CC BY
57
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА
УДК 622.8
П.В. Емелин
АЛГОРИТМ ПО РАСЧЕТУ ОПТИМАЛЬНЫХ СРОКОВ КОНСЕРВАЦИИ И ВСКРЫТИЯ ПОЖАРНЫХ УЧАСТКОВ С УЧЕТОМ КОНКРЕТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
В «Правилах безопасности...»[1] (§ 504-506) не регламентированы начальные и конечные сроки консервации, перевода пожаров в категорию потушенных и вскрытия участков с потушенным пожаром со ссылкой на бассейновые «Инструкции по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров» [2]. В разделе 7 «Инструкции...» [2] установлен срок списания и последующего вскрытия пожарного участка не менее трех месяцев после окончания его изоляции. Основное внимание в этих документах уделяется тактико-техническим мероприятиям при списании и вскрытии пожарных участков и оформлению необходимых документов.
Как показывает практика по анализу характера возникновения окислительных процессов и их протекания, ликвидации и вскрытия участков с эндогенными пожарами, эти процессы в значительной степени зависят от конкретных горногеологических, горнотехнических и технологических факторов: степени метаморфизма углей, определяющей их склонность к самовозгоранию; газоносности и сорбционной способности углей; мощности угольных пластов и оставляемых потерь в выработанном пространстве, связанных с геологическими нарушениями и технологией очистных работ технологическими схемами проветривания и дегазации выемочного участка и многими другими менее значительными факторами.
Расчет безопасного времени вскрытия пожарных участков является сложной инженернофизической задачей, требующей определения и вычисления временных, теплофизических параметров возникновения, протекания и затухания пожара на всех его основных этапах. В свою очередь, они зависят от горногеологических, технологических, физико-механических и химических свойств угля и вмещающих пород и др.
На базе Научно-инженерного центра горноспасателей Республики Казахстан (НИЦГ РК) были разработаны метод и специализированный пакет программ, позволяющие выполнять комплекс расчетов на ПЭВМ, конечной целью которых является определение оптимальных сроков консервации и вскрытия пожарных участков с учетом конкретных технологических и горнотех-
нических факторов.
Рассмотрим порядок выполнения операций, алгоритма по расчету оптимальных сроков консервации и вскрытия пожарных участков с учетом конкретных технологических и горнотехнических факторов, укрупненная блок-схема которого представлена на рисунке 1.
После сбора и подготовки всей необходимой исходной информации о пожарном участке блок 1 инициирует комплекс программ, в котором стартовым является модуль Vvoddan, основной целью которого является ввод и контроль исходных данных для проводимых расчетов.
Блок 2 (программа Form_seti) формирует аэродинамическую модель выработанного пространства пожарного участка в виде сеточной области, разбивая его на элементарные ячейки размером АХ и АУ соответственно вдоль очистного забоя и вглубь протяженности выемочного столба.
Блок 3 (программа Utechki) выполняет расчет проветривания выработанного пространства, модель которой представляет некоторую вентиляционную квазисеть, движение газовоздушной смеси в которой подчинено двучленному закону.
Результаты работы вышеописанных блоков выводятся на накопитель для просмотра и дальнейшего анализа.
Поскольку остаточная концентрация метана оказывает определенное влияние на теплофизические процессы, происходящие в выработанном пространстве. Следующим этапом в работе комплекса программ является выполнение расчета газовых параметров пласта с учетом имеющихся угольных скоплений в выработанном пространстве (блоке 4).
В блоке 5 производится расчет составляющих уравнения теплового баланса, определяющих процесс низкотемпературного окисления, позволяющих произвести расчет температуры нагрева угля в каждой элементарной ячейке сеточной области сформированной модели выработанного пространства. Температура по ячейкам рассчитывается с учетом количества газовоздушной смеси, поступающей в ячейку, массы угля в ячейке, концентрации кислорода, количества выделившегося метана, сорбционных свойств угля, тепла,
выделившегося в результате реакции окисления, десорбции метана, рассеянного во вмещающие
породы и поглощенного массой угля.
