на.внешних поверхностях .угольных частиц обеспечивалась их-перемещение! в" газовой среде и восполнение убыли кислорода, обусловленной его сорбцией.'Теоретические исследования и экспериментальные данные' свидетельствуют о том, что кинетика сорбции кислорода углем удовлетворительно опнснбпсТся следующим'. соотношением; '.'■.' .

' a{i)*'C<Aa„6,exp/^if^ex/>{-&i).ll , ■ ' ■ (3)

где а^) - сорбции кислорода углем; - концентрация ы;оло-'

рода на вноиллх поверхностях угольных частиц;' рс. or^oofeptoe давление; - ан.тройийимИ множитель; Ос * - теплота сорбции. углем одного моля.гаайобрашого кислорода;^ - сорбционная емкости угля ,по кислороду;, £ - универсальная газовая достоянная; . Т - абсолютная температура; t>0 - шгеганта скорости сорбции кислорода углем. .-..'.- ' ''■.■■• •.-.■•

. Анализ резу/п-татов лабораторных исследований и зависимости _ (3) показал, .что начальная скорость сорбции кислорода углем-в'кинетической области - в' полном -ойъеме характеризует лройёсс.'вашыо-действия кислорода с .углем' незайис/^ю, 6т .кадстрУкгиьных-.паромер ' ров адсорбера, расчетная формула :'для определения .-уачальной скорости 'сорбции кислорода углем Ua получена- в"следугаа-ем-.вйде: ''

где../£'00, - константа скорости сорбции при температуре "П» ; . Ее.* - энергия активации процесса сорбции кислорода углем.

. Проведенные исследованияпоказали, что в начальный период . времени (75-25 суток) в кинетической области взаимодействия сорбция подчиняется линейному закону, поэтому величина начальной скорости сорбции.определяется как угловой коэффициент функции .сх(¿) = Иа1 .' На основе данной зависимости разработана усовер-•' шенствсванная методика 'определения- начальной скорости сорбции кислорода углем.- Для ее нахождения Померяется сорбция кислорода углем-для двух моментов времени, а начальная скорость сорбции ' рассчитывается из соотношения:

П.= а-! ~ : 15)

где ' , (Л г - сорбция, кислорода углем . соответственно для момсн-. 'той времени т^ и . '

Для реалйзаций эвей методики разработано устройство, позволяющее .повысить. дсстоЕернсст.ь и снизить трудоемкость исследований.

В целом..теоретические и экспериментальные йсследсвания показали, что общеп'рШнтОй параметр ; характеризующий окисли-■ теЛьную активность угля, представляет-собой начальную скорость сорбции кислорода углем при Ташературе ?.5'°С и концентрации кислорода'рапне й еяишше. Определена значения параметров 45н и3л для углей, добываемых на.разрезах' "ВерезоЕсКий-1!' и ¡'Восточный". ' При этом доказало, .что -определение этих параметров по методике ИГД.'нм. А.А.Скочияского дает'зонижешше значения'на 50 - Л") %. Температурный' критерий Ь .И.Глузберга'для перспективных угольных разрезов {«меняется в интирпалз от 0,95-10" до 2,76.Ю-" м3./(кг-с-К), следовательно, разрабатываются угли, склонные или с-собЬ. склонные к самовозгоранию.

' Эмпирическая зависимость эндогенной позгарсспаснссти угольных разрезов - с окислительной активностью углей имеет следую-

щий вид: '. ' '

:• -¿.Л £54-?-(О^Зех/й^^ Цгб), (б)

где' Л' - площадь поверхности обнажения угольных пластов.

Дт^уэионные свойства угля также оказывают существенное влияние на процесс низкотемпературного окисления. Именно диффузионный перенос кислорода к реагирушик поверхностям угля может стать' лимит прупдей стадией процесса спмснагтл.-впнил.

