Применение ингибирующих веществ для профилактики самовозгорания бурых углей Восточной Сибири и Забайкальского края

11. Семинский К.Ж., Кожевников Н.О. и др. Структура раз-ломных зон Приольхонья (Байкальский рифт) по данным полевой тектонофизики и геофизики // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. Вып. 7(33). С.111-124.

12. Тевелев Арк. В. Тектоника и кинематика сдвиговых зон: автореф. дис. ... д-ра геол.-минералог. наук. М., 2002. 309 с.

13. Уфимцев Г.Ф., Щетников А.А., Филинов И.А. Новейшая геодинамика Тункинского рифта (Прибайкалье) // Литосфера. 2006. №2. С.95-102.

14. Флоренсов Н.А. Мезозойские и кайнозойские впадины Прибайкалья. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1960. 258 с.

15. Флоренсов Н.А., Солоненко В.П., Логачев Н.А. Кайнозойский вулканизм рифтовых зон // Вулканизмы и тектоноге-нез: докл. сов. геологов на XXIII секции Междунар. геол. конгресса. М.: Наука, 1968. С.146-151.

16. Хренов М.П., Шерман С.И., Александров В.К. и др. Разломы и горизонтальные движения горных сооружений СССР. М.: Наука, 1977.

17. Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю. Области ди-

намического влияния разломов (результаты моделирования). Новосибирск: Наука, 1983. 112 с.

18. Шерман С.И., Леви К.Г., Ружич В.В., Саньков В.А. и др. Геология и сейсмичнось зоны БАМ. Неотектоника. Новосибирск: Наука, 1984. 208 с.

19. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Борняков С.А. и др. Раз-ломообразование в литосфере. Зоны сдвига. Новосибирск: Наука, 1991. 262 с.

20. ASTER GDEM is a product of METI and NASA http://www.gdem.aster.ersdac.or.jp

21. Dooley T. P., Schreurs G. Analogue modelling of intraplate strike-slip tectonics: A review and new experimental results // Tectonophysics. V.574-575. 2012. P.1-71.

22. Graveleau F., Hurtrez J.-E., Dominguez S., Malavieille J. A new experimental material for modeling relief dynamics and interactions between tectonics and surface processes // Tectonophysics. V.513. 2011. P.68-87.

23. Guerroue E. L., Cobbold P. R. Influence of erosion and sedimentation on strike-slip fault systems: insights from analogue models // Journal of Structural Geology. V.28. 2006. P.421-430.

УДК: 614.841:622.012.3

ПРИМЕНЕНИЕ ИНГИБИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ САМОВОЗГОРАНИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ И ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ

А

© И.И. Шестакова1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, Лермонтова, 83.

Высокая активность бурых углей определяет большую частоту возникновения эндогенных и экзогенных пожаров. Для профилактики и тушения бурых углей необходимо применять ингибирующие вещества. Для углей с разреза Бородинский выявлена оптимальная концентрация компонентов антипирогенного состава на основе ортофос-форной кислоты, поверхностно активного вещества и воды. Для углей Восточной Сибири и Забайкальского края определены концентрации аэрозолеобразующего огнетушащего состава. Мощность засыпки для изоляции поро-доугольных отвалов разреза Харанорский определена в размере не менее 1,5 м. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 7 назв.

Ключевые слова: бурые угли; антипирогены; аэрозолеобразующий огнетушащий состав; инертные породы; пожароопасность; самовозгорание.

INHIBITORY SUBSTANCE APPLICATION TO PREVENT SELF-IGNITION OF EAST SIBERIAN AND TRANSBAIKALIAN BROWN COALS I.I. Shestakova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

High reactivity of brown coals determines repeatedly emerging endogenous and exogenous fires. Inhibitory substances are proposed to be used for fire prevention and extinguishing of brown coals. An optimal component concentration of antipyrogen structure on the basis of orthophosphoric acid, surfactants and water has been identified for the coals from Borodinsky field. The concentrations of aerosol forming extinguishing composition have been determined for East Siberian and Transbaikalian coals. The backfill depth for sealing Kharanorsky open-cast is determined of 1.5m minimum. 4 figures. 2 tables. 7 sources.

Key words: brown coals; antipyrogen; aerosol forming extinguishing composition; inert rocks; fire hazard; self-ignition.

