книги из ГПНТБ / Профилактика самонагревания угля в уступах разрезов

М и н и с т е р с т в о у г о л ьной п р о м ы ш л е н н о с т и С С С Р

Центральный научно-исследовательский институт экономики и научно-технической информации угольной промышленности

' Серия 'Техника безопасности и горноспасательное дело'

Ю.А. Миллер, Л.П.Ьелавенцев, Ю.И. Иванов,

Н.Ф. Дмитрюк

ПРОФИЛАКТИКА САМОНАГРЕВАНИЯ УГЛЯ В УСТУПАХ РАЗРЕЗОВ

Москва 1974

технических работников и рабочих угольной промышленности.

ЦНИЗИуголь, 1974

В В Е Д И Н HE

Особенности возникновения и расположения очагов эн­ догенных пожаров на угольных разрезах вызывают необхо­ димость разработки эффективного метода обнаружения и рациональных средств ликвидации самовозгорания угля на ранней стадии. Существующие методы обнаружения стадий самовозгорания угля разделяются на четыре группы: физи­ ологические, минералого-геохимические, химико-аналитичес­ кие и физические. Из всех известных физических методов в настоящее время разработан только термометрический, с помощью которого исследуют температуру воздуха, воды, горных пород и угля, определяют скорость и направление развития тепловых процессов. Теплопроводность угля зави­ сит от строения, степени метаморфизма,кусковатости, тем­ пературы, влажности и других факторов.

Для выяснения возможности использования термометри­

ковский" (разрез "Кедровский" комбината"Кемеровоуголь") было сделано сквозное отверстие для нагревателя,а по его осевой линии - отверстия для термометров сопротивления. Нагреватель представлял собой фарфоровый стержень, на который была навита спираль из нихромового провода. Стер­ жень и спираль помещались в кварцевую трубку. Степень накала спирали регулировалась величиной подводимого на­ пряжения электрического тока.

Наблюдения показали, что распределение температуры по куску угля происходит неравномерно. С повышением тем­

3

пературы нагревателя дальность передачи теплового потока увеличивается;, однако температура в крайних точках куска

готовлен стеклянный желоб длиной 1 м, в котором устанав­

ратура угля резко снижалась, а на расстоянии 25-30 см от нагревателя она стабилизировалась и почти не отличалась от температуры окружающей среды. Расстояние,на котором обнаруживалось повышение температуры угля над окружа­ ющей средой, тем больше, чем выше температура нагре­ вателя. Это объясняется свойствами угля и, в частности, его теплопроводностью.

Лабораторные исследования показали, что термометриче­ ским способом место нагревания угля может быть опреде­ лено только на небольшом расстоянии от очага. Очаговый характер самонагревания и малая теплопроводность угля обусловливают ограниченную область применения термомет­ рического метода. Трудности применения этого метода усугубляются необходимостью ведения наблюдений на боль­ ших площадях и возможностью возникновения очага само­ нагревания в любой точке угольного уступа.

Метод обнаружения очагов самонагревания в уступах разрезов

Анализ факторов, влияющих на электрические свойства угля, позволил сделать предположение о возможности раз­ работки метода обнаружения места самонагревания путем измерения и последующего сопоставления электрического сопротивления участка угольного уступа.

На основании лабораторных исследований, проводивших­ ся с целью изучения характера распределения температуры и сопротивления угля вдоль теплового потока, установления

4

влияния влажности угля на его проводимость, выяснения закономерности изменения сопротивления угля в зависимос­ ти от температуры источника нагревания, определения прин­ ципиальной возможности обнаружения места нагревания по

ружения мест самонагревания для условий открытых и под­ земных горных работ.

По своим электрическим свойствам ископаемые угли от­ носятся к полупроводникам, характерной особенностью ко­ торых является чрезвычайная неустойчивость всех электри­

в электрических сопротивлениях углей различных марок в значительной степени нивелируется. На сопротивление углей большое влияние оказывает содержание в них воды и рас­ творимых солей. Электросопротивление угля в первом при­ ближении обратно пропорционально количеству водных рас­ творов в единице объема и зависит от химических составов минеральных примесей. Бурые угли обладают большой гиг­ роскопичностью и содержат обычно до нескольких десят­ ков процентов воды. Эта влага в основном находится в по­ рах и существенно изменяет сопротивление бурого угля.

0,5 ом/м. При температуре до 100° сопротивление угля рез­ ко снижается, а при возрастании температуры до 200° уве­ личивается. Это обусловлено большим количеством влаги в

рах (по мере испарения влаги) - росту сопротивления. При температурах от 200 до 800° сопротивление угля резко сни­ жается.

5

способствуют наличие окислительных процессов, повышение содержания свободной влаги в угле, увеличение концентра­ ции солей, растворенных в воде, повышение ионной прово­ димости, длительность процесса окисления угля.

Эксперименты с измельченным и монолитным углем по­ зволили сопоставить изменения сопротивлений при нагрева­ нии разрыхленного угля и угольного куска с относительно ненарушенной текстурой. При этом были использованы на­

контактных сопротивлений, состояла из 20% хлористого каль­

тивления и электродов, состоящих из двух пластин гартованной латуни, свернутых в трубки. Для снижения контакт­

риментах наблюдалось резкое снижение сопротивления угля в начале опыта. По мере роста температуры скорость па­ дения сопротивления замедлялась из-за уменьшения влаж­ ности угля в районе нагревателя. Проведенные эксперимен­ ты показали влияние влажности угля на его электропровод­

6

яют в большей степени, чем на раздробленный. Установле­ но, что снижение сопротивления на участке с более высо­ кой температурой приводит к повышению электропроводнос­ ти всего образца. Из этого следует, что место очага на­ гревания может быть обнаружено на значительном рассто­ янии от него путем измерения сопротивления в точках,рас­ положенных на участках пластов с нормальной температу­ рой угля. Если один электрод или целая группа будут рас­ положены за очагом нагревания, а остальные по другую сторону от него, то последовательными замерами, исключая отдельные участки, можно установить (с достаточной сте­ пенью точности) район или даже место очага.

Схема измерении

Рис.2. Зависимость электрических сопротивлений

участков угля t , , iz, ■■■, im от температуры нагревателя

8

Для сопоставления термометрического метода и метода, основанного на снижении электрического сопротивления уг­ ля при его нагревании, были проведены аналитические ис­ следования. С этой целью на одном графике построены за­ висимости изменения сопротивления и температуры угля от температуры нагревателя (рис.З). Для построения графика экспериментальные данные были пересчитаны в относитель­ ные величины, за единицу температуры и сопротивления приняты начальные значения температуры to и начальное сопротивление R0. Абсцисса графика разбита на относитель­ ные единицы длины. Погрешность при измерении темпера-

Рис.З. Зависимость изменения температуры и сопротивления угля по длине теплового потока

от температуры нагревателя

9