Повышение эффективности способов профилактики эндогенных пожаров на породных отвалах

Повышение эффективности способов профилактики эндогенных пожаров на породных отвалах

Ныцюк И.И., Завьялова Е.Л.

На территории Донбасса уже более 200 лет производится подземная добыча угля. Шахтные комплексы изменяют до неузнаваемости естественные ландшафты. На угледобывающих и углеперерабатывающих предприятиях наряду с производством основной продукции (углем, угольным концентратом) образуется большое количество газообразных, твердых и жидких отходов (шахтный метан, порода, хвосты обогащения, сточные воды). Указанные отходы отрицательно влияют на результаты хозяйственной деятельности предприятий, поскольку требуют затрат на их сбор, транспортировку, хранение, а также осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт [1].

Породы, складированные в отвалах, имеют различную геохимическую природу и строение, что является следствием технологии добычи, свойствами разрабатываемой толщи и процессами, которые происходят с породой на земной поверхности. Минеральный состав пород [2], слагающих отвалы угольных шахт, тесно связан с их происхождением и последующим воздействием процессов выветривания и термического воздействия, приводящих к его изменению, глубина которого зависит от генетического возраста терриконов. Углевмещающие породы, складированные в отвалы, подвергаются воздействию теплового поля, что и приводит к формированию различных типов отвальных пород угольных шахт. В связи с этим различают термоизмененные и термонеизмененные отвальные породы. 

В результате сложных экзотермических реакций, протекающих в теле отвала, происходит их самопроизвольное возгорание. Горение отвалов продолжается в течение нескольких лет. Это ведет к загрязнению атмосферы продуктами горения и осаждению их на поверхности земли [2]. В атмосферу выбрасывается газовый дым, твердые частицы которого представлены сажей, коксом, силикатными шариками, кристаллами гипса и органическими остатками. В газовой фазе преобладают сернистый газ и окислы азота. В результате выброса в атмосферу едкого дыма с горящих отвалов очень часто над смежными с ними территориями стоит смог. В течение года на породные отвалы выпадают атмосферные осадки, которые, фильтруясь через тело отвала, значительно меняют свой химический состав. Они обогащаются растворимыми соединениями и формируют техногенные геохимические потоки. 

Таким образом, весьма актуальной остается проблема совершенствования арсенала средств и способов профилактики эндогенных пожаров на отвалах шахт и обогатительных фабрик.

Отбитая от массива горная масса под действием гравитационных сил и воздействием рабочих органов машин перемешивается и превращается в среду с беспорядочной ориентацией кусков. В этом случае пустотность поверхностного слоя отвальной массы определяется размерами межкускового пространства, ее гранулометрическим составом. Хотя фильтрация в такой среде может быть весьма значительной, в ней есть места, где расстояние между стенками трещин не превышает Δ=10-7... 10-8м т.е. длины свободного бега молекул газа (λ) []. Воздух в таких микротрещинах находится в состоянии вакуума, и миграция газов происходит вследствие эффузивных процессов, то есть процессов истечения разреженного газа из отверстия, характерные размеры которого меньше длины свободного пробега молекул. Использование явления эффузии позволяет дополнить представления о зарождении очагов самонагревания в толще породных отвалов.

Условие равновесия разреженного газа существенно отличается от аналогичного условия для не разреженного газа:



Одним из следствий выражения является то, что если давления P1 и P2 были первоначально одинаковыми, то вследствие эффузии газ начнет перетекать из области с более низкой температурой, в область с более высокой. Это явление называется тепловой эффузией. 

Температура поверхности породного отвала в течение суток изменяется под действием солнечной радиации, ветра, осадков и в то же время на некоторой глубине температура остается практически постоянной (tc). Весной и осенью дневная температура, как правило, выше значения tc , ночная - ниже. Это приводит к пульсациям воздуха в приповерхностном слое измельченных пород, обеспечивает поступление воздуха в отвал ночью и выделение днем. Происходящий таким образом газовый обмен способствует обогащению кислородом межкускового пространства и удалению из него газообразных продуктов физико-химических процессов, что приводит к самонагреванию пород, а в дальнейшем способствует самовозгоранию отвальной массы.

Таким образом, эффективность способов профилактики эндогенных пожаров на отвалах шахт и обогатительных фабрик может быть повышена путем торможения эффузивных процессов, вследствии чего доступ кислорода к углепородной массе будет ограничен.

Список литературы

1. Бурлака В. В. Шахты и экология/ В. В. Бурлака, В. Г. Назарчук // Экологические проблемы угольной промышленности Украины.–2006.–№7.–С.15–20

2. Іванців О.Є. Вплив підприємств вугледобувної промисловості на навколишнє середовище/ О.Є. Іванців, С.О. Лизун // Уголь Украины. - 2000. - № 7. – С.27-32. 

3. Костенко В.К. Особенности динамики газовых смесей в трещиноватом горном массиве/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Аэрология». – М.: Изд-во МГГУ, 2005. – С. 134 – 143.