Спосіб визначення схильності вугілля до самозаймання

Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к обеспечению безопасных условийтруда при разработке угольных месторождений. Цель изобретения - повышение до Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к обеспечению безопасных условий труда при разработке угольных месторождений. Цель изобретения ~ повышение достоверности способа. Способ заключается в следующем. Определяют константу скорости окисления угля таким образом В поюк газа-носителя импульсно вводят кислород, который по мере продвижения вдоль хроматографическсй колонки, содержащей исследуемый уголь определенной фракции, вступает во взаимодействие с последним Опыт повторяют при различных температурах от 20 до 150 С. Из полученных данных по количеству поглощенного кислорода и времени контакта его с исследуемым углем рассчитывают констан стоверности способа. Для этого определяют константу скорости окисления угля теплоту реакции воздействия кислорода с углем кри тическую температуру самовозгорания угля энергию активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а показатель склонности угля к самовозгоранию определяют из математического выражения. По величине показателя склонности угля к самовозгоранию судят о степени склонности угля к самовозюранию При значении показателя склонности углч к самовозгоранию менее 3 - Ю 6 с уголь считают склонным к самовозгоранию Для определения критической температурь! самовозгорания угля используют график зависимости константы скорости окисления угля от температуры в аррениусовских координатах. 2 табл. ту скорости хемосорбции кислорода по формуле - Ч |n (1) П Т где t - время контакта кислорода с углем, с; QQX ~ объем введенного кислорода, см , Овых - объем проявленного кислорода см 3 . В опытах можно использовать например, хроматограф ЛХМ-8МД Для определения теплоты реакции взаимодействия кислорода с углем используют проточнугосистемус импульсным дозированием кислорода. Установку можно скомпоновать, например, на базе серийного хроматографа ЛХМ-8МД и дифференциального микрокалориметра ДАК-1-1 Условия определений дифференциальных теплот следующие расход газа-носителя по обеим ячейкам микро 1689644 калориметра 2 см /мин, навеска угля 2,5-4,5 г, температура опыта 80°С, объем дозы кислорода 0,125 м 3 , фракционный состав угля 0,35-0,5 мм, Микрокалориметром измеряют тепло, выделяющееся в результате взаимодействия кислорода с углем. ' Критическую температуру самовозгорания угля Ткр, определяют методом, сущность которого заключается в том, что в хроматографическом режиме определяют константу скорости окисления угля при различных температурах По полученным даннымстроят график температурной зависимости константы скорости в аррениусовских координатах, из которого определяют критическую температуру самовозгоранияугля. Используя результаты определения температурной зависимости константы скорости окисления кислородом углл, определяют знамения энергии Е активации и предэкспоненциальиого множителя Ro а интервале температур от начальной То до критической ТКр по формулам _ГС(In ККр - I n То І; (2) Ro = Кле RTo .(3) с р е д н и й размер з е р е н . При этом уголь разделяют на следующие фракции; 20-10; 10-5; 5-3; 3-2,5; 2.5-2; 2 - 1 ; 1-0,5; 0,5-0,2; 0,2-0 мм. П р и этом с р е д н и й размер зерен в к а ж д о й 5 фракции составил с о о т в е т с т в е н н о 15,0; 7,5; 4,0; 2,75; 2,25, 1,50; 0.75; 0,35; 0.10 м м . Величина п о в е р х н о с т и частиц, образовавшихся после измельчения угля, о т н е с е н н а я к Поверхности частиц и с х о д н о г о угля, являет10 ся м е р о й д р о б и м о с т и , к о т о р у ю рассчитывают по формуле І с где d - с р е д н и й д и а м е т р частиц и с х о д н о г о угля, м; а - масса и с х о д н о г о угля, к г ; а\ - масса д а н н о г о класса угля п р и ситовом анализе, кг; 2Q di - с р е д н и й д и а м е т р частиц д а н н о г о класса, м; п - количество ф р а к ц и й . П о с к о л ь к у масса и с х о д н о г о угля составляет 0,3 кг, а с р е д н и й диаметр частиц 0,015 2с м м , то формула для расчета д р о б и м о с т и имеет вид Т кр где - константа скорости окисления угля при критической температуре, с" ; Формулу для определения показателя Кл - константа скорости реакции окисления угля при начальной температуре ла- 30 склонности угля к самовозгоранию получают из уравнения теплового баланса для скоплебораторного опыта, с"1; ния самонагревающегося угля у- плотность угля, кг/м ; Sp11 - удельная реакционная поверхS p GR o e~ e/RT C02di^ CmdT, (7) ность в лабораторном опыте, м /кг; где Sp-реагирующая поверхность угля, м /кг; R - универсальная газовая постоянная, 35 Q - теплота реакции взаимодействия Дж/(моль*К). кислорода с углем, Дж/м ; Реагирующую поверхность Sp как функRo - предэкспоненциальный множицию внешней поверхности определяют, исходя тель, м/с; из дробимости угля, поформуле, полученной в Т - температура угля, К; результате