CC BY
35
А.Ю. Ерастов
старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
П.В. Потапов
канд. техн. наук, заведующий лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
П.А. Шлапаков
и.о. заведующего лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
А.В. Щенев
научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
К.Х. Ли
инженер ОАО «НЦ ВостНИИ»
Е.Н. Титов
заместитель директора АНО «Региональный центр промышленной безопасности»
А.Н. Чупин
специалист-термографист II уровня АНО «Региональный центр промышленной безопасности»
УДК 622.822
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ И ТЕПЛОВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ОЧАГОВ САМОНАГРЕВАНИЯ НА УГОЛЬНЫХ СКЛАДАХ И ВЫБОРА СПОСОБА ИХ ТУШЕНИЯ
Описан способ проведения геофизических исследований на угольном складе с целью выявления очагов самонагревания на примере погрузочного пункта «3-я площадка» участка «Северный Ургал» ОАО «Ургалуголь».
Ключевые слова: УГОЛЬНЫЕ СКЛАДЫ, ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ СЪЕМКА, ГАЗОВАЯ СЪЕМКА, РАДОНОВАЯ СЪЕМКА, ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ КОНТРОЛЬ, ЭНДОГЕННАЯ ПОЖАРООПАСНОСТЬ, САМОВОЗГОРАНИЕ, НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ОКИСЛЕНИЕ
Одним из факторов, осложняющих работу угольного предприятия, является окисление и самовозгорание углей при их складировании. Специфика доставки топлива в северовосточный регион страны в основном водным и железнодорожным транспортом, который функционирует короткий промежуток времени в течение года и не исключает возможности длительных простоев, предполагает хранение угля в шта-
белях, с чем связана высокая вероятность возникновения эндогенных пожаров.
Несмотря на существующие методы контроля и предупреждения самовозгорания на угольных складах, опыт эксплуатации показывает, что актуальность данной проблемы и с позиции промышленной экологии, и с позиции обеспечения технологической и пожарной безопасности очевидна.
Таким образом, для оценки эндогенной пожароопасности угольных складов и обеспечения эффективных профилактических мероприятий необходим достоверный прогноз тепло- и массообменных процессов при низкотемпературном окислении углей с учетом сезонной динамики температуры атмосферного воздуха.
Выявление возможных очагов самонагревания на угольном складе погрузочного пункта «3-я площад-
ка» участка «Северный Ургал» ОАО «Ургалуголь» представляло собой целый комплекс научноизыскательских работ. Перед проведением основных исследований осуществлялся анализ параметров угольного склада, качественных характеристик складируемого угля и технологии укладки его в штабели. Склад погрузочного пункта представлял собой сформированную на дневной поверхности насыпь извлеченной горной массы пласта В26. Уголь из очистного забоя поступал на погрузочный пункт по конвейерной линии с последующей отгрузкой экскаватором в железнодорожные вагоны.
Уголь пласта В26 в условиях залегания является несклонным к самовозгоранию. Однако зарегистрированы случаи самовозгорания таких углей при их длительном хранении на складах под воздействием окружающей среды.
В условиях многолетней мерзлоты схема развития процесса самовозгорания углей отличается от известной дополнительной стадией
- протаиванием угольного скопле-
ния в объеме, способном создать в своей среде критическую массу, характеризующуюся минималь-
ным количеством угля, обеспечивающим необходимые условия для развития окислительного процесса и аккумуляции выделяющегося при этом тепла. Время развития этой стадии зависит от теплофизических свойств угля, его естественной температуры, температуры воздуха, влажности и других факторов. В случаях хранения данного угля в штабелях на поверхности в летний период процесс оттаивания происходит значительно быстрее, и создаются условия, благоприятные для активизации процессов самонагревания. Размеры угольного склада на момент проведения исследований (апрель 2012 г.): длина
- 350 м, ширина - 150 м, высота -34 м. Объем угольной массы - не менее 800 тыс. т.
Основные физико-технические показатели пласта В26 представлены в таблице 1.
Основные работы включали в себя геофизическую и газовую съемки, тепловизионный контроль, методы
и методики проведения которых представлены ниже.
