Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Metoda oznaczania skłonności węgla do samozapalenia w warunkach temperatury pierwotnej skał

Słowik Stanisław

Przegląd Górniczy

|

2019

|

T. 75, nr 8

40--49

PL

W artykule przedstawiono metodę oznaczania skłonności węgla do samozapalenia, gdzie temperatura rozpoczęcia procesu samozagrzewania odpowiada temperaturze otoczenia (skał). Problemem w tym przypadku, na który szczególnie zwrócono uwagę, jest to, że w warunkach zalegania pokładu węgla temperatura otoczenia jest zmienna. W pierwszej części artykułu przeanalizowano jak wpływa na proces samozagrzewania temperatura rozpoczęcia tego procesu i jego zakończenia. W oparciu o to ustalono, dla jakiego przedziału temperatury będzie sformułowany wskaźnik samozapalności. Następnie wyprowadzono metodę oznaczania skłonności węgla do samozapalenia, która jest zależnością funkcyjną f: T → SMP przyporządkowującą dwa zbiory, temperaturę rozpoczęcia procesu samozagrzania T i wskaźnik samozapalności SMP. Istotą uzyskanej funkcji jest całka oznaczona wyprowadzona z równania różniczkowego opartego o równanie Arrheniusa, która określa czas, po jakim w warunkach adiabatycznych następuje przejście układu od temperatury rozpoczęcia procesu samozagrzewania T0 do temperatury zapłonu Tz. Wskaźnik samozapalności dla zmiennej temperatury początkowej SMP(T= T0) został wyprowadzony w zakresie temperatury T0 = 295 do 325 ºK (22 do 52ºC). W końcowej części artykułu omówiono sposób podziału grupowego, który uwzględnia zmienną skłonność węgla do samozapalenia w zakresie temperatury T0 = 295 do 325 ºK (22 do 52ºC). Przedstawiono w jaki sposób ustalono 5-grupowy podział skłonności węgla do samozapalenia. Pokazano również, na przykładzie 953-elementowej próby węgli jak zmienia się skłonność do samozapalenia wraz ze zmianą temperatury początkowej samozagrzewania.

EN

The article presents a method for determining the propensity of coal to spontaneous combustion, in which the start temperature of the self-heating process correspond to the ambient temperature (rocks). The problem in this case, which is particularly noteworthy, is that in the conditions of depositing the coal seam, the ambient temperature is variable. In the first part of the article it was analyzed how the temperature of the start of this process and its ending affects the self-heating process. On the basis of this, it was determined for which temperature range the self-ignition index will be formulated. Next, a method for determining the propensity of coal for spontaneous ignition was derived, which is a functional relationship f: T → SMP assigning two sets, the start temperature of the self-heating process T and the SMP self-ignition index. The essence of the obtained function is the definite integral derived from the differential equation based on the Arrhenius equation, which determines the time after which, in adiabatic conditions, the system passes from the start temperature of the self-heating process T0 to the ignition temperature Tz. The spontaneous combustion index for variable initial temperature SMP(T= T0) was derived in the temperature range T0 = 295 to 325 ºK (22 to 52ºC). In the final part of the article it was discussed the group division method, which takes into account the variable propensity of coal to self-ignition in the temperature range T0 = 295 to 325 ºK (22 to 52ºC). It was presented how the 5-group of coal propensity distribution for self-ignition was established. It was also shown, on the example of 953 elements of coal samples, how the propensity to spontaneous combustion changes with the change of the initial temperature of self-heating.

2

Zmodyfikowana metoda bezpiecznego składowania węgli kamiennych o podwyższonej skłonności do samozapalenia

