RO127905B1 - Metodă de prevenire a combustiilor spontane la exploatarea zonelor carbonifere cu banc subminat - Google Patents

Description

Invenția se referă la o metodă de prevenire a combustiilor spontane la exploatarea zonelor carbonifere cu banc subminat prin inertizare.

Sunt cunoscute atât pe plan mondial, cât și în țară, o serie de procedee de prevenire a combustiilor spontane, mai ales în industria extractivă de cărbune. Dintre acestea amintim:

- înnămolirea, ce necesită realizarea unei stații de înnămolire la suprafața minei, o rețea de conducte ce trebuie să ajungă la locul de utilizare și folosirea unei mari cantități de cenușă de termocentrală. înnămolirea acționează prin acoperirea cărbunelui rămas în spațiul exploatat, împiedicând astfel contactul direct între oxigenul din aer și huilă, acesta nemaiputând astfel să se autooxideze. Dezavantajul aplicării acestui procedeu constă în investiție relativ mare și manoperă multă;

- aplicarea substanțelor antipirogene care acționează prin efectul de răcire ce se creează în urma descompunerii lor, absorbind căldura ce se degajă la autooxidarea huilei. Dezavantajul acestui procedeu este acela că nu poate fi aplicat la toate metodele de exploatare, și are eficiență redusă în cazul pierderilor mari de cărbune în spațiul exploatat;

- tehnologia de prevenire a autooxidării huilei cu inhibitori de soluție apoasă de tipul fosfat trisodic sau clorură de zinc în concentrație de până la 0,5% sub formă de aerosoli. Această tehnologie se poate aplica la toate tipurile de exploatare a huilei.

Prin lucrarea autorilor Qin Bo-tao, Sun Qing-guo et al., “Analysisandkey control technologies to prevent spontaneous coal combustion occuringata fully mechanized caving face with large obliquity in deep mines”, Mining Science and Technology 19 (2009) 0446-0451, este cunoscută și o metodă de prevenire a combustiilor spontane, utilizabilă la exploatarea cu banc subminat a cărbunelui, realizată prin inertizarea spațiului exploatat prin introducere de azot, cu utilizarea unui ansamblu de două conducte tubulare de inertizare de 5 cm diametru conectate la conducta magistrală de azot, cu capătul inferior în zona spațiului exploatat și introducerea controlată a gazului inert în zona spațiului de exploatare a cărbunelui, la o distanță prestabilită de suprafața de lucru, în mod periodic, prin alternarea introducerii azotului prin câte un tub.

De asemenea, documentul US 5273344 prezintă un procedeu de inertizare a spațiului de lucru din minele de cărbune prin introducerea unui gaz inert în volumul de cărbune prin niște găuri adânci, gazul inert fiind introdus printr-un canal fixat pe o față de mină și care comunică cu un orificiu înclinat în unghi, care se extinde până la locul de operare al mașinii de forat cu melc.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în prevenirea combustiei spontane prin crearea în zona de exploatare a cărbunelui cu banc subminat a unei atmosfere de inhibare a autooxidării cărbunelui, săracă în oxigen și cu conținut mare de azot, depășind valoarea de 79% azot, caracteristică aerului atmosferic, astfel încât să realizeze o inertizare eficientă, care să elimine pericolul de combustie spontană cu consum optim de azot.

Metoda conform invenției, de prevenire a combustiilor spontane la exploatarea zonelor carbonifere cu banc subminat, rezolvă această problemă prin inertizarea spațiului exploatat cu azot trimis prin niște conducte conectate la conducta magistrală de azot și introdus controlat în zona spațiului exploatat prin niște găuri adânci, găurile de inertizare a spațiului exploatat fiind realizateîn zona suitorilor de câmp, introducerea azotului fiind inițiată când capătul liber al găurii/găurilor de inertizare este de minim 30 m față de linia frontului de lucru.

