CC BY
80
УДК 622.822.222:622.693.2:621.796:622.33 © В.А. Портола, А.Н Жданов, А.А. Бобровникова, 2019
Перспектива применения антипирогенов для предотвращения самовозгорания складов угля
— Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-14-19 -
ПОРТОЛА Вячеслав Алексеевич
Доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры аэрологии, охраны труда и природы КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, 650000, г. Кемерово, Россия, тел.: +7 (905) 913-74-29, e-mail: portola2@yandex.ru
ЖДАНОВ Александр Николаевич
Заместитель начальника управления
АО «СУЭК-Кузбасс»,
652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия,
тел.: +7 (38456) 9-33-11,
e-mail: suek-kuzbass@suek.ru
БОБРОВНИКОВА Алена Александровна
Канд. хим. наук,
доцент кафедры химии, технологии
неорганических веществ и наноматериалов
КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева,
650000, г. Кемерово, Россия,
тел.: +7 (913) 307-66-38,
e-mail: bobrownickowa.al@yandex.ru
Очаги самовозгорания, возникающие на угольных складах при длительном хранении угля, наносят большой экономический ущерб предприятиям, угрожают жизни и здоровью людей. Проведенные лабораторные исследования показали, что для предотвращения развития эндогенных пожаров можно управлять длительностью инкубационного периода самовозгорания угля. Применение водных растворов анти-пирогенов уменьшает скорость сорбции кислорода углем, что позволяет замедлить процесс самовозгорания за счет снижения количества выделяющегося тепла. Одновременно увеличиваются потери тепла на нагревание и испарение жидкости. Исследованные антипирогены уменьшают константу скорости сорбции кислорода в 1,5-2 раза, а количество влаги увеличивается на 5-10%, что позволяет увеличить длительность инкубационного периода в 2-2,5раза. Проведенные расчеты показывают, что доля хранимого на складе угля, обрабатываемого раствором антипирогена, существенно снижается с увеличением высоты угольного склада. В меньшей степени снижается доля обрабатываемого угля с ростом площади основания угольного склада. Количество антипирогена, необходимого для предотвращения эндогенного пожара на складе угля, может составлять несколько десятков тонн.
Ключевые слова: самовозгорание угля, угольный склад, антипироген, сорбционная активность угля по отношению к кислороду, инкубационный период самовозгорания, предупреждение эндогенных пожаров.
ВВЕДЕНИЕ
Процессы самовозгорания, возникающие в окисляющихся кислородом воздуха веществах, представляют опасность для окружающей природной среды, угрожают здоровью и жизни людей. Среди распространенных веществ, окисляющихся при естественной температуре окружающей среды, наиболее подвержен самовозгоранию уголь. Дробление пластов угля в процессе добычи приводит к выделению метана и сорбции кислорода на образующиеся и открывающиеся поверхности частиц угля. В результате разрыва макромолекул на создаваемых поверхностях возникают активные центры, начинающие взаимодействовать с кислородом с образованием промежуточных комплексов и продуктов окисления. При благоприятных внешних условиях тепло, выделяющееся при окислении угля, приводит к повышению температуры скопления угля. Исследованию процесса самовозгорания угля посвящены работы [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Для борьбы с самовозгоранием угля предложены различные способы и средства [8, 9, 10].
На земной поверхности очаги самовозгорания зачастую возникают в породных отвалах и угольных складах. Ущерб, наносимый открытыми горными работами окружающей среде [11, 12, 13], существенно увеличивается при нагреве угля и горных пород. В породных отвалах из-за низкой концентрации горючего вещества процесс самовозгорания развивается медленно, и в случае регулярного контроля температуры горной массы удается своевременно обнаружить начало процесса и предотвратить возникновение эндогенного пожара. Химическая активность угля, хранимого на складах, значительно выше, чем у пород отвалов, поэтому процесс самовозгорания протекает быстро. Инкубационный период склонного к самовозгоранию угля, как правило, не превышает 1,5-2 месяца, а сроки хранения на угольных складах нередко достигают четырех и более месяцев. В основном это происходит по причине несвоевременной отгрузки угля, снижения потребления горючего в периоды высокопроизводительной добычи.