Высокая активность бурых углей определяет большую частоту возникновения эндогенных и экзогенных пожаров. Пожары на разрезах возникают и развиваются при реализации определенных условий: наличие горючего материала, возникновение теплового импульса и способность окружающей среды под-

держивать горение. Для профилактики и тушения бурых углей необходимо применять ингибирующие вещества на основе антипирогенных составов и/или инертные породы.

Антипирогены - это вещества, препятствующие возгоранию угля, действие их состоит в том, что они

1Шестакова Инна Ивановна, аспирант, тел.: 89501302274, e-mail: emia-irk@bk.ru Shestakova Inna, Postgraduate, tel.: 89501302274, e-mail: emia-irk@bk.ru

замедляют процесс окисления или препятствуют переходу окисления в процесс горения.

По механизму действия антипирогены разделяются на пять групп:

1. Химическое ингибирование реакции окисления, т.е. уменьшение скорости этих реакций. Антипи-рогены приводят в неактивное состояние молекулы реагирующих веществ.

2. Блокировка горючих материалов различными веществами путем нанесения их на поверхность.

3. Блокировка пор в угле путем заполнения их соответствующей жидкостью, что затрудняет диффузию кислорода внутрь куска угля.

4. Изолирующие покрытия трещиноватых целиков. Принципиальное отличие этой группы от группы 3 состоит в том, что в этом случае покрытие препятствует не диффузии кислорода, а фильтрации воздуха через угольный целик.

5. Тампонаж трещин, который достигается путем нагнетания в шпуры различных растворов.

В последнее время к антипирогенам стали причислять пленочные покрытия кусков угля, растворы извести, глины и другие вещества, тампонирующие трещины.

В окислительно-восстановительных процессах принимает участие как органическая, так и минеральная масса, что определяет общие требования к анти-пирогенам:

1) дезактивирующее действие должно оказываться на органическую и минеральную части;

2) для эффективного воздействия антипироген-ный состав должен иметь максимальную смачивающую и проникающую способность;

3) компоненты антипирогенного состава должны быть технологичны в приготовлении и использовании, совместимы;

4) иметь невысокую стоимость;

5) быть нетоксичными;

6) иметь длительные сроки хранения.

Профилактический состав на основе фосфорной кислоты и ПАВ (поверхностно-активное вещество) обладает достаточно высокими противопожарными профилактическими свойствами. Были исследованы антипирогенные составы с применением концентрации ПАВ от 0,5 до 2%. Данными составами были обработаны штабели угля. В результате наблюдений была установлена существенная разница в динамике изменения температуры (рис. 1): в контрольном штабеле температура непрерывно возрастала, что привело к его самовозгоранию на 21 сутки; второй штабель, обработанный раствором с содержанием ПАВ 0,5%, возгорелся на 73 сутки; третий штабель, обработанный раствором с содержанием ПАВ 1,0%, возгорелся на 101 сутки; в четвертом и пятом штабелях в течение 180 суток возгорания не произошло.

Для промышленного испытания на разрезе Бородинский рекомендуется состав:

Н3Р04 (5%) + ПАВ (0,5%) + Н20, в который входят:

собственно антипироген Н3Р04, активно воздействует на зону автоокисления; поверхностно-активное вещество (ПАВ), способствует проникновению состава в глубину материала и его смачиванию, причем наиболее активно - при применении фосфорной кислоты; вода.

Фосфорная кислота является перспективным ан-типирогеном, поскольку способна дезактивировать как органическую, так и минеральную массу углей, кроме этого она стабильна, нетоксична, относительно дешева, технологична в использовании. Создаваемая ею кислая среда значительно облегчает смачивание углей раствором ПАВ.

1) 2)

3)

Рис. 1. Динамика изменения температуры в исследуемых штабелях угля

При зачистке кровли вскрытого угля на пластах Рыбинский-1, Рыбинский-2, Бородинский-1, Бородин-ский-2 в случае, если время взаимодействия с воздухом зачищенного угля, породно-угольных навалов превышает продолжительность инкубационного периода, следует производить орошение верхнего слоя кровли угольного зачищенного пласта и поверхности породно-угольных навалов антипирогенным составом Н3Р04(5%) + ПАВ (0,5%) + Н20. Обработку орошением рекомендуется проводить путем однократного или двукратного (с интервалом в одну неделю) нанесения антипирогена на профилактируемую поверхность с помощью пожарного оборудования.

