Министерство угольной промышленности СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакНИИ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ САМОВОЗГОРАНИЯ ПЛОСКИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ

Макеевка — Донбасс 19 7 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

МаеНИР

РЕКОМЕНДАЦИИ

по предупреждению самовозгорания плоских породных отвалов

Мавеевва-Донбасо

IS 73

10

вий.

В некоторых случаях повышение воздухопроницаемости отвалов происходит 8а счет растрескивания тела отвала при превышении несущей способности основания отвала или при сползании части отвала по отвосу вместе с грунтовым слоем. При превышении несущей способности породы, залегающие в основании отвала, приобретают пластические свойства и выдавливаются из-под отвала, образуя вал выпирания вовруг отвала. Отвал растрескивается, что может привести к его самовозгоранию даже при применении мероприятий по предупреждению самовозгорания. Для предупреждения растрескивания отвала его высота должна определяться с учетом несущей способности пород основания. Предупреждение сползания отвальной массы по склону достигается путем снятия верхнего плодородного слоя почвы на всем участие, отведенном под отвал.

4. УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕМЕНИ КОНТАКТА ПОРОДЫ С КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА

Эффективность мероприятий по предупреждению самовозгорания отвальной массы в значительной степени зависит от своевременности их выполнения. Зачастую несвоевременное выполнение полного комплекса этих мероприятий не дает нужного эффекта и, хотя мероприятия выполняются, отвал самовозгорается и горит. Это объясняется тем, что при наличии в отвале зон или участков с повышенными температурами образуются сильные конвективные токи, приводящие в поступлению дополнительных количеств воздуха в разогретой породе и интенсификации процесса самовозгорания.

Например, плоский породный отвал Моспинсвой брикетно-обогатительной фабрики заложен с мероприятиями по предупреждению самовозгорания. Порода в отвал доставляется автосамосвалаыи и складируется слоями толщиной 1,0-1,5 м и откосы закрываются глиной. Однако, конусы породы, образуемые при разгрузке самосвалов, разравниваются бульдозером нерегулярно, и температура в них достигает 60-80°С. После разравнивания нонусов процесс самонагревания продолжается, хотя проницаемость отвальной массы снижается. Закрытие откосов глиной производится после проявления на них очагов самовозгорания и начала открытого горения.

II

Разравнивание i уплотнение слоев породы должно пронзво-деться регулярно, не реже, чем один раз в 2-3 су тол. Dpi поступлении на отвал более IOOO т породы в сутей эти работы должны выполняться ежесуточно* Закрытие относов инертным материалов должно быть закончено через 5-10 дней после онончания формирования слоя у границы отвала*

Толмна одновременно отсыпаемого слоя для отвала угольной шахты не должна превышать I м, для совместного отвала угольной иахты и обогатительной фабрили - 0,75 м и отвала углеобогати -тельной фабрили - 0,5 и* Высота первого слоя породного отвала угольной иахты иожет составлять 3-5 м при условии эалрытия внешних отлосов негорючими материалами вслед за его формированием.

Своевременное м аачественное выполнение уназанных мероприятий позволит предупредить самовозгорание отвальной массы м улучшить условия обслуживания породных отвалов.

Ответственный аа выпуск Саранчук В.И.

Ротапринт МакНШ. Подп. к печати 30/УТ-1973г. Ы1 I523I _Заказ    &    756    - 300 экз. Обьем 0 >5 геч.а.___

г.Макеевка,Донецкой обл*, уд.Лихачела, 60

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы вопросы безопасности при отвалообразовании на вахтах и обогатительных фабриках выдвинулись в угольной проныиленностн в число проблей, подлежащих первоочередному решению* Процессы свладированин породы сопровождаются сильным пыле-обра80ванием» Отвальная масса, содержащая большое количество горючих веществ, вследствие отсутствия мер профилактики или невозможности их применения при складировании породы под откос самовозгорается и горит, выделяя в окружающую среду пожарные газы, содержащие такие ядовитые вещества, как овись углерода, сернистый ангидрид, сероводород* Горящие породные отвалы подвержены оползневый деформациям, что приводит в авариям и существенному материальному ущербу.

