Исследование пожароопасности углей методом динамической термогравиметрии

Рассмотрены результаты термогравиметрического анализа образцов угля марок Ж, ГЖ, А. Потеря массы образца угля марок Ж, ГЖ при термогравиметрическом анализе имеет ступенчатый характер. Потеря массы образца угля марки А при термогравиметрическом анализе имеет плавный, монотонный характер. Для всех исследованных углей марок Ж, ГЖ, А первичная потеря массы около 4% происходит при температуре около 350–370 ºС и связана с испарением внешней и гигроскопической влаги. Вторая потеря массы для углей марок Ж, ГЖ имеет две ступени в диапазоне температур около 350–660 ºС и 700–870 ºС. Первый пик (479,95 ºС) связан с эндотермическими процессами, второй (772,32 ºС) – с экзотермическими процессами. Всего на двух ступенях происходит потеря массы порядка 30%, в том числе – на первой ступени около 16%, на второй – около 14%. Вторая потеря массы, связанная с десорбцией углеводородов, для угля марки ГЖ в 1,6 раза больше, чем для угля марки Ж, что соответствует соотношению по выходу летучих веществ из углей этих марок. Вторая потеря массы для угля марки А составляет 2%, что от 8 до 13 раз меньше потери массы для углей марок Ж и ГЖ. Третья потеря массы образцов угля в диапазоне температур от 660 до 870 ºС для угля марки Ж в 3,5 раза больше, чем для угля марки ГЖ, что объясняется превышением зольности угля марки ГЖ в 4,6 раз по сравнению с углем марки Ж. Самая маленькая потеря массы в диапазоне температур от 100 до 1200 ºС наблюдается в углях марки А, составляя 2%, что от 2 до 7 раз меньше по сравнению с марками ГЖ и Ж. Из исследованных образцов угля наиболее взрывопожароопасен образец угля марки ГЖ. 

Скопинцева О. В., Рыбичев А. А., Баловцев С. В. Исследование пожароопасности углей методом динамической термогравиметрии // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 6. – С. 134–144. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_6_0_134.

Скопинцева Ольга Васильевна¹ — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: skopintseva54@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7257-8720, 
Рыбичев Алексей Алексеевич¹ — ассистент, e-mail: rybichev@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0005-9269-201X, 
Баловцев Сергей Владимирович¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: balovcev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-0961-6050,
¹ Университет науки и технологий МИСИС.

Рыбичев А.А., e-mail: rybichev@yandex.ru.

1. Федоткин И. О., Федоткин Д. В. Проблемы пожаров в угольных шахтах и обзор современных подходов к их моделированию // Уголь. — 2024. — № 2. — С. 69—73. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-2-69-73.

2. Kamran M., Chaudhry W., Wattimena R. K., Rehman H., Martyushev D. A. A multi-criteria decision intelligence framework to predict fire danger ratings in underground engineering structures // Fire. 2023, vol. 6, no. 11, article 412. DOI: 10.3390/fire6110412.

3. Yu J., Li Z., Yang D., Liu Y. Dynamic risk assessment of gas accumulation during coal and gas outburst catastrophes based on analytic hierarchy process and information entropy // Processes. 2025, vol. 13, no. 5, article 1305. DOI: 10.3390/pr13051305. 

4. Li S., Gao L. An investigation of the process of risk coupling and the main elements of coal-mine gas-explosion risk // Fire. 2025, vol. 8, no. 8, article 294. DOI: 10.3390/fire8080294. 

5. Zhang M., Cao X., Zhang L., Zhou A., Li B. Experimental study on the contribution of desorbed gas to the propagation and disaster-causing of coal-gas outbursts // Fuel. 2023, vol. 349, article 128656. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.128656.

6. Lu G., Zhao G., Yu L., Zhang M., Wang X. Quantifying fracture roughness effects on coal mine spontaneous combustion through a coupled thermos hydro mechanical model // Scientific Reports. 2025, vol. 15, article 24897. DOI: 10.1038/s41598-025-09268-5.

