Определяем средние объемные дож индикаторных компонентов местах отбора проб.
а) В утечках из выработанного пространства:
этилена
(Свпэт )ср = (23,5+25,8+28,2)/3 = 25,8·10-7 %;
ацетилена
(Свпац )ср = (14,7+16,2+17,7)/3 = 16,2·10-7 %
б) В исходящей струе :
этилена
(Сисхэт )ср = (18,5+20,0+15,9)/3 = 18,1·10-7 %;
ацетилена
(Сисхац )ср = (10,4+11,6+9,2)/3 = 10,4·10-7 %
в) В поступающей струе:
этилена
(Спэт )ср = (6,2+6,9+7,3)/3 = 6,8·10-7 %;
ацетилена
(Спац )ср = (3,7+4,2+5,0)/3 = 4,3·10-7 %
2. Определяем фактические объемные доли индикаторных компонентов, выделяющихся на контролируемом участке, и их соотношения в точках отбора по пути следования вентиляционной струя от мест предполагаемого нагрева углей.
в) В утечках из выработанного пространства:
этилена
(Свпэт )ф = 25,8-6,8 =19,0·10-7 %;
ацетилена
(Свпац )ф = 16,2-4,3 =11,9·10-7 %;
(Свпэт )ф /(Свпац )ф = 19,0·10-7/11,9·10-7 = 1,6
б) В исходящей струе:
этилена
(Сисхэт )ф = 18,1-0,8 = 11,3·10-7 %;
ацетилена
(Сисхац )ф = 10,4-4,3 = 6,1·10-7 %;
(Сисхэт )ф /(Сисхац )ф = 11,3·10-7/6,1·10-7 = 1,86
3. Определяем процент отклонения фактических объемных долей
индикаторных компонентов, выделяющихся на контролируемом участке,
и их соотношений от фоновых значений и местах отбора проб по
пути следования вентиляционной струй от мест предполагаемого
нагрева угля.
а) В утечках из выработанного пространства:
Δэт = (19,0-17,1)·100/17,1 = 11,5 %
Δац = (11,9-11,4)·100/11,4 = 4,4 %;
ΔСэт/Сац = (1,6-1,5)·100/1,5 = 6,7 %
б) В исходящей струе:
Δэт =(11,3-9,6)·100/9,6 = 17,7 %;
Δац = (6,1-5,1)·100/5,1 = 19,6 %;
ΔСэт/Сац = (1,88-1,86)·100/1,86 = 1,1 %
Выводы. Так как объемнее доли индикаторных компонентов, выделяющихся на контролируемом участке, не превышают фоновых значений более чем на 25 %, то на контролируемом участке процесс самовозгорания угля отсутствует.
Пример 3. Установить наличие процесса самовозгорания, определить его стадию и температуру угля в очаге на выемочном участке, отрабатываемом по столбовой системе разработки полосами по падению и проветриваемом с подсвежением исходящей струи на выработанное пространство. Уголь марки Г. Глубина горных работ .
Схема участка показана на рис.4.6. б. Отбор проб в процессе контроля производился в утечках из выработанного пространства через пробоотборную трубку, проложенную в бутовой полосе (точка 2), в исходящей (точка 3) и поступающей (точка 6) cтруях. Данные о результатах анализов проб газов и фоновых содержаниях этилена и ацетилена приведена в табл.4.9.
1. Определяем средние объемные доли индикаторных компонентов в местах отбора проб.
а) В утачках из выработанного пространства;
этилена
(Свпэт)ср = (1225+1216+1194)/3 = 1211,7·10-7 %;
ацетилена
(Свпац)ср =(36,3+33,1+39,5)/5 = 36,3·10-7 %
Таблица 4.9
|
Место отбора пробы
|
Номер отбора
|
Измеренное значений С·107, об.доля, %
|
Фоновое значение С·107, об.доля, % |
Отношение содержания этилена к ацетилену Сэт/Сац |
||
|
|
|
этилен
|
ацетилен
|
этилен
|
ацетилен
|
|
|
В утечках из выработанного пространства
|
1 2 3
|
1225 216 1194
|
36,3 33,1 39,5
|
19,1
|
11,2
|
1,7
|
|
В исходящей струе
|
1 2 3
|
1013 1087 1153
|
26, 2 29,5 32,5
|
16,8
|
9,6
|
1,64
|
|
в поступающей струе |
1 2 3
|
9,3 8,0 10,0
|
5,2 4,7 5,4
|
|
|
|
б) В исходящей струе:
этилена
(Сисхэт)ср = (1013+1087+1153)/3 = 1084,3·10-7 %;
ацетилена
(Сисхац)ср = (26,2+29,5+32,5)/3 = 29,3·10-7 %
в) В поступающей струе:
этилена
(Спэт)ср = (9,3+8,0+10,0)/3 = 9,1·10-7 %
ацетилена
(Спац)ср = (5,2+4,7+5,4)/3 = 5,1·10-7 %
2. Определяем фактические объемные доли индикаторных компонентов, выделяющихся на контролируемом участке, в юс соотношения в точках отбора но дуги следования вентиляционной струи от мест предполагаемого нагрева угля.
