Профилактика самовозгорания углей в условиях криолитозоны Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ных и муниципальных компаний и их месте в системе обращения города.

Таким образом, предложенный методический подход для

оценки эффективности использования коммерческих и муниципальных компаний в системе обращения твердых бытовых отходов города, впервые делает воз-

можным оценить целесообразность привлечения частного капитала для выполнения работ с бытовыми отходами.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------

Попов С.М. - Московский государственный горный университет. Козина Т.М. - Московский государственный горный университет.

© С.Е. Фелорова, 2003

УАК 622.822:541.128.24

С.Е. Фелорова

ПРОФИЛАКТИКА САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЕЙ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

Одной из важных проблем при разработке угольных месторождений является предупреждение самовозгорания углей при их хранении на складах. Способность угля сорбировать кислород из воздуха вызывает окислительные процессы, приводящие к эндогенным пожарам, которые создают опасные условия для человека, обусловливают потери добытого угля, приводя к большим материальным убыткам и загрязнению атмосферы продуктами горения. Эндогенные пожары ежегодно происходят на многих угольных шахтах и разрезах нашей страны, в том числе и на предприятиях, разрабатывающих угольные месторождения в условиях распространения многолетней мерзлоты. Указанные процессы возникали неоднократно на угольных складах шахт «Сангарская», «Дже-барики-Хая» и угольного разреза «Кангаласский».

Температура окружающей среды значительно влияет на процесс окисления угля. В условиях многолетней мерзлоты температура угля в пласте составля-

ет -2^4 оС. При этой температуре в лабораторных условиях сорбция кислорода углем практически не происходит и химическая активность минимальна. С повышением температуры склонность мерзлых углей к самовозгоранию резко возрастает. Так, при температуре +25оС их сорбционная способность повышается в 2-4 раза по сравнению с ее значением при отрицательных температурах. Это объясняется тем, что при отрицательной температуре лед заполняет трещины и частично поры угля, что сокращает его активную поверхность и, как следствие этого, сорбцию кислорода. Кроме того, при низких значениях температуры воздуха происходит торможение окислительных реакций.

Исследование характера изменения химической активности мерзлого угля при повышении температуры проводились по методу ИГД им. А.А. Скочинского при следующих значениях температуры: +8, 25, 50, 60, 70, 80°С. Пробы угля помещались в нескольких сорбционных сосудах, постоянная температура поддер-

живалась в специальных холодильных прилавках и термостатических камерах. Снижение концентрации кислорода в сорбционном сосуде определялось хроматографическим методом. Результаты экспериментов приведены в таблице и на рисунке.

Полученные экспериментальные данные позволили установить, что скорость сорбции кислорода углем, т.е. химическая активность исследованных углей увеличивается с повышением температуры согласно экспоненциальной зависимости (рисунок), которая описывается следующим уравнением:

и = 0,0742 • е °’°374 ' (!)

Как видно из рисунка, кривая изменения сорбционной активности имеет перегиб, который свидетельствует об изменении механизма взаимодействия кислорода с углем. Точка перегиба соответствует критической температуре, при которой окислительно-восстановительные процессы становятся необратимыми, скорость процесса окисления резко возрастает, что говорит об окончании инкубационного периода самонагревания и переходе процесса в самовозгорание. Для кангаласского угля ^р = 64° С, т.е. ниже, чем у аналогичных марок углей, залегающих в центральных регионах России (+7080 оС), что подтверждает их высокую химическую активность.

Полученная температурная зависимость свидетельствует также о более резком изменении химической активности мерзлых углей при повышении темпера-

СОРБиИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ УГЛЕЙ КАНГАЛАССКОГО БУРОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

СС +8 +25 +50 +60 +70 +80

иср, мл/г-ч 0,095 0,228 0,467 0,536 1,003 1,783

и, мл/г*ч

Рис.1 Зависимость сорбционной активности углей от температуры

туры, что объясняется образова-

нием большего количества свободных радикалов, реагирующих с кислородом при оттаивании мерзлого угля.

Натурные наблюдения за процессом самонагревания углей в производственных условиях позволили изучить динамику окислительного процесса в зависимости от начальной температуры на складе. Проведенные исследования позволили разработать способ хранения штабеля угля путем создания защитной прослойки изо льда посредством распыления воды через среду холодного атмосферного воздуха.

Уплотнение слоев полезного ископаемого производится колесами автосамосвалов, что снижает циркуляцию воздуха внутри слоев. Защитную прослойку изо льда размещают со всех сторон слоя полезного ископаемого, обеспечивая изоляцию штабеля от поступления воздуха по всей поверхности слоя и предотвращая окислительный про-цесПрослойка формируется из пористого льда посредством распыления воды в зимнее время,

что позволяет создать надежную защитную прослойку без разрушения ее кусками полезного копаемого. Толщина прослойки (10-15 см) должна обеспечивать ей

онные свойства. Мощность верхнего охватывающего слоя полезного

мого, принимаемая не менее глубины максимального сезонного протаивания в данном регионе, дает возможность хранить лезное ископаемое в беле более одного года, исключая самовозгорание полезного ископаемого внутри слоев.

Формирование ля угля осуществляют следующим образом: на основании штабеля угля формируют нижний

угольный слой и с щью автосамосвалов, которые, перемещаясь по слою, уплотняют его. После того, как нижний слой будет отсыпан полностью, с мощью дождевальной установки «Град» создают защитную прослойку, пропуская распыленную воду через среду холодного атмосферного воздуха, при этом толщину прослойки из пористого льда (фирна) выдерживают в 1015 см. В этом случае слипшиеся капельки-льдинки создают изоляционный слой,

щий проникновению воздуха из одного угольного слоя в другой. Кроме того, такая толщина

слойки не теряет своих онных свойств при

нии вышележащих угольных ев. После создания всей ной прослойки, приступают к формированию следующего

угольного слоя. При соблюдении данной технологии высота

беля может быть значительной. Верхний угольный слой также покрывают защитной прослой-

кой, которая препятствует сносу угольной пыли в ветреную погоду. В весеннее время защитная

прослойка при положительной температуре воздуха превратится в воду и увлажнит поверхность штабеля угля, что также препятствует сносу пыли. При отгрузке угля из штабеля (экскаваторами или бульдозерами) защитная прослойка не препятствует процессу отгрузки, а значительно снижает запыленность в местах отгрузки, а значительно снижает запыленность в местах отгрузки. Сформированный штабель угля по данному способу может храниться длительное время.

Преимуществами данного способа являются:

• простота формирования штабеля угля;

• минимальные физические и материальные затраты на создание защитной прослойки;

• исключение самонагревания и самовозгорания угля;

• снижение запыленности при отгрузке угля;

• отсутствие сноса угольной пыли с поверхности штабеля.

Данный способ формирования штабеля угля зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации (патент №2161115 от 27.12.00).

Предлагаемый способ профилактики может быть рекомендован для применения как на территории угольных разрезов Севера, так и потребителями угля. Для условий многолетней мерзлоты способ имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что уголь будет сохранять первоначальную отрицательную температуру в течение длительного времени.

Широкое использование данного метода позволит хранить уголь в течение длительного времени при сохранении его качества и без самонагревания и может явиться радикальным решением проблемы борьбы с самовозгоранием углей при хранении их на складах.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------

Федорова С.Е. - Якутский госуниверситет.