Róg Leokadia

Instal

|

2019

|

nr 12

28--32

PL

Konieczność składowania węgla na zwałach wynika między innymi z obowiązku utrzymywania przez zakłady energetyczne, zapasów węgla kamiennego niezbędnych do utrzymania ciągłości w procesie produkcji energii elektrycznej i ciepła. Zasady składowania węgla kamiennego reguluje norma PN-G-07010:1994 „Węgiel kamienny i brykiety z węgla kamiennego. Składowanie”. Opisane w niej wytyczne wyraźnie różnicują sposób postępowania z węglami o małej skłonności do samozapalenia od postępowania z węglami o dużej skłonności do samozapalenia. Skłonność polskich węgli energetycznych do samozapalenia jest zróżnicowana. W celu określenia tego zróżnicowania przeprowadzono badania dla 70 próbek pobranych z miałów węglowych, sklasyfikowanych według polskiej klasyfikacji, zgodnie z normą PN-82/G-97002 [8], do typów od 31.1 do 34.2. Badania wykazały dobrą korelację między energią aktywacji, charakteryzującą skłonność węgla do samozapalenia a stopniem uwęglenia substancji organicznej węgla, wyrażoną wskaźnikiem refleksyjności witrynitu (Ro). W miarę wzrostu wartości wskaźnika refleksyjności witrynitu maleje skłonność węgla do samozapalenia. Na podstawie tej zależności podzielono węgle na węgle o małej (Ro >0,80%), średniej (Rood 0,70 do 0,80%) i dużej (Ro< 0,70%) skłonności do samozapalenia. Węgle o dużej i bardzo dużej skłonności do samozapalenia (IV i V grupa samozapalności) wymagają zastosowania specjalnych metod, zarówno podczas sypania węgla na zwały, jak i kontroli magazynowanego węgla. Wymagania normy PN-G-07010:1994, dotyczącej metod składowania węgla kamiennego, są niewystarczające. Węgle IV i V grupy samozapalności muszą być sypane na zwały tzw. metodą „deep compaction” z głębokim zagęszczaniem. Warstwy węgla, poddawane zagęszczaniu, nie mogą przekraczać 60 cm. Do wysokości zwału 2 m każda warstwa węgla oraz zbocze z każdej strony tej warstwy musi być zagęszczane przy użyciu walca wibracyjnego o nacisku 0,6 MPa.

EN

The necessity to store coal in coal dumps results, among others, from the obligation for power plants to maintain hard coal reserves necessary to maintain continuity in the process of electricity and heat production. The principles of hard coal storage are regulated by PN-G-07010:1994 „Hard coal and hard coal briquettes. Storage” standard. The guidelines described in it, clearly differentiate the way of handling coals with low self-ignition tendency from the handling of coals with high self-ignition tendency. The propensity of Polish energetic coals to sefl-ignition is varied. In order to determine this diversity, tests were conducted for 70 samples taken from coal fines, classified according to the Polish classification, in accordance with the standard PN-82/G-97002 [8], for types from 31.1 to 34.2. Studies have shown a good correlation between activation energy, which characterizes the tendency of coal to selfignite and the degree of carbonization of organic carbon, expressed by vitrinite reflectance (Ro). As the vitrinite reflectance index increases, the coal’s self-ignition tendency decreases. Based on this relationship, the coals were divided into low (Ro>0,80%), medium (Ro from 0,70 to 0,80%) and high (Ro<0,70%) self-ignition coals. Coals with a high and very high propensity to self-ignition (IV and V group of self-ignition) require the use of special methods, both when pouring coal into dumps and controlling stored coal. The requirements of PN-G-07010:1994 standard, concerning methods of hard coal storage, are insufficient. Coals IV and V self-ignition groups must be poured onto dumps of so-called: „deep compaction” method. Coal layers subjected to compaction may not exceed 60 cm. Up to a height of 2 m, each layer of coal and the slope on each side of this layer must be compacted using a vibrating roller with a pressure of 0.6 MPa.

3

Levels of possible self-heating of coalagainst current research

Trenczek S.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 2

293-317

EN

The paper refers to model characteristics that describe the process of coal self-heating in the context of standardized parameters of the ignition temperature and the Graham's coefficient. Based on investigation of coal sampIes taken ITom selected coal seams, different in parameters, this study outlines graphics that correspond to non-standard values of mutual correlations between temperatures and Graham 's coefficients that are typical for the samples. The stress was put on importance of such differences for correct evaluation of hazards and the research made it possible to define a correcting factor enabling mapping the results of laboratory examination of coal oxidation onto real oxidation in coal seams. Additionally, the coefficient that reflects vulnerability of coal to self-ignition was developed with account to inconsistency of the coal oxidation process. Finally, a new method for assessment of hazard level is suggested, i.e. the method that takes advantage of the index of possible self-heating of coal that is a merge of coal seam breakdown by groups of self-ignition tendency that is currently in use and the index of coal vulnerability to self-ignition. Verification of the new evaluation method is carried out with use offires that had occurred in examined coal seams.

