RU2778888C1 - Способ определения инкубационного периода самовозгорания угля - Google Patents
Способ определения инкубационного периода самовозгорания угля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778888C1 RU2778888C1 RU2021131548A RU2021131548A RU2778888C1 RU 2778888 C1 RU2778888 C1 RU 2778888C1 RU 2021131548 A RU2021131548 A RU 2021131548A RU 2021131548 A RU2021131548 A RU 2021131548A RU 2778888 C1 RU2778888 C1 RU 2778888C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- temperature
- spontaneous combustion
- temperatures
- specific heat
- Prior art date
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 137
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 136
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 abstract 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001340 slower Effects 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с самовозгоранием угля в угледобывающих предприятиях. Технический результат - повышение эффективности способа определения инкубационного периода самовозгорания угля. Способ включает замер начальной температуры угля, отбор проб угля. При этом для угля, находящегося при отрицательных температурах, учитывают удельную теплоту плавления льда, константу скорости сорбции кислорода углем определяют при температуре от 0 до +10°С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25°С для угля, находящегося при положительных температурах, а длительность инкубационного периода самовозгорания угля рассчитывают по формуле: 
, где: С – удельная теплоемкость скопления угля; Т к – критическая температура самовозгорания угля; Т 0 – начальная температура угольного скопления; j – теплота испарения воды; W – начальная влажность угольного скопления; X – природная газоносность угля; q d – удельная теплота десорбции метана; α – коэффициент усвоения кислорода воздуха; C 0 – концентрация кислорода на входе в угольное скопление; q 0 – удельная теплота сорбции кислорода углем; g – удельная теплота плавления льда, кал/г для угля, находящегося при отрицательных температурах; КТ – константа скорости сорбции кислорода углем, мл/(г⋅ч), определяется при температуре от 0 до +10°С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25°С для угля, находящегося при положительных температурах. 3 табл.
Description
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с самовозгоранием угля в угледобывающих предприятиях.
Известен способ определения инкубационного периода самовозгорания угля путем оценки среднестатистического значения этого параметра за определенный период наблюдений (Скочинский А.А., Огиевский В.М. Рудничные пожары.- М.: Углетехиздат, 1954. - 387 с.).
Недостатком известного способа является низкая эффективность из-за невозможности определить инкубационный период самовозгорания угля для каждого отдельного пласта.
Известен также способ определения инкубационного периода самовозгорания угля путем замера начальной температуры угля, отбора проб угля, определения среднего значения константы скорости сорбции кислорода углем при температуре от 25°С до 
и расчета длительности инкубационного периода по формуле:
где 
- средняя теплоёмкость угля в интервале температур 
; 
- температура угля в массиве; - критическая температура самовозгорания; 
- рабочая влажность угля; 
- скрытая теплота испарения воды; 
- природная газоносность угля; 
- теплота десорбции метана; 
- среднее значение константы скорости сорбции кислорода при температуре от 25°С до ; 
- коэффициент пропорциональности; 
- концентрация кислорода; 
- теплота сорбции кислорода. (Альперович В.Я., Чунту Г.И., Пашковский П.С. и др. Инкубационный период самовозгорания углей. Безопасность труда в промышленности. - 1973. - № 9. - С. 43-45).
Недостатком известного способа является длительность во времени и сложность определения среднего значения константы скорости сорбции кислорода при нагреве угля от 25°С до из-за интенсивного выделения токсичных газов при нагреве.
Наиболее близким техническим решением является способ определения инкубационного периода самовозгорания угля путем замера начальной температуры угля, отбора проб угля, определения значения константы скорости сорбции кислорода при постоянной температуре и расчета длительности инкубационного периода по формуле:
где: С - удельная теплоемкость скопления угля; Т к - критическая температура самовозгорания угля; Т 0 - начальная температура угольного скопления; j - теплота испарения воды; W - начальная влажность угольного скопления; X - природная газоносность угля; q d - удельная теплота десорбции метана; К - константа скорости сорбции кислорода углем; α - коэффициент усвоения кислорода воздуха; C 0 - концентрация кислорода на входе в угольное скопление; q 0 - удельная теплота сорбции кислорода углем.
(Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля. Серия 05. Выпуск 38. - М., 2013. - 24 с.).
Недостатком известного способа является низкая эффективность из-за не учета влияния отрицательных температур окружающей среды и угля на процесс самовозгорания, замедляющих процесс самовозгорания за счет потерь тепла на таяние льда и снижения константы скорости сорбции кислорода углем.
Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности определения инкубационного периода самовозгорания угля.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения инкубационного периода самовозгорания угля, включающем замер начальной температуры угля, отбор проб угля, определение значения константы скорости сорбции кислорода при постоянной температуре, согласно заявленному изобретению, для угля находящегося при отрицательных температурах учитывают удельную теплоту плавления льда, константу скорости сорбции кислорода углем определяют при температуре от 0 до +10 °С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25 °С для угля, находящегося при положительных температурах, а длительность инкубационного периода самовозгорания угля рассчитывают по формуле:
где: С - удельная теплоемкость скопления угля; Т к - критическая температура самовозгорания угля; Т 0 - начальная температура угольного скопления; j - теплота испарения воды; W - начальная влажность угольного скопления; X - природная газоносность угля; q d - удельная теплота десорбции метана; α - коэффициент усвоения кислорода воздуха; C 0 - концентрация кислорода на входе в угольное скопление; q 0 - удельная теплота сорбции кислорода углем. g - удельная теплота плавления льда, кал/г (учитывается только для угля, находящегося при отрицательных температурах); КТ - константа скорости сорбции кислорода углем, мл/(г⋅ч) (определяется при температуре от 0 до +10 °С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25 °С для угля, находящегося при положительных температурах).
Нахождение угля при отрицательных температурах значительно изменяют его физико-химические свойства, что существенно скажется на длительности инкубационного периода самовозгорания. Не учет нахождения угля при отрицательной температуре окружающей среды является причиной ошибки в расчете инкубационного периода самовозгорания угля. Такие условия возникают в шахтах и разрезах, добывающих уголь в условиях многолетней мерзлоты. Промерзает уголь и на складах, формируемых в зимний период, особенно в северных районах. Влага при отрицательных температурах будет находиться в кристаллическом состоянии, и выделяемое при окислении тепло будет расходоваться на плавление льда, что существенно замедлит процесс самовозгорания и увеличит длительность инкубационного периода самовозгорания. Необходимо также учесть, что скорость сорбции кислорода углем будет снижаться при отрицательных температурах, что уменьшит выделение тепла в скоплении. Так, удельная теплота плавления льда составляет 80 кал/г. Поэтому инкубационный период самовозгорания такого угля существенно увеличится.
Заявляемый способ поясняется таблицами, где в таблице 1 показано изменение константы скорости сорбции кислорода угля от температуры, в таблице 2- инкубационный период самовозгорания угля в летний период в зависимости от температуры определения константы скорости сорбции кислорода углем, в таблице 3 - инкубационный период самовозгорания угля в зимний период в зависимости от температуры определения константы скорости сорбции кислорода углем.
Способ осуществляется следующим образом.
На угольных предприятиях, где уголь длительное время контактирует с воздухом, измеряют температуру угля и отбирают пробы угля для определения константы скорости сорбции кислорода углем. Затем определяют значение константы скорости сорбции кислорода при постоянной температуре. Причем для угля, находящегося при отрицательных температурах, необходимо учитывать удельную теплоту плавления льда. Если температура угля имеет отрицательные значения, то константу скорости сорбции кислорода углем определяют при температуре от 0 до +10 °С. Для угля, находящегося при положительных температурах, константу скорости сорбции кислорода углем определяют при температуре от +15 до +25 °С. Длительность инкубационного периода самовозгорания угля рассчитывают по формуле:
где: С - удельная теплоемкость скопления угля; Т к - критическая температура самовозгорания угля; Т 0 - начальная температура угольного скопления; j - теплота испарения воды; W - начальная влажность угольного скопления; X - природная газоносность угля; q d - удельная теплота десорбции метана; α - коэффициент усвоения кислорода воздуха; C 0 - концентрация кислорода на входе в угольное скопление; q 0 - удельная теплота сорбции кислорода углем. g - удельная теплота плавления льда, кал/г (учитывается только для угля, находящегося при отрицательных температурах); КТ - константа скорости сорбции кислорода углем, мл/(г⋅ч) (определяется при температуре от 0 до +10 °С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25 °С для угля, находящегося при положительных температурах).
Проведенные исследования показали, что в зависимости от начальной сорбционной активности, влажности и теплофизических свойств угля наблюдалось уменьшение константы скорости сорбции кислорода в 3-7 раз при охлаждении от плюс 25 до минус 15 °С. Так, для исследуемого угля изменение константы скорости сорбции кислорода угля от температуры приведено в таблице 1.