Блоки 5- 7 работают по циклической структу-
-----17 —
Расчет времени остывания Тмт пожарного участка до заданной температуры Тза$ая
/
18
Вывод результатов расчета остывания массива
-----19 ----------*----------------
Анализ времени остывания Тхгп ^пожарного участка и температуры остывания Т5а$а}(
Разведка пожарного участка и отбор проб угля для проведения
Проведение лабораторного анализа по определению новых значений 11о,В
—23 ------------------------
Организация вскрытия пожарного участка
Конец
Рис. 1. Блок-схема алгоритма расчета времени консервации и вскрытия пожарного участка
ре до тех пор, пока в некоторых ячейках, содержащих достаточное количество угольной массы и получающих количество кислорода, обеспечивающее интенсивное окисление, температура (Тяч) не достигнет величины, равной или превышающей значения критической величины (Ткр),
после которой возможно воспламенение угля, то есть начала второй стадии эндогенного пожара.
При достижении в каких-либо ячейках температуры Тяч > Ткр блок 8 выводит информацию о координатах этих ячеек и времени токисл, за которое была достигнута температура Ткр.
Если за это время, надлежащими службами, признаки возможного пожара не были обнаружены, продолжается выполнение счета процесса нагревания угля от критической температуры Ткр до температуры воспламенения Твозг.
В блоке 9, как и в блоке 5 производится расчет температурного поля выработанного пространства по ячейкам сформированной сеточной области с учетом дальнейшего процесса нагревания угольного скопления.
В блоке 10 отслеживает вся информация о нарастание температуры до Твозг, а в блоках 11, 12 производится контроль и вывод информации о координатах очагов воспламенения и времени твозг, за которое в этих очагах достигается температура воспламенения.
Следует отметить, что блоки 9-11 выполняются по циклической структуре пока не будет выполнено условие, заложенное в блоке 10.
Поскольку процесс воспламенения переходит в горение за сравнительно короткое время в условиях достаточного количества кислорода, в блоке 13 производится ориентировочный расчет температуры горения в местах воспламенения угля.
Таким образом, на основе выполненных расчетов максимальной температуры в очаге самовозгорания, интервала времени необходимого для ее достижения и результатов непосредственных измерений содержания индикаторных газов производится контроль (блок 15) и принимается решение о полной изоляции пожарного участка (блок 14).
Для принятия последующих решений о вскрытии пожарного участка необходима информация о времени (тгор) между обнаружением признаков активного горения и полной изоляции пожарного участка. В блоке 16 производится систематизация всей имеющейся информации о времени горения тгор, о прогнозируемых, расчетных и замеренных утечках воздуха через изолирующие перемычки и температуры (Тзадан), до которой требуется остывание массива в выработанном пространстве.
На основании этих данных в блоке 17 моделируется процесс остывания, а в блоке 18 производится вывод результатов проведенного расчета по определению временного интервала необходимого для процесса остывания (Тост).
Анализ полученных результатов (блок 19) выполняется специалистами шахты, технической службой угольного департамента совместно с научными институтами. На основании этого анализа и по данным наблюдений принимается решение о вскрытии пожарного участка (блок 20).
Если результаты расчетов и данные наблюдений требуют дополнительной информации для принятия решения о вскрытии пожарного участка, то производится разведка с отбором проб угля (блок 21).
Основанием для этого являются проведенные исследования в НИЦГ РК о снижении сорбционной активности угля в результате длительного активного взаимодействия с кислородом и снижение температурного коэффициента скорости сорбции кислорода углем.
Отобранные пробы угля обрабатываются в химической лаборатории (блок 22) на предмет определения новых значений величин константы скорости сорбции и0 и температурного коэффициента константы скорости сорбции Е. Одновременно уточняются величины утечек воздуха через изоляционные перемычки.
