СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ В ШАХТАХ
METHOD FOR PREVENTING COAL SELF-IGNITION IN MINES

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предупреждения пожаров, возникающих от самовозгорания угля в выработанном пространстве шахт.
Известен способ предупреждения самовозгорания угля в шахтах, включающий изоляцию выработанного пространства шахт путем сооружения перемычек в горных выработках (Скочинский А.А., Огиевский В.М. Рудничные пожары. - М.: Углетехиздат, 1954. - 387 с.).
Недостатком способа является низкая эффективность из-за прососов воздуха через перемычки и невозможность их сооружения в действующих лавах.
Известен также способ предупреждения самовозгорания угля, включающий подачу в выработанное пространство инертного газа (см. а.с. 158837, кл. Е21F 5/00).
Недостатком известного способа является возобновление процесса самовозгорания угля в случае прекращения подачи инертного газа.
Наиболее близким техническим решением является способ предупреждения самовозгорания угля в шахтах, включающий подачу в выработанное пространство замороженной жидкости, получаемой при смешивании с жидким газом (а.с. 1718981 кл. A62C 5/00; а.с. 1714159, кл. Е21F 5/00).
Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за неуправляемости процессом обработки оседающей в выработанном пространстве угольной пыли подаваемым составом.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа предупреждения самовозгорания угля в шахтах.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе предупреждения самовозгорания угля в шахтах, включающем подачу в выработанное пространство замороженной жидкости, получаемой при смешивании с жидким газом, согласно изобретению дополнительно определяют распределение по фракциям частиц угольной пыли, уносимой в выработанное пространство, причем распределение получаемых частиц замороженной жидкости по фракциям равно распределению по фракциям частиц угольной пыли.
Внедрение все более мощной угледобывающей техники в шахтах приводит к увеличению количества угольной пыли, образующейся при добыче угля. Причем значительное количество этой угольной пыли уносится в выработанное пространство, оседая в пустотах и трещинах. Из-за большой удельной поверхности угольная пыль имеет высокую химическую активность и способна быстро самовозгораться при контакте с воздухом, если ее масса достигает критического значения.
При движении по выработанному пространству процесс оседания частиц угольной пыли зависит от размеров частиц и скорости потока несущего газа. Скорость газа в выработанном пространстве определяется площадью сечения каналов, по которым движется смесь газа и угольной пыли. Так как площадь сечения каналов в выработанном пространстве меняется, то и количество отложившейся угольной пыли в разных зонах выработанного пространства будет разным.
В известном способе с не регулируемым размером частиц замороженной жидкости оседание частиц угольной пыли и замороженной жидкости могут не совпадать, поэтому некоторые скопления угольной пыли будут иметь количество осевшей замороженной жидкости в количестве, недостаточном для предотвращения самовозгорания угля.
Регулировка размера частиц замороженной жидкости позволит распределить эти частицы в каналах выработанного пространства пропорционально оседающему количеству угольной пыли. Для достижения этого эффекта необходимо определить распределение частиц угольной пыли по фракциям.
Такое же распределение по фракциям создают у образующихся частиц замороженной жидкости. Поэтому движущиеся частицы замороженной жидкости оседают в выработанном пространстве пропорционально отложившейся угольной пыли, равномерно обрабатывая угольные частицы при таянии замороженной жидкости и снижая ее химическую активность и температуру.
Пример конкретного применения способа
Добыча угля сопровождалась образованием большого количества пыли, уносимой потоком воздуха в выработанное пространство. Высокая химическая активность угольной пыли привела к развитию самовозгорания отложившейся в выработанном пространстве пыли, закончившейся изоляцией участка с потерей угледобывающей техники.
3
Для предотвращения самовозгорания угольной пыли в поток воздуха, поступающий в выработанное пространство, было решено подавать частицы замороженной жидкости, получаемые при совместном распылении жидкого газа (жидкий азот) и жидкости. В данном случае использовали жидкий антипироген (водный раствор карбамида). Для равномерного распределения антипирогена в осевшую угольную пыль вначале были проведены замеры концентрации угольной пыли в воздухе и распределение частиц пыли по фракциям. Замеры показали, что концентрация угольной пыли в воздухе, поступающем в выработанное пространство, составляет 0,8 г/м. Дисперсный анализ показал, что распределение пыли по фракциям следующее:
- менее 5 мкм - 10%;
- от 5 до 20 мкм - 25%;
- от 20 до 40 мкм - 30%;
- от 40 до 60 мкм - 25%;
- от 60 до 100 мкм - 5%;
- более 100 мкм - 5%.
Для равномерного заполнения осаждающейся угольной пыли частицами замороженной жидкости, жидкость перед замораживанием распыляют до частиц, распределение которых по фракциям соответствует содержанию фракций угольной пыли. С этой целью подбирают форсунки, в которых образуются жидкие частицы, а также соотношение расхода жидкости через соответствующие форсунки, что позволяет получить нужное распределение замороженных частиц жидкости по фракциям. Так, были выбраны 6 форсунок. В первой образуются частицы размером до 5 мкм, второй от 5 до 20 мкм, третьей от 20 до 40 мкм, четвертой от 40 до 60 мкм, пятой от 60 до 100 мкм, в шестой более 100 мкм. Затем определяли расходы жидкости через форсунки, позволяющие получить процентное распределение частиц замерзающей жидкости по фракциям, соответствующее распределению частиц пыли. Например, при общем расходе жидкого антипирогена 6 л/мин, на первую форсунку подавали 0,6 л/мин жидкости, на вторую 1,5 л/мин, третью -1,8 л/мин, четвертую - 1,5 л/мин, пятую и шестую - по 0,3 л/мин. Благодаря профилактической работе удалось избежать самовозгорания в выработанном пространстве.
Применение предложенного способа снизит экономический ущерб, наносимый эндогенными пожарами шахтам, за счет предупреждения процесса самовозгорания и повысит безопасность горных работ.