а) В утечках из выработанного пространства
(Свпэт)ф = 1211,7 - 9,1 = 1202,6·10-7 %
(Свпац)ф = 36,3 - 5,1 = 31,2·10-7 %
(Свпэт)ф/(Свпац)ф = 1202,6·10-7/31,2·10-7 = 38,54
б) В исходящей струе:
(Сисхэт)ф = 1084,3 - 9,1 = 1075,2·10-7 %;
(Сисхац)ф = 29,3 - 5,1 = 24,2·10-7 %;
(Сисхэт)ф/(Сисхац)ф = 1075,2·10-7/24,2·10-7 = 44,43
Фактические объемные доли индикаторных компонентов и их соотношения превышают более чем на 25 % фоновые значения, что свидетельствует о наличии процесса самовозгорания.
Определим температуру угля в месте самовозгорания.
а) По результатам пробоотбора в утечках из выработанного пространства.
По табл.4.2 устанавливаем, что для марки Г величина t при Сэт/Сац = 38,64 составляет 90 °С.
Температура вмещающих пород составит
tо = 9 + (790+30)/33 = 32 оС
Максимальную ошибку в определении величины t примем равной 15 % (так как схема проветривания - с подсвежением на выработанное пространство, а расположение скопления угля, в котором происходит процесс самовозгорания, неизвестно).
Тогда температура угля в очаге самовозгорания составит
tу = 90(1+15/100) + 32 = 135,5 оС
б) По результатам пробоотбора в исходящей струе.
По данным табл.2 устанавливаем, что для угля марки Г величина t равна
98 °С (при Cэт/Cац = 44,43).
Тогда
tу = 98 (1 + 15/100) + 32 = 145 оС
Расхождение между температурами, определенными по результатам пробоотбора в утечках из выработанного пространства и в исходящей струе, составит 145-135,5 = 9,5 °С, что вполне приемлемо. К анализу ситуации принимается максимальная из двух температур.
Вывод. В контролируемом участке температура угля в очаге составляет 145 °С, что соответствует ранней стадии самовозгорания.
Пример 4. Установить наличие процесса самовозгорания, определите его стадию в температуру угля в очаге на выемочном участке, отрабатывающем крутопадающий пласт по столбовой системе разработки и проветриваемом по возвратноточной схема проветривания.
Схема участка показана на рис.4.7а. Отбор проб в процессе контроля производился в погашаемом тупике вентиляционного штрека (точка 1) и поступающей струе участка (точка 6). Данные о результатах анализа проб газов и сведения о фоновых содержаниях этилена и ацетилена приведены в табл.4.10.
1. Определяем средние объемные доли индикаторных компонентов в местах отбора проб.
а) В погашаемом тупике вентиляционного штрека:
этилена
(Ступэт)ср = (156,8+167,3+172,4)/3 = 165,5·10-7 %;
ацетилена
(Ступац)ср = (102,1+114,3+121,9)/3 = 112,8·10-7 %
Таблица 4.10
|
Место отбора пробы
|
Номер отбора
|
Измеренное значений С·107, об.доля, %
|
Фоновое значение С·107, об.доля, % |
Отношение содержания этилена к ацетилену Сэт/Сац |
||
|
|
|
этилен
|
ацетилен
|
этилен
|
ацетилен
|
|
|
В утечках из выработанного пространства
|
1 2 3
|
156,8 167,3 172,4 |
102,1 114,3 121,9 |
14,9 |
8,3 |
1,79 |
|
В поступающей струе
|
1 2 3
|
9,6 11,8 8,7
|
4,9 6,2 4,8
|
|
|
|
б) В поступающей струе:
этилена
(Спэт)ср = (9,8+11,8+8,7)/3 = 10,0·10-7 %
ацетилена
(Спац)ср = (4,9+6,2+4,8)/3 = 5,3·10-7 %
2. Определяем фактические объемные доли индикаторных компонентов, выделяющихся на контролируемой участке, к их соотношение в погашаемом тупике вентиляционного штрека:
(Ступэт)ф = 165,5 - 10,0 = 155,5·10-7 %
(Ступац)ф = 112,8 - 5,3 = 107,5·10-7 %
Ступэт)ф/(Ступац)ф = 155,5·10-7/107,5·10-7 = 1,45
Выводы. Фактические объемные доли индикаторных компонентов, выделяющихся на контролируемом участке, превышают более чем на порядок их фоновые значения. Соотношения содержаний этилена и ацетилена близки к единице. Это свидетельствует о наличии процесса самовозгорания угля в стадии горения.
ПРИМЕЧАНИЕ. Для упрощения расчетов в примерах 1...4 множитель 10-7 опущен.