PL

Jednym z elementów zapobiegania pożarom endogenicznym jest rozpoznanie skłonności węgla do samozapalenia. O sklasyfikowaniu pokładu do odpowiedniej grupy samozapalności decydują wartości wyznaczanych w czasie badań: wskaźnika samozapalności węgla [...] oraz energii aktywacji utleniania węgla [...]. Klasyfikacja ta informuje, jakie jest prawdopodobieństwo uaktywnienie procesu samozagrzewania danego węgla w sprzyjających temu uwarunkowaniach. Nie może ona jednak stanowić kryterium ostatecznego, gdyż w rzeczywistości występowały i nadal występują pożary w pokładach węgla, sklasyfikowanych zarówno do V, jak i do I grupy skłonności do samozapalenia. Świadczą o tym między innymi pożary endogeniczne z ostatniego dziesięciolecia (rys. I, tabl. 1), z których ponad połowa (51%) zaistniała w pokładach węgla o bardzo małej i małej skłonności do samozapalenia (grupa I i II). Można więc postawić tezę, że taki sposób klasyfikacji pokładów węgla nie oddaje w pełni poziomu potencjalnego zagrożenia samozagrzewaniem.

4

The relationship between the specific surface area of coal determined by nitrogen and carbon dioxide sorption and the susceptibility of coal to spontaneous combustion

Cygankiewicz J., Dudzińska A., Żyła M.

Archives of Mining Sciences

|

2006

|

Vol. 51, no 2

151-161

EN

The results of a study regarding sorption of nitrogen and carbon dioxide on 18 samples of bituminous coal are discussed in this paper. Correlation was found between specific surface area of coal, detennined from sorption of nitrogen and carbon dioxide and the susceptibility of coal to spontaneous combustion determined according to the Polish Standard PN-93/G-04558. Basing on the specific surface area criterion, a new classification of bituminous coals was proposed, dividing them into four groups depending on their spontaneous combustion susceptibility detennined on the basis of their specific surface area obtained from carbon dioxide sorption.

PL

Węgle kamienne mają złożoną i wciąż nie w pełni poznaną budowę chemiczną, co wynika z obecności w ich strukturze składu węglowodorów zarówno aromatycznych, alifatycznych, nasyconych i nienasyconych. Skład tych węglowodorów zmienia się wraz ze zmianą stopnia metamorfizmu węgli kamiennych. Zmianom ulegają również ilości polarnych centrów zarówno elektronodonorowych (E.D.) jak również elektronoakceptorowych (E.A.) co niewątpliwie ma wpływ na reakcję substancji organicznej z cząsteczkami atmosferycznego tlenu prowadzącą do samozapłonu. Bardzo ważnym elementem badanego układu jest porowatość węgla kamiennego zapewniająca dostęp tlenu do układu chłonnego obejmującego mikro i submikropory. Ilości dopływającego gazu do mikroporów zależne są również od wielkości promienia i krętości kanałów transportowych, którymi na ogół są drobne szczeliny i makropory. W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcji ditlenku węgla i azotu na 18-stu próbkach węgli kamiennych pobranych z polskich kopalń o różnej zawartości pierwiastka węgla i części lotnych. Wykazano związek występujący pomiędzy wartościami powierzchni właściwej wyznaczonej z sorpcji CO2 i Nz a skłonnością węgli kamiennych do samozapalenia klasyfikowanej wg aktualnie obowiązującej normy PN-93/G-04558. W oparciu o wyznaczone z sorpcji ditlenku węgla wartości powierzchni właściwej Autorzy zaproponowali inny podział węgli obejmujący cztery grupy określające skłonność węgla do samozapalenia, oparty na wartościach powierzchni wyznaczonej z sorpcji COz w temp. 298K. Jest to temperatura, w której węgiel kamienny zachowuje swe pierwotne własności.

5

About determination of susceptibility of coals to spontaneous combustion using an adiabatic test method

Cygankiewicz J.