обработки экспериментальных 40 Е-энергия активации процесса окиследанных ния, Дж/моль; 5 n = {rSnH D (41 R - универсальная газовая постоянная. где (Х- коэффициент пропорциональности, Дж/(моль-К); найденный методом наименьших квадратов Со2 - обьемная доля кислорода, %; 45 Cm -средняя удельная теплоемкость угиз зависимости Sp от SON .' ля в интервале температур То-ТКр ,Дж/(кг'К); Sp - реагирующая поверхность частиц х- время достижения критической темугля, м /кг; пературы, с. SBH -внешняя поверхность частиц угля, определенная в режиме хроматографичеПосле необходимых математических 50 преобразований получают формулу для опского опыта, м 2 /кг; ределения показателя склонности угля к саD - дробимосгь угля. мовозгоранию Дробимостьугля определяют, например, при помощи шаровой мельницы МШЛК-8, в барабан каїорой загружают 300 г угля круп}! ад н^ггыо 10-20 мм и 16 фарфоровых шаров 55 где Е|~ интегральная функуция. диаметром 35 мм. После закрытия крышки Подставив в формулу численные значебарабана мельницу приводят в действие на 6 ния постоянных величин: Сог-0,21; R = 8,31 мин. По окончании измельчения с помощью гранулометрического анализа определяют Дж/{г*оль-К), С = 1400 Дж/(кг-К) и обозначив Коэффициент а находим из таблицы 3 Подставляя найденные величины в формулу (10), ПОЛУЧИМ получают формулу 4 г=3(М0 с, что говорит о том, что уголь пласта Із склонен к самовозгоранию. Данные практики і -Т„е (Ю) 10 подтверждают этот вывод, так как при отраSDQR, ботке этого пласта были случаи самовозгорания угля. По значению показателя г судят о Формула изобретения склонности угля к самовозгоранию. Способ определения склонности углей к Пример Рассчитаем показатель самовозгоранию, включающий измерение склонности угля к самовозгоранию для плаконстанты скорости окисления кислородом ста Із. Марка угля "К"; плотность у= 1440 угля, о т л и ч а ю щ и й с я гем, что, с целью кг/м . повышения достоверности способа, дополниВ табл. 1 приведены результаты вычистельно определяют теплоту реакции взаимолений по формуле (1) константы скорости действия кислорода с углем, критическую окисления угля кислородом при различных температуру самовозгорания угля, энергию температурах, а также данные для графика зависимости константы скорости в аррени- 10 активации процесса окисления и реагирующую поверхность частиц угля, а-показатель усовских координатах. склонности угля у самовозгоранию опредеТеплота реакции взаимодействия кисляют из выражения лорода с углем для пласта !з составила Q = =27,2-104 Дж/мЛ 0.I2E 0,12 £ ..67QO ! т Для нахождения критической темпера- 15 о,12 ЕК К 1 - z гт" (і Р ' туры самовозгорания угля пласта Із по данным табл 1 строим график температурной зависимости константы скорости в арренигде т - показатель склонности угля к самоусовских координатах. Из него Т к р = 360 К. возгоранию, с; Используя результаты исследования 20 S p - реагирующая поверхность частиц температурной зависимости константы скоугля, м /кг; рости окисления угля, определили по форQ - теплота реакции взаимодействия муле (2) значение энергии активации Е = 360 кислорода с углем, Дж/м 3 ; кДж/моль и предэкспоненциального мноRo - предэкспоненциальный множижителя F o = 0,217 м/с по формуле (3). ? 25 тель, м/с; Е - энергия активации процесса окислеДля нахождения реагирующей поверхния, Дж/моль; ности S p описанным выше способом производим дробление навески угля пласта Із в То - начальная температура окисления шаровой мельнице и затем с помощью граугля, К; нулометрического анализа определяем вес 30 Ткр - критическая температура самокаждой фракции. возгорания угля, К; К - коэффициент, учитывающий разРезультаты гранулометрического аналиность интегральных показательных функза пробы угля пласта Ь приведены в табл. 2, ций ЕІ(Х), По формуле (6) находим, что дробимость 2 D = 72,5. SB'H - 0,018 м /кг - определяем в 35 при этом при значении показателя склонности угля к самовозгоранию менее 3*10 с режиме хроматографического опыта, S p = уголь считают склонным к самовозгоранию. =6,27 м2/кг. 6700 1689644 Т аблица1 Температура опыта, 1 t +273 0,0034 0 0031 0,0029 0,0028 0,0027 0,0026 0,0025 0,0024 °С 20 50 77 87 103 115 ' 125 141 Вес пробы, г 20-10 10-5 300 3 '/ 5 5-3 2 Константа скорости окисления, с"1 0,1171 0.1163 0,1377 0,1361 0,1607 0,2093 0,2323 0,3357 ІпКд -2.1447 -2,1516 -1,9827 -1,9944 -1,8282 -1,5640 -1,4597 -1,0915 | Таблица2 Фракции, мм/Вес фракции,г 3-2,5 2,5-2 1-0,5 2-1 18 2 3 27 _„ — 0,5-0,2 0,2-0 137 103 Т а б л и ца 3 Значение реагирующей и внешней поверхности угля пласта ! 3 различного фракционного составаКоэффициент пропорциональности Удельная и внешняя поверхность угля, м^/кг для фракций » 0,0-0,2 510/75,8 0.2-0,5 250/27,8 Редактор Е Савина 0,5-1,0 180/11,9 1,0-2,0 130/5,6 2,0-2,5 130/2,8 Составитель И. Федяева Техред М.Моргентал 2,5-3,0 150/1,9 3,0-5,0 200/1,5 а 4,84 Корректор Т, Палий Заказ 3799 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101