7. Tan B., Sui L., Gao L., Yang K., Tang S., Zuo Yu. Improved POA-LSTM model based on multi-source gas and temperature features for predicting key indicators of coal spontaneous combustion // Natural Resources Research. 2026. DOI: 10.1007/s11053-025-10623-6.

8. Yujia Huo, Hongqing Zhu, Xin He, Shuhao Fang, Wei Wang Quantum chemistry calculation study on chain reaction mechanisms and thermodynamic characteristics of coal spontaneous combustion at low temperatures // ACS Omega. 2021, vol. 6, no. 45, pp. 30841—30855. DOI: 10.1021/acsomega.1c05307.

9. Tang Z., Yang Sh., Xu G., Sharifzadeh M., Zhai Ch. Evolution law of adsorption and desorption characteristics of ch4 in coal masses during coalbed methane extraction // Energy & Fuels. 2018, vol. 32, no. 10, pp. 10540—10548. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.8b02318.

10. Qi X., Chen L., Xin H., Ji Y., Bai Ch., Song R., Xue H. Fangming liureaction mechanism and thermodynamic properties of aliphatic hydrocarbon groups during coal self-heating // Energy & Fuels. 2018, vol. 32, no. 10. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.8b02165.

11. Романченко С. Б., Нагановский Ю. К., Корнев А. В. Инновационные способы контроля пылевзрывобезопасности горных выработок // Записки Горного института. — 2021. — Т. 252. — С. 927—936. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.14.

12. Романченко С. Б., Корнев А. В. Инновационные методы исследований пылевой взрывоопасности углей // Записки Горного института. — 2025. — Т. 274. — С. 129—141.

13. Blokhin D. I., Dokuchaeva A. I., Zakorshmennyi I. M., Kobylkin A. S., Koporulina E. V. The influence of the mine dust mineral composition on the characteristics of thermal destruction processes // Journal of Physics: Conference Series. 2024, vol. 2697, no. 1, article 012059. DOI: 10.1088/1742-6596/2697/1/012059.

14. Лебедев В. С., Скопинцева О. В. Остаточные газовые компоненты угольных пластов: состав, содержание, потенциальная опасность // Горный журнал. — 2017. — № 4. — С. 84—86. DOI: 10. 17580/gzh.2017.04.17

15. Liang Y., Shi B., Yue J., Zhang Ch., Shen X., Hu T., Han Q. Desorption characteristics of CH4−C2H6 mixed gas in heavy hydrocarbon-rich coal seams // ACS Omega. 2024, vol. 9, no. 14, pp. 16176—16186. DOI: 10.1021/acsomega.3c10156.

16. Родионов В. А., Скрипник И. Л., Ивахнюк С. Г. Исследование характеристик самовозгорания каменного угля // Безопасность труда в промышленности. — 2025. — № 4. — С. 7—13. DOI: 10.24000/0409-2961-2025-4-7-13.

17. Dong X., Liu T., Wang X., Xu X. Fuzzy structured element integrated decision of metamorphism on coal dust ignition hazard rating // Journal of Physics Conference Series. 2023, vol. 2549, no. 1, article 012013. DOI: 10.1088/1742-6596/2549/1/012013.

18. Zhou S., Yang Y., Shang H. Adhesion behavior of underground coal dust with fused silica: Effects of relative humidity and particle size // Processes. 2024, vol. 12, no. 4, article 735. DOI: 10.3390/pr12040735.

19. Черданцев С. В., Шлапаков П. А., Лебедев К. С., Ерастов А. Ю., Хаймин С. А. Самовоспламенение пылегазовоздушных смесей в атмосфере горных выработок // Горная промышленность. — 2024. — № 2. — С. 121—126. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-2-121-126.

20. Chen L., Lu W., Qi X., Li J., Li J. Pyrolysis-induced transformations and re-ignition behavior of overfired low-rank coals under oxygen exposure // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2025, vol. 150, pp. 15663—15673. DOI: 10.1007/s10973-025-14732-5.