СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОЦЕССОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ
METHOD FOR DETECTION OF PROCESSES OF COIL SPONTANEOUS IGNITION

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с пожарами, возникающими от самовозгорания угля.
Известен способ обнаружения процессов самовозгорания угля, включающий измерение температуры пород в горных выработках (Скочинский А.А., Огиевский В.М. Рудничные пожары. - М.: Углетехиздат, 1954. - 387 с.).
Недостатком способа является невозможность обнаружения процессов самовозгорания угля в выработанном пространстве из-за теплоизоляционных свойств скоплений угля и породы.
Известен также способ обнаружения процессов самовозгорания угля в шахтах, включающий измерение концентрации индикаторных газов (оксид углерода, водород, предельные и непредельные углеводороды) в рудничной атмосфере (Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров на угольных шахтах. М., Недра, 1977. - 320 с.).
Недостатком известного способа является невозможность обнаружения процессов самовозгорания угля на начальной стадии, так как практика показала, что выделение индикаторных газов в шахте может происходить и без процессов самовозгорания угля, например при дроблении угля и его низкотемпературном окислении.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ обнаружения процессов самовозгорания угля в шахтах, включающий измерение концентрации индикаторных газов в воздухе на выходе из скопления угля и пород с предварительным измерением их фоновых значений (Игишев В.Г. Борьба с самовозгоранием угля в шахтах. - М.: Недра, 1987. - С.56-59).
Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за колебания измеряемого и фонового значений концентрации индикаторных газов при изменении влагосодержания воздуха, проходящего через скопление угля и пород.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа обнаружения процессов самовозгорания угля.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обнаружения процессов самовозгорания угля, включающем измерение концентрации индикаторных газов в воздухе на выходе из скопления угля и пород с предварительным измерением их фоновых значений, согласно изобретению дополнительно определяют количество водяного пара в воздухе, а концентрацию индикаторного газа определяют в сухом воздухе по формуле
,
с
где С - концентрация индикаторного газа в сухом воздухе, доли ед.;
С - концентрация индикаторного газа в пробе рудничного воздуха, доли ед.;
р
Д - доля водяного пара в единице рудничного воздуха, доли ед.
Обнаружение процессов самовозгорания угля в шахтах осуществляется путем измерения концентрации индикаторных газов в рудничной атмосфере на выходе из скоплений угля и породы. Предварительно измеряют фоновую концентрацию индикаторных газов, способных образовываться при разрушении угля и его низкотемпературном окислении. Устойчивое повышение концентрации индикаторных газов над фоновыми значениями свидетельствует о наличии процесса самовозгорания.
Однако рудничная атмосфера состоит из смеси сухого воздуха и водяного пара. В то же время проведенные исследования показали, что содержание водяного пара в рудничной атмосфере может очень сильно колебаться в зависимости от температуры и влажности поступающего в шахту воздуха, от использования воды в технологических целях, водопритока в шахте и пр. Существенные изменения содержания водяного пара в рудничной атмосфере могут происходить в течение нескольких часов, суток. Значительно меняется содержание водяного пара в подаваемом в шахту воздухе в различные времена года. Изменение количества водяного пара неизбежно скажется на объеме проходящего воздуха и измеряемой концентрации индикаторных газов. Так, с уменьшением содержания водяного пара в воздухе концентрация индикаторных газов начнет увеличиваться даже при неизменном количестве выделяющихся индикаторных газов, что резко снижает эффективность обнаружения процесса самовозгорания угля.
Учитывая значительные колебания содержания водяного пара в рудничной атмосфере, для повышения эффективности обнаружения процессов самовозгорания угля в шахтах необходимо определять концентрацию индикаторных газов по отношению к сухому воздуху.
3
c
p
Единица объема рудничного воздуха (1 м) состоит из объема сухого воздуха (V) и объема водяного пара (V). Измеряемая концентрация индикаторного газа в единице объема в этом случае определяется из уравнения
где С - концентрация индикаторного газа в пробе рудничного воздуха, доли ед.;
c
3
V - объем сухого воздуха, м;
p
3
V - объем водяного пара, м;
i
3
V - объем индикаторных газов в пробе воздуха, м.
Реальная концентрация индикаторного газа, приходящаяся на сухой воздух, определяется из выражения
с
где С - концентрация индикаторного газа в сухом воздухе, доли ед.
Разделив выражение (2) на (1), получим следующую формулу для определения концентрации индикаторного газа на сухой воздух
Если перейти к долям содержания сухого воздуха и водяного пара в единице объема рудничного воздуха, то формула (3) примет вид
р
p
c
p
где Д=V/(V+V) - доля водяного пара в единице объема рудничного воздуха, доли ед.
Способ осуществляют следующим образом.
Чтобы повысить эффективность обнаружения процессов самовозгорания угля, при измерении фонового и контрольных значений концентраций индикаторных газов (С) дополнительно определяют содержание водяного пара в рудничном воздухе. С этой целью измеряют относительную влажность воздуха (например, с помощью психрометра, гигрометра) и с помощью таблиц, монограмм и других справочных материалов определяют количество водяных паров в рудничном воздухе. Затем полученные значения подставляют в формулу
,
с
где С - концентрация индикаторного газа в сухом воздухе, доли ед.;
С - концентрация индикаторного газа в пробе рудничного воздуха, доли ед.;
c
3
V - объем сухого воздуха, м;
p
3
V - объем водяного пара, м;
р
Д -доля водяного пара в единице объема рудничного воздуха, доли ед.,
и определяют концентрацию индикаторного газа в сухом воздухе. В случае устойчивого превышения концентрации индикаторного газа в сухом воздухе над фоновой концентрацией этого газа в сухом воздухе делается вывод о наличии процесса самовозгорания в скоплении угля, через который проходил воздух.
Пример конкретного применения способа.
Обнаружение процесса самовозгорания в шахте осуществлялось путем измерения в рудничном воздухе концентрации оксида углерода. Проводимые замеры показали, что в зимний период поступающий в шахту воздух имел незначительное количество пара (влагосодержание 0,15 г/кг). При таком влагосодержании доля пара в рудничном воздухе составляла 0,0004. Замеры показали, что фоновая концентрация оксида углерода равнялась 0,0000037 дол. ед. Резкое повышение температуры атмосферного воздуха привело к росту влагосодержания поступающего в шахту воздуха. Проведенные замеры показали, что концентрация оксида углерода в рудничном воздухе не изменилась. Однако влагосодержание исходящего воздуха при относительной влажности 100% составило 160 г/кг, что привело к увеличению доли пара в рудничной атмосфере до 0,21. Расчет по формуле (4) показал, что реальная концентрация оксида углерода в сухом воздухе увеличилась до 0,0000047 доли. ед. Повышение концентрации индикаторного газа свидетельствует о начальной стадии процесса самовозгорания. Последующие замеры подтвердили сделанные выводы, а принятые меры позволили предотвратить возникновение эндогенного пожара.
На полученную предложенным способом концентрацию индикаторных газов не будет влиять изменение содержания водяного пара в рудничной атмосфере. Поэтому полученные концентрации индикаторных газов будут лучше отражать процессы, происходящие в скоплении угля, что повысит эффективность обнаружения очага самовозгорания.
Применение предложенного способа снизит экономический ущерб, наносимый эндогенными пожарами шахтам, за счет обнаружения процесса самовозгорания на ранней стадии и повысит безопасность горных работ.