Полученные результаты показали, что при расчете инкубационного периода самовозгорания угля, находящегося при отрицательной температуре, необходимо учитывать изменение этого параметра у охлажденного угля.
В ходе исследования установлено, что для учета влияния отрицательной температуры угля на процесс самовозгорания, достаточно определять константу скорости сорбции кислорода при постоянной температуре в интервале от 0 до +10 °С. Для угля, находящегося при положительных температурах, константу скорости сорбции кислорода определяют при постоянной температуре в интервале от +15 до +25 °С. Так, были проведены наблюдения за развитием процесса самовозгорания на складах угля в летнее и зимнее время. Исследования показали, что в летнее время инкубационный период самовозгорания угля составил 75 суток, а в зимнее 194 суток. Расчет инкубационного периода самовозгорания угля проводился по формуле (3). Величина константы скорости сорбции кислорода определялась при средней температуре из различных диапазонов. Результаты расчета инкубационного периода самовозгорания угля для летнего периода приведены в таблице 2, а для зимнего периода (с учетом удельной теплоты плавления льда) в таблице 3.
Приведенные результаты исследования показывают, что для угля, находящегося при положительной температуре, наибольшая точность расчета инкубационного периода самовозгорания угля достигается при определении константы скорости сорбции кислорода углем в диапазоне температур от +15 до +25 °С. В зимний период (при отрицательных температурах) наибольшая точность расчета инкубационного периода самовозгорания угля достигается при определении константы скорости сорбции кислорода углем в диапазоне температур от 0 до +10 °С.
Для оценки замедления процесса самовозгорания за счет фазового перехода используется удельная теплота плавления льда. Учет нахождения угля при отрицательной температуре приводит к увеличению инкубационного периода самовозгорания в 2-3 раза. Перевод такого угля в категорию несклонных к самовозгоранию позволит избежать ненужных затрат на работы по предотвращению эндогенных пожаров.
Применение предложенного способа позволит увеличить точность расчета инкубационного периода самовозгорания для угля, находящегося при отрицательных температурах, что повысит безопасность горных работ. Одновременно снизятся затраты на проведение работ по предотвращению возникновения очагов самовозгорания.
Claims (3)
- Способ определения инкубационного периода самовозгорания угля, включающий замер начальной температуры угля, отбор проб угля, определение значения константы скорости сорбции кислорода при постоянной температуре, отличающийся тем, что для угля, находящегося при отрицательных температурах, учитывают удельную теплоту плавления льда, константу скорости сорбции кислорода углем определяют при температуре от 0 до +10°С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25°С для угля, находящегося при положительных температурах, а длительность инкубационного периода самовозгорания угля рассчитывают по формуле:
- ,
- где: С – удельная теплоемкость скопления угля; Тк – критическая температура самовозгорания угля; Т0 – начальная температура угольного скопления; j – теплота испарения воды; W – начальная влажность угольного скопления; X – природная газоносность угля; qd – удельная теплота десорбции метана; α – коэффициент усвоения кислорода воздуха; C0 – концентрация кислорода на входе в угольное скопление; q0 – удельная теплота сорбции кислорода углем; g – удельная теплота плавления льда, кал/г для угля, находящегося при отрицательных температурах; КТ – константа скорости сорбции кислорода углем, мл/(г⋅ч), определяется при температуре от 0 до +10°С для угля, находящегося при отрицательных температурах, или при температуре от +15 до +25°С для угля, находящегося при положительных температурах.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778888C1 true RU2778888C1 (ru) | 2022-08-29 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115931966A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-04-07 | 中国矿业大学 | 一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备 |
| CN116696442A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-05 | 辽宁工程技术大学 | 一种采空区自燃危险区域划分及防治方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3990517A (en) * | 1974-04-20 | 1976-11-09 | Chemische Fabrik Kalk Gmbh | Prevention of self-ignition (spontaneous ignition) of coal through the use of calcium or magnesium chloride with addition of a wetting agent |
| SU1346820A1 (ru) * | 1986-04-21 | 1987-10-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела | Способ предупреждени самовозгорани угл в выработанном пространстве |
