Universalʹnyj kompleksnyj pokazatelʹ èndogennoj požaroopasnosti

• Autorzy: Grekov S. P. , Pashkovskiy P. S. , Vsyakiy A. A.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.44.4.2016.7

Warianty tytułu

EN

Universal Index of Endogenous Fire Hazards

PL

Uniwersalny kompleksowy wskaźnik zagrożenia pożarem endogenicznym

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Aim: The purpose of this study is to develop a universal hazard indicator associated with spontaneous fires. Development of the proposed indicator is based on mathematical techniques and aligned to laboratory investigations of chemical activity and analysis of causes for the selfheating of coal and ultimately fires in coal mines, which have taken place over a period of many years. Methods: The study made use of the theoretical kinetic model for heterogeneous oxidation of coal with variable reactionary surfaces, examined more than 200 locations and analysed causes of spontaneous fires, which occurred in 42 coal seams during a ten-year period. Results: An analysis of locations and causes of spontaneous fires in coal mines was accompanied by a study of currently applied evaluation criteria for coal seam propensity to spontaneous combustion and identified limitations associated with such evaluations. The authors proposed the use of a mathematical model describing heterogeneous oxidation of coal exposed to the evaporation of moisture and supply restriction of methane to determine a complex indicator of a fire hazard. It was revealed that a significant influence on temperature change in materials, apart from time, is associated with oxidation constant, methane heat suppression, coal seam gas content, moisture loss rate constant, evaporation heat rate, value of the criterion Bi and oxygen concentration in coal. The oxygen content of coal is determined by its natural properties: oxygen coefficient of internal diffusion, porosity, brittleness, fractional composition, degree of metamorphism as well as concentration of oxygen on the coal surface. A relationship was identified for the fire hazard indicator with heat release and heat transfer. Additionally, the study confirmed parameters used to differentiate coal mines according to fire hazard groups with the use of mathematical models and more than 200 fire incident sources of data. Finally, the study revealed necessary influences, which determine the incubation period for spontaneous combustion, critical size of accumulated coal seams and critical threshold value for predicting the likelihood of self ignition of coal. Practical value: Identified dependencies are recommended for use in the industry to recognise fire hazard levels associated with spontaneous combustion in coal deposits. Conclusions: Developed a new complex indicator for endogenous fire hazards and, based on data from analysed coal samples in laboratory conditions, facilitated the definition of necessary coal characteristics: critical size of coal deposits clusters/dangerous accumulation of coal, threshold values for the estimation criterion of propensity for spontaneous combustion, incubation period and fire hazard group.

PL

Cel: Opracowanie uniwersalnego i kompleksowego wskaźnika zagrożenia pożarem endogenicznym na podstawie modelu matematycznego samonagrzewania węgla, badań laboratoryjnych jego aktywności chemicznej oraz analizy przyczyn rzeczywistych pożarów endogenicznych w kopalniach, które miały miejsce na przestrzeni wielu lat. Metody: Metody zostały oparte na modelu teoretycznym kinetyki heterogenicznego utlenienia węgli ze zmienną powierzchnią reakcyjną, analizie ponad 200 miejsc i przyczyn rzeczywistych pożarów endogenicznych 42 pokładów złoża węgla w okresie 10 lat. Wyniki: Przeprowadzono analizę miejsc i przyczyn postawania pożarów endogenicznych w kopalniach węglowych, przeanalizowano obecnie stosowane kryteria oceny skłonności złóż do samozapłonu i przedstawiono ich wady. Zaproponowano wykorzystanie modelu matematycznego heterogenicznej reakcji utleniania węgla z uwzględnieniem wyparowywania wilgoci i dławienia metanu w celu opracowania kompleksowego wskaźnika zagrożenia pożarem endogenicznym. Wskazano, że znaczny wpływ na zmianę temperatury materiału, poza czasem, mają konstanta reakcji utleniania, ciepło dławienia metanu, zawartość gazów w złożu, konstanta prędkości wyparowania wilgoci, ciepło parowania, wartość kryterium Bi i stężenie tlenu w węglu. Na wartość stężenia tlenu w węglu mają wpływ jego naturalne właściwości – współczynnik wewnętrznej dyfuzji, porowatość, kruchość, skład frakcyjny, stopień metamorfizmu, a także stężenie tlenu na granicy węgiel-powietrze. Otrzymano zależność dla kryterium zagrożenia pożarowego z uwzględnieniem wydzielenia i oddawania ciepła. Uzasadniono parametry dla podziału kopalni na grupy zagrożenia pożarowego na podstawie modelu matematycznego i danych z ponad 200 rzeczywistych zdarzeń. Przedstawiono zależności potrzebne do określenia okresu inkubacyjnego samozapłonu, krytycznej wielkości pokładów węgla, granicznej wartości kryterium oceny skłonności węgla do samozapłonu. Znaczenie praktyczne: Uzyskane zależności są rekomendowane do wykorzystania w przemyśle do określania stopnia zagrożenia pożarem endogenicznym złóż węgla. Wnioski: Opracowano nowy kompleksowy wskaźnik zagrożenia pożarem endogenicznym, który na podstawie danych z analizy próbek węgla w warunkach laboratoryjnych, pozwala określić wszystkie charakterystyki węgla: krytyczną wielkość zagrożenia pożarem skupiska złoża węgla, progową wartość kryterium oceny podatności na samozapłon, okres inkubacyjny i grupę zagrożenia pożarowego.