В случае если срок хранения угля в штабелях превышает инкубационный период самовозгорания, необходимы
мероприятия, позволяющие предотвратить развитие эндогенного пожара. Одним из наиболее доступных способов увеличения инкубационного периода самовозгорания угля является применение антипирогенов [1, 14], снижающих сорбционную активность угля по отношению к кислороду. В каждом конкретном случае необходим подбор вида и количества применяемого антипирогена, позволяющего избежать возникновения эндогенного пожара за время хранения угля.
ВЛИЯНИЕ АНТИПИРОГЕНОВ НА ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИНКУБАЦИОННОГО ПЕРИОДА САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ
Длительность инкубационного периода процесса самовозгорания равна времени, за которое скопление угля нагревается за счет реакций окисления до критической температуры, равной для каменных углей 90-130оС. Длительность инкубационного периода для угля можно определить по выражению [15]: _ = С(Тк - Т„) + 0,6+ даХ инк 24аиМ5С д '
о 1о
где: С - теплоемкость угля, кал/(г-К); Тк - критическая температура самовозгорания угля, оС; Т0 - начальная температура угля, оС;] - теплота испарения воды, кал/г; Ш- начальная влажность угля, доли ед.; - удельная теплота десорбции метана, кал/мл; X - природная газоносность угля, мл/г; и - константа скорости сорбции кислорода углем, мл/(г-ч); Со - концентрация кислорода на входе в угольное скопление, доли ед.; = удельная теплота сорбции кислорода воздуха углем, кал/мл.
Анализируя уравнение (1), можно сделать вывод, что для увеличения длительности инкубационного периода самовозгорания можно использовать добавку воды в угольное скопление, также снижение константы скорости сорбции кислорода углем. Поэтому наиболее приемлемым путем предотвращения возникновения эндогенных пожаров в период хранения угля в штабелях является обработка скоплений водным раствором ан-типирогена. Применение такой обработки штабелей уменьшит количество поглощаемого углем кислорода, что приведет к сокращению выделения тепла. Одновременно возникнут дополнительные потери тепла из скопления угля на нагрев и образование паров жидкости, выносимых в окружающее пространство.
Для оцен ки возможности увеличивать дл ительность инкубационного периода самовозгорания были проведены
исследования влияния различных веществ на константу скорости сорбции угля. Пробы угля отбирались в забое отрабатываемого пласта 78 разреза «Камышанский». Мощность пласта средняя - 20,4 м, угол залегания - 12°, газоносность - 0,1 см3/г. Уголь пласта имеет зольность 8,5%, выход летучих - 37,4%. Начальная влажность угля составляет 6,4%. Масса исследованных проб угля равнялась 80 г. В эксперименте исследовалось влияние на сорбционную активность угля следующих составов:
- водный раствор антипирогена «А»;
- 20%-ный водный раствор карбамида;
- 20%-ный водный раствор гашеной извести;
- 1%-ный водный раствор пенообразователя «П».
С целью определения сорбционной активности угля отобранную пробу измельчают, просеивают на ситах для выделения фракции 1-3 мм. Затем пробы угля перемешивали с отобранными антипирогенами и помещали в сорбци-онный сосуд. Для оценки эффективности воздействия составов на сорбционную активность исследовалась и проба необработанного угля. Вычисление константы скорости сорбции кислорода углем производилось по формуле:
„ = 1п СД^, Мт Св (1 - СА)
(2)
где: V - объем воздуха, находящийся в соприкосновении с углем, см3; М - масса пробы угля, г; т - время контакта воздуха с углем, ч; Со - начальная концентрация кислорода в сосуде, доли ед.; СА - концентрация кислорода через время т, доли ед.
Эксперименты показали, что по мере проведения опыта химическая активность угля уменьшается, что объясняется образованием слоя окисленного угля, препятствующего проникновению кислорода к активным центрам. Поэтому в течение эксперимента определяют константы скорости сорбции через 25, 72 и 120 ч контакта угля с воздухом, затем рассчитывают среднеарифметическое значение, которое является основным показателем химической активности угля и обозначается и25.
Для оценки влияния количества антипирогена на константу скорости сорбции кислорода использовали добавку 3%-ного водного раствора антипирогена «А» в количестве 5, 10 и 15% от массы пробы угля. Результаты изменения константы скорости сорбции кислорода углем после обработки различными составами приведены в табл. 1.