Сумиструтаая методика- опрсде-лскип к'ррЭДициуц'та пМектйвной • диффузии кислорода в угле, разработанная сотрудниками ВН1Е1ГД, не позьоппет проверить исследовепш! без измельчания и глубокого охлаждения образца угля. Ввиду трудоемкоеги получения результатов по дачной методике их количество меонячителыю даже для шахт, а для разрезов вообще отсутствует. устранения ук&згашюс Недостатков в работе разработан способ определения кеоффиц'иента гч'фск-тпвной диф|узии кислорода в образце угля и устройство для Что -реализации, В основу способа положено определение газового-потока через поверхность угсльногн образца при температуре, близкой, к фактическим условиям самонагревания. • . .

Математическое моделирование диффузии кислорода в угле- и вы~. числительные эксперименты показали, что поле концентраций кислорода в угсльн. м образце в течение 10 - НО ч удовлетворительно описью ваетия следующей зависимость«: . . •

. .; '(7);

где X - пространственная ко.ордтттп ( О К< оо -)•' С? - кпщеитрация кислорода в воздухе;

Г - константа Тенрй; .••а - коэффициент эффективной. диффузии

кислорода в угле. ... ' • •'

Эго позволило получить .уравнение,' отратАг-яее сряэь объема поглощенного кислорода' время Ь . -с •й'из.кко-яимичееккми • свойствами угля, которое имеет вид: -....' • •■

уМ, Су + ^ГКе^УГЬ^и^ -(ц);

■ *: о. 'У-ГТ , •' ..■...■'..'_

где ГЦ} - масса угольного образца,- в'-кеторый диффундирует кислород,-Уравнение (0) использовано для;определения- коэффициента' эффективной. дифф;узии кислорода'-в'уголь 1>. ..'Сб.оснс.ваны параметры проведения лабораторных 'исследований, диффузии кислорода'^ угде-.^ Ноув- ■ зано, что для периодов времени 10 - 20 ч и образца угля.'Толщиной-'. .10 - -30 км - справедливо- использование математической модели нес.т&~-ци он арной одномерной ди<)$узпи газа в. ЯоЛубесконёчном пространстве.

Раор&бстано устройство, обеспечивающее реализацию соотношения (?) в процессе лабораторных, экспериментов, и определены коэффициенты ¿нф-фузии кислорода в углях Верезовсксго месторождения. С ростом температуру коэффициент диффузии увеличивается пропорционально е.ур (- §уг)\ I гдо' Ез - энергия активации диффузионного переноса кислорода- .в угле-.

Влияние диффузионных свойств углей на эндогенную ложароопас-ность оценивалось по фактической пожароонасности угольных разрезов- "Березспский-1"; и. "Всстсптй". Приближен!го эта связь вкрауа-етсй'-Линейно}) зависимостью интенсивности, самовозгораний угля от величины коэффициента эффективней диффузии кислорода в угле.

• .Теплсфизические' свойства углей исследованы ичпульеннм методом с .использованием л.иейного эгида.' Теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность углей- Березовского и Экибастузского месторождений являются случайными, величинами, подчиняющимися нормального закону распределения, Средние-значения теплоемкости составляют 0,402^0,022 Дж/м3;гряд; теплопроводность 0,002-0,122 Вт/м-град; температуропроводность I,З'^-Й,64 м'Ус. Анализ эксперт.;онтальньх данных.показал, что 1.итемат1пеское ожидание количества пндогенных иогарор пропорционально температургпроводности угля. Установлено, что температуропроводность здгч.гаит -оу зольности, влишости'угля, а так.*е от содержания серы. Эти зависимости имеют вид:

.. . - . аг .

. ^ -- -0,сй<г'е&>-с>е4?£б11^, . (9)

. - У.58? > '

где и^-.уй;'. --соответственно' зольность, влажность угля и - . . содержание-серы, в угле, '■' Ирсведеннып исследования позволили .'получить эмшгрич.еекпе- зависимости -интенсивности возникновения эндогенных поваров от на-.чалькс'й рк'ор.ости'--сорйшм'.кислород)3;угле>.1, коэффициента эффективной диффуз.(ш -кислорода.'в угле, т.еплофизическ.их свойств разрабаты-в.аемйх углей' и' сум'лрной, пяопапи. угольных обнагении,

"■' /:у\ • У?: - ,- ■■ (10)

. я- с 'у м^.