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 2

247-273

EN

The research work on spontaneous combustion carried out in the Central Mining Institute's Ventilation Division, Katowice, has been discussed in the article. During the tests, the airflow was forced through a crushed coal sample of 520 g placed in a reaction chamber and heated up to 400'C, which caused oxidation of coal and changes of its humidity. Changes of coal temperature, humidity and oxygen consumption with time characterise the dynamics of the process of spontaneous combustion. In order to explain the nature of those changes and to determine the thermal balance of spontaneous combustion, a mathematical model of the phenomenon was elaborated, based on simplifying physical and chemical assumptions. Also, the results of tests on coal samples taken from "Borynia", "Marcel", "Andaluzja" and .Julian" mines were presented.

PL

Skłonność do samozapalenia zależy od szeregu czynników, przede wszystkim od następujących jego własności: stopnia metamorfizmu (typu węgla), zawartości siarki pirytowej, wilgotności, zawartości części lotnych, porowatości, kruszalności. własności petrograficznych, przewodności cieplnej. W literaturze naukowej opisanych jest wiele metod oceny skłonności węgla do samozapalenia. Znane są zwłaszcza metody kalorymelryczne, metoda pomiaru absorpcji tlenu, metoda temperatury krytycznej {punkt przecięcia), czy też metoda regresji wielowymiarowej. Z polskich metod wymienić należy metodę Olpińskiego z modyfikacją wprowadzoną w 1993, opisaną w normie PN-93/G-O4558 oraz metodę perhydrolową Maciejasza i Lasonia. W pracy zaproponowano metodę badania skłonności węgli do samozapalenia polegającą na obserwacji procesu samozagrzewania danej próby węgla w warunkach zbliżonychdo rzeczywistych. W tym celu zaprojektowano i zbudowano prototypowe stanowisko badawcze, którego zasadniczym elementem jest kalorymetr adiabatyczny. Pomiary wykonano od temperatury 40°C do około 185°C. W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na próbkach węgla pobranych z pokładów: 415/1-2 KWK Borynia, 419 KWK Andaluzja, 707 KWK Marcel i 503/2 KWK Julian. Reakcje zachodzące w komorze reakcyjnej kalorymetru w oparciu o metodę podaną przez Moore'a (1962). Szybkość zachodzących reakcji została określona na podstawie konsumpcji tlenu, według wzoru (5). Po podstawieniu wartości wydatku powietrza Va oraz objętości komory reakcyjnej Vo otrzymano wzór (10) umożliwiający obliczenie współczynnika k i jego logarytmu. Następnie wyznaczono równania dwóch prostych odpowiadających rozmieszczeniu punktów pomiarowych, przy czym jedna prosta odpowiada wynikom uzyskanym dla niższych temperatur, a druga dla wyższych. Współrzędne przecięcia tych prostych pozwalają wyznaczyć temperaturę krytyczną węgla. Doświadczenia, które objęły węgle o różnych skłonnościach do samozapalenia pozwalają podzielić te ostatnie na dwie zasadnicze grupy: a) węgle, które podczas samozagrzewania osiągnęły temperaturę 185°C, b) węgle, które tej temperatury nie osiągnęły, gdyż po początkowym okresie wzrostu temperatura zatrzymała się na pewnym poziomie, a następnie zaczęła maleć. Dla węgli, które w kalorymetrze adiabatycznym ulegały samozagrzewaniu i zostały zaliczone do grupy (a), istotny jest czas osiągnięcia temperatury 185"C. Wymienione wyżej własności węgli, tj. wzrost temperatury w kalorymetrze adiabatycznym i czas osiągnięcia temperatury 185°C lub zatrzymanie wzrostu mogą stać się podstawą wstępnej kwalifikacji węgla. W procesie samozagrzewania węgla w zakresie od temperatury początkowej do temperatury 185°C obserwuje się trzy zasadnicze fazy: Faza 1 — szybkiego wzrostu temperatury, Faza 2 — spowolnienia tempa wzrostu temperatury, a czasem nawet chwilowego jej spadku, spowodowanego ciepłem parowania, Faza 3 — ponownego szybkiego wzrostu temperatury. Na podstawie wyniku testów w kalorymetrze adiabatycznym i długości okresu t, w którym węgiel osiąga temperaturę 185°C, badane węgle sklasyfikowano do czterech grup.

6

Przewodnictwo elektryczne a zdolność do samozagrzewania się węgli kamiennych

Kotyrba A.