Приведенные данные показывают, что уголь пласта 78 очень активен по отношению к кислороду, что делает его склонным к самовозгоранию. Анализируя изменение кон-
Таблица 1
Изменение константы скорости сорбции угля, см3/(гч)
Вид обработки угля Длительность выдержки угля, ч
24 72 120 см3/(г-ч)
Уголь без обработки 0,1690 0,0980 0,0745 0,1138
Уголь+8 г 1%-ного раствора «А» 0,1156 0,0641 0,0471 0,0756
Уголь+8 г 3%-ного раствора «А» 0,1275 0,0706 0,0525 0,0835
Уголь+4 г 3%-ного раствора «А» 0,1499 0,0849 0,0648 0,0999
Уголь+12 г 3%-ного раствора «А» 0,1176 0,0638 0,0473 0,0762
Уголь+8 г 20%-ного раствора гашеной извести 0,1012 0,0571 0,0416 0,0666
Уголь+8 г 20%-ного раствора карбамида 0,0852 0.0512 0,0341 0,0568
Уголь+8 г 1%-ного раствора «П» 0,0951 0,0565 0,0399 0,0638
Уголь+8 г 5%-ного раствора «А» 0,0850 0,0464 0,0297 0,0537
станты скорости сорбции кислорода углем после обработки различными составами, можно сделать вывод, что наблюдается снижение константы скорости сорбции кислорода углем после воздействия всех жидких составов, что позволяет использовать их в качестве антипирогенов для предупреждения самовозгорания угля.
Наибольшее снижение химической активности угля наблюдается после обработки водным раствором антипиро-гена «А» в концентрации 5%. Расчет показывает, что среднее значение сорбционной активности угля после такой обработки снижается в 2,12 раза. Второе место по эффективности занимает раствор карбамида, однако его концентрация составляет 20%, что увеличивает расход антипи-рогена в пять раз по сравнению с составом «А».
Константа скорости сорбции кислорода углем после обработки остальными жидкими составами снижается в среднем в 1,3-1,4 раза по сравнению с необработанными пробами. С течением времени константа скорости сорбции кислорода углем снижается у всех обработанных и необработанных проб угля. Однако темпы снижения химической активности обработанного угля выше. Так, необработанный уголь через 120 ч снизил химическую активность в 2,26 раза (с 0,1690 до 0,0745 см3/ (г-ч)), а уголь, обработанный 5%-ным раствором антипиро-гена «А», уменьшил активность в 2,86 раза (с 0,0850 до 0,0297 см3/(гч)).
Влияние количества антипирогена, поданного в уголь, можно оценить на примере 3%-ного раствора «А». Результаты изменения сорбционной активности угля после обработки различным количеством антипирогена приведены на рис. 1.
Приведенные данные показывают, что увеличение добавки водного раствора антипирогена «А» до 10-12% резко снижает константу скорости сорбции кислорода углем. Дальнейшее увеличение количества антипирогена менее эффективно и незначительно уменьшает сорбцион-ную активность угля.
Используя формулу (1), можно определить длительность инкубационного периода самовозгорания после обработки не только в зависимости от вида используемого состава, но и от поданного количества антипирогена. В табл. 2 приведены численные значения инкубационного периода самовозгорания после обработки угля водными растворами антипирогена в различных количествах.
Из приведенных в табл. 2 данных видно, что жидкие составы замедляют процесс самовозгорания, увеличи-
0,10
0,09
0,08
0,07
0
5
10
15
W, %
Рис. 1. Изменение константы скорости сорбции кислорода в зависимости от количества внесенного антипирогена Fig. 1. The change in the rate of oxygen sorption rate depending on the amount of antipyrogen introduced
вая тем самым длительность инкубационного периода. Существенное замедление процесса самовозгорания обусловлено увеличением влажности угля. Добавка жидкости отнимает значительное количество тепла из окисляющегося угля на нагрев воды и ее испарение. Вторым фактором, замедляющим процесс самовозгорания, является снижение генерации тепла за счет уменьшения скорости сорбции кислорода обработанными пробами угля.
Эксперимент показал, что длительностью инкубационного периода можно управлять как подбором антипирогена, так и количеством водного раствора, используемого для обработки угольных складов. Так, добавка 3%-ного раствора антипирогена «А» в количестве, увеличивающем влажность угля на 5%, инкубационный период становится равным 73,6 сут. Если этот раствор добавить в количестве, обеспечивающем рост влажности угля на 10%, то длительность инкубационного периода становится равной 103,4 сут. Повышение влажности угля на 15% приводит к росту инкубационного периода до 130,9 сут.
