Анализ условий, способствующих развитию процесса самовозгорания в штабелях угля

Длительное хранение угля в штабелях угля увеличивает опасность возникновения очагов самовозгорания за счет окисления горючих компонентов кислородом. Уголь, находящийся в штабелях угля, подвергается воздействию различных факторов внешней среды, способных как замедлять, так и ускорять процесс самовозгорания. В наибольшей степени на формирование очагов пожара оказывают температура и влажность воздуха, скорость перемещения и направление воздушных потоков, атмосферные осадки. Проведенные расчеты показали, что под действием ветра на поверхности угольного штабеля создаются зоны с повышенным давлением газа. Избыточное давление газа может достигать100—200 Па и зависит от скорости ветра, его плотности, угла наклона откоса бортов штабеля и угла между вектором скорости ветра и касательной к боковой поверхности. Лабораторные эксперименты показали, что коэффициент проницаемости угольного скопления равен 3,56∙10–9 м2, а снижения проницаемости в 1,25 раза достигается увлажнением скопления угля. Наибольшее количество воздуха, поступающего в угольный штабель, фильтруется вдоль боковой поверхности к горизонтальной поверхности. Максимальная скорость воздуха в скоплении наблюдается по контуру горизонтальной площадки штабеля. Учитывая, что для возникновения очага самовозгорания необходим интенсивный приток воздуха, формирование очага горения будет происходить на бортах штабеля или на его горизонтальной поверхности, на незначительном удалении от борта штабеля.

Портола В. А., Жданов А. Н., Бобровникова А. А. Анализ условий, способствующих развитию процесса самовозгорания в штабелях угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6—1. — С. 187—197. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_187.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22—27—20004, https://rscf.ru/project/22—27—20004/

Портола Вячеслав Алексеевич — докт. техн. наук, профессор, профессор кафедры аэрологии, охраны труда и природы Кузбасского государственного технического университета им. Т. Ф. Горбачева, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, д. 28, Россия, e-mail: portola2@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-7920-1248;
Жданов Александр Николаевич — заместитель главного инженера (по технологии) — главный технолог ШУ им. А. Д. Рубана, 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, ул. Шилина, д. 1, Россия, e-mail: ZhdanovAN@suek.ru, ORCID ID: 0000-0003-2142-6337;
Бобровникова Алена Александровна — канд. хим. наук, доцент, зав. кафедрой обогащения полезных ископаемых КузГТУ, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, д. 28, Россия, e-mail: 

Портола Вячеслав Алексеевич, e-mail: portola2@yandex.ru

1. Скочинский А. А., Огиевский В. М. Рудничные пожары. — М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2011. — 375 с.

2. Радионов В. А., Турсенев С. А., Скрипник И. Л., Ксенофонтов Ю. Г. Результаты исследования кинетических параметров самовозгорания каменноугольной пыли. Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 617—622.

3. Рыльникова М. В., Радченко Д. Н., Айнбиндер Г. И., Есина Е. Н. Оценка взаимосвязи самовозгорания пород с деформационными процессами при комбинированной разработке месторождений колчеданных руд. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2020. — № 2. — С. 329—341.

4. Карлов И. Д., Портола В. А. Профилактика самовозгорания угля, отгружаемого в железнодорожных вагонах. Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах. Материалы Х Международной научнопрактической конференции Кемерово, 2013. — С.83—85.

5. Турсенев С. А. Пожарная опасность самовозгорания при транспортировке углей морским транспортом. Морской вестник. — 2010. — № 3 (35). — С. 70—72.

6. Акбаров Т. Г., Исраилов М. А., Махмудов Д. Р. Изучение и предупреждение самовозгораемости углей Ангренского месторождения. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2021. — № 1. — С. 170—177. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0—170—177

7. 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. 159. P. 38—47.

8. Portola, V. Detection and location of places of spontaneous combustion of coal in mines due to gas anomalies on the earth’s surface // V. Portola, A. Bobrovnikova, G. Shirokolobov, D. Paleev // E3S Web Conf., Vth International Innovative Mining Symposium, 174, 01061 (2020), P. 1—7.

9. Zhang L., Qin B. Rheological characteristics of foamed gel for mine fire control. Fire and Materials. 2016. 40 (2). P. 246—260.

10. M. Onifade, B. Genc. Spontaneous combustion of coals and coal-shales. International Journal of Mining Science and Technology. 28 (2018), pp. 993—940

11. Zhang Y., Liu Y., Shi X., Yang C., Wang W., Li Y. Risk evaluation of coal spontaneous combustion on the basis of auto-ignition temperature. Fuel, 233 (2018), pp. 68—76.

12. Ерастов А. Ю., Шлапаков Е. А., Хаймин С. А. Применение метода ЭМИ для контроля эндогенной пожароопасности угольных целиков. // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2017. — № 2. — С. 23—26.

13. Пучков Л. А., Каледина Н. О., Кобылкин С. С. Аэродинамический метод предупреждения эндогенной пожароопасности выработанных пространств угольных шахт. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2012. — № 12. — С. 307—311.

14. Семенова С. А., Патраков Ю. Ф., Майоров А. Е. Окисление углей в пластах и методы оценки склонности углей к окислению и самовозгоранию (Обзор). // Кокс и химия. — 2020. — № 5. — С. 12—21.

15. Yuan H., Restuccia F., Richter F., Rein G. A computational model to simulate self-heating ignition across scales, configurations, and coal origins. Fuel, 236 (2019), pp. 1100—1109

16. Майоров А. Е., Патраков Ю. Ф., Семенова С. А., Абрамов И. Л., Непеина Е. С. Обоснование актуальности инъекционной локализации и дезактивации эндогенного самовозгорания. Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2020. — № 6. — С. 324—330.

17. Син С. А. Применение азота для борьбы с самовозгоранием угля в шахтах // Вестник КузГТУ — 2015. — № 1. — С. 167–171.

18. Коврижин О. И., Коляда А. Ю., Калиниченко Н. А. Использование газообразного азота при ликвидации подземных пожаров. Научный вестник НИИГД Респиратор. 2020. — № 5 (57). — С. 37—44.

19. Deng J., Zhao, J.-Y., Zhang, Y.-N., Wang, C.-Р., Huang, A.-C., Shu, C.-M. Thermal behavior and microcharacterization analysis of second-oxidized coal. Journal of Thermal Analysis &amp. 2017. 127 (№1). Р. 439—448.

20. Портола В. А., Овчинников А. Е., Жданов А. Н. Оценка мер по предупреждению эндогенных пожаров в угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 12. — С. 205–214. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12—0205—214

21. Ютяев Е. П., Портола В. А., Мешков А. А., Харитонов И. Л., Жданов А. Н. Развитие процесса самонагревания в скоплениях угля под действием молекулярной диффузии кислорода // Уголь. — 2018. — № 10 (1111). — С. 42–46.