За последние 4 года количество действующих горящих отвалов на предприятиях Нивуглепрома СССР снизилось на 34%, однако эксплуатируется 58% горящих породных отвалов* За этот период количество плоских породных отвалов, на которых возможно применение мероприятий по предупреждению самовозгорания, увеличилось почти в 2 раза*

Мероприятия по предупреждению самовозгорания плоских породных отвалов кратко изложены во ’’Временной инструкции по безопасной эксплуатации породных отвалов угольных вахт и обогатительных фабрив”, утвержденной Минуглепромом СССР в 1967 г.

Настоящие рекомендации обобщают опыт работ по профилактике самовозгорания плоских породных отвалов, проводимых в различных угольных бассейнах страны и за рубежом* Мероприятия по профилактике самовозгорания породных отвалов применяются, в основном, только на отвалах, которые обслуживаются специализированными организациями (управлениями, конторами, участками). На плоских отвалах, которые эксплуатируют вахты и обогатительные фабрики, как правило, мероприятия по предупреждению самовозгорания не применяются, вследствие чего около половины плосвих отвалов самовозгорались.

Рекомендации подготовлены заведующим лабораторией борьбы с горением породных отвалов МакНИИ, в.т.н. В.Й.Сараачуном с участием заведующего Шахтинским отделением МанНИИ, в.т.н. В.А.Меркулов

i

ii ст.ваучного сотрудника Мещерякова Б.Ф. ■ предназначены для испольвожавия при проевтнровании и эксплуатации плоских породных отвалов на угольных вахтах в обогатительных фабриках.Реноме н да дни рассмотрены и утверждены горной секцией Ученого совета МакНЯИ.

I. ПРИЧИНЫ САМОВОЗГОРАНИЯ ОТВАЛЬНОЙ МАССЫ

В абсолютном большинстве случаев причиной горения породных отвалов является самовозгорание отвальной массы, содержащей большое количество горючей массы. Лишь в отдельных случаях отвалы загораются при складировании и сжигании на отвале или у его подножья горючих отходов производства (стружек, опилок, отходов древесины, мусора и т.п.).

Для самовозгорания отвальной массы необходима совокупность следующих физических условий:

а)    наличие материала, способного быстро окисляться при низких температурах;

б)    приток воздуха в количестве, достаточном для окисления этого материала;

в)    количество тепла, образующегося при окислении, превышает теплоотдачу в окружающую среду;

г)    время окисления при необходимом притоке воздуха достаточно для перехода процесса низкотемпературного окисления в самовозгорание.

Вероятность возникновения условий, благоприятных для образования очагов самовозгорания в породном отвале, зависит от химической активности (склонности к самовозгоранию) отвальной массы и техвологим складирования породы в отвал.

Химическая активность отвальной массы обуславливается, в первую очередь, содержанием в ней угля, углесодержаяих и сернистых материалов, а тавже их свойствами. Процесс низкотемпературного окисления угля и углесодержащих пород носит радикально-цепной характер. Количество радикальных групп, способных быстро окисляться при низких температурах, зависит от условий накопления материн-

5

свого вещества, степени метаморфизма и измельченности, С увеличением степени метаморфизма количество радивалов уменьшается*

При измельчении материалов, способных окисляться, ва счет неха-но-химичесних процессов происходят образование дополнительных радивалов, что приводит в повышению химичесной автиваости материала по мере его измельчения.

Технология отвадообразовання овазывает существенное влияние на распределение горючих веществ у поверхности и в теле отвала, на воздухопроницаемость отвала в её изменение во времени и по высоте. Тав при отсыпве породы под отвос происходит сегрегация отвальной массы по величине частиц и удельному весу,в результате чего образуются зовы с повышенным содержанием веществ, силовных в самовозгоранию. Кроме того, при этом в отвале создаются условия для образования потовов воздуха, способствующих образованию очагов самовозгорания. Сегрегация пород наблюдается при высоте отвосов более 10 м*

В связи с этим наиболее благоприятвые условия для самовозгорания создаются на терривонах и хребтовых отвалах* При складировании породы в пдосвие отвалы с отсыпкой под отвос складываются аналогичные условия, в результате чего горят оводо 45% таких отвалов.

