Способ торможения процессов окисления угля

П.А. Шлапаков

старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»

УДК 622.822.22

СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЯ

Выполнен анализ современных технологических схем отработки пологих и наклонных пластов угля с применением комбинированных схем проветривания и предложен усовершенствованный способ дезактивации угольной пыли.

Ключевые слова: ЭНДОГЕННАЯ ПОЖАРООПАСНОСТЬ, ЭНДОГЕННЫЙ ПОЖАР, АКТИВНО ПРОВЕТРИВАЕМАЯ ЗОНА, УТЕЧКИ ВОЗДУХА, ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ УГЛЯ, ДЕЗАКТИВАЦИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ

В настоящее время на горных предприятиях Кузбасса отрабатывается значительное количество пластов угля, склонного к самовозгоранию. Согласно ПБ 05618-03 [1] при отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, запрещается оставлять в выработанном пространстве целики и пачки угля, не предусмотренные проектом, а также отбитый и измельченный уголь. В большинстве случаев разработка ведется системой длинные столбы с обрушением (ДСО), при этом длина лав составляет до 300 м, длина

столбов до 3 км. Независимо от вынимаемой мощности пласта и наличия геологических нарушений в выработанном пространстве остается значительное количество разрыхленного угля. Данные потери складываются из потерь в ленточных целиках, разрушающихся под действием опорного горного давления, и эксплуатационных потерь в ходе выемочных работ, обусловленных как горно-геологическими условиями, так и технологией ведения очистных работ.

Наличие в выработанном пространстве разрыхленного и измельченного угля в совокупности с доступом кислорода обусловливает возможность формирования очагов самонагревания угля. Количество кислорода в выработанном пространстве зависит от количества утечек воздуха в выработанное пространство и глубины активно проветриваемой зоны.

В связи с высокой метанообиль-ностью многие угольные шахты Кузбасса на практике применяют комбинированный способ проветривания выемочных участков с изолированным отводом метана из выработанного пространства. В этом случае глубина активно прове-

триваемой зоны, как правило, определяется расстоянием от очистного забоя до места отвода метана из выработанного пространства (газодренажная скважина, отстающая сбойка и т.д.). Применение комбинированных схем проветривания сопровождается существенным увеличением поступления угольной пыли в выработанное пространство выемочного участка. Из теории самовозгорания угля следует, что угольная пыль при ее слоевом накоплении, превышающем пожароопасное значение, может инициировать развитие очага самовозгорания угля.

Для предотвращения возникновения в выработанном пространстве очагов самонагревания угля и угольной пыли необходимо выполнять ряд мероприятий, включающих в себя:

• снижение времени прохождения забоем активно проветриваемой зоны до величин, не превышающих продолжительности инкубационного периода;

• снижение химической активности потерь угля, в том числе и в виде угольной пыли.

Для снижения времени прохождения забоем активно проветривае-

мой зоны на стадии проектирования производится расчет расстояния между газодренажными сбойками (скважинами). Данное расстояние должно обеспечивать при известной скорости подвигания очистного забоя прохождение забоем активно проветриваемой зоны за время, не превышающее 2/3 инкубационного периода самовозгорания угля. В случае снижения скорости подвигания очистного забоя по различным горно-геологическим и горнотехническим причинам с целью уменьшения ширины активно проветриваемой зоны бурят дополнительные газодренажные скважины большого диаметра или применяются дополнительные мероприятия,позволяющие увеличить продолжительность инкубационного периода самовозгорания угля.

В настоящее время в целях профилактики возникновения эндогенных пожаров в выработанном пространстве широкое распространение получил способ, основанный на интенсификации дезактивации угля. Сущность данного способа заключается в следующем. Выполненные ВостНИИ исследования процесса самовозгорания угля на основе математического и физического моделирования для условий, приближающихся к естественным, позволили установить существенное влияние влажности угля и воздуха на скорость окисления угля и, следовательно, на продолжительность этого процесса в целом. При этом доказано, что возникновению эндогенного пожара предшествует стадия испарения влаги из угля, которая протекает длительное время и составляет примерно 60 % времени, необходимого для развития окислительного процесса до стадии самовоспламенения.