| SU1357591A1 (ru) * | 1985-10-21 | 1987-12-07 | Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности | Способ предупреждени самовозгорани угл в выработанных пространствах и горных выработках |
| RU2091754C1 (ru) * | 1995-07-19 | 1997-09-27 | Тульский государственный технический университет | Способ определения сорбции кислорода углем |
| RU2271450C2 (ru) * | 2004-05-31 | 2006-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) | Способ обнаружения самовозгорания угля |
| RU2509212C1 (ru) * | 2012-09-03 | 2014-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ прогнозирования склонности ископаемых углей к самовозгоранию и устройство для его осуществления |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3990517A (en) * | 1974-04-20 | 1976-11-09 | Chemische Fabrik Kalk Gmbh | Prevention of self-ignition (spontaneous ignition) of coal through the use of calcium or magnesium chloride with addition of a wetting agent |
| SU1357591A1 (ru) * | 1985-10-21 | 1987-12-07 | Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности | Способ предупреждени самовозгорани угл в выработанных пространствах и горных выработках |
| SU1346820A1 (ru) * | 1986-04-21 | 1987-10-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела | Способ предупреждени самовозгорани угл в выработанном пространстве |
| RU2091754C1 (ru) * | 1995-07-19 | 1997-09-27 | Тульский государственный технический университет | Способ определения сорбции кислорода углем |
| RU2271450C2 (ru) * | 2004-05-31 | 2006-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) | Способ обнаружения самовозгорания угля |
| RU2509212C1 (ru) * | 2012-09-03 | 2014-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ прогнозирования склонности ископаемых углей к самовозгоранию и устройство для его осуществления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АЛЬПЕРОВИЧ В.Я. и др. Инкубационный период самовозгорания углей. Безопасность труда в промышленности, 1973, номер 9, c. 43-45. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115931966A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-04-07 | 中国矿业大学 | 一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备 |
| CN116696442A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-05 | 辽宁工程技术大学 | 一种采空区自燃危险区域划分及防治方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Affek | Clumped isotopic equilibrium and the rate of isotope exchange between CO 2 and water | |
| Adams et al. | Hygroscopicity of fertilizer materials and mixtures | |
| Thomas et al. | The continuous measurement of photosynthesis, respiration, and transpiration of alfalfa and wheat growing under field conditions | |
| Jones et al. | Solubility of Acidic Gases in Aqueous Monoethanolamine. | |
| Neto et al. | Laboratory evaluation of Amazon forest biomass burning emissions | |
| Iribarne et al. | The effect of freezing on the composition of supercooled droplets—I. Retention of HCl, HNO3, NH3 and H2O2 | |
| CA2799628C (en) | Detection and enumeration of legionella pneumophila | |
| RU2778888C1 (ru) | Способ определения инкубационного периода самовозгорания угля | |
| Iswari et al. | Plasma membrane ATPase activity following reversible and irreversible freezing injury | |
| Troller | Methods to measure water activity | |
| Piqué et al. | Physicochemical aspects of the deliquescence of calcium nitrate and its implications for wall painting conservation | |
| WO2019154898A1 (en) | Improved method for measurement of microbial biomass | |
| Parker | THE EFFECT OF FINELY DIVIDED MATERIAL ON THE FREEZING POINTS OF WATER, BENZENE AND NITROBENZENE. | |
| RU2407896C1 (ru) | Способ обнаружения самовозгорания угля на ранней стадии | |
| Puritch et al. | Effects of pressure increase and release on temperature within a pressure chamber used to estimate plant water potential | |
| Stansby et al. | An electrometric method for detection of relative freshness of haddock | |
| Bauer et al. | Emissions of vapor-phase fluorine and ammonia from the Columbia coal-fired power plant | |
| KR101344255B1 (ko) | 잔디밭 식생 지역의 이산화탄소 관측 및 분석 시스템과 그 방법 | |
| Metzner et al. | Evidence for an unstable CO2 fixation product in algal cells | |
| Jones | Equilibrium measurements by infrared absorption for the formation of nitric acid from oxygen, water vapor and nitrogen dioxide | |
| Heinemann et al. | Corrosion of steel by gaseous chlorine. Effect of time and temperature | |
| Dittrich et al. | Dissolved organic carbon and nitrogen cycling along the west Antarctic Peninsula during summer | |
| Driscoll et al. | Determination of Oxides of Nitrogen in Combustion Effluents with a Nitrate Ion Selective Electrode | |
| JP6944167B2 (ja) | ガス濃度予測方法 | |
| Seward | Indium Sulfate |