Metoda conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- tehnologia de prevenire a combustiei spontane de la minele de huilă este simplu de realizat;

- eficiență mare în prevenirea și combaterea combustiilor spontane din minele de huilă;

RO 127905 Β1

- constituie o alternativă în raport cu celelalte metode de prevenire/combatere a 1 combustiilor spontane din minele care exploatează substanțe minerale utile autoinflamabile.

Invenția este prezentată pe larg în continuare, în legătură și cu fig. 1 și 2, care 3 reprezintă:

- fig. 1a...d, ansamblul de realizare și aplicare a metodei cadru nr. 1 la prevenirea 5 combustiilor spontane la exploatarea cu banc subminat, prin inertizarea spațiului exploatat prin conducte de introducere a azotului amplasate pe galeria de aer proaspăt; 7

- fig. 2a...c, ansamblul de realizare și aplicare a metodei cadru nr. 2 la tehnologia de prevenire a combustiilor spontane la metoda de exploatare cu banc subminat prin inertizarea 9 spațiului exploatat prin introducerea azotului prin intermediul forajelor lungi executate din lucrări miniere adiacente zonei ce urmează a fi inertizată. 11

Metoda conform invenției constă în inertizarea spațiului exploatat cu azot trimis prin niște conducte conectate la conducta magistrală de azot și introdus controlat în zona 13 spațiului exploatat prin niște găuri adânci, găurile de inertizare a spațiului exploatat fiind realizate în zona suitorilor de câmp, introducerea azotului fiind inițiată când capătul liber al 15 găurii/găurilor de inertizare este de minim 30 m față de linia frontului de lucru.

Scăderea oxigenului este rezultatul dislocuirii acestuia din aer cu surplusul de azot 17 adăugat în atmosfera lucrării miniere.

Prin această scădere de concentrație a oxigenului din atmosfera ce acoperă 19 suprafața cărbunelui cu centrii activi ai acestuia, viteza reacției de oxidare între carbon și oxigen la temperatura de 20°C, caracteristică atmosferei subterane și, implicit, și spațiului 21 exploatat unde mai circulă aerul, scade mult. în felul acesta cantitatea de căldură degajată din reacția de oxidare dintre carbonul din cărbune și oxigen scade, iar posibilitatea acumulării 23 căldurii local scade, și astfel posibilitatea creșterii temperaturii la un minimum de 6O...8O°C (temperatura critică) necesar intrării în faza dezvoltării rapide a combustiei spontane nu se 25 realizează, evitând în acest fel apariția unui foc endogen.

Azotul necesar inertizării poate proveni din tehnologii criogenice sau necriogenice. 27 în ultimii 20 de ani, azotul necriogenic câștigă teren. Și la nivelul minelor de huilă din Valea Jiului, inertizarea se realizează cu azot necriogenic provenit de la o instalație PSA. 29

Metoda-cadru de prevenire a combustiei spontane din minele de huilă propusă prin invenție se pretează la noile tehnologii de exploatare de mare randament, unde cantitatea 31 de huilă lăsată în spațiul exploatat este mare, de peste 10%, așa cum reiese din metodele cadru de exploatare. O astfel de tehnologie de exploatare este tehnologia cu banc subminat, 33 generalizată la minele de huilă din Valea Jiului, dar folosită și la exploatarea minereurilor complexe. 35

Folosirea azotului în procesul de inertizare impune transportul acestuia de la instalația de inertizare, amplasată la suprafață, până la locul de utilizare din subteran, prin 37 intermediul unei rețele de conducte permanente, destinate special pentru acest gaz.

în cazuri excepționale, se poate transporta azotul de la suprafață la locul de utilizare 39 prin folosirea unor rețele de conducte disponibile și neutilizate, dacă acestea există, sau prin sistem de conducte care, în mod normal, pot fi eliberate temporarîn caz de nevoie (exemplu: 41 rețele de aer comprimat, de evacuare a apelor, de rambleiere hidraulică).

Instalația de inertizare este amplasată la suprafață, în apropierea puțului de evacuare 43 a aerului viciat.