По этим уточненным исходным данным производится повторный расчет процесса остывания угля и окружающих пород в выработанном пространстве (блок17). Этот последовательный процесс принятия решения о вскрытии пожарного
участка выполняется до тех пор, пока не будет достигнуто всеобщее соглашение между проведенными научно-инженерным расчетом, данными полученными в результате наблюдений и мнением экспертов-специалистов о безопасности и своевременности вскрытия пожарного участка, исключающих рецидив пожара.
Выводы
1. Пакет прикладных программ, реализующий алгоритм расчета, представляется в виде человекомашинной процедуры, позволяющий решать поставленную перед ним задачу то есть определения оптимальных сроков консервации и вскрытия пожарных участков с учетом конкретных технологических и горнотехнических факторов.
2. Итогом проведенных теоретических исследований окислительных и теплофизических процессов в выработанных пространствах, на основе которых предложен метод и программная реализация, является разработанная «Методика расчета оптимальных сроков консервации и вскрытия пожарных участков с учетом конкретных технологических и горнотехнических факторов» [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. - Москва, 1986.
2. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров на шахтах Карагандинского бассейна. - Караганда, 1998. 49 с.
3. Методика «Расчет оптимальных сроков консервации и вскрытия пожарных участков с учетом конкретных технологических и горнотехнических факторов». НИЦГ РК. Караганда 1999 г. 19 с.
□ Автор статьи:
Емелин Павел Владимирович - канд. техн. наук, доц. , зав. каф.
«Рудничная аэрология и охрана труда» (Карагандинский государственный технический университет)
УДК 662.31.33.
Х.А Исхаков, Е. Л. Счастливцев ПРОБЛЕМА ТОРФА И ТОРФЯНИКОВ
Работы по использованию торфа имеют длительную мировую историю [1]. Что касается России, то после 1917 года в плане ГОЭЛРО было намечено строительство пяти электростанций на торфе, в том числе Шатурской. Имелось в виду использование торфа не только как топлива, но и сырья для производства газов и химических продуктов [2]: этилового спирта для получения синтетического каучука, производство химических удобрений, активированного угля, дубителей, а также многих других веществ. Даже предполагалась разработка и осуществление доменной плавки на торфяном коксе. Был организован Институт
торфа, выпускался журнал “Торфяное дело” (впоследствии “Торфяная промышленность ” ). В первой половине 30-х годов вышло значительное количество изданий, посвященных торфу [1,3-9].
После Великой Отечественной войны в 50-е и 60-е годы интерес к переработке торфа возобновился, о чем можно судить по литературе, упоминаемой в трудах [10,11]. Имея ввиду огромные запасы торфа в Томской области на кафедре химической технологии топлива Томского политехнического института были предприняты работы по термобрикетированию и коксованию торфа и доказано путем проведения лабораторных иссле-
дований принципиальная возможность организации торфококсования и производство на этой основе металла, однако до хотя бы опытнопромышленных экспериментов дело не дошло ввиду наличия огромных запасов в соседних регионах каменных и бурых углей и действующих металлургических комбинатов на базе использования коксующихся углей Кузбасса. В ближайшее десятилетие, а возможно, и в течении XXI века, едва ли можно надеяться на организацию торфо-металлургии.
В настоящее время торф представляет интерес для внесения в почву в качестве источника гуми-новых веществ. Как указывается в [6,12] торф в зависимости от происхождения содержит до 50% гуминовых веществ. Драгунов [13] указывает, что ” главнейшим поставщиком гуминовых удобрений в Советском Союзе в настоящее время является торфяная промышленность”. При этом имеется ввиду предварительная обработка торфа аммиачной водой и добавление других минеральных удобрений.
