Файл: Белопол, А. Н. Борьба с подземными пожарами в сложных горногеологических и горнотехнических условиях угольных шахт [работникам служб техники безопасности].pdf

pa, а также от горнОгеологическйХ й горнотехнических условий, в которых развивается и тушится пожар.

Примером этому служит динамика пожарных газов в изолиро­ ванном пожарном участке, характеризующая герметичность изо­ ляции пожара, процессы горения, тушения и действия тепловой депрессии (рис. 2). Пробы воздуха отбирались каждые 30 мин по­ сле изоляции пожара. Максимальное содержание С 02, СО и Н2 в пожарных газах наблюдалось при заиливании запожаренного уча­ стка и низком содержании 0 2 (0,8—2,0%), образование которого в значительном количестве, как и Н2, можно объяснить диссоциа­ цией воды, подававшейся на большие массы раскаленного до вы­ сокой температуры угля.

6 7 8 9 10 4 12 13 14 15 16 17 t

Рис. 2. Динамика пожарных газов в изолированном пожарном участке

Образование и взрывы газо-воздушных смесей. Основными при­ чинами образования взрывчатых газо-воздушных смесей (метано­ воздушные, водородно-воздушные или смеси СН4+ Н2 +СО + воз­ дух) при тушении подземных пожаров являются: неправильно вы­ бранные аварийные вентиляционные режимы; нарушения провет­ ривания пожарного участка, вызванные обрушением угля и окру­ жающих пород, или ошибками, допущенными в ходе тушения по­ жара; изменение режима проветривания вследствие тепловой де­ прессии; остановка вентиляторов главного проветривания; подача большого количества воды на раскаленные массы угля и породы. Все эти причины, за исключением последней, приводят, как пра­ вило, к сокращению количества поступающего к очагу пожара воз­ духа и увеличению концентрации горючих газов.

Наличие взрывчатых газо-воздушных смесей и открытого огня вызывает вначале медленное горение, переходящее затем в дето­ нацию или взрыв, разрушительная сила которого зависит от объе­ ма газо-воздушной смеси.

9

Исследованиями установлено, что с увеличением давления ме­ тано-воздушной смеси повышается верхний предел взрываемости, а нижний — снижается незначительно. Так, если при 1 ат метано­ воздушная смесь взрывчата при содержании СТЦ от 6,6 до 12,7%, то при 400 ат она взрывчата уже при содержании 5,2 — 46%.

Зависимость между нижним и верхним пределами воспламене­ ния метана, водорода и окиси углерода при увеличении темпера­ туры и постоянном давлении, установленная исследованиями Уайта, приведена в табл. 1.

Процесс горения неподвижных и движущихся ламинарно газо­ воздушных смесей, как установлено исследованиями, протекает в тонком слое, который принято называть фронтом пламени. В ре­ зультате реакции горения в этом слое выделяются тепло и свет. При этом скорость горения относят не к единице объема, а к еди­ нице поверхности, и называют ее массовой скоростью горения vm. Эта величина представляет собой количество вещества в грам­ мах, прореагировавшего на единице поверхности в 1 сек (размер­ ность г!см2• сек).

Нормальная скорость распространения пламени Un, представ­ ляющая собой скорость перемещения фронта пламени в направле­ нии нормали к нему, может быть определена из выражения

(4 )

Vi

где а — коэффициент температуропроводности смеси.

10

постоянной и зависит в основном от глубины горных выработок и скорости движения воздуха в них.

Исследования показали, что даже самые ранние стадии само­ возгорания угля приводят к нарушению нормального соотношения состава шахтного воздуха. Уменьшается содержание кислорода, увеличивается углекислота и появляется окись углерода.

Самовозгорание угля или непрерывно самоускоряющийся про­ цесс его окисления обусловливается тем, что при низких темпера­ турах, соответствующих температурам горных выработок, проис­ ходит накопление генерируемого тепла в скоплениях угля вплоть до его возгорания. Это происходит тогда, когда отдача тепла внеш­ ней поверхностью объема скопления в окружающую среду мень­ ше его генерации.