Transportul azotului se realizează prin conducte amplasate în acest puț, în lucrările 45 miniere orizontale și în galeria de bază a abatajului până după digul de izolare. Transportul azotului de la suprafață până la locul de distribuire (utilizare) din subteran se poate realiza 47 prin conducte rigide (din țeavă) sau flexibile (furtunuri).

RO 127905 Β1

Aceste conducte trebuie să reziste presiunilor și temperaturilor care apar în mod funcțional în procesul de inertizare și care sunt în corelare cu parametrii instalației de inertizare. De aceea, la unitatea minieră care aplică procesul de inertizare trebuie să se cunoască care sunt rețelele de conducte pe care se poate face transportul gazului inert.

Rețeaua de conducte trebuie realizată astfel încât să asigure etanșare împotriva scurgerilor de gaz inert în lucrările miniere subterane. în acest sens, tronsoanele de conducte se îmbină între ele cu flanșe și șuruburi, între care se introduc garnituri de etanșare.

Derivațiile conductelor care nu sunt utilizate pentru transportul gazului inert se închid cu flanșe oarbe sau, în situații provizorii, cu ventile.

Introducerea azotului în rețeaua de conducte în vederea inertizării se va face după o „spălare prealabilă cu gaz inert, întrucât, prin dirijarea aerului existent în conductă spre focar, nu poate fi exclusă o creștere a intensității focului sau chiar o mărire a pericolului de explozie.

Totodată, înainte de începerea oricărei inertizări, precum și în situația în care inertizarea s-a întrerupt pe o perioadă mai mare de 24 h, este necesară verificarea integrității conductei de transport azot în subteran din punct de vedere al presiunii, al etanșeității și, respectiv, al posibilităților de deteriorare a acesteia.

în continuare, se prezintă exemple de realizare și aplicare a metodelor cadru la tehnologia de prevenire a combustiilor spontane prin inertizare cu azot pentru metoda de exploatare cu banc subminat, conform invenției, în legătură cu fig. 1a...d și 2.

într-un prim exemplu, metoda cadru a tehnologiei de prevenire a combustiilor spontane, conform invenției, constă în realizarea ansamblului de conducte și ventile pentru legarea la magistrala de azot și introducerea lor în spațiul exploatat, în patru faze:

Faza I

Conducta 1 se montează în faza de pornire a abatajului și se amplasează la conducta magistrală 5 prin intermediul venalului. Se începe injectarea azotului când abatajul ajunge la circa 30 m față de linia de pornire. Se montează conducta 2 când abatajul ajunge la circa 50 m față de linia de pornire. Aceste operații sunt ilustrate în fig. 1a - faza I.

Faza II

Se continuă cu injectarea azotului prin conducta 1 până când abatajul a ajuns la circa 50 m față de linia de front din faza I, la 100 m față de linia de pornire. Se cuplează conducta 2 la conducta magistrală 5 prin intermediul ventilului 4 și se începe injectarea când abatajul s-a deplasat cu circa 30 m față de linia frontului din faza I, la circa 80 m față de linia de pornire. Se oprește injectarea și se decuplează conducta 2 când abatajul a avansat circa 50 m față de linia frontului din faza I - la circa 100 m față de linia de pornire. Operațiile din faza II sunt prezentate în fig. 1b.

Faza III

Se continuă cu injectarea azotului prin conducta 2 până când abatajul a ajuns la circa 50 m față de linia frontului din faza a Il-a, circa 150 m față de linia de pornire.

Se începe injectarea pe conducta 1 când abatajul a avansat cu circa 30 m față de linia frontului din faza a Il-a, circa 130 m față de linia de pornire. Se oprește inertizarea și se decuplează conducta 2 când abatajul a avansat circa 50 m față de linia frontului din faza a Il-a - la circa150 m față de linia de pornire. Această fază este prezentată în fig. 1c.

Faza IV

Se continuă cu injectarea azotului prin conducta 1 până când abatajul a ajuns la circa 50 m față de linia frontului din faza a IIl-a - la circa 200 m față de linia de pornire.