При первичной обработке смачивание антипиро-геном должно производиться равномерно по всей

площади защищаемой поверхности угольного обнажения, из расчета 5-8 л/м3. При повторном нанесении удельный расход антипирогена снижается до 4-5 л/м3. После каждого продолжительного периода дождей (более 3-5 дней) требуется обновление защитной пленки антипирогена.

Аэрозолеобразущие огнетушащие составы являются разновидностью газопорошковых систем. К настоящему времени разработано и продолжает разрабатываться значительное количество аэрозолеоб-разующих огнетушащих составов. В состав огнетуша-щих аэрозолей входят следующие компоненты:

- азотосодержащие органические вещества для повышения газопроизводительности, огнетушащей способности и снижения температуры аэрозоля;

- металличесий порошок для интенсификации горения;

- карбонаты, хлориды калия и натрия для снижения температуры аэрозоля;

- хроматы калия и аммония для интенсификации процесса горения.

Состав СБК-2М ТУ 08-192-33-91 по своей огнету-шащей эффективности в 5-6 раз превышает все известные огнетушащие средства, в т.ч. огнетушащие порошки и хладоны.

Основными токсичными компонентами огнетуша-щего аэрозоля СБК-2М являются С0, ЫХ0У, НЫС, С1. Твердые частицы огнетушащего аэрозоля, представленные различными соединениями калия и натрия, имеют достаточно высокую растворимость в воде, в тропосфере, служат центрами конденсации влаги, вымываются дождями, поэтому КОД для них применя-

ется равным нулю. Из газообразных соединений наиболее озоноопасными являются соединения Ы0Х и НЫС, в составе аэрозоля их содержится не более 10-2 и 10-3 объема продуктов сгорания, их КОД в сравнении с хладонами составляет на два-три порядка меньше, вследствие чего данный аэрозоль является экологически безопасным.

Механизм огнетушащего действия аэрозолеобра-зующего состава заключается в подавлении очагов горения в условиях возникновения пожара, или предотвращение пожара по принципу действия относится к объемному способу комбинированного газового и порошкового пожаротушения. Основные физико-химические показатели состава СБК-2М представлены в табл. 1.

В лабораторных условиях на производственном участке «Мугунский» филиала «Разрез Тулунуголь» ООО «Компания Востсибуголь» было определено необходимое количество огнетушащего аэрозоля СБК-2М для тушения углей разрезов Бородинский, Перея-словский, Мугунский, Азейский и Харанорский. Во всех опытах подача огнетушащего аэрозоля в концентрации от 10*10-3 до 15*10-3кг/м3 приводила к прекращению горения (табл. 2). Обобщенный график изменения температуры при тушении аэрозолем представлен на рис. 2. На графике отчетливо видно, что после введения аэрозоля, температура стремительно снижалась. Характерно, что для углей категории 3Б потребовалось большее количество аэрозольной смеси, чем для углей категории 2Б, это объясняется тем, что угли категории 3Б имеют более высокую теплоту сгорания и, как следствие, им необходима несколько большая концентрация огнетушащего вещества.

При сгорании СБК-2М в объем выделяется аэрозоль, состоящий из частиц со средним размером 1-5 мкм, соединений калия и негорючих газов, паров. Такой аэрозоль в течение десятков минут сохраняет высокую стабильность задаваемой концентрации, обладает высокой проникающей способностью, закупоривая поры угля, не дает доступа кислорода воздуха, в результате окисление прекращается, снижается температура угля, горение прекращается.

При отсутствии антипирогенов предпринимаются профилактические меры с использованием инертных пород.

Требования к инертным материалам:

1) не должны содержать горючие компоненты, не

Таблица 1

Основные физико-химические свойства состава СБК-2М_

Наименование показателя Значение

Внешний вид огнетушащего заряда Цилиндрическая шашка темно-серого цвета

Плотность, кг/м3, не менее 1550

Скорость горения, мм/с 2,0

Виброустойчивость, гц 40-200

Температура эксплуатации,°С ±70

Срок годности, лет не менее 10

Огнетушащий удельный расход, кг/м3 До 0,06

Масса заряда огнетушащих веществ в устройстве, кг 0,1-14

Масса устройства с огнетушащим веществом, кг 0,25-20,0

должны быть токсичными, не должны являться абразивными веществами;

2) не менее чем 30% породы должны состоять из мелких фракций (0-13 мм), остальные не должны превышать 300 мм в поперечнике;

3) должны разрушаться под действием атмосферных факторов и уплотняться, что способствует снижению воздухопроницаемости изолирующего покрытия.

