день или в ремонтную смену при условии отсутствия технологических операций по выемке угля и управлению кровлей (работа комбайна, ведение взрывных работ, передвижка крепи и т.д.). Данное требование обусловлено тем, что пря выполнении технологических операций по выемке угля в комплексно-механизированных лавах концентрация индикаторных газов на исходящей струе очистного забоя повышается в 1,5...2,5 раза, а в очистных забоях со взрывной выемкой на исходящей струе не только увеличивается содержание индикаторных газов, но и появляются непредельные углеводороды.
Перед производством наблюдений проверить состояние подводящих выработок и призабойного пространства лава (отсутствие завалов, загромождений сечения и т.п.), наличие и исправность вентиляционных
устройств, обеспечивающих установленный режим проветривания данного очистного забоя.
В случае изменения геологических или горно-технических условий (появление геологических нарушений в пласте, изменение величины шага посадки, режима проветривания и т.д.) необходимо производить контрольную проверку уровня фона индикаторных газов.
При установлении фона в составе атмосферы забоя должны определять 10 компонентов: диоксид углерода ( СО2 ), кислород ( О2 ), оксид углерода ( СО ), водород ( Н2 ), метан (СН4 ), этан (С2Н6), пропан ( С3Н8 ), бутан ( С4Н10), этилен ( С2Н4 ) и пропилен (С3Н6) Содержание этих газов берется в объемных долях.
При фоновом содержании индикаторных газов (оксида углерода, кислорода и других компонентов) в рудничном воздухе действующих подземных выработок выше предельно допустимых правилами безопасности норм - необходимо приостановить все горные работы и вывеете людей до обеспечения снижения содержания газов в выработках до уровня, соответствующего требованиям привил безопасности.
Наблюдение за признаками самовозгорания угля
Признаки самовозгорания угля необходимо контролировать в тех же точках, в которых определяется фон индикаторных газов.
Определение экспресс-методом содержания оксида углерода в рудничном воздухе действующих выемочных полей производится:
силами ВТБ при отсутствии оксида углерода (или же его наличии в пределах фона) один раз в смену на выемочных полях, проветриваемых нагнетательным способом и один раз в сутки на выемочных полях, проветриваемых всасывающим способом;
силами ВГСЧ при отсутствии оксида углерода (или его наличии в пределах фона) независимо от способа проветривания - два раза в месяц.
При обнаружении оксида углерода в концентрациях, превышающих 0,0017 %, наблюдения должны производиться силами ВГСЧ. Для установления динамики выделения индикаторных газов набор проб рудничной атмосферы производиться в тех же местах в течение последующих двух суток. В случае увеличения содержания индикаторных газов в трех отобранных пробах оформляется акт на самонагревание угля. В дальнейшем частоту отбора проб определяет главный инженер шахты до согласованию о командиром ВГСО.
Все замеры производить в нерабочие смены, между сменами или же в ремонтную смену, но не ранее чем через 4,5 часа после проведения взрывных работ при нормальном и устойчивом проветривании всех забоев и выработок выемочного пола.
При обнаружении превышения содержания оксида углерода над фоновым по показаниям "Сигма-СО-В" или при непосредственном определении оксида углерода в шахте экспресс-методом, работники шахты обязаны отобрать контрольную пробу воздуха для анализа ее в
газоаналитической лаборатории ВГСЧ на определение содержания моноида углерода, кислорода, оксида углерода, водорода, метана,
предельных (этан, пропан, бутан) и непредельных (этилен, пропилен) углеводородов.
Для установления динамики выделения указанных газов набор проб рудничного воздуха производится в тех же местах в течение последующих двух суток. Устойчивое нарастание содержания оксида углерода, водорода, метана и этана над фоновым свидетельствует о самонагревании угля.
4.2.2. Определение стадий эндогенного пожара
Ранняя стадия самовозгорания угля
В этой стадии развития эндогенного пожара происходит быстрый рост температуры от 70...140 до 300...350 °С. Разница между верхней и нижней границами интервала температурной кривой обусловлена петрографическим составом и степенью метаморфизма угля. Продолжительность стадии при благоприятных условиях составляет всего несколько часов.
В окружающей атмосфере увеличивается содержание оксида углерода, водорода и углеводородов. В конце стадии появляются специфический залах и дым, увеличивается содержание метана и диоксида углерода, наблюдается убыль кислорода.