Archives of Mining Sciences

|

1999

|

Vol. 44, nr 3

435-447

PL

Przedmiotem pracy jest zależność pomiędzy przewodnictwem elektrycznym a zdolnością do samozagrzewania się węgli kamiennych. Zależność tę przebadano na zbiorze próbek węgli, których klasy samozapalności oznaczono metodami normowymi. Wyjściowy zbiór danych stanowiły szeregi czasowe zmian elektrycznej oporności właściwej sproszkowanych próbek węgli zarejestrowane wielokanałową aparaturą geoelektryczną WAG-01 w trakcie ich podgrzewania w piecu laboratoryjnym. Szeregi te po transformacji czasu na temperaturę posłużyły do określenia empirycznych zależności funkcyjnych pomiędzy elektrycznym oporem właściwym (będącym miarą przewodnictwa) a temperaturą i w dalszej kolejności do określenia związków korelacyjnych pomiędzy wybranymi parametrami krzywych a wskaźnikami samozapalności węgli. Publikacja jest wynikiem projektu badawczego sponsorowanego przez II Polsko-Amerykański Fundusz Marii Skłodowskiej-Curie (Kotyrba i Zakolski, 1996).

EN

On heating up the coal, many kinds of physico-chemical processes affecting the electric conductivity of coal may arise. It can be assumed that also the self heating ability of coal is dependent on its electric conductivity. The coal's behaviour differs from that of other rocks and minerals in that the coal temperature related conductivity variation coefficient is positive (an increase in electric conductivity with an increase in temperature) whereas the majority of solid bodies including rocks and minerals show the opposite. The aim of work is dependence between electric conductivity and self heating ability of hard coal. This relation has been tested on the coal samples base for which standard classes of self heating have been determined due to polish standard regulations. The input data base consisted of electrical resistivity time series recorded by geo-electrical multi channel apparatus WAG-Olduring heating in laboratory oven. Those series after transformation of time values to temperature values (fig. 1) were used to determine empirical relations between specific electrical resistivity of coal samples (being an analog of conductivity a) and temperature. The obtained relationships indicate that each of tested coal samples has a slightly different thermal characteristics. However basically all the curve shapes are similar, which could be easily visible if the recorded data were plotted using the double logarithmic scale (fig. 3, 4). After the initial curvilinear drop in resistivity (an increase of conductivity), a slow rise until the initial resistivity level is reached can be observed. Then the resistivity rapidly rises with temperature rises. Overall, the dependence of coal resistivity on temperature can be divided into the two following, temperature related phases: Phase I - A drop in electric resistivity over temperature range from 18 to about 80°C (for all tested samples). Al the samples differ in resistivity gradients. Phase II - An increase in electric resistivity observed for all samples over the temperature range above the threshold values of 60 to 80°C. Only one of the samples does not show any variation in resistivity near the temperature threshold value. The curve slopes vary from phase to phase. In the majority of samples much steeper slopes can be observed along the phase II type curve segment than along the phase I type curve segment. It indicates that the approximative relations may be described by polynomial functions (equation 3). In presented data, 4th order polynomials were used. Correlation coefficients are very high and for analysed data R2 vary from 0.89 to 0.98. In next step the correlation between selected resistivity changes parameter RR (the ratio of resistivity at a heating oven temperature 500°C to initial resistivity at 18°C) and the standard (due to polish regulations) self heating parameters (Sza - coal spontaneous combustion index in temperature 190°C; Sza1 - coal spontaneous combustion index in temperature 237°C; A - coal oxidation activation energy) have been plotted and analysed (fig. 5, 6, 7). The best correlation was obtained using the exponential curve approximation procedure. The correlation coefficients are good for all the studied relationships (R2 > 0.7). The relationship between the RR parameter and the Sz" combustion index appears to be statistically the best (R2 = 0.81). The coal oxidation activation energy, the energy needed for coal to start the combustion process is proportional to the temperature related electric resistivity gradient. This means that if this energy is low in coal, then the temperature related electric conductivity decline rate will also be comparatively low. The obtained results can create a basis for the new application of geo-electrical methods to the studies on the problem of combating of fire hazards in coal mines. The work has been completed within join project sponsored by The Polish - American Maria Skłodowska-Curie Fund II (Kotyrba and Zakolski, 1996).