По результатам исследования сделан вывод, что описанные платиново-палладиевые соединения являются акцессорными минералами ультраосновных пород, находятся в ассоциации с зернами хромитов и коммерческого значения не имеют.

Комплексного критерия (или показателя) эндогенной пожароопасности, охватывающего горно-геологические условия, технологические параметры разработки и внутренние свойства угля, в настоящее время не существует. Пожароопасность горно-геоло­гических условий обычно оценивается общими словами. Технологические схемы считаются пожаробезопасными, если выполняется условие τ_акт/τ_инк≤1, где τ_акт — время, в течение которого уголь в отработанной части за лавой находится в зоне активного проветривания, и зависит от скорости подвигания линии очистного забоя; τ_инк — инкубационный период угля разрабатываемого пласта.

Пожароопасность, определяемая внутренними свойствами угля, оценивается по склонности к самовозгоранию, которая устанавливается по результатам лабораторного теста и основывается только на сорбции кислорода углём.

Оценку риска самовозгорания определенной марки угля в определенных горно-геологических условиях и с применением конкретных технологических схем целесообразно проводить на некотором множестве £={Г_i, Т_j, Ф_к}, элементами которого являются горно-геологические Г_i, горно-технические и технологические Т_j, физико-химические Ф_к факторы. Тогда конкретный проектируемый и действующий выемочный участок может быть, хотя бы укрупнено, описан тройкой элементов из множества £. К примеру, подмножество {Г₁, Т₁, Ф₁}£ определяет, что работа выемочного участка происходит в условиях наличия тектонических нарушений (следовательно, окислению может подвергаться измельченный уголь), прямоточной схемы проветривания, обуславливающей пожароопасные утечки через выработанное пространство, и незначительной скорости подвигания очистного забоя, повышенной химической активности угля, обусловленной выходом летучих, содержанием пирита и другими внутренними свойствами угля. Следует ожидать, что в этих условиях риск самовозгорания угля может быть достаточно высоким.

В данной работе предлагается ввести коэффициент риска эндогенной пожароопасности технологической схемы выемочного участка, вычисляемый по формуле

(1)

где µ_г.г, µ_т.с, µ_ф.х — соответственно, нормирующие весовые коэффициенты, определяющие долю вклада определенного множества факторов в общий интегрированный коэффициент риска, удовлетворяющие равенству

∆t_г.г, ∆t_т.с, ∆t_ф.х — соответственно, скорость нарастания начальной температуры самонагревания угля от воздействия горно-геологических, технологических и физико-химических факторов, град/час;

Рассмотрим подробнее возможные источники данных, необходимых для вычисления коэффициента риска по формуле (1).

Весовые коэффициенты могут быть определены как относительные частоты возникновения очагов самовозгорания (в пределе — это вероятности), вычисленные по статистическим данным для различных бассейнов.

В качестве первого приближения можно принять данные об относительных частотах возникновения эндогенных пожаров, связанных (или определенных) с тремя вышеуказанными множествами факторов, приведенные автором работы [1].

В таблице 1 представлены систематизированные укрупненные относительные частоты возникновения эндогенных пожаров из упомянутой работы.

В частности, если оценивать коэффициент риска эндогенной пожароопасности в условиях наличия сближенных пластов в кровле пласта (опасность обрушения в выработанное пространство угля этих пластов), низкой скорости подвигания очистного забоя (наличие значительных утечек воздуха в зоне активного проветривания за лавой) и определенного процентного содержания в угле летучих веществ (опасность перехода самонагревания в самовозгорание при низких критических температурах), то по данным таблицы 1 можно принять µ(Г)≈0,140, µ(Т)≈0,530 и µ(Ф)≈0,33.

Ясно, что возможно большое количество формальных сочетаний элементов из рассматриваемых трех множеств факторов. Однако практически первые два множества факторов связаны между собой таким образом, что технология подготовки и добычи во многом зависит от горно-геологических условий. Существуют типовые технологические схемы, ориентированные на конкретные горно-геологические условия. Следовательно не будет случайного перебора, а вполне определенные сочетания элементов этих двух множеств.

Что касается элементов множества физико-химических свойств угля, то многие характеристики угля известны уже при проведении разведочных работ. При начале непосредственных горных работ по новым пробам угля целесообразно уточнить известные или получить новые характеристики.

На практике в условиях сложных очистных работ практически не удается (да и иногда невозможно) получить непосредственные результаты измерений температуры в выработанном пространстве. Если при отработке выемочного столба с прямоточной схемой проветривания участка ещё есть возможность вести наблюдения по термодатчикам, установленным в поддерживаемой выработке с исходящей струёй воздуха, то при возвратноточных на целик схемах такой возможности нет. Показания температуры по термодатчикам не вполне соответсвуют состоянию самонагревания в очаге интенсивного окисления угля, поскольку расстояния от очагов самовозгорания до термодатчиков могут составлять сотни метров. С учетом малых скоростей фильтрационных потоков воздуха порядка от 0,005 до 0,001 м/с за время достижения потоком термодатчика температура значительно снизится за счет теплоотдачи в окружающий массив.