Пример 5. В выработанное пространство изолированного пожарного участка с поверхности по скважинам подавалась воздушномеханическая пена для тушения пожара. Определить время, через которой можно отбирать проба газа на содержание этилена и ацетилена, если отбор их на исходящей струе производится через полихлорвиниловый трубопровод длиной с внутренним диаметром , проложенный по вентиляционному штреку. Определить также время продувки этого трубопровода. Схема участка показана на рис.4.10. Площадь поперечного сечения вентиляционного штрека в свету . Расстояние от конца пробоотборной трубки до призабойного пространства - . Участок изолирован гипсовыми перемычками. Перепад давления через перемычку у места пробоотбора составляет 55 Па. Длина лавы , площадь поперечного сечения призабойного пространства . Отбор проб производится с помощью установки УЭ-1.
Время, через которое отбираются пробы, можно определить из следующего выражения (применительно к схеме, представленной на рис.4.8)
τ = в +τвырпер+ τпрпер
где τвырпер,т, τпрпер - время переноса индикаторных компонентов по вентиляционному штреку от призабойного пространства до входного конца трубопровода и по призабойному пространству соответственно.
(При расчете времени переноса индикаторных компонентов по призабойному пространству считаем, что очаг самонагревания находится на максимальном удалении от вентиляционного штрека, т.е. на расстоянии длины лавы).
Утечки воздуха через перемычку составят
g = gн√(h/500) = 16√(155/500) =5,31 м3/мин
Время переноса индикаторных компонентов по призабойному пространству
τпрпер =180·4,2/60·5,31 = 2,37 ч
Рис. 4.10. Схема аварийного участка
Время переноса индикаторных компонентов по вентиляционному штреку
τвырпер = 420·10,0/60·5,31 = 13,18 ч
Тогда τ = 6 + 2,37 + 13,18 = 21,55 ч.
Время продувки пробоотборного трубопровода
τпр = 3140·0,0082 · 260/9 = 5,8 мин
4.4. Локация очагов эндогенных пожаров (нагреваний) по приповерхностному составу горючих газов
Формирование состава газов в подпочвенном слое, расположенном над отработанными угольными пластами» происходит за счет молекулярной диффузии и конвективного переноса газов, выделяющихся из оставленного в выработанном пространстве угля. Естественный фон составляют газы, выделяющиеся из угля и вмещающих пород, образующихся при механическом разрушения и низкотемпературном окислении угля. Перенос этих газов обусловлен в основном перепадом давлений между выработанным пространством и поверхностью, молекулярной диффузией.
В случае развития процессов самонагревания и самовозгорания дополнительно появляются газы, возникающие при высокотемпературном окислении и термическом разложении угля, перенос которых на поверхность ускоряется вследствие тепловой депрессии, развиваемой очагом. В подпочвенном слое при этом возникает газовая аномалия, являющаяся вертикальной проекцией очага. Перенос газов к поверхности возможен также по фильтрационным каналам, наличие которых обусловлено трещинами различного происхождения, разломами и провалами, возникающими при ведения горных работ, старыми плохо изолированными горными выработками как подземными, так и имеющими выход на дневную поверхность. В этом случае газовая аномалия в подпочвенном слое может быть смешана от вертикальной проекции очага. Кроме того, образуются отдельные точечные выхода газов на поверхность.
Очаги нагревания могут находиться в пределах действующего выемочного поля, которое проветривается нагнетательным или всасывающим способом с определенной величиной действующего напора. В случае нахождения очагов в изолированных выемочных полях величина и знак действующего напора также оказывает влияние на условия формирования подпочвенного состава горючих газов за счет утечек воздуха через изолирующие перемычки и по другим каналам аэродинамической связи. При нагнетательном способе проветривания действующий напор способствует движению пожарных газов к поверхности и, следовательно, увеличивает содержание газов в подпочвенном слое. При всасывающем способе происходит обратное явление.
На интенсивность газовой аномалии и время ее возникновения влияет стадия развития эндогенного пожара, концентрация пожарных газов, температура очага, глубина его местонахождения от поверхности, время от начала возникновения, свойства вмещающих пород и угля. Содержание горючих газов уменьшается при движении к земной поверхности. Кроме того, на определенной глубине от поверхности происходит естественный газообмен с атмосферным воздухом, что приводит к разбавлению газовой аномалии, вплоть до содержания, которое по уровню ниже порога чувствительности измерительной аппаратуры. В связи с этим изменяется глубина скважин, на которой при определенной чувствительности измерительного прибора обнаруживается наличие пожарных газов.
Для оценки фонового состава атмосферы проведены исследования газовыделения из угля различных марок при его механическом разрушении и длительном хранении. Анализ полученных результатов показывает, что в атмосфере выработанного пространства могут содержаться следующие газы: СО2, СО, О2, Н2, СН4, С2Н6, С2Н4, С3Н8, С3Н6, С3Н10. Существенного различия в составе газов, выделяющихся при длительном хранении и механическом разрушении угля, нет. В наибольшем количестве из угля выделяется метан, однако интенсивность газовыделения существенно зависит от степени метаморфизма угля.