Таблица 2
Изменение длительности инкубационного периода самовозгорания угля в зависимости от вида обработки угля
Вид обработки угля
Влажность образца после обработки, %
Длительность инкубационного периода, сут.
Уголь без обработки 6,4 50
Уголь+8 г 1%-ного раствора «А» 16,4 108,1
Уголь+8 г 3%-ного раствора «А» 16,4 103,4
Уголь+4 г 3%-ного раствора «А» 11,4 73,6
Уголь+12 г 3%-ного раствора «А» 21,4 130,9
Уголь+8 г 5%-ного раствора «А» 16,4 126,3
Уголь+8 г 20%-ного раствора гашеной извести 16,4 114,4
Уголь+8 г 20%-ного раствора карбамида 16,4 122,9
Уголь+8 г 1%-ного раствора «П» 16,4 116,6
ОЦЕНКА РАСХОДА АНТИПИРОГЕНА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ УГОЛЬНОГО СКЛАДА
Подобра в требуемую доба вку антипирогена к углю, мож но рассчитать общее количество водного раствора, необ ходимое для обработки склада, по формуле:
МС,
МР =■■
100
(3)
Si = nR = п( R0--)
tga
(5)
где: - радиус горизонтальной поверхности конуса, м; Я0 - радиус основания угольного склада, м; Н - высота
где: Мр - масса водного раствора антипирогена, кг; Му -масса обрабатываемого угля, кг; Ср - содержание добавляемого водного раствора антипирогена по отношению к массе исходного угля, %.
Проведенные эксперименты показали, что достаточный эффект снижения сорбционной активности угля по отношению к кислороду достигается при добавке 10%-ного водного раствора «А» по отношению к исходной массе угля. Из формулы (3) видно, что на 1000 кг угля необходимо подать 100 кг водного раствора.
Для определения расхода антипирогена, необходимого для образования водного раствора для профилактической обработки угля, можно использовать следующее выражение:
МА = МуСрСк , (4)
А 10000
где: МА - масса антипирогена, кг; СА - концентрация антипирогена в водном растворе, %.
Подача антипирогенов позволит избежать в штабелях хранимого угля развития очагов самовозгорания, представляющих большую опасность для людей и окружающей среды. Для расчета экономической эффективности профилактической обработки необходимо оценить расходы антипирогена, требуемого для предотвращения самовозгорания угля на угольном складе. Для снижения расхода антипирогена оценим, как влияют на этот параметр размеры угольного склада.
Наиболее простой и распространенной формой склада угля является усеченный конус (рис. 2).
Для расчета требуемого количества антипирогена определим площадь поверхности этой фигуры, подлежащей профилактической обработке. Площадь горизонтальной поверхности конуса зависит от радиуса нижнего основания конуса, его высоты и угла а наклона боковой поверхности конуса к основанию. Площадь горизонтальной поверхности конуса можно определить по формуле:
Н
/ H
R 0)
!«-
Рис. 2. Схема угольного склада
Fig. 2. Coal warehouse layout
угольного склада, м; a - угол наклона боковой поверхности конуса, градус.
Для определения площади боковой поверхности угольного склада можно использовать уравнение:
тт тт
S2 = 2п— (R -—). (6)
sin a 2tg а
Учитывая (5) и (6), объем угля, обрабатываемый водным раствором антипирогена, можно рассчитать по выражению:
V = h
H H (R -tH-)
--)2 + 2п— ^ 0 ,
tga sin a 0 2tga
(7)
где к - толщина слоя угля, пропитываемая водным раствором антипирогена.
Объем всего угля в угольном складе также зависит от радиуса нижнего основания, высоты склада, угла наклона бортов и определяется из зависимости: П.Н о о
V = —(Яо + Я + ЗД)- (8)
Долю угля в скоплении, подлежащую пропитке водным раствором антипирогена, можно определить по формуле:
¿ = Vl.