Математическая модель расчета температуры в угольном скоплении [2] позволяет исследовать динамику самонагревания угля в зависимости от следующих исходных данных: размеров и массы угольного скопления; типа пород, окружающих уголь и их термодинамических свойств; количества (объемный расход) воздуха с нормальным содержанием кислорода; времени контакта угля с воздухом; среднего фракционного состава угольного скопления; природной газоностности угля; показателей химической активности угля.

На этой модели возможность изучать влияние горно-геологических и технологических факторов на самовозгорание угля и через коэффициент риска эндогенной пожароопасности К_э.п. оценивать проектируюмую или действующую технологию. Размеры и масса угольного скопления позволяют моделировать размеры выработанного пространства, величину потерь угля, его удельный вес. Тип пород определяет породы непосредственной кровли; количество воздуха — режим проветривания и управления газовыделением; время контакта — подвигание линии очистного забоя. То есть в достаточно полной мере можно моделировать функционирование технологической схемы работы выемочного участка и отслеживать динамику роста температуры с учетов его физико-химических свойств.

В качестве примера, демонстрирующего возможности модели, для расчета и оценки коэффициента эндогенной пожароопасности условий и технологии отработки угольного пласта в данной работе выполнены расчеты температуры в угольном скоплении со следующими параметрами: ширина угольного массива (аналог длины лавы) К = 10 м; длина скопления (аналог протяженности отработанной части выемочного столба, у) от 10 до 100 м; высота слоя угля (аналог мощности пласта) 3,5 м; количество угля (аналог коэффициента потерь) определялось по размеру и удельному весу; время окисления (аналог скорости подвигания очистного забоя) от 1 до 100 суток; количество воздуха (режим проветривания участка) от 1 м³/с до 5 м³/с; уголь пласта К₁₂ шахты «Саранская» с определенными показателями химической активности: U = 4,41∙10^-9 м³/кг∙с, Е = 0,78∙10^-9 м³/кг∙с∙град; начальная температура угля 18 °С.

Следует отметить, что используемая математическая модель имитирует не адиабатический процесс окисления угля, а близкий к реальным условиям, с учетом рассеивания тепла в окружающий массив за счет теплопроводности пород, выноса тепла потоками воздуха и поглощение тепла при десорбции метана из угля.

Поэтому следует ожидать, что рост температуры самонагревания угля будет менее интенсивным, чем при адиабатическом процессе, когда всё выделившееся при реакции окисления тепло расходуется на нагрев угля.

В рассматриваемом модельном примере в большей степени сказываются технологические факторы (коэффициент потерь принят равным единице, низкая скорость подвигания, достаточно большой приток воздуха для небольшого объема угольной массы) и физико-химические факторы (высокие показатели химической активности), и в меньшей степени горно-геологические. Поэтому полученные результаты динамики роста начальной температуры самонагревания угля оцениваются коэффициентом эндогенной пожароопасности именно с точки зрения влияния указанных двух факторов.

При вычислении К_э.п. принято расчетное базовое значение роста начальной температуры при адиабатическом окислении угля пласта К₁₂ шахты «Саранская», равное 2,85 град/час. Результаты моделирования и соответствующих расчетов приведены в таблице 2. Поскольку самонагревание в угольном скоплении происходит неравномерно во всем объеме, к расчету принималась максимальная температура в определенной точке массива. Рост температуры в конце каждого периода времени определялся как разница между начальной температурой (Т_о = 18 °С) и максимальной (Т_max). Скорость роста температуры рассчитывалась как ∆Т = (Т_max – Т_о)/τ, град/час. Для расчета коэффициента эндогенной пожароопасности по формуле приняты следующие значения: ∆t_б = 2,85 град/час; µ_г.г = 0, поскольку не задавались какие-либо аномальные горно-геологические условия.

µ_т.с = 0,54 — доля вклада «потерь угля», т.к. смоделировано условие, что окислению подвергается угольный пласт с обрушением на полную мощность;

µ_ф.х = 0,33 — доля вклада «летучих веществ» и «содержания серы» в повышение температуры самонагревания угля.

Начальное повышение температуры составило ∆t = (81,6 – 18)/24 ≈ 2,68 град/час. Соответствующий начальный коэффициент эндогенной пожароопасности

Из структуры формулы (1) следует, что максимальный коэффициент эндогенной пожароопасности равен единице, когда рост начальной температуры самонагревания угля, обусловленный определенной комбинацией элементов из трех множеств факторов, окажется равным росту температуры в адиабатических условиях без теплообмена с окружающей средой.

В принципе это предельный случай, который в шахтных условиях почти невозможен. Однако если все лабораторные исследования и расчеты выполнены корректно, то получение результата К_э.п. ≈ 1 должно настораживать и проектировщиков и эксплуатационников.

Таблица 2 — Значения максимальной температуры Т_max и скорости роста температуры самонагревания ∆Т

за время τ

Результат расчета	Время τ, сутки
	1	3	5	10	20	40	50	100
Максимальная температура, °С	81,6	76,7	70,7	63,4	60,4	60,0	59,9	62,6
Скорость роста температуры, °С/час	2,68	2,52	2,32	2,08	1,98	1,98	1,98	2,09
Коэффициент эндогенной пожароопасности	0,904	0,849	0,782	0,702	0,668	0,668	0,668	0,705

страница 1 ... страница 2 | страница 3 страница 4 страница 5 | страница 6 | страница 7