где А - интенсивность возникновении андогеш«« пожаров' на разрезах;

начальная скорость сорбции кислорода в угле;

Я)^' - коэффициент эффективной диффузии кислорода, в угле;

а\у - температуропроводность угЛя; . ^ - суммар1ая площадь угсльинх'обнажений;

^ ^ - эмпирические коэффициенты. . •

Для определения Продолжительности инкубационного периода само--нагревания конкретного Пожароопасного объекта на разрезе лучшие ■ результаты дает метод математического иодирования процесса низкотемпературного- окисления угля. .

Физическая модель салон агрев>им'я угошюгс массива Или уголь--ного скопления принята в виде' полубиокопечного пространства, заполненного угольными блоками сферической формы, которые имеют эффективный диаметр, обеспечивающий равенство у цельных поверхностей в реГпиых ¡»сас-ы:/»: п г> р.и-.л итрЮч-« 1/4 >•• пористой среди. Ма.-тематическое описание такой физической модели самонагревания угля имеет вид: ':'

<*(г,о).о, ,Ш)

■ етГ^ '

А -о о" . ' V14)

где -удельная поверхность, через которую поступает кисло- ■

род в угольное вещество; '

- тепловой-эффект сорбции кислорода угЛем при температуре, равней £5ГС;

^ - коэффициент| -учитывающий увеличение.тепловыделений,

обусловленных-сорбцией кислорода с ростом температуры;

51 (Т-¿5)

- единичная функция Хевисайда;

Я. - эффективный радиус угольных-блоков, .моделирующих реальное угольное скопление. ■• Решение краевой задачи 19) (10) для условий ^Ь °С и Т < °С ; позволило получить уравнение для расчета времени .инкубационного периода самовозгорании угля I , .которое имеет, следующий вид:

где -Ткр - критическая -ieiufeptiiypD термодииа1.шческой системы- "кие' лород-уголь"; Тс - температура поверхности обнажения угольного ^скопления; - коэфф-ициент, учитншмцнй сорбции кисЛорспа углем;

; е;тЦ \ .г,й • , - ш

■ I От • S а I г-44-

где f^r - время нагрева угольного скопления от- температуры !о до ¿5 которое определяется-Из'урЬвнеиИя:.

где и - функция теплового источника; •• .

/Су t -"Л

Опре-деление времешг инкубационного периода самовозгорания угля из уравнения <15) осуществляется численным методом; Для этого • используется программа ¿mfc , вхсдядал-в разработанный комплект программ для ПЭШ 1БМ-Ш и ПаШ совместимых С 1БМ-1С.

Однако реализации этого подхода й настоящее время ограничивается ..тсутсх'ьпеп ш-чгии о 4ИоИко-химиЦйСййх• свойствах:.раорабативаз-r/.ых на разрезах углях. В работе поясиено начало _<] г.рмирсппнип банка данник о <!изико-хш.:ически:с otxiiouia^ угЛеЙ перспективных разрезов.

Т»кш| vf.paac«, ь сс1.;ие*отвии о предлагаемой метошкой показателем аидсгенная ni'<R«pu-nfi..4oc'r;i. риареэа лзляетсЛ npeiл его пожаробезопасной работы. 15 зависимости ci наличия дашшх о количестве эндогенных пс/'йрсв на разрс:е, физнко-'-химнЧеекиХ свойствах разрабатываемых углей Тч i. определяется. либо--на основе .ретроспективного анализа данных о Ljaicviiuecitcii■ ac^apccnacliocni' разреза _(формула (¿), либо приближенно по' эмпирическим. зависимостям (10), либо для отдельных нокарсс ласннх объектов - па-основе математического моделирования процесса самовозгораний, угля решением „уравнения (15).

по уе.опгрш-е::стпоЕ£'-ННой классификации определяется стечек:/ эндогашой псиарсспаспости разреза М -.внбиравтЬя -сбоувегзтвуютай-; комплекс мероприятий :по'профилактике'и; гуцёнир .возникающих эпдоген-нмх пожаров. • '■ ■•■-.•• '■ - ■ '- •

Преимущество разработанной методики прогноза эндогенной по;га-роспасности разрезов по сравнению с ныне действушей методикой НШОП'а заключается в применении физически обоснованного показателя эндогенной пояарсопасности газрозов времени пожардбезспас-нсй работы. Его использован № для построения шкплы классификации разрезов по степени эндогенной иоггарс.опасности сделано последыш наглядной и легко интерпретнруеиом.