1 Геофизическая съемка
Целью геофизических исследований являлось выявление аномалий со значительными изменениями геофизических характеристик, приуроченных к зонам самонагревания угля, путем определения разности потенциалов методом дипольного электропрофилирования (ДЭП).
Для работ применялся комплект аппаратуры «ЭРА-625».
Поверхностные наблюдения с помощью различных модификаций электроразведки заключались в измерении кажущегося удельного сопротивления рк при последовательном изменении геометрии установки или положения ее относительно профиля наблюдений. Исходя из того, что экспериментальная кривая рк на всем интервале измерений должна отражать с одинаковой детальностью изменение кажущегося удельного сопротивления, точки на профиле наблюдений располагались на оди-
Таблица 1 - Основные физико-технические показатели пласта В26
Показатель Значение
Зольность чистого угля, % 29,0-31,0
Зольность горной массы, % 33,0-36,0
Объемная масса чистого угля, л!мл 1,47
Объемная масса горной породы, т/м1* 1,52
Засорение угля породными прослоями, % 3-7
Промышленная зольность, % 34,0-37,0
Коэффициент крепости угля 1,5
Сопротивляемость угля резанию, кг/см^ 250-260
Теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг 21,90
Влага максимальная, % 9,2
Влага рабочая, % 4,0
Содержание серы,% 0,31
Выход летучих веществ, % 43
Рисунок 1 - Схема электропрофилирования при проведении геофизических исследований
наковом расстоянии друг от друга, равном 5 м.
Перед проведением измерений исследуемая поверхность де-
тально осматривалась с целью устранения возможных помех. Согласовывалась разметка точек, в которых производились измерения, затем эти точки наносились на план-схему угольного склада для дальнейшей привязки при обработке данных. Затем производился не-
посредственно монтаж установки, подготовка ее к работе на точке согласно инструкции, прилагаемой к аппаратуре.
Работы проводились по профилям, предварительно нанесенным на план-схему угольного склада. На каждом профиле устанавливался генератор «ЭРА-625», подающий постоянный электрический ток в массив через питающие электроды А и В. Замеры производились с
помощью приемных электродов М и N (рисунок 1). Учитывая особенности параметров склада, измерения производились с шагом X и у, принятыми соответственно по 5 м. Таким образом, питающие и приемные электроды разносились друг от друга на величину, равную 5 м. За счет такого разноса интервалов между электродами производился анализ характеристик угольного склада до глубины 30 м.
Сущность ДЭП заключается в том, что электрическое поле в массиве горных пород создается с помощью питающего диполя АВ и изучается приемным диполем 1Ш. При анализе результатов сравниваются значения, полученные с одинаковых расстояний между диполями АВ и по профилям [1].
Результаты всех наблюдений заносились в журнал. Далее сопоставлялись результаты измерений, полученные на равном удалении от генератора (х;, х2, х3 и т.д.). По полученным замерам отстраивались графики разности потенциалов Ли и отмечались участки с аномально низкими и высокими значениями Ли (рисунок 2).
При обработке результатов учитывалась погрешность измерений из-за неравномерной глубины оттаивания внутри угольной насыпи.
2 Газовая съемка
Газовая съемка проводилась в два этапа: на первом - проводилось измерение концентрации оксида углерода, на втором - определялось содержание радона, выделяющегося на поверхности угольной насыпи. Концентрация оксида углерода измерялась в пробиваемых при по-
мощи трубки скважинах. Трубка забивалась на всю длину, поэтому глубина скважин была постоянной в пределах всего обследуемого участка угольного склада и составляла 0,8 м. Это обеспечило отбор газа ниже зоны активного воздухообмена с атмосферой. Для измерения концентрации оксида углерода (СО) применялись индикаторные трубки газоопределителя химического ГХ-Е, воздух через которые прокачивался меховым аспиратором АМ-5. Нижняя граница диапазона измерений - 0,0005 %, верхняя граница - 0,25 % (по объему).
Также для обнаружения очагов самонагревания газоаналитическим методом применялась радоновая съемка. Как известно, радон - это инертный газ без цвета и запаха, имеющий плотность 9,9 кг/м3 и температуру кипения - 62 °С, интенсивно выделяющийся в процессе нагрева из угля и пород. В отличие от традиционных пожарных газов радон является радиоактивным газом с периодом полураспада 3,82 сут. Радон легко адсорбируется активированным углем и силикагелем.