В связи с тем что на разрезе Харанорский присутствуют пласты угля незначительной мощности - 0,12,0 м, которые не отрабатываются (рис. 3), а поступают в отвал, проблема пожаров в отвальной массе является актуальной (рис. 4). Горящие породные от-

валы выделяют от 5,3 до 22,6 кг/год оксида углерода на 1 тонну породы, а выделение газов с удельной поверхности такого породного отвала составляет 180 м3/ч.

В результате исследований было установлено, что критическая температура при изоляции 0,5 м слоем инертных пород (песчано-алевролитового состава, которым представлена вскрыша) была достигнута через 47 суток, в результате чего на восточном склоне отвала произошло самовозгорание насыпи. Через 65 суток во втором навале с изоляцией инертными породами мощностью 1 м также произошло самовозгорание. В оставшихся двух навалах в течение 360 дней самовозгорания не произошло.

т,°с

180

150

120

90

60

30

. / /1

\ / 2

\

(1

10

12

1:, МИН

Рис. 2. Изменение температуры пробы угля при тушении аэрозолем СБК-2М: 1 - угли 2Б; 2 - угли 3Б

Таблица 2

Концентрация аэрозоля для проб бурого угля исследуемых разрезов

проба концентрация, кг/м3 проба концентрация, кг/м

Красноярский край Забайкальский край

Разрез Бородинский Разрез Харанорский

Рыбинсий-1 13*103 Линза 10*Ю3

Рыбинский-2 10* 10"3 Новый 1А 10* Ю3

Бородинский-1 13*10"' Новый 1Б 12*103

Бородинский-2 11*103 Новый II 11*103

Разрез Переясловский

Мощный 11*103

проба концентрация, кг/м проба концентрация, кг/м3

Ишсутская область

Разрез Мугунский Разрез Азейский

Пласт I 15*10 Пласт! 15* 10"3

Пласт IА 13*10-' Пласт II 13* 10"3

Пласт IБ 13* Ю"3

Пласт П 13* Ю"3

Рис. 3. Вскрышные работы. Разрез Харанорский

Рис. 4. Пожар в отвале. Разрез Харанорский

При мощности засыпки инертными породами до 1,5 м существует вероятность самовозгорания, в то время как мощности в 1,5 м достаточно для изоляции, в результате доступ кислорода воздуха к углистым породам отсутствует, не происходит активации угля и, как следствие, навал не самовозгорается.

При возникновении пожароопасной обстановки на разрезах часто в качестве огнетушащих и профилактических мер применяют воду, которую для данных

целей необходимо применять исключительно совместно с антипирогенными составами, поскольку нагретый или самовозгоревшийся уголь при тушении водой получает из воды необходимый для окисления кислород, в результате нагретые угольные скопления могут загореть, а пожар стать более интенсивным, также пожар может уйти в глубь массива, что еще больше затруднит его ликвидацию.

Библиографический список

Статья поступила 20.01.2014 г.

1. Шрайбер Г., Порет П. Огнетушащие средства. Химико-физические процессы при горении и тушении. М.: Стройиз-дат, 1975. 240 с.

2. Хитрин Л.П. Физика горения и взрыва. М.: МГУ, 1957. 442 с.

3. Твердов А.А. Профилактика и ликвидация горения породных отвалов // Уголь. 2010. №2. С.3-6.

4. Саранчук В.И. Окисление и самовозгорание угля. Киев: Наук. думка, 1982. 166 с.

5. Веселовский B.C. Прогноз и профилактика эндогенных пожаров. М.: Наука, 1975. 160 с.

6. Амельчугов С.П. Особенности теплофизических процессов при добыче, хранении, транспортировке и использовании бурого угля: дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 2002. 364 с.

7. Щадов И.М. Обоснование технологии открытой разработки пожароопасных буроугольных месторождений: дис. . канд. техн. наук. М. - Иркутск, 1987. 216 с.