Работы по профилавтиве самовозгорания дородных отвалов должны быть направлены на снижение влияния иди полное исключение одного или двух вышеуказанных физических условий, обуславливающих самовозгорание отвальной массы,

2. СИНЕНИЕ СКЛОННОСТИ ОТВАЛЬНОЙ МАССЫ К САМОВОЗГОРАНИЮ

Отвальная масса обычно содержит большое воличество горючих веществ в виде угля, сростков угля с пустой породой, углистых сланцев и аргиллитов, лесоматериалов и горючих соединений серы. Содержание угля в отвальной массе волеблется от 1-2 до 15-20%, причем в мелких фракциях содержание угля иногда превышает 35%« Горючие соединения серы содержатся в отвальной массе в количестве от 0,5 до 12,0% и выше.

6

Общее содержание горючих веществ в отвальной пассе составляет в среднем 25-30%, превышая в отдельных случаях 50% в расчете на сухую массу. Наибольшее количество угля содержится в отвальной массе, поступающей от проведения подготовительных выра-ботов по углю и породе одним забоем и зачистим горных выработок.

Для снижения содержания угля в отвальной массе в мировой превтмве применяются различные способы, причем большинство из них дает положительный эвономичесвий эффект.

Основным направлением является проведение подготовительных выработов с раздельной выемвой угля и породы. Лучшее разделение в атом случае достигается при установлении проходчесним бригадам плана по выемве угля и выплате премий при повышении выхода угля из проводимой выработан.

Порода, поступающая в отвал из различных источников, имеет значительную разницу в содержании горючих веществ. Кроме того, при отсыпие породы под отвос происходит сегрегация по нрупности в удельному весу, что приводит в образованию в отвале зон с повышенным содержанием горючих веществ, т.е. зон с повышенной хими-чесвой активностью отвальной массы, в которых образуются очаги самовозгорания.

Для предупреждения образования скоплений породы с повышенным содержанием горючих веществ не рекомендуется производить отсыпку породы под откос. Она должна размещаться слоями по всей пло-щади отвала, причем порода, поступающая после зачистки выработок или из забоев, проводимых по углю и породе без раздельной выемви, должна размещаться в центральной части отвалов в перемежку с породой из полевых выработок.

При содержании в породе более 30-35% горючих она должна переслаиваться или перемешиваться негорючими материалами (глиной, песком, мелкой породой из полевых выработок, перегоревшей породой

И Т.П.).

Одним из способов снижения химической активности отвальной массы является обработва её ингибиторами, антипирогенами, веществами, вступающими в химическое взаимодействие с радикальными труп пами или поврывающими поверхность нусиов породы защитными пленка-

ми. В качестве таких веществ, на основании исследований, проведенных с отвальной кассой шахт и обогатительных фабрив Донбасса, могут быть рекомендованы 2,5-10,0% раствор хлористого кальция, 5-10% раствор хлористого натрия (поваренной соли), 1-5% суспензии отходов содового производства. Обработка породной массы ин-гибиторами-антипирогевами может производиться путем орошения в породных бункерах, при погрузке в транспортные сосуды или на породном отвале. Расход раствора или суспензии антипирогена должен составлять 20-30 л на I м³ породы.

Снижение химической активности отвальной массы за счет окисления кислородом воздуха может достигаться путем складирования её слоями толщиной до 0,5 м. Тепло, образующееся при окислении, рассеивается в окружающую среду вследствие большой поверхности теплоотдачи.

3. УМЕНЬШЕНИЕ ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОДНОГО ОТВАЛА

Для снижения воздухопроницаемости породных отвалов имеется большое количество различных мероприятий, применение которых зависит от места заложения отвала, способа его формирования, склонности отвальной массы к самовозгоранию, источников получения отвальной массы и др.

Форма отвала оказывает существенное влияние на воздухопроницаемость краевых, наиболее подверженных самовозгоранию, частей отвала. Для снижения воздухопроницаемости необходимо, чтобы отвал имел круглую или овальную форму без резких выступов в угловых частях. Ликвидация резкого перехода от горизонтальной части к откосу также позволяет снизить количество воздуха, поступающего в отвал.

Для снижения воздухопроницаемости отвалов в зарубежных странах (Бельгия, Англия и др.) порода перед подачей на отвал дробится до крупности менее 50 мм. Дроблению породы предшествует выборка угля и дерева.