V
(9)
Для оценки влияния параметров угольного склада на расход водного раствора антипирогена проведен расчет по формулам (5), (6), (7), (8), (9). В качестве исходных взяты угольные склады с радиусом основания 50 и 100 м. Высота складов составляла 5, 15 и 30 м. Также по формуле (4) определялось количество антипирогена, необходимое для приготовления водного раствора при обработке угля. Добавка водного раствора антипирогена по отношению к исходному углю составляла 5%. Плотность скопления угля в штабелях равнялась 1300 кг/м3, а содержание антипирогена в водном растворе составляло 3%. Проведенные расчеты [16] и примеры эндогенных пожаров на угольных складах (рис. 3) показывают, что горит верхний слой складируемого угля. Поэтому для предотвращения
Таблица 3
Параметры обрабатываемого антипирогеном угольного склада
R0, м a, 0 Rj, м H, м Sj, м2 S2, м2 V, м3 V„ м3 d M^ т
47,14 5 6977 1761 36991 8738 0,236 17,0
50 60 41,43 15 5389 4972 98657 10362 0,105 20,2
32,86 30 3390 9015 163776 12405 0,075 24,2
97,14 5 29629 3574 152414 33203 0,218 64,7
100 60 91,43 15 26248 10411 431887 36660 0,085 71,5
82,86 30 21558 19895 789782 41453 0,052 80,8
Рис. 3. Эндогенный пожар на угольном складе Fig. 3. Endogenous fire in a coal warehouse
самовозгорания толщину пропитываемого раствором ан-типирогена слоя угля можно ограничить 1 м. Результаты расчета приведены в табл. 3.
Приведенные результаты показывают, что для предотвращения эндогенных пожаров на складах угля необходимо обработать антипирогеном от 5 до 23% всего угля в зависимости от параметров штабеля. Причем доля угля, обрабатываемого раствором антипирогена, существенно снижается с увеличением высоты угольного склада. В меньшей степени уменьшается доля обрабатываемого угля с ростом площади основания угольного склада. Кол и чество а нтипирогена, необходимого для п редотвра ще-ния эндогенного пожара на складе угля, меняется от 17 до 80 т в зависимости от размера сформированного штабеля.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что водные растворы антипирогенов позволяют снизить опасность самовозгорания угля, хранимого на складах, за счет снижения скорости сорбции кислорода углем и увеличения его влажности. Появляется возможность управлять длительностью инкубационного периода самовозгорания угля путем подбора вида антипирогена и дозирования количества водного раствора антипирогена при профилактической обработке угля. Полученные уравнения позволяют определить количество антипирогена, необходимого для предотвращения эндогенных пожаров на угольных складах, в зависимости от предполагаемого срока хранения угля. Доля угля, обрабатываемого водным раствором антипирогена, снижается с увеличен ием площади основания и высоты склада. Количество антипирогена, необходимого для предотвращения эндогенного пожара на складе угля может составлять несколько десятков тонн.
Список литературы
1. Скочинский А.А., Огиевский В.М. Рудничные пожары. М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2011. 375 с.
2. Самовозгорания промышленных материалов / В.С. Веселовский, Н.Д. Алексеева, Л.Н. Виноградова и др. М.: Наука, 1964. 246 с.
3. Игишев В.Г. Борьба с самовозгоранием угля в шахтах. М.: Недра, 1987. 176 с.
4. Portola V.A. Assessment of the effect of some factors on spontaneous coal combustion // Journal of Mining Science. 1996. Vol. 32(6). Рр. 536-541.
5. Analytical prediction of coal spontaneous combustion tendency: velocity range with possibility of self-ignition / Q. Lin, S. Wang, S. Song, Y. Liang, T. Ren // Fuel Processing Technology. 2017. Vol. 159. Рр. 38-47.
6. Wang Q.S., Guo S.D., Sun J.H. Spontaneous Combustion Prediction of Coal by C80 and ARC Techniques // Energy and Fuels. 2009. Vol. 23(10). Рр. 4871-4876.
7. Zhang L., Qin B. Rheological characteristics of foamed gel for mine fire control // Fire and Materials. 2016. Vol. 40(2). Рр. 246-260.
8. Portola V., Galsanov N. Inert compositions for underground fire fighting in mines / Chinese Coal in the XXI Century: Mining 2014. Taishan Academic
Forum - Project on Vine Disaster Prevention and Control. Mining, Green and Safety, October 17-20, 2014. Qingdao, China, Atlantis press, Amsterdam - Paris - Beijing, 2014. Pр. 356-360.
9. Син С.А. Защита выемочных полей шахт Кузбасса от самовозгорания угля способом инертизации выработанных пространств // Уголь. 2010. № 6. С. 16-19. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/062010.pdf (дата обращения: 15.03.2019).