Сравнение результатов оценки эндогенной пожарсопасности раз-' релиз по предлагаемой методике с действумаим нормативном документом показало, что результаты, полученные по усовернепствсвшшоП ч методике, в большей степени соответствуют фактическому, числу ан- ■ догенных пс*арор на разрезах (см, табл. 2). ..'

Таблица. 2

Ьремя пожаробезопасной работы разреза

Разрез Число пега-■ ТА. Категория

ров в пд су т. НИИОГР ТулШ . .

Хар.анорекий .96 ' 4 ' У1 . У1

Азойский■ 15 23 ' ■ 1У У

Ко ркн! ю кий 09 6 • ' у . •• У1

Северный 17 22 1и' У

Черногорский 0 . -16 . У 1У

Ангренский 20 Ш . - У

им.-50-летия

Октября 10 зу У 1У

Усовершенствованная методика позволяет: оценивать псжарс-спасность не. только действующих, но и вновь вводимых в эксплуатацию разрезов. Это дает .возможность уже на стадии-ггроактирсва-ния заложить комплекс профилактических мероприятий, преду смс-т-ренных для разреза соответствующей категории пожарсопасности. Кроме того структура построения методики предусматривает возможность дальнейшего ее совершенс.трования за счет учета новых дополнительных факторов, влияющих на'пожароопасн-ость раз--реза, без корректировки классификационной шкалы й подходов'к Способен.! определения Ти.Т. ' • . "

Разработанная усО!зершенствованна.я_ методика позволяет, также оценива: ь'эффективность проводимых на разрезе мероприятий по • профилактике самовозгорания угля (см. табл.'З). . ■

Таблица 3.

■ Опечка пожаррспаснести разреза "Береэовский-1" п/о "Краснсярс-куго-ль" • ■ .

.'Пожароопасный Еремя инкубационного ■ Времд псэдрсбеаспашгй

объякт пермда, су г ■ . работы-, сут,

7Ул13! ИШШ' • расчетное. фш-гическо.

Сстни'у нерабочего сорта 45-<;0 • ■ ()3 ' гои

Х'сыпи у рабочего борта'. . Н-1 . 4Ь-90 • 63 С 2

Рабочий борт . 45б . 3(30

Внутренний отвал !!;•.:. ■ 45-90• • . -40 ' • '. а-.о

Ио' разрезу' . за - 7. ¡¿з ■

Так например, анализ эндогенной псжяросгюсности разреза "Бс~ . резо-вскиЙ-1" поцазал,' что проводимте профилактические мероприятия снижает андсгеннуп пожароопасность разреза в целом. (.Чутко, соответствие расчетного (без'учета профилактики^ и (Г'ппйчгекого ' времени пожаробезопасной работы на осыпи у рабочей борта показывает, что проводимте там пргфилак-пг-юские мероприятия недостаточно эффективны. .' .

Таким образом, представленная в работе усовершенствованная методика прогноза пндоген'нсЛ пежпрг еппсности угоДънтх. разрезов позволяет с-иенквг.ть степень пг»прс<т'асноо.ти разреза и выбирать комплекс мероприятий по профилактике и тушению яидопшнюс подаров-соответствующий фактической степени .пожареенасности. На осн.опе -методики разработал новый способ определения .сроков преф-и'лййтики .самовоз-•горания угля на разрезах. Для определения ФияигЬ-хкмуческгпх-сло.йсте углей были использованы нойте споогбы. и устройства, йеэполлквдй сократить время исследгвания и повысить точность полученных :реяу?т-та~ тов. " ; '.■;' . ...

Ссциачьпнй зс1фект с? применения усорераено1'£овпн:-;ой нете.плч'И. прсп!оза эндогенной ложароопа'сиости разро.йов- зпкгллчаетоя по-и-уе-' нии безопасности ведения сткрр:'-;ых' гсрЯых работ и у-лу'пгцкш?!'санитарно-гигиенических условий 1151 рабочих- Местах.-' . • '. • • •

з а к 1 ю ч к и- и ь\ ''_:' - • •:.