Отличительным признаком ранней стадии является условие
(СО-СОф) / (Н2-Н2ф) > 10
где СОф, и Н2ф - фоновое содержание газов в рудничной атмосфере, %;
CО и Н2 - содержание газов в рудничной атмосфере, определенное после начала процесса самовозгорания, %,
Стадия горения
Внешними признаками этой стадии являются устойчивый специфический запах, наличие дыма и появление открытого пламени. В атмосфере резко снижается содержание кислорода и увеличивается содержание диоксида углерода, оксида углерода, водорода, предельных и непредельных углеводородов. Содержание водорода достигает значений, сопоставимых с содержанием оксида углерода, а объемная доля непредельных углеводородов (этилен, пропилен) составляет
10-4 % и более. Этот факт позволяет отличить стадию горения от
ранней стадии эндогенного пожара. Признаком стадии горения является
условие
(СО-СОф) / (Н2-Н2ф) < 10
Стадия остывания
При изоляции пожарных участков- для последующего тушения пожарные газа обогащаются оксидом углерода, диоксидом углерода, метаном и предельными углеводородами. В атмосфере непрерывно снижается содержание кислорода до стабильного значения.
Признаками потушенного подземного пожара принято считать:
отсутствие водорода, оксида углерода и непредельных углеводородов (этилен, пропилен) или снижение их содержания до фонового уровня;
снижение температуры вода и воздуха в изолированном участке до температуры, не превышающей более чем на 3...5 °С характерные значения для данного горизонта.
4.2.3. Выбор контрольных точек и периодичность наблюдений
Контроль за ходом тушения эндогенного пожара осуществляется силами НГСЧ путем отбора проб и измерения температуры в выработанном пространстве через контрольные скважины и трубки в перемычках на откаточном и вентиляционном штреках. Обязательным условием использования контрольных скважин и трубок является движение воздуха по ним из изолированного пространства.
Практика использования контрольных скважин, пробуриваема* с поверхности в выработанное пространство пожарного участка, показала их нецелесообразность в тех случаях, когда участок находится в области депрессии. Для подобных участков можно рекомендовать в качестве второй контрольной точки сопряжение вентиляционного штрека с выработанным пространством. В этой же точке целесообразен замер температуры с помощью дистанционных термометров. Пробы воздуха от этой точки до перемычки на вентиляционном штреке отбираются по специальным шлангам с помощью установки УЭ-I или AKPB-I (рис.4,1а).
Первой контрольной точкой в этом случае остается граница изолированного участка с действующими выработками (набор пробы воздуха из-за перемычки на вентиляционном штреке).
Для участков, находящихся в области компрессия, первой контрольной точкой является сопряжение выработанного пространства с воздуховыделяющей скважиной, пробуренной с поверхности или из ближайших наработок. В качества второй контрольной точки, аналогично подобным замерам на участках в области депрессии, целесообразно использовать вентиляционный штрек на его границе с обрушением (рис.4.16). Третья точка контроля для подобных участков может быть рекомендована в тех случаях, когда перемычка на вентиляционном штреке выдает воздух.
Периодичность наблюдений за атмосферой пожарного участка обусловлена характером ее изменения (рис.4.2). В этой связи целесообразно в первые двое суток после изоляции пожарного участка отбор проб и измерение температуры воздуха производить через 4 часа, затем ежедневно в течение 15 суток. В дальнейшем пробы берутся по графику, разработанному главным инженером шахты и согласованному с командиром ВГСО. При резких изменениях температура (ее рост) и состава воздуха в пожарном участке пробы отбирают ежесуточно.
Пробы воздуха необходимо анализировать на наличие 10 компонентов: кислород, углекислый газ, оксид углерода, метан, водород, предельные углеводороды (этан, пропан, бутан) и непредельные углеводороды (этилен, пропилен). При получении результатов анализа, указывающих на окончание тушения пожара, частота последующих наборов для его списания в категорию потушенных может быть уменьшена до двух раз в неделю,
4.3. Определение стадий развития и затухания эндогенных пожаров по соотношению непредельных углеводородов
Каждая стадия самовозгорания угля протекает в определенном интервале температур. Так, стадия самонагревания угля протекает в интервале температур от установившегося квазистационарного значения (20...50 °С) до критической, при достижении которой начинается ее дальнейший быстрый рост, приводящий к самовозгоранию угля. Значения критических температур самовозгорания и воспламенения различных углей приведены в табл.4.1.
