Способ предотвращения эндогенных пожаров самовозгорающихся углей

(51) 21 5/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Техническим результатом изобретения является уменьшение вероятности возникновения пожара самовозгорающихся углей при добыче и хранении за счет определения критического радиуса разогрева навала самовозгорающихся углей. Это достигается тем, что в способе предотвращения эндогенных пожаров самовозгорающихся углей в навале, включающем послойное формирование навала, согласно изобретению, формируют первый слой навала высотой 5,5 м, равный критическому радиусу разогрева угольной массы, на поверхности которого укладывают систему перфорированных труб для принудительной вентиляции навала и формируют второй слой угля высотой 5,5 м, на котором также укладывают систему перфорированных труб, последующие слои формируют аналогичным образом до достижения проектной высоты навала.(72) Рогов Евгений Иванович Рогов Андрей Евгеньевич Запевалов Георгий Владимирович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Специальный научноисследовательский центр пожарной безопасности и гражданской обороны Агентства Республики Казахстан по чрезвычайным ситуациям(54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ САМОВОЗГОРАЮЩИХСЯ УГЛЕЙ(57) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче и хранении самовозгорающихся углей. 15198 Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче и хранении самовозгорающихся углей. Известен ряд способов уменьшения вероятности возникновения пожаров при добыче и хранении самовозгорающихся углей (Рогов Е.И, Рогов С.Е, Рогов А.Е. Начала основ теории технологии добычи полезных ископаемых. Алматы 2001, 204 с Глузберг Е.И. Теоретические основы прогноза и профилактики шахтных эндогенных пожаров. М. Недра 1986, 185 с Рогов Е.И., Грицко Г.И., Вылегжанин В.Н. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольной шахты. Алма-Ата Наука, 1979 г, с.240)-уменьшение мощности навала угля при его добыче и хранении-покрытие угольной массы антипирогенами, исключающими доступ кислорода к самовозгорающемуся углям-искусственное и систематическое орошение угольной массы водой-систематическое перемешивание самовозгорающейся угольной массы. Перечисленные способы обладают рядом недостатков-при уменьшении мощности навала, увеличивается площадь земельного отвода, занятого при хранении угля, что приводит к ухудшению экологической обстановки-обработка угля антипирогенами экологически не безопасно и недостаточно эффективно также их использование увеличивает затраты при хранении угольной массы, что ведет к увеличению стоимости угля-при орошении угольной массы требуются дополнительные капитальные затраты на сооружение системы водоснабжения и затраты на содержание штата рабочих по их обслуживанию-при перемешивании или перемещении штабелей угля затрачиваются значительные средства на обслуживание техники и персонала рабочих. Известен также способ предотвращения эндогенных пожаров самовозгорающихся углей при формировании штабеля угля, включающий размещение полезного ископаемого на основании штабеля последовательно слоями, уплотнение слоев полезного ископаемого. В процессе формирования штабеля производят уплотнение слоев полезного ископаемого колесами автосамосвалов, а между слоями со всех сторон слоя полезного ископаемого размещают защитную прослойку и формируют ее из пористого льда посредством распыления воды через среду холодного атмосферного воздуха, при этом защитную прослойку делают толщиной 10-15 см,мощность верхнего охватывающего слоя полезного ископаемого принимают не менее глубины максимального сезонного протаивания в данном регионе и мощность внутренних слоев принимают не более 2 м. РФ 2161115, кл. 65 65/28, опубл.(Патент 27.12.2000). Недостатком данного способа является сложность выполнения, а также то, что уплотнение слоев полезного ископаемого колесами автосамосвалов не ис 2 ключает возможности самовозгорания. Формирование прослойки из пористого льда не возможно в условиях Казахстанского климата. Задачей изобретения является создание способа предотвращения эндогенных пожаров самовозгорающихся углей, позволяющего достичь уменьшения вероятности возникновения пожара самовозгорающихся углей при добыче и хранении с уменьшением затрат. Техническим результатом изобретения является уменьшение вероятности возникновения пожара самовозгорающихся углей при добыче и хранении за счет определения критического радиуса разогрева навала самовозгорающихся углей. Это достигается тем, что в способе предотвращения эндогенных пожаров самовозгорающихся углей в навале, включающем послойное формирование навала, согласно изобретению, формируют первый слой навала высотой 5,5 м, равный критическому радиусу разогрева угольной массы, на поверхности которого укладывают систему перфорированных труб для принудительной вентиляции навала и формируют второй слой угля высотой 5,5 м, на котором также укладывают систему перфорированных труб, последующие слои формируют аналогичным образом до достижения проектной высоты навала. Сущность нового технического решения излагается ниже. Так как процесс самовозгорания угля является вероятностным, то не представляется возможным точно определить время и место возникновения эндогенного пожара по методу, изложенному в монографии (Рогов Е.И, Рогов С.Е, Рогов А.