Słowa kluczowe

EN

spontaneous combustion; critical temperature; critical thickness of coal seams; incubation period; spontaneous combustion fire hazard group

PL

samozapłon; temperatura krytyczna; krytyczna grubość złóż; okres inkubacyjny; grupa zagrożenia pożarem endogenicznym

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 44, nr 4
• Strony: 89--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Grekov S. P.

• The Respirator Scientific Research Institute of Mine-Work and Fire Safety, Donetsk

autor

Pashkovskiy P. S.

• The Respirator Scientific Research Institute of Mine-Work and Fire Safety, Donetsk

autor

Vsyakiy A. A.

• The Respirator Scientific Research Institute of Mine-Work and Fire Safety, Donetsk

Bibliografia

• [1] Pashkovskiy P.S., Endogennyye pozhary na ugolnykh shakhtakh, Knowledge, Donetsk 2013, 791.
• [2] Grekov S.P., Pashkovskiy P.S., Orlikova V.P. Teplovoy effect okisleniya ugley i endogennaya pozharoopasnost’, „Ugol Ukrainy” 2014, 10, 46-50.
• [3] Grekov S.P., Pashkovskiy P.S., Golovchenko Ye.A., Energiya aktivatsii ugley i endogennaya pozharoopasnost, „Gornospasatel’noye delo” 2015, 51, 78-87.
• [4] Pashkovskiy P.S., Grekov S.P., Zinchenko I.N. Aktualnyye voprosy bor'by s samovozgoraniyem uglya, Arpi, Donetsk 2012, 656.
• [5] Grekov S.P., Pashkovskiy P.S., Zinchenko I.N., Golovchenko Ye.A., Opredeleniye gruppy pozharoopasnosti plastov, „Ugol Ukrainy” 2008, 8, 25-26.
• [6] Pashkovskiy P.S., Levnin N.B., Mery po preduprezhdeniyu pozharov v ugolnykh shakhtakh, „Naukovyy visnyk Ukr.” 2002, 2, 55-62.
• [7] Grekov S.P., Kalyusskiy A.Ye., Baklan V.V., Koshovskiy B.I., Neizotermicheskaya adsorbtsiya veshchestva sfericheskim mikroporistym zernom, soprovozhdayemaya khimicheskimi reaktsiyami vtorogo poryadka, „Teoreticheskiye osnovy khimicheskoy tekhnologii” 1998, 32(2), 122-125.
• [8] Pashkovskiy P.S., Grekov S.P., Cygankiewicz Ya., Shaytan I.A., Opredeleniye sklonnosti ugley k samovozgoraniyu, „Gornospasatel’noye delo” 2000, 10-16.
• [9] Lykov A.V., Teoriya teploprovodnosti, Vysshaya shkola, Moskva 1997, 599.
• [10] Grekov S.P., Kalyusskiy A.Ye., Koshovskiy B.I., Vliyaniye dinamiki khemosorbtsii kisloroda uglyami na ikh sklonnost k samovozgoraniyu, „Gornospasatel’noye delo” 1995, 21-28.
• [11] Grekov S.P., Orlikova V.P., Vsyakiy A.A., Okhlazhdeniye uglya za schyet drosselirovaniya vydelyayushchegosya metana. „Gornospasatel’noye delo” 2013, 60, 97-106.
• [12] Pashkovskiy P.S., Grekov S.P., Zinchenko I.N., Vliyaniye kineticheskoy aktivnosti i vlazhnosti uglya na protsess samovozgoraniya, „Gornospasatel’noye delo” 2007, 44, 17-25.
• [13] Saranchuk V.I., Bayev Kh.A. Endogennyye pozhary na ugolnykh shakhtakh, Nedra, Moskva 1976, 150.
• [13] Rukovodstvo po preduprezhdeniyu i tusheniyu endogennykh pozharov na ugolnykh shachtakh Ukrainy KD 12.01.402, Donetsk 2000, 216.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.