Для поиска аномальных выделений радона осуществлялись измерения
плотности его потока. Замеры проводились в контрольных точках путем экспонирования потока радона в течение не менее 1 ч с обследуемой поверхности в накопительные камеры НК-32, заполненные активированным углем марки СКТ-3. Сверху на накопительные камеры одевался «защитный» адсорбер СК-13, предотвращающий попадание радона и влаги из окружающей среды.
При этом активность радона определялась по интенсивности бета-излучения. Содержание радона оценивалось на многофункциональном измерительном комплексе «Камера» [2].
3 Тепловизионный контроль
Тепловизионный контроль проводился специалистом - термогра-фистом II уровня аттестованной лаборатории неразрушающего контроля АНО «Региональный центр промышленной безопасности» (г. Кемерово) с использованием инфракрасной камеры Flir T425 фирмы FLIR Systems (США), а также компьютерной обработки термограмм программы ThermaCAM QuickReport 1.2 SP2.
Обследование проводилось в со-
ответствии с нормативными документами [3, 4] по контуру угольной насыпи (борта склада) и на верхней площадке через каждые 15 м с термограммами и снимками в каждой конкретной точке.
Один из снимков с термограммой представлен на рисунке 3.
Выводы
Анализ проведенных исследований и полученные результаты позволили сделать вывод о том, что на момент проведения измерений очаги самонагревания на угольном складе погрузочного пункта «3-я пло-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Методика прогнозирования с использованием геофизических методов исследований и выбора мер по снижению эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок, проводимых по угольному пласту. - Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2007. - 33 с.
2 Методика измерения плотности потока радона с поверхности земли и строительных конструкций. - М., 1993. -6 с.
3 РД-13-04-2006. Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. -М.: Ростехнадзор, 2006. - 50 с.
4 Диагностика и определение теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным методом: Свид. об аттестации МВИ №1305/442 от 10.01.01. -М.: Госстандарт РФ. -36 с.
EXPERIENCE OF APPLICATION OF GEOPHYSICAL SURVEY AND Ерастов
CONTROL OF THERMAL IMAGING TO DETECT POCKETS OF Антон Юрьевич
AEROBIC DETERIORATION AT COAL WAREHOUSE AND SELECT THEIR METHOD OF EXTINGUISHING е-mail: [email protected]
A.Y Erastov, P.V. Potapov, P.А. Shlapakov, A.V. Shchenev, K.Kh. Lee, Потапов
E.N. Titov, A.N. Chupin Прокопий Васильевич
The way of carrying out geophysical researches in a coal warehouse for the purpose of identification of the centers of self-heating on an example е-mail: [email protected]
of loading point «the 3rd platform» site «Northern Urgal» JSC «Urgalugol» Шлапаков
is described. Павел Александрович
Key words: COAL WAREHOUSES, GEOPHYSICAL SHOOTING, GAS SHOOTING, RADONIC SHOOTING, TEPLOVIZIONNY CONTROL, е-mail: [email protected]
ЭНДОГЕННАЯ FIRE DANGER, SELF-IGNITION, LOW-TEMPERATURE Щенев
OXIDATION Антон Владимирович е-mail: [email protected] Ли Константин Хиунович е-mail: [email protected] Титов Евгений Николаевич Чупин Андрей Николаевич
щадка» участка «Северный Ургал» ОАО «Ургалуголь» отсутствовали. Однако объемная доля окиси углерода, составляющая до 0,005 %, выявленная в ходе проведения газовой съемки, указывала на интенсивное окисление угля практически по всему объему насыпи. Устойчивое повышение температуры воздуха и выпадение осадков в летний период не исключало возможности активизации тепло-, массообменных процессов и, как следствие, самонагревания угля. В связи с этим ОАО «НЦ ВостНИИ» был разработан ряд рекомендаций
и профилактических мероприятий по недопущению развития процессов низкотемпературного окисления.
Таким образом, представленные результаты исследований наглядно демонстрируют широкие возможности и эффективность применения геофизических методов в комплексе с газовой съемкой и тепловизи-онным контролем для локации возможных или действующих очагов самонагревания не только на угольных складах, но и породно-угольных отвалах (террикониках), а также на разрезах.