Значительное снижение проницаемости отвела происходит за счет укатки слоев транспортными средствами, бульдозерами, скреперами и специальными катками. Тан, после укатки бульдозером слоя

толщиной 0,5-1,0 м его проницаемость снижается в 5-10 раз*

Для снижения воздухопроницаемости отвосов производится их закрытие после отсыпки очередного сдоя породы труднопроницаемыми негорючими материалами (глиной, песком, глинистым грунтом, мелкой перегоревшей породой). Согласно данным Шахтинсного отделения МаяНИИ толщина слоя инертного материала должна составлять для глины с дополнительным уплотнением - 0,15-0,20 м, глины без уплотнения,суглинка, супеси и песка - 0,3-0,5 и, мелкой породы-1,0-1,5 м*

Наибольшее внимание должно быть уделено изоляции верхней трети склона и полосы аириной 5-7 м, приминающей н склону, так вал в этом месте во8нинают наибольшие перепады давлений под действием ветра* Так, при скорости ветре 15 м/сев в верхней части отвала высотой 30 м возникает перепад давлений, равный 2,7мм вод.ст. на I метр.

Уменьшение угла относа отвала с 38-40° до 20-25° снижает в 1,5-2,0 раза перепады давлений под действием ветра, а тавже дает возможность производить уватву относа бульдозером, что ещё больше снижает воздухопроницаемость и повышает устойчивость отвала*

Для снижения воздухопроницаемости породных отвалов используется чаще всего глина или суглинов, подаваемые на отвал в су-зом виде или в виде пульпы. Для доставки инертного материала на отвал используются автосамосвалы и скреперы. При небольших высотах отвалов закрытие отвосов производится экскаваторами с удлиненной стрелой*

Подача пульпы на отвал производится, обычно, насосами типа 9МГр. При высоте подачи до 60 м при проведении заиловочных работ можно рекомендовать гидроэлеваторы. Гидроэлеваторы имеют следующие преимущества:

а)    простота устройства;

б)    отсутствие движущихся частей;

в)    надежность в работе;

г)    малый износ;

д)    возможность изготовления в шахтных механичесних мастер

ских;

о

б) долговечность при перевачве высокообразивных материалов (веска, песчаво-глинкстых смесей);

х) высокая производительность в одном агрегате.

Гидроэлеваторы применялись для подачи пульпы при тушении породного отвала вахты им. Артема комбината Ростовуголь и показали хоровую работоспособность и высокую технологичность при наличии в глине твердых частиц крупностью до 30 им.

"Временной инструкцией по безопасной эксплуатации породных отвалов угольных вахт и обогатительных фабрик" для предупреждения саиовоэгорания плоских породных отвалов предусматривается послойное складирование пород с переслаиванием по контуру отвала негорючими материалами полосой 3 м при толщине слоя инертного мате -риала 0,23-0,30 м. При применении в качестве инертного материала глины, песка, инертной пыли или другого материала мелкого помола проницаемость отвала также снижается. Кроме того, при этом уменьшается содержание горючих веществ в зоне, примыкающей в относу отвала.

При складировании в балках или оврагах отвальной массы с высокой химической активностью может быть рекомендован способ предупреждения самовозгорания путем затопления породы в искус -ствевно созданном пруде. Б этом случае у нижней границы отвала создается дамба из утрамбованной породы с экраном из водонепроницаемых материалов, отвечающая всей требованиям для аналогичных гидротехнических сооружений (отстойники шахтных вод; аламоотстой-иикн, пруды и т.п.), с водоотводным ваналои. После заполнения емкости водой, в неё, начиная с верхней части балки, производят отсыпку породы до уровня дамбы.

Засыпанная породой емкость покрывается слоем глины толщи -ной 0,5 и и слоев грунта толщиной 0,2-0,3 и и может быть использована для сельскохозяйственных нужд.

Довольно часто инертный ыатериал, которым закрываются борта отвала, смывается осадками или сдувается ветрами. За счет этого на бортах образуются глубокие промоины, у которых могут возникать очаги самовозгорания. Укреплению откосов способствует посадка трав, деревьев и кустарников с мощной корневой системой. Выбор видов растений, которые хорошо приживаются на породных отвалах, должен производиться с учетом местных климатических уело-