RO 127905 Β1

Se începe injectarea pe conducta 2 când abatajul a avansat cu circa 30 m față de1 linia frontului din faza a IIl-a - la circa 180 m față de linia de pornire. Se oprește inertizarea și se decuplează conducta 1 când abatajul a avansat la circa 50 m față de linia frontului din3 faza III - la circa 200 m față de linia de pornire. Acești pași sunt reprezentați în fig. 1d.

în continuare, procesul de repetă, începând cu faza II.5

Metoda cadru nr. 1 la tehnologia de prevenire a combustiilor spontane la exploatarea cu banc subminat prin inertizarea spațiului exploatat prin amplasarea conductei de 7 introducere a azotului pe galeria de aer proaspăt cuprinde cele 4 faze prezentate prin fig. 1a...d. 9

Conductele 1 și 2 din galeria cu aer proaspăt denumit și galerie de bază pot avea dimensiuni de Φ 501 00 mm, iar cele de pe magistrală de preferat Φ1001 50 mm. îmbinările 11 acestor conducte se realizează prin flanșe cu șuruburi.

Metoda cadru nr. 1 la tehnologia de prevenire a combustiilor spontane la metoda 13 cadru de exploatare cu banc subminat prin inertizarea spațiului exploatat prin amplasarea conductelor de introducere a azotului pe galeria de aer proaspăt a fost testată cu rezultate 15 bune la exploatările miniere Petrila și Lonea, cu efecte de realizare a exploatării cărbunelui în condiții de securitate din punct de vedere al combustiei spontane, chiar și în cazul 17 cărbunilor cu cea mai mare reactivitate chimică, cărbuni clasificați din punct de vedere al combustiei spontane în grupa „autoinflamabili categoria 2-b cu tendință pronunțată la 19 autoaprindere.

Metoda cadru nr.2 la tehnologia de prevenire a combustiilor spontane conform 21 invenției constă în realizarea ansamblului de foraje de găuri lungi. Introducerea azotului prin intermediul forajelor poate începe atunci când capătul liber al acestora din spațiul exploatat 23 este de minim 30 m față de linia frontului de lucru. în acest moment, gaura de foraj se racordează la magistrala de azot. 25

Atât pentru metoda cadru nr. 1, cât și pentru metoda cadru nr. 2, sunt necesare de luat în considerare următoarele elemente: 27

a) în cazul inertizării preventive (nu este semnal de combustie spontană), azotul se injectează în spațiul exploatat până când concentrația de oxigen din această zonă devine 29 < 10%;

b) în cazul inertizării de combatere a combustiilor spontane, întrucât sistemul de 31 conducte sau foraje este pregătit în prealabil, la primul simptom de combustie spontană se începe injectarea cu azot. în această situație, concentrația de oxigen din spațiul exploatat 33 trebuie să fie < 5%.

Aplicarea metodelor cadru în procesul de prevenire a combustiilor spontane în minele 35 de huilă a fost consecința studierii fenomenului de combustie spontană în minele de cărbune, a posibilității aplicării azotului ca agent de inertizare, a metodelor de exploatare a huilei în 37 subteran.

Metoda prezintă ca principal avantaj faptul că prin introducerea controlată de azot în 39 zona spațiului exploatat astfel încât să înlocuiască oxigenul și din porii materialului solid al zonei se realizează o scădere eficientă a oxigenul necesar autoaprinderii și din conținutul 41 de aer ce produce oxidarea, în condițiile temperaturii ambiante din abatajele de lucru.

Claims (4)

1 Revendicare

3 Metodă de prevenire a combustiilor spontane la exploatarea zonelor carbonifere cu banc subminat, prin inertizarea spațiului exploatat cu azot trimis prin niște conducte

5 conectate la conducta magistrală de azot și introdus controlat în zona spațiului exploatat prin niște găuri adânci, caracterizată prin aceea că găurile de inertizare a spațiului exploatat

7 sunt realizate în zona suitorilor de câmp, introducerea azotului fiind inițiată când capătul liber al găurii/găurilor de inertizare este de minim 30 m față de linia frontului de lucru.