Теоретически возникновение и развитие процесса окисления угля определяется химической активностью угля, притоком к нему воздуха и непрерывным повышением температуры в результате накопления тепла.

Процесс самовозгорания угля имеет четыре последовательные стадии:

разогревание (температура 25—30°), начинающееся с создания условий для накопления тепла в результате окисления, что связа­ но с фильтрацией воздуха через скопления угля, ввиду того что диффузионный приток кислорода для этого оказывается недоста­ точным;

выпаривание влаги из угля, отнимающее много тепла, что в ос­ новном определяет продолжительность всего процесса самовозго­ рания, так как температура угля с 30° в течение нескольких не­ дель или месяцев поднимается до 50° в зависимости от влажности угля;

интенсивное окисление угля, начинающееся с момента, когда влага из угля испарится и температура его достигнет критической температуры самовозгорания, которая в зависимости от характе­ ристики углей колеблется от 70 до 80°;

самовозгорание угля, когда непрерывно продолжающийся про­ цесс самонагревания при критической (или инициативной) темпе­ ратуре быстро переходит в возгорание.

Процесс самонагревания угля относится к первым трем, ран­ ним стадиям самовозгорания и характеризуется такими признака­ ми, как повышение температуры, появление окиси углерода и не­ прерывное увеличение ее содержания, убыль кислорода и др.

Время, необходимое для возникновения подземного эндогенно­ го пожара, принято считать инкубационным периодом, началом ко­ торого обычно является начало очистных работ. Этот период ха­ рактеризует потенциальную пожарную опасность выемочного уча­ стка, на котором до этого не было самовозгорания угля, а дли­ тельность его зависит от притока к углю воздуха и аккумуляции тепла.

12

Исходя из того, что самовозгорание угля характеризуется зна­ чительным временем (несколько месяцев), необходимым для на­ копления температуры самонагревания (70—80°), этого времени достаточно для обнаружения признаков пожара.

Переход самонагревания угля в стадию возгорания может про­ изойти (при достаточном количестве воздуха) в течение несколь­ ких часов или суток. Это объясняется тем, что на этой стадии про­ исходит интенсивное окисление угля, быстро повышается его тем­ пература и, наконец, в конце стадии критической температуры воз­ горания (300—400° для каменных углей) уголь загорается.

Внастоящее время для обнаружения ранних стадий самовоз­ горания угля применяется газоаналитический способ с использо­ ванием кондуктометрической установки «Кузбасс-2» (рис. 3), пред­ назначенной для лабораторного определения окиси углерода в про­ бах шахтного воздуха.

Воснову кондуктометрического метода определения СО поло­ жено явление уменьшения электропроводности раствора щелочи после поглощения двуокиси углерода, которая образуется при окислении СО, содержащейся в анализируемом воздухе. Умень­

ся сопротивление раствора щелочи после пропуска пробы, можно судить о концентрации СО.

Отбор проб шахтного воздуха на выемочных участках, отраба­ тывающих пласты угля, склонного к самовозгоранию, для лабора­ торного анализа производится в заранее определенных точках вы­ работок с исходящими струями, где предполагается наибольшая вероятность обнаружения СО. Лабораторному анализу, как пра­ вило, предшествует систематический контроль воздуха микрокон­ центраций СО экспресс-методом при помощи химического газоопределителя ГХ-4.

Профилактика эндогенных пожаров в условиях угольных шахт сводится к устранению физических условий самовозгорания, угля и уменьшению их действия. В этих целях необходимо при помощи профилактических мероприятий исключить приток воздуха к угольным скоплениям и предотвратить накопление тепла в них.

Профилактические мероприятия при разработке мощных само-" возгорающихся пластов включают в себя, как правило, изоляцию и последующее заиливание выработанного пространства или при­ менение антипирогенов.

Снижение химической активности углей достигается примене­ нием антипирогенов и дегазацией угля путем медленного окисле­ ния его. Антинирогены могут применяться для тампонажа трещин в целиках; блокирования поверхности кусков угля пленками; бло­ кирования пор в угле; химического ингибирования реакции окисле­

13