10. Егошин В.В., Кухаренко Е.В., Александрович И.Ф. Предупреждение и тушение эндогенных пожаров на шахтах Кузбасса. Кемерово: Кемеровское книжное издательство, 1994. 354 с.
11. Portola V., Bobrovnikova A., Murko E. Open pits automobile transport impact on the environment and labor safety / The 9th Russian-Chinese Symposium. Coal in the 21st Century: Mining, Intelligent Equipment and Environmental Protection, China, Qingdao, 18-21 October 2018. Paris: Atlantis Press, 2018. Pр. 345-347.
12. Аэродинамика породных отвалов и пылегазо-вые выбросы в атмосферу / Н.М. Качурин, В.И. Ефимов, А.Д. Левин, В.Л. Рыбак // Уголь. 2016. № 2. С. 96-99. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/022016.pdf (дата обращения: 15.03.2019).
13. Portola V.A., Torosyan E.S., Antufeyev V.K. Radon Emission from Coal Mines of Kuzbass Region / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 127: Urgent Problems of Modern Mechanical Engineering. 5 p. [Electronic resource]. URL: http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/127/1/012021 (дата обращения: 15.03.2019).
14. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров. М.: Недра, 1977. 319 с.
15. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля». Серия 05. Выпуск 38. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2013. 24 с.
16. Развитие процесса самонагревания в скоплениях угля под действием молекулярной диффузии кислорода / Е.П. Ютяев, В.А. Портола, А.А. Мешков и др. // Уголь. 2018. № 10. С. 42-46. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/102018.pdf (дата обращения 15.03.2019).
SAFETY
UDC 622.822.222:622.693.2:621.796:622.33 © V.A. Portola, A.N. Zhdanov, A.A. Bobrovnikova, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 4, pp. 14-19
Title
THE PROSPECT OF USING ANTIPYROGENS TO PREVENT SPONTANEOUS COMBUSTION OF COAL STORES
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-14-19
Authors
Portola V.A.', Zhdanov A.N.2, Bobrovnikova A.A.'
1 Gorbachev Kuzbass State Technical University (KuzSTU), Kemerovo, 650000, Russian Federation
2 "SUEK-Kuzbass" JSC, Leninsk-Kuznetskiy, 652507, Russian Federation
Authors' Information
Portola V.A., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Professor of Aerology, labor protection and nature department, tel.: +7 (905) 913-74-29, e-mail: portola2@yandex.ru
Zhdanov A.N., Head Technical department, tel.: +7 (38456) 9-33-11, e-mail: suek-kuzbass@suek.ru
Bobrovnikova A.A., PhD (Chemical), Associate Professor of Chemistry, technology of inorganic substances and nanomaterials department, tel.: +7 (913) 307-66-38, e-mail: bobrownickowa.al@yandex.ru
Abstract
The centers of spontaneous combustion that occur in coal depots during long-term storage of coal, cause great economic damage to factories, threaten the life and health of people. Laboratory studies have shown that to prevent the development of endogenous fires, you can control the duration of the incubation period of spontaneous combustion of coal. The use of aqueous solutions of antipyrogens reduces the rate of oxygen sorption by coal, which allows you to slow down the process of spontaneous combustion by reducing the amount of heat generated. At the same time, heat losses for heating and evaporation of the liquid increase. The investigated antipyrogens reduce the oxygen sorption rate constant by 1.5-2 times, and the amount of moisture increases by 5-10%, which allows to increase the duration of the incubation period by 2-2.5 times. The calculations show that the proportion of coal stored in the warehouse, treated with a solution of anti-pyrogen, significantly decreases with increasing height of the coal warehouse. To a lesser extent, the proportion of processed coal decreases with an increase in the area of the base of the coal warehouse. The amount of antipyrogen needed to prevent an endogenous fire in a coal warehouse may be several tens of tons. Figures:
Fig. 1. The change in the rate of oxygen sorption rate depending on the amount
of antipyrogen introduced
Fig. 2. Coal warehouse layout
Fig. 3. Endogenous fire in a coal warehouse
Keywords
Coal spontaneous combustion, Coal warehouse, Antipyrogen, Sorption activity of coal in relation to oxygen, Spontaneous combustion incubation period, Endogenous fire prevention.
References
1. Skochinskiy A.A. & Ogievskiy V.M. Rudnichnye pozhary [Mine fires]. Moscow, Gornoe delo Kimmeriyskiy tsentr LLC, 2011, 375 p.
