Теоретическое обоснование методов профилактики самовозгорания угля

УДК 622.822.22 С.Е. Федорова

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОФИЛАКТИКИ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ

Описаны методы профилактики эндогенных пожаров, реализация которых основана на использовании природных условий многолетней мерзлоты.

Ключевые слова: самовозгорание углей, профилактика эндогенных пожаров, многолетняя мерзлота.

~П России общая площадь районов распространения вечной

-я-М мерзлоты равна 10,7 млн. км2, что составляет около 63% территории страны (см. рисунок). В зависимости от сомкнутости многолетнемерзлых пород, различают области их сплошного (более 90% площади), прерывистого (50%-90%) и островного (10%-50%) распространения, между которыми можно провести условные границы. На протяжении двадцатого столетия наблюдался рост температуры верхних слоев многолетнемерзлых грунтов и увеличение глубины сезонного протаивания, причем в последние три десятилетия эти процессы ускорились. С начала 1970-х годов температура мерзлых грунтов повысилась на 1-1,5^ в центральной Якутии и до 1,0^ в Западной Сибири, при том, что температура воздуха увеличилась на 1,0-2,5°С Эти изменения, несомненно, обусловлены глобальными процессами, поскольку на севере Аляски также происходило потепление, причем намного более сильное. С начала XX столетия температура верхнего горизонта мерзлых пород увеличилась на 3°С В особенности большой интерес представляют данные «аномальных» областей, где на фоне глобального климатического потепления продолжительное время преобладали тенденции похолодания. К таковым относится северо-восток Канады.

В районах распространения вечной мерзлоты на территории РФ сосредоточено более 80% разведанных запасов нефти, около 70%

- природного газа, огромные залежи каменного угля и торфа. Исследования показали, что при оттаивании мерзлых грунтов изменяются их физико-механические свойства (объемный вес, влажность, пористость), что позволяет рассматривать

Зоны островного (1), прерывистого (2) и сплошного (3) распространения многолетнемерзлых пород на территории России

многолетнемерзлые породы, в том числе ископаемые угли, как особый вид горных пород, имеющих отличные физикомеханические свойства.

На основании выполненного в Институте горного дела Севера СО РАН анализа случаев самовозгорания многолетнемерзлых углей и внезапного появления окиси углерода в действующих выработках шахт северо-востока страны разработаны мероприятия по профилактике эндогенных пожаров при разработке угольных месторождений в условиях многолетней мерзлоты. Оценено влияние теплового режима на интенсивность окислительных процессов, приведены результаты определения химической активности мерзлых углей, расчета времени протаивания угольных целиков и их воздухопроницаемости.

В качестве основных направлений профилактики эндогенных пожаров приняты направления, реализация которых основана на использовании природных условий многолетней мерзлоты: рациональное ведение горных работ с учетом особенностей многолетней мерзлоты, применение пожаробезопасного теплового режима шахт, отработка выемочных столбов в течение пожаробезопасного времени, снижение утечек воздуха через выработанное пространство

действующих и отработанных выемочных полей, дезактивация угля в выработанном пространстве и т.д.

В настоящее время на угольных предприятиях и предприятиях потребителях угля нет должного комплекса мер по борьбе с эндогенными пожарами. Зависимость химической активности углей от температуры окружающей среды позволяет рассматривать температурный фактор в качестве основного в профилактике эндогенных пожаров в шахтах области распространения многолетней мерзлоты. Однако учитывая статистику эндогенных пожаров, а также масштаб распространения криолитозоны на территории России, необходима разработка специальных мер, замедляющих интенсивность развития инкубационного периода самовозгорания многолетнемерзлых углей в специфических условиях многолетней мерзлоты.

Целью дальнейших исследований является разработка прогноза эндогенной пожароопасности угольных месторождений Республики Саха (Якутия) и разработка мер предупреждения самонагревания и самовозгорания углей с целью эффективной и безопасной работы угледобывающих предприятий и предприятий - потребителей угольного топлива при добыче, транспортировке и хранении угля.

Основные задачи исследований:

> Выявить зависимость влияния физических и химических факторов (температура окружающего воздуха, скорость воздуха, влажность и химическая активность углей) на склонность углей к самовозгоранию в лабораторных и натурных условиях.

> Получить математическую модель зависимости роста сорбционной активности многолетнемерзлых углей от их температуры.

^ Установить критическую температуру самовозгорания

и длительность инкубационного периода самовозгорания углей при знакопеременных температурах и динамику роста температуры угля от роста температуры окружающей среды.

> Получить теоретические значения (при отсутствии теплообмена с окружающей средой) критической массы и безопасной толщины угольных скоплений по условиям самовозгорания.

^ Разработать методику обнаружения очага самонагревания

углей в условий подземной разработки месторождений.

^ Разработать методику хранения штабелей угля для условий угольных месторождений Якутии с минимальными физическими и материальными затратами, исключающие самонагревание и самовозгорание угля, снижающие запыленность при отгрузке угля.

^ Разработать комплекс техногенных мероприятий по профилактике и тушению пожаров с учетом горно-геологи-ческих условий угольных месторождений, разрабатывающих угли в области распространения многолетней мерзлоты.

В результате исследования физических и химических параметров, влияющих на сорбционную активность углей области распространения многолетней мерзлоты будет разработан прогноз эндогенной пожароопасности, что позволит довести рекомендуемые до настоящего времени меры профилактики самонагревания и самовозгорания углей до уровня нормативных документов. Полученная методика раннего обнаружения очагов самонагревания углей в условиях подземной разработки месторождений может быть применима для всех угольных месторождений Крайнего Севера и Дальнего Востока Российской Федерации. Комплекс техногенных мероприятий по профилактике и тушению эндогенных пожаров обеспечит эффективную и безопасную работу угледобывающих предприятий и предприятий - потребителей угольного топлива.

Fedorova S.E.

THEORETICAL SUBSTANTIATION OF METHODS OF COAL SELFIGNITION PREVENTIVE MEASURES

In this work endogenous fires prevention methods realization of which is based on the use of environment of a long-term frozen ground are described

Key words: coals self-ignition, endogenous fires prevention, long-term frozen ground

— Коротко об авторе ----------------------------------------------

Федорова С.Е. - Якутский государственный университет.