Христева Л.А. и Ярчук И.И. [18] получали гумат натрия из торфа, а с добавлением суперфосфата такое удобрение (гумофос) изучали проводя полевые испытания и получили положительные результаты как на злаковых культурах, так и на картофеле и овощах. Кухаренко Т.А. [13], рассматривая различные виды твердых топлив как источник гуминовых кислот, считает, что торф наряду с землистыми бурыми углями и выветре-лыми каменными углями является сырьем для производства гуминовых удобрений; при этом торфяные гуминовые кислоты по содержанию гидроксильных и карбоксильных групп не уступают выветрелым углям. Далее отмечается, что гуминовые кислоты торфов более устойчивы к действию электролитов и более тонкодисперсные.
Демьяненко В.Д. [13] в обширной статье, посвященной применению торфа как удобрения, приходит к выводу, что высокодисперсные гуми-новые кислоты торфа являются биокатализаторами с высокой физиологической активностью;
применение торфа позволяет получить значительные прибавки урожая овощных культур. В статье приведена обширная ссылка на литературу по торфяным удобрениям (49 наименований).
Ярчук И.И. и соавторы [13] при внесении торфа под кукурузу совместно с азотным и фосфорным удобрением получили прибавку початков на 24 % выше контрольного варианта без удобрений, а также азотным и фосфорным удобрением. Отсюда следует вывод, что гуминовые вещества торфа способствуют усвоению азота и фосфора.
Кухаревский Г.В. и соавторы [13] изучили влияние торфа на урожай картофеля при деляноч-ных опытах; при внесении в гнездо 500г торфа прибавка урожая составила 77%. При внесении в гнездо 25 г торфа прибавка картофеля составила только 20%, что говорит об эффективности внесения торфа. В опытах тех же авторов с помидорами при внесении в лунку 500г торфа прибавка составила 56 %.
Кузько Ф.С. и соавторы [13] на полевых опытах показали повышение урожайности, при добавках торфоперегнойных удобрений, помидоров на164%,капусты на 119%.
Христева и соавторы [13] изучили влияние гуминовых удобрение на рост двухлетних сеянцев сосны, в том числе торфа без обработки. За время испытания на торфе прирост сеянцев составил по сравнению с контрольными 112%.
Парфеновский А.П. [13] для приготовления
гумофоса предлагает использовать торфяную крошку, предварительно обработанную аммиаком. Описывается технология приготовления гумино-вых удобрений непосредственно на торфопред-приятиях.
В сборнике [14] использованию торфа посвящены роботы Драгунова С. С, Курбатова И.М., Никонова М.Н., Пивоварова Л.Р., Бахулина М.Д., Тишковича А.В. и др.
В сборнике [15] торфогуминовым удобрениям посвящены работы Альтмана Л.В., Батячева Е.Б., Маевской Л.М., Драгуновой А.Ф., Драгунова С.С, Ярчука И.И., Вульфа Л.Н. и др.
Основные залежи торфа в Кемеровской области.
Месторождение Площадь, га Средняя глубина залежи, м Запасы торфа-сырца, тыс. т
Чечулинское, 11км от Мариинска 1993 2,35 46,836
Мелехинское, 15 км от Мариинска 1633 1,55 25,312
Боймо-Комиссаровское, 5,5 км от Мариинска 6666 2,52 167983
Камышевское, 16 км от Мариинска 5558 2,66 147843
Белгородское, 31 км от Мариинска 927 1,9 18468
Берчикульское, 15 км от пос. Тисуль 1867 2,27 42381
Чубур, 24 км от г. Юрга 645 3,20 20640
Клюквенное, 1,5 км от пос. Крапивинский 556 2,32 12899
Г лухое, 21 км от г. Новокузнецк 594 1,12 6653
Итого 20694 - 495525
22
Х. А Исхаков, Е. Л. Счастливцев
Ряд работ в сборнике [16] также посвящен торфоудобрениям (Драгунов С.С, Галактионова А.А., Грановский Н.М., Соловьева В.П. и др. ).
Итак, о полезности торфа как органического удобрения сомнений быть не может, особенно если иметь в виду результаты работ в сборниках [13-16] .