2. Veselovskiy V.S., Alekseeva N.D., Vinogradova L.N., Orleanskaya G.L. & Ter-pogosova E.A. Samovozgoraniya promyshlennyh materialov [Self-ignitions of industrial materials]. Moscow, Nauka publ., 1964, 246 p.
3. Igishev V.G. Bor'ba ssamovozgoraniem uglya vshahtah [Fight against self-ignition of coal in mines]. Moscow, Nedra Publ., 1987, 176 p.
4. Portola V.A. Assessment of the effect of some factors on spontaneous coal combustion. Journal of Mining Science, 1996, Vol. 32(6), pp. 536-541.
5. Lin Q., Wang S., Song S., Liang Y. & Ren T. Analytical prediction of coal spontaneous combustion tendency: velocity range with possibility of self-ignition. Fuel Processing Technology, 2017, Vol. 159, pp. 38-47.
6. Wang Q.S., Guo S.D. & Sun J.H. Spontaneous Combustion Prediction of Coal by C80 and ARC Techniques. Energy and Fuels, 2009, Vol. 23(10), pp. 4871 -4876.
7. Zhang L. & Qin B. Rheological characteristics of foamed gel for mine fire control. Fire and Materials, 2016, Vol. 40(2), pp. 246-260.
8. Portola V. & Galsanov N. Inert compositions for underground fire fighting in mines. Chinese Coal in the XXI Century: Mining 2014. Taishan Academic Forum - Project on Vine Disaster Prevention and Control. Mining, Green and Safety, October 17-20, 2014. Qingdao, China, Atlantis press, Amsterdam -Paris - Beijing, 2014, pp. 356-360.
9. Sin S.A. Zashchita vyemochnyh polej shaht Kuzbassa ot samovozgoraniya uglya spo-sobom inertizacii vyrabotannyh prostranstv [Protection mine sites layers of mine Kuzbass from self-ignition of coal by way covering an inert dust the developed spaces (by way of discussion)]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2010, No. 6, pp. 16-19. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/062010. pdf (accessed 15.03.2019).
10. Egoshin V.V., Kuharenko E.V. & Aleksandrovich I.F. Preduprezhdenie i tush-enieendogennyhpozharovna shahtah Kuzbassa. [Prevention and suppression of the endogenous fires in mines of Kuzbass]. Kemerovo, Kemerovo book Publ., 1994, 354 p.
11. Portola V., Bobrovnikova A. & Murko E. Open pits automobile transport impact on the environment and labor safety. The 9th Russian-Chinese Symposium. Coal in the 21st Century: Mining, Intelligent Equipment and Environmental Protection, China, Qingdao, 18-21 October 2018. Paris, Atlantis Press, 2018, pp. 345-347.
12. Kachurin N.M., Efimov V.I., Levin A.D., Rybak V.L. Aerodinamika porodnyh otvalov i pylegazovye vybrosy v atmosferu [Aerodynamics of waste dumps and dust/gas atmospheric emission]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2016, No. 2, pp. 96-99. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/022016.pdf (accessed 15.03.2019).
13. Portola V.A., Torosyan E.S. & Antufeyev V.K. Radon Emission from Coal Mines of Kuzbass Region. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016, Vol. 127: Urgent Problems of Modern Mechanical Engineering, 5 p. [Electronic resource]. Available at: http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/127/1/012021 (accessed 15.03.2019).
14. Lindenau N.I., Maevskaya V.M. & Krylov V.F. Proiskhozhdenie, profilaktika i tushenie endogennyh pozharov [Origin, prevention and suppression of the endogenous fires]. Moscow, Nedra Publ., 1977, 319 p.
15. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoj bezopasnosti "Instrukciya po opredeleniyu inkubacionnogo perioda samovozgoraniya uglya" [Federal standards and rules of industrial safety "Instruction on definition of the incubatory period of self-ignition of coal"]. Series 05. Release 38. Moscow, STC PB JSC, 2013, 24 p.
16. Yutyaev E.P., Portola V.A., Meshkov A.A., Kharitonov I.L. & Zhdanov A.N. Razvitie processa samonagrevaniya v skopleniyah uglya pod dejstviem molekulyarnoj diffuzii kisloroda [Development of self-heating process in coal stocks under molecular diffusion of oxygen]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, No. 10, pp. 42-46. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/102018. pdf (accessed 15.03.2019).