Для восстановления теплофизиче-ских параметров угля в выработан-

ном пространстве лавы необходимо компенсировать потери влаги, что и осуществляется подачей в обрушенное пространство с попутными утечками воздуха аэрозолей омагниченной воды путем установки распылителя воды на входящей струе воздуха. Кроме предупреждения сушки угля, обработка выработанного пространства лавы в активно проветриваемой зоне аэрозолем омагниченной воды позволяет снизить химическую активность угля. Снижение химической активности угля происходит за счет наличия в омагниченной воде химически активного кислорода, под воздействием которого происходит интенсивное окисление угля с созданием дополнительной защитной пленки, препятствующей доступу кислорода после испарения защитной пленки из жидкости. Этот процесс является по существу искусственной окислительной дезактивацией угля и не представляет эндогенной пожароопасности, так как он происходит интенсивно и

в короткий срок в низкотемпературном интервале, соответствующем естественной температуре угля и обрушенных пород, а выделяющееся при этом тепло от реакции окисления удаляется утечками воздуха в активно проветриваемой зоне выработанного пространства. Согласно исследованиям НЦ ВостНИИ при обработке омагни-ченной водой химическая активность угля при выходе из активно проветриваемой зоны снижается в 1,3 - 1,5 раза. Разрыхленные скопления угля переходят в зону с пожароопасными скоростями фильтрации утечек воздуха уже с пониженной химической активностью. Продолжительность инкубационного периода самовозгорания угля при этом увеличивается в 1,5 - 1,7 раза, что существенно снижает уровень эндогенной пожароопасности очистных работ. Основным недостатком данного способа профилактики самонагревания угля является то, что при дезактивации угольной пыли аэрозо-

1 - устройства для дезактивации угля (УДУ); 2 - гайка Богданова; 3 -запорная муфта; 4 - корпус УДУ; 5 - кольцевые постоянные магниты; 6 - фиксирующая прокладка

Рисунок 1 - Схема полезного устройства и способа его применения

79

лями воды, прошедшей магнитную обработку, при подаче их в выработанное пространство возникает неравномерность распространения аэрозольных частиц. Эта неравномерность существенно зависит от длины путей фильтрации воздуха вследствие процесса их седиментации и не гарантирует предупрежде-

ния самонагревания угля по всей площади отработанного пространства выемочного участка. С целью устранения данного недостатка предлагается устройство дезактивации угля включить в систему орошения комбайна (рисунок 1). Эта схема позволит увеличить площадь обработки потерь угля в вы-

работанном пространстве за счет переноса аэрозоля омагниченной воды утечками воздуха между секциями мехкрепи и снизить химическую активность угольной пыли непосредственно в месте ее образования, т.е. при отбойке угля режущим органом комбайна.

COAL OXIDATION PROCESSES RETARDING METHODS P.A. Shlapakov

Analyses of modern technological systems of flat and inclined coal seams working using combined ventilation schemes is fulfilled and improved method of coal dust deactivation is suggested.

Key words: ENDOGENOUS FIREHASARD, ENDOGENOUS FIRE, ACTIVELY VENTILATED ZONE, AIR LEAKS, COAL CHEMICAL ACTIVITY, COAL DUST DEACTIVATION

Шлапаков

Павел Александрович тел.(3842)64-26-65

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. - Кемерово, 2007. - 66 с.

2. Пат. на ПМ 105670 Российская Федерация, МПК Е21 F5/02. Приспособление для дезактивации угольной пыли при отбойке угля / Каминский А.Я., Шлапаков П.А., Колыхалов В.В. - 2011104857; заявл. 09.02.2011; опубл. 20.06.2011.

80