Обнаружение пожара по нагреванию воздуха реализуется в автоматических установках и системах пожаротушения, информация о срабатывании которых поступает диспетчеру.
Эндогенные пожары имеют свою специфику развития и методы обнаружения очагов самонагревания и самовозгорания угля.
В процессе развития эндогенного пожара выделяют стадию самонагревания, раннюю стадию самовозгорания и стадию горения угля.
Самонагревание угля начинается, как только создаются условия для аккумуляции теплоты. Интенсивное нагревание угля на этой стадии невозможно, поскольку выпаривание содержащейся в угле влаги отнимает значительное количество теплоты. Стадия самонагревания длится в течение нескольких недель или месяцев, в основном определяет длительность инкубационного периода процесса самовозгорания и протекает в интервале температур, начиная со значений, характерных для условий данной выработки, и до критической температуры самовозгорания. По достижении критической температуры начинается ранняя стадия самовозгорания угля. В этой стадии развития эндогенного пожара быстро разогревается уголь, что приводит к его воспламенению (табл. 20.4).
Таблица 20.4 — Критическая температура самовозгорания различных углей
| Вид угля | Критическая температура самовозгорания tкр оС | Температура воспламенения tв оС |
|---|---|---|
| Бурый уголь | 70-90 | 150-200 |
| Каменный уголь (Vdaf > 20 %) | 90-120 | 300-350 |
| Тощие угли (Vdaf < 20%) | 1200-1400 | 600-700 |
В процессе развития эндогенного пожара, кроме изменения температуры в очаге пожара, происходят существенные изменения состава воздуха аварийного участка: уменьшается содержание кислорода, увеличивается выделение оксидов углерода, водорода, предельных и непредельных углеводородов, содержание которых значительно превышает фоновые значения.
Признаком самонагревания угля на контролируемом участке является устойчивое превышение объемной доли СО и Н2 над фоновым их содержанием СОф » (6-10) 10-7 и Н2ф » (3-5) 10-7 %.
Внешним визуальным признаком самонагревания на этапе выпаривания влаги угля может быть наличие тумана в выработке и запотевания металлических предметов.
Характерной особенностью стадии самонагревания и ранней стадии самовозгорания угля является выполнение условия
Однако по результатам определения превышения оксида углерода и водорода над фоновым их содержанием и приведенного выше соотношения невозможно отличить стадию самонагревания от ранней стадии самовозгорания. Вместе с тем определение стадии развития эндогенного пожара имеет большое значение, поскольку ранняя стадия самовозгорания угля при благоприятных условиях может длиться всего несколько часов. Эти стадии можно определить по температуре угля в очаге эндогенного пожара на основании данных о соотношении этилена С2Н4 и ацетилена С2Н2 в пробах воздуха аварийного участка, так как на стадии самонагревания и ранней стадии самовозгорания, вплоть до температуры воспламенения летучих веществ рост доли этилена опережает рост доли ацетилена, вследствие чего соотношение этих компонентов закономерно увеличивается.
После достижения температуры воспламенения угля, в зависимости от массы угольного скопления и расхода поступающего к нему воздуха, может происходить дальнейший рост соотношения этилена и ацетилена или его резкое уменьшение до значений, характерных для температур ниже критической. Таким образом, по изменению объемных долей 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 по формуле
где t — превышение температурой угля температуры вмещающих пород, °С (определяется по табличным данным в зависимости от марки угля соотношения фактических объемных долей этилена и ацетилена Сэт/Сац, выделяющихся из угля на контролируемом участке); tо — температура вмещающих угольный пласт пород, °С; Dtn — максимальная ошибка в определении превышения температурой угля температуры вмещающих пород, %.
Стадия самовозгорания угля начинается по достижении углем температуры воспламенения. Внешними признаками этой стадии являются устойчивый специфический запах, наличие дыма и появление открытого огня. В пожарном участке резко снижается содержание кислорода и увеличивается содержание оксидов углерода, водорода, предельных, непредельных и ароматических углеводородов. На этой стадии
Кроме того, объемная доля этилена и ацетилена на данной стадии превышает на порядок их фоновые значения и равна 10-3% и 10-5% соответственно. Температура угля на стадии самовозгорания по соотношению непредельных углеводородов не определяется.
Контроль за самонагреванием угля осуществляется по устойчивому повышению объемной доли оксида углерода и водорода относительно фоновых в горной выработке. При этом на стадии самонагревания отношение долей СО к Н2 превышает 10, а на стадии горения — менее 10. Для определения микродолей оксида углерода применяются аппаратура непрерывного контроля «Сигма-СО-В», газоопределители химические ГХ-4, а также, в том числе и для определения доли водорода, газоанализатор хроматографический «Эндотестер». Определение температуры очага самовозгорания производят по соотношению объемных долей этилена и ацетилена. Пробы для определения долей этилена и ацетилена в газоаналитической лаборатории ГВГСС отбирают в заполненные сорбентом и откалиброванные трубки-концентраторы.
Рисунок 20.2 — Обнаружение очагов самовозгорания в выработанном пространстве очистного забоя: а) — тепловая карта; б) — схема выемочного участка; 1 — полевой вентиляционный штрек; 2 и 3 — квершлаги №1 и №2; 4 — очаги самовозгорания угля; 5 — предварительное обследование; 6 — повторное обследование после ликвидации очага самовозгорания в районе квершлага №2
Ориентировочное месторасположение очага эндогенного пожара может быть обнаружено по аномальному изменению инфракрасного излучения поверхности горных выработок с помощью пирометров «Квант-РТ» и «Радан». Выявляют аномальные места нагревания производят по результатам измерения температуры через каждый метр выработки путем составления тепловых карт, которые отражают распределение температуры вдоль поверхности горной выработки. Как правило, наиболее нагретое место характеризует направление на скрытый очаг пожара (рис. 20.2).
При наличии двух выработок, поверхности которых прогреты по двум направлениям возможно определить место нахождения очага пожара.