• Б диссертации на осноее вмюлнеш'мк исс'яедова|!}1й-.р.ой-ен>4*задача совершенствования методики прогноза эмдлгенцгй;потЦ&огч»с1*ости угольных разрезов, направленного на пепьют'ше •досТопер&с',сп. сп'{«з-

деления категорий пожароопасности раарезов, для рациональной организации мероприятий по профилактике и тушению эндогенных пожаров, позволяющей снизить их трудоемкость и повысить безопасность ведения горних работ за счет выбора способов и средств профилактики и тушения, соответствующих фактической .степени эшюгешой'пожаро-опасности, чго имеет существенное; значение для угольной промышленности.

Основные научные и практические результат» работы заклнчаыГ-ся в следующем. • •

1. УсовериепствоБннг. методика прогноза эндогенной лолароопас-ности угольных разрезов, позволяющая снизить труде.емкое;ь и повысить эффективность профилактических мероприятий по предупреждению самовозгорания на разрезах:

обосновано, что в качестве показатели зндогешой пожароогто-ности угольных разрезов целесообразно использовать время пожаробезопасной работы разреза; '

усовершенствована классификация разрезов по степени эндогенной ложароспасности; ■ .

разработан новый способ определения сроков профилактики самовозгорания угля на потенциально пожароопасных объектах угольных ' разрезов, в соответствии с которым периодичность профилактики принимается равной времени пожаробезопасной работы.

2. Выполнены исследования кинетики сорбции, кислорода углем:.

' разработан новый способ определения сорбцио.'пшх характеристик углей и устройство для его реализации, позволяющее снизить трудоемкость и сократить.продолжите'¡„носгв яксноримс-нта;

доказано, что параметр Ы.^ , хц актеризуланй окИсштолшуы активность угля, представляй! собой начал,ь.ьую скорость сорбции кислорода уг.ем в кинетической области г.заимодейеть'ия при температуре ¿5 °С и концентрации. кислорода равной единице.;

установлено, что в начальный период времени (1Ь-£5 .суток) сорбция кислорода углем подчиняемся линейному закону; скорость сорбции остается, величиной постоянней;

показано, что начальная скорость сорбции кислорода углями перс;|е|;тиБных разрезов "Восточный", "Березовский-1" на I граде увеличения температуры составляет - 2,70*

мй/(кг .с.К). Следовательно, эти рао^е-зг. разрабатывая угли, склонные н особо с-«<лишне к' с^мсвогпч ыши.

3. ИсследовгУ!н диффд зионш е свойства углей:

обоснова н пьраыетрц гфовъдашя лабораторных исследований диффузии кислорода в угле.-Показало, что для периодов времени

10 - 20 ч и обратил угля тодм&шМ 10 - 30 мм справедливо использование- мятеттичесноИ Mi пели нсстацпопчрнсП одномерной ,nvl<i.\зни газа л полу(>скснс«н<.'М пространстве;

рачрабпт.чня методика оПр?полеиия ю р'^ипп' нта эЗсЬчп пячг. i'.

' дмОДузим кислорода г угле и разработано уср'-Исгво дня е? реши ж-иии, поозеляящсе проводить иселоповоння бес ичрупения рнутреннс.ч структур''1 исследусмог1'' сбрэацч угля и при температур«".*, иксл-л" место в р^л/ч-ных устоит низкотемцерлrypi цте гкпелечия;

иссподтегогн" диЭДулиишыо рвойсит угле;! раэроэеп "Верезоя-сгкий-1" 110' "Нряаюярсгуп ль" и "ВостеедшП" ¡К "-УкрЧастуиугс ль".

: ' 4.. Установлены эмпирические зависимости интенсивности позпик-. новеиия пндогеннех пб.тяр'-в на угмьинх роэрезпх от тепла} типосиих, диффузионпгх и сербцпоннкх свойств углоЛ, а тайге плеща,!!'! поссрх-иостн угольных обнажений.

5. Разработан комплект программ для li;lD!', позволяющий снизить •трудоемкость обработки статистических лончнх, результягов лабораторных исследований, выполняемых для получения »сходней шб-ермгштт.