Е. Начала основ теории технологии добычи полезных ископаемых. Алматы 2001, с.204). При этом доказано 1, что вероятность возникновения эндогенного пожара вычисляется по формуле 1 2 6 индексозначает верхнее значение параметра, анижнее-- характерный линейный размер скопления угля, в случае развития локального очага пожара к- критический радиус первоначального разогрева угля (к 1,41,5 м) удельная теплота сорбции (по данным проф. Веселовского )12,67106 Дж/м 3 и не зависит от марки угля 2-Су-удельная теплоемкость угля, вариация которой составляет не более 27 от среднего (СУ 1,13103 Дж/кг) 2. Радиус разогреванияугольной массы при средней высоте штабеля Н (м) на площадиследует принять, равной половине высоты Н, т.е.(5) Это обосновывается двумя факторами-нижняя плоскость штабеля находится на открытой земной поверхности, температура которой во много раз ниже, и зимой и летом, температуры самовозгорания (510 С) поэтому на контакте навал угля - земля происходит активный теплообмен, предотвращающий нагрев угля-поверхность штабеля сверху и с боков соприкасается с воздушными массами свежего воздуха, при этом за счет конвекции воздуха происходит активное охлаждение угля, также предотвращающее его нагрев за счет окисления. Наиболее активная поверхность разогрева угля находится в центральном по высоте штабеля сечении, т.е./2. Первоначальный критический радиус самонагревания и разогрева угля с некоторым запасом принят к 1,41,5 м 2. Так как в навале угля величинапрямо пропорциональна высоте Н при остальных практически постоянных параметрах , , С, а, Су, то вероятность самовозгорания угля в навале зависит, прежде всего, от высоты Н навала угля. Результаты расчетов вероятности возникновения самовозгорания угля в бурте по формуле (1) приведены в таблице 1. Таблица 1. Зависимость вероятности Рп возникновения эндогенного пожара от параметра у, м., м Н, м 1. 0,25 0,5 0,000 2. 0,50 1,0 0,000 3. 0,75 1,5 0,000 4. 1,00 2,0 0,0205 5. 1,25 2,5 0,154 6. 1,50 3,0 0,364 7. 1,75 3,5 0,552 8. 2,00 4,0 0,687 9. 2,25 4,5 0,778 10. 2,50 5,0 0,838 11. 2,75 5,5 0,879 12. 3,00 6,0 0,906 13. 4,00 8,0 0,990 При высоте навала Н 1012 м и средней Н 11 м,5,5 Рв 1, т.е. вероятность возникновения пожара равна единице, что означает неизбежность процесса самовозгорания угля при указанных параметрах склада. Временные показатели пожара можно обосновать следующим образом Теплопроводность угля составляет а 1,67 х 10-7 2 м /с. При критическом радиусе разогрева угля к 1,41,5 м предельная поверхность нагрева составит пк 2 а время разогрева до периода самовозгорания угля определится по формуле р к 2 / а, сек или На основании изложенных теоретических и расчетных данных по определению критического радиуса разогрева штабеля (навала) самовозгорающихся углей, равному 5,5 м предлагается следующее техническое решение. Высота навала формируется через 5,5 м с искусственным проветриванием через систему перфорированных труб. В горизонтальной плоскости система для проветривания формируется из перфорированных труб, через каждые 5,5 м по длине и ширине штабеля (навала), располагающихся параллельно друг другу (фиг.1). Способ осуществляется следующим образом-на поверхности первого слоя монтируется система перфорированных труб для принудительной вентиляции (охлаждения) штабеля, (фиг.1)-на первом слое навала формируется второй слой высотой 5,5 м на котором монтируется система перфорированных труб для аэрации (фиг.1)-последующие слои формируются аналогичным образом до достижения проектной высоты штабеля.-системы вентиляционных труб объединяются в вентиляционную систему, через вентиляторы или воздуходувки. Это новое техническое решение апробировано на Ой-Карагайском месторождении. На Ой-Карагайском месторождении в марте 2001 г. были заложены три склада самовозгорающегося угля (фиг.2). Вследствие чего на складе 3 3 к, уголь после разогрева возгорелся и полностью сгорел. В тоже время при 1 и 2, не достигающими критического радиуса 5,5 склады остались целыми. При этом температура воспламенения 420 С ориентировочно была достигнута через 426492 суток. Склад 3 был заложен в марте 2001 года. Тогда по расчетам возгорание произошло с максимальной вероятностью в июле или августе месяце 2002 года, что и подтвердилось на факте. Кроме того, при радиусе нагрева 5,5 м внутри штабеля возможно возникновение не одного а, как правило, множества точек нагрева и затем самовозгорания угля. При площади склада 3209 м 2, его ширине 33 м и длине 67 м число возможных очагов само возгорания угля составит 3 (три) по ширине и 6(шесть) по длине и всего-18. Два других склада со средней высотой навала(склад 1 Н 2,4 м и склад 2 Н 1 м) вследствие малых значений первоначальных радиусов разогрева угля к 1,2 м и к 0,5 м, не могли достигнуть температуры самовозгорания угля, и поэтому за тот же период времени самовозгорание угля не произошло. Таким образом, в заявляемом способе за счет определения критического радиуса разогрева навала самовозгорающихся углей уменьшается вероятности возникновения пожара при добыче и хранении самовозгорающихся углей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ предотвращения эндогенных пожаров самовозгорающихся углей в навале, включающий послойное формирование навала, отличающийся тем, что формируют первый слой навала высотой 5,5 м, равный критическому радиусу разогрева угольной массы, на поверхности которого укладывают систему перфорированных труб для принудительной вентиляции навала и формируют второй слой угля высотой 5,5 м, на котором также укладывают систему перфорированных труб, последующие слои формируют аналогичным образом до достижения проектной высоты навала. Фиг.1 Схема аэрации навала угля 15198 Параметры складов были следующими Склад 1 фиг.1 Н-высота, 2,4 м, следовательно 1/3