Имеются ли месторождения торфа в Кемеровской области? Согласно монографии [17] по геологии месторождений угля , в пределах Кемеровской области известно 50 торфяных месторождений общей площадью свыше 26 тыс. га с суммарным объемом торфяной залежи около 600 тыс. м3. Из всей площади торфяного фонда 78,6% приходятся на девять месторождений, имеющих залежи от 500 га и более. Характеристики месторождений см. в таблице
Имеются и другие данные по количеству месторождений и запасам. Разумеется, эти данные неполные и рассматриваются они с точки зрения использования торфа как топлива, с чем мы совершенно не согласны.
В общем, месторождения торфа в Кемеровской области имеются во всех районах, однако они мало изучены, так как торф как топливо и
химическое сырье для Кемеровской области не представляет интереса. Торфяники - это болота, для географии области представляющие биогео-химические и экологические объекты, которые необходимо беречь, не превращать в источники добычи торфа и ни в коем случаи не заполнять отходами и и считать местами сброса сточных вод.
В 70-е годы в одном из номеров газеты “Кузбасс” появилась заметка, призывающая к добыче торфа в качестве удобрения; даже для каждого района был задан план по вывозу на поля торфа. К счастью этот план не был осуществлен; в противном случаи вместо торфяных болот получилось бы весьма неприятное зрелище- огромные ямы, поваленные деревья, уничтоженный животный мир.
Для Кемеровской области болота являются не только хранилищами воды, водной растительности, но и геохимическими фильтрами для поверхностных и подземных вод. Исходя из этого, необходимо принять закон, запрещающий добычу торфа и предусматривающий сохранение экологической обстановки в отношении болот области.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стадников Г.Л. Химия торфа. М.-Л.: Госхимтехиздат, 1932.180с..
2. Смирнов М.Л. Значение и задачи химической переработки торфа/В сб. химическая переработка топлив в СССР. Ред. М.Н. Буров М.: ОНТИ 1936.с.123-142.
3. Фефелов Н.Т. Коксование торфа. М.-Л.: Сельхозгиз, 1930. 31с.
4. Богданов Н.Н. Газификация торфа. М.-Л.: ГНТИ, 1931. 40с.
5. Ремизов Л.А. Брикетирование торфа. М.-Л.: ГНТГИ, 1932. 32с.
6. Каштанов Л.И. Химия торфа. М.-Л.: ГНТГИ, 1932. 151с.
7. Калантарова Н.М., Воробьева С.И. Практическое руководство по химическому анализу торфа. М.-Л.: ГНТГИ, 1933. 72с.
8. Ивановский Э.Э. Торфококсование с крекингом дегтя. Харьков- Киев, 1935. 217с.
9. МягковА.А. Торфяной кокс. М.Л: ОНТИ 1936. 201с.
10. Известия ТПИ.Т.126. Томск: Изд. ТГУ, 1964. с. 3-20.
11. Смольянинов С.И., Маслов С.Г. Термобрикетирование торфа. Томск: Изд. ТГУ, 1975. 108с.
12. Кухаренко Т.А. Химия и генезис ископаемых углей. М.: Госгортехиздат, 1960. 328с.
13. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Харьков: Изд-во ХГУ, 1957. 376с.
14. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Часть II. Киев: Сельхозиздат Укр. ССР, 1962. 651с.
15. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Часть III. Киев: «Урожай», 1968. 387с.
16. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Том IV. Днепропетровск: Изд-во ДСХИ, 1973. 312с.
17. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.7. М.: Недра, 1969. 912с.
18. Новые методы рациональных использований местных топлив /Тр . совещания . Рига, сент. 1958. Рига: Изд-во АН Латв. ССР, 1959. С. 167-173.
□ Авторы статьи:
Исхаков Хамза Ахметович докт.техн.наук, ведущий научный сотрудник Института угля и углехимии СО РАН.
Счастливцев Евгений Леонидович канд.техн.наук, зав. лаб. геоэкологических и водных проблем Института угля и углехимии СО РАН