0. Усовершенствованная методика прешп рпрг»бяпиг з ПО "Челябинску роль", на разре;;ох "Вереяовскпй-1" и •,'Всс:тс»ся'лн.

Разработаны г-д ке-ггяикп пр-тнора энш'генно.й лгят.роспчсиости

■ угольных разрезов.гнедре-пп в 110 "Челя^ипскуголь" ,• billl открытых

■ горш-'х рябот и Tyriill. (»f'To.uemi епряделгппп .па'чяльчой окоряет» сорбции имслорi яп угл».м и ко-^J-iипиепта элективной дп'Музип кислорода п угле иОяельзупгся в Ty.dili при выполнении ггебтигетных и хоздоговорных mir, а пч-гте в учебном процессе при тюлненйи дипломных работ.. .

Ссновн^р содержание диссертации опубликовано в слепупцнх роботах :

1. А-;п. мзгзш СССР, Will 1.21 Ь/00. Способ спрепеленил koo.J-АкциоЛта тсплсотдтми горного массива в пнрабсткпч Л1 .М.Качурин, Н.Д.Левкш,- L.H.Здоров, В.Л|.Жучков-, -Я-. -!1312ЬС>. Золочено

в. 10,66; опубд, 23:10,150,'- Боя. - Г, ЗУ,'"- •' . .

.2. Кучков--B.fi; Сцен кл .окдснИСсти у глей-к самр*с8гсг»тп//01сд-зешоя .разробртка-тонких й средней ысвдссти' уголыи-ч пластов: • Сб.ёт./ТулШ!. '- Тула1,. 11ДЛ. - С. ÜV-90'.

.. -.3'. Захп-рор 1..1Г., Панферова И.В., Душпов В.13. Устройство для 'епрёде допил сорбции,. кислорода 'yi я»и//1А:хпнияглш»г и автоматизация ropurä" раб ст. на угодных галхтзх:. Сб.ст./Гул1"!. - Тула, 1991.

| - С. 115—11«. .. '• . .. •• -'-.

'. .4. .Уучков'-В.Е» 'Омпсгеннпй пцжароспасность рапри'он/Гу.'Лч'.' -Тула-,. И>91. - - г:-'' с. - Доп'.- в -ЦИКИШуголЬ,. iO.,OV.«i, "Г 53;^;:.

5. 11ыи|еуоьы И.В., Кузнецов 13.Ь., Жучков Б.Б. Теплс«|иьичес-кис t.i':.¡ic'»t а углей y-íiar,..;jc;ii/'ij-иЛЛ.- - 'Тула, 1>л.£. - 13с. - Деп. к' 1?111Ы1угол1 , L-i.01 ЛЬ, !.'■ 531-1. ' ,

с. A.c. Пйл0ги'гьхыи-0 [J.U.IUHic от 23.05.91. СССР.

Шчб-01 /PV/О Í. Устрс'йсзгло для определенна еорбциа. кислцюда углп-:«и/5).М.Кач.урш1, L.iLbtxupíii, И,Б.Панферова, Б.Б.Нучкоа. • • }» -ÍB", cVu/ú<l¡ Заявлено '¿3.10.У). ' •

• V. A.ü. Пиж.нительнос решение .от 23.0У .-.il. СССР,

1.И' LälFö/Od. Способ профилактики самониэгорспми пожароопасного ' ' обт.окта на угольных paapusux/U.U.Иачурии, Ь.И.Ьахаров, 11.В,11 шфо-potib, В.В.Йучков. - ir 'к'.7С6091/03; оаяьшю 23.C5.Í'1.

• . l\rßf

Подписаьо к г.ачати ¿ü.úl.93. vupdai' Оулагп ьОль'». í/Ic. Буыа^а laaüi'p. !>: 2. -Офоо'Л.нич; 5сл.i¡. л.1,1. Уч.-чзд, л.1,0. ïi!pa»t IU0 экь. Зцкаа tó k5. •

'liSÂûbû ь Тульском госу.дарственной *ех»шчйЬкои университете. Тулс1,ул.Болдтш,Г51. Ошв чата im на рэгалрииде ь ТулЛ;/-.