После обнаружения традиционных признаков самовозгорания угля на ранней стадии (повышение содержания СО, появление Н2 и других газов) фактическая стадия должна быть уточнена по максимальной температуре угля в скоплении, определяемой на основании данных о соотношении в газовых пробах этилена и ацетилена.
Рис. 4.1. Схема расположения контрольных точек на пожарных участках:
1- шланг для дистанционного отбора проб;
2- термодатчик
Рис. 4.2. Изменение атмосферы изолированного участка в ходе тушения пожара
Таблица 4.1
Температурные параметры самовозгорания угля
|
Вида углей
|
Критическая температура самовозгорания, tкр, оС |
Температура воспламенения, tв, оС |
|
Бурый уголь Каменный уголь ( Vv > 20 %) Тощие угли ( Vv<20 %)
|
70...90 90... 120 120... 140
|
150... 200 (тление) 300... 350 600... 700
|
Контроль за самонагреванием угля осуществляется по следующий
признакам:
повышению температуры угля вшив установившегося квазистационарного значения, определяемой по соотношению в пробах шахтного воздуха этилена и ацетилена;
нарастанию содержания водорода во времени выше фоновых значений.
Ранняя стадия самовозгорания угля характеризуется повышением температуры угля выше критической, контроль за соотношением этилена и ацетилена в пробах воздуха позволяет на данной стадии определять температуру угля.
Для стадии горения характерны температуры, превышающие температуру воспламенения летучих веществ.
Температуру угля на стадии горения контролировать невозможно.
После охлаждения угля ниже температуры воспламенения вновь появляется возможность контролировать температуру очага самовозгорания угля, что позволяет обоснованно решать вопросы о возможности списания эндогенных пожаров в категорию потушенных и вскрытия изолированных пожарных участков.
4.3.1. Определение температуры угля по соотношению этилена и ацетилена
Самонагревание углей сопровождается их термической деструкцией и десорбцией сингенетических газов. В продуктах деструкции и десорбции наряду с другими газами содержатся этилен и ацетилене При обычных температурах, т.е. при отсутствии процесса самонагревания, фоновые объемные доли этих компонентов составляют 10-7. ..10-6 %, а соотношения их блики к единице.
С повышением температуры самонагревающегося угля растет выделение эталона я ацетилена. На стадии самонагревания и ранней стадии самовозгорания, витать до температуры воспламенения
летучих веществ рост содержания этилена опережает рост содержания
ацетилена, вследствие чего соотношение этих компонентов закономерно
увеличивается. После достижения температуры воспламенения угля,
в зависимости от массы угольного скопления, в котором происходит процесс самовозгорания, и количества поступающего к нему воздуха, может происходить либо дальнейший рост соотношения содержания этилена и ацетилена, либо его резкое уменьшение до значений, характерных для температур ниже критической, с одновременным увеличением содержания ацетилена. Таким образом, по изменению содержания этилена и ацетилена и их соотношений можно идентифицировать стадии развития эндогенных пожаров и приближенно определять температуру угля до момента его воспламенения.
Температуру угля в очаге самонагревания определяют из выражения
ty = t(1+ Δtп/100)+to , (4.1)
де t - превышение температурой угля температуры вмещающих
пород, °С (табл.4.2);
tо- температура вмещающих угольных пласт пород, °С;
Δtп - максимальная ошибка в определении превышения температурой угля температуры вмещающих пород, % (табл.4.3)
Превышение температурой угля температуры вмещающих пород определяется в зависимости от соотношения фактических объемных долей этилена и ацетилена ( Сэт/Сац ), выделяющихся на контролируемом участке из угля при его самонагревании. Установленные экспериментальным путем значения зависимостей Сэт/Сац =ƒ(t) для различных марок углей приведены в табл.4.2.
Температура вмещающих угольный пласт пород tо определятся из выражения
tо = tg + (H-h1)/gr (4.2)
где h1 - глубина зоны постоянной годовой температуры пород
в данном месте, м;
H - глубина горных работ, м;
gr - средняя величина геотермической ступени для данного
района, м/°С;
Таблица 4.2
Значения величины t в зависимости от соотношения объемных долей этилена и ацетилена Сэт/Сац
