ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ Н АУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакНИИ

МЕТОДИКА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ И ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК ДОНБАССА

Макеевка—Донбасс 19 7 6

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МакНИИ

Утверждено Управлением техники безопасности и промсанитарии Мннуглепрома СССР 30 декабря 1975 г.

МЕТОДИКА определения пожаробезопасных параметров плоских породных отвалов угольных шахт и обогатительных фабрик Донбасса

Макеевка-Донбасс 19 7 6

- II -

Шаг сетки отбора проб

£=JL.    CIS)

4.3.2* Отбор проб из потока*

Из потока пробы (порции) отбирают непосредственно с конвейерных нент %т В пестах перегрузки в течение IG дней по 3 пробы в сутки (I проба в смену) массой, указанной в п.4.3.1. Отбор проб производят вручную или с помощью приспособления (рамы), внедряемого в отвальную массу до транспортирующей поверхности перпендикулярно направлению движения потока.

Частичные пробы ссыпают з кучу, тщательно перемешивают, з результате чего получают среднюю первичную пробу, из которой квартованием отбирается проба весом 20-23 Кг, используемая после разделывания до класса крупности 0,35-0,50 т для определения анергии активации, показателя химической активности, зольности и действительной плотности* Оставшаяся часть пробы предназначена для определения ситового состава отвальной массы.

Рабочую влагу определяют по пробам, набранным в точках замера теплопроводности в герметические емкости.

4.4. Средний диаметр частиц отвальной массы»

Средний диаметр частиц отвальной массы определяют на основании данных ситового анализа средней первичной пробы по формуле

При ситовом анализе рекомендуется выделять следующие классы принести > 150, 100-150, 50-100, 25-50, 13-25, 6-13, 3-6, 1-3 и 0-1 мм. Куски размером более 300 мм исключают из пробы.

4.5. Рабочая влага отвальной ассы (W**)-

Рабочую влагу отвальной массы определяют по ГОСТ II0I4-7Q “Методы определения содержания влага*.

- 13 -

Рис.З. Установка для определения химической активности отвальной массы

- 15 -

где Е - энергия активации, ккад/кмоль.

Величины ЬхЫЦ^р- u In Eft    <*©РУ*    и    графика    для

двух точек прямой, соответствующих температурам Т* и Т • Для Т₀=298 и Т к по графику определяют величины tn In    ,    а

затем вычисляют значения Еп    ,    которые    используют    для

определения показателя химической активности по формуле

^    WS-iO^'f    к 20,5    (18)

Кт- ----_т-ⁱⁿ    ~о7''

где Кт - показатель химической активности, кг/м^.с;

ni - масса испытываемой пробы, кг.

Проводят не менее 3-4 определений, по которым определяют среднее значение Е , а также средние значения Кто и Кг*.

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ

Параметры индивидуальных плоских отвалов, проектируемых для действующих шахт и обогатительных фабрик взамен отвалов других форм, определяют расчетные путем на основании лабораторных и натурных исследований на действующих отвалах этих предприятий по методам, описанным в разделе 4. Ь этом случае коэффициент теплопроводности и насыпную плотность определяют в зоне свежей отсыпки в верхней части террикона или хребтового отвала на негорящих площадях.

Параметры для проектируемых групповых и центральных отвалов, а также для индивидуальных отвалов проектируемых шахт и обогатительных фабрик приведена в табл.1.

Таблица I

- 16 -

6- ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКОГО ОТВАЛА

Порядок расчета показан на примере действующего плоского отвала шахты № 21 шахтоуправления им.Девятой пятилетки производственного объединения "Макеевуголь”, добывающей угли марки К. На отвал поступает в сутки в среднем 630 т породы* которую отсыпают под откос* Ширина зоны отсыпки составляет 40 м, а высота отвала в зоне отсыпки равна 15 м*

6.1. Для определения коэффициента теплопроводности отвальной массы был использован прибор со следующими данными: £ = 0,52 м,

Ra= 0,55 и

_{т а} 1215,82_______

+ 0,11356

Результаты замеров сопротивлений термистора ( ft ) во времени (Z ) в режимах нагревания и охлаждения приведены в таблице 2.

Таблица 2

	Режим	нагревания		1 i	Режим	охлаждения _
	! Ъш. ! Т. !		/в г	! gyrt 1	! £* ее*г !	т л« !	,с , L
							■су ____
			&				Г с/' с-у
9950	19	312,50	1,28	9300	483	314,88	1,50
9920	21	312*60	1,33	9350	488	314,69	1,38
9880	26	312*74	1,41	9410	495	314,46	1,25
9830	33	312*92	1,52	9500	509	314,13	1,09
9780	40	313,11	1,60	9600	537	313,75	0,89
9710	48	313,36	1,68	9690	592	313,43	0,68
9600	76	313,71	1,88	9800	736	313,03	0,44
9530	118	314,01	2,07
9310	380	314,84	2,58
9260	468	315,03	2,67

В режиме нагревания 3    *    0,403    а    У*    3,46    6 . Время пере

хода с одного режима на другой Ti = 468 с. По вычисленным значениям Т, (для нагревания) и [а -X, (для охлаждения) с помощью графика (рис.2) находим * С-и

- 17 -

taoCou.MMГ313.12 _{= I>78},

^?    I,5-0,5

По формуле (II) рассчитываем коэффициенты теплопроводности Лмагр* 0.564.НГ⁴ а Лохл = 0,571 ЛоЛ^^рад •

Среднее значение коэффициента теплопроводности по определениям в 3 точках равно

6.2. Исходные данные и рассчитанные по формуле (12) значения насыпной плотности для 10 точек приведены в табл.З.

Таблица 3

№ j ТОЧКИ 1	Объем песка, м3	~Т“ I 1	Вес породы, кг	| Насыпная плот-j ность,кг/мз
I	0,040		56,41	1410
2	0,032		51,49	1610
3	0,045		60,75	1350
4	0,047		69,59	1480
5	0,035		53,15	1520
6	0,035		46,50	1330
7	0,049		69,57	1420
8	0,045		68,80	1530
9	0,043		63,22	1470
10	0,038		63,80	1680

Среднее значение насыпной плотности равно

у ₌ Ц$к ₌_1±§00-„ _{IW0 кг/и}э

П    10

6.3. Отбор проб был произведен с горизонтальной поверхности плоского отвала в зоне свежей отсыпки.

Для 30 частичных проб по формуле (13) N =2.31. Поэтому число рядов, параллельных откосу^принимаем равным 3. Тогда по формуле (14) количество точек в ряду ( П# ) равно 10 и по формуле (15) шаг сетки отбора проб ( t ) составляет 4 м. Вес каждой частичной пробы равен 20 кг, а вес полученной средней первичной пробы -

$0О*г.

-18-

6.4. Результаты ситового анализа средней первичной пробы весом О = 579 кг приведены в табл.

Таблица 4

6.5.    Среднее значение рабочей влаги, определяемой по ГОСТ II0I4-7Q, равно

V/^p* 3,5 +    ₌    3_f6jj    _e

6.6.    Среднее значение зольности отвальной массы, определяемой по ГОСТ 11022-64, равно

Р,^С = 73,0+72,4 . _{= 72    #}

2

6.7.    Среднее значение действительной плотности отвальной массы, определяемой по ГОСТ 2160-62, равно

р = Щ0|Щ0 _{=    1840    кг/},_мэ    _#

6.8. Исходные данные, полученные из опыта для определения энергии активации и показателя химической активности, а также расчетные значения 300 и    приведены    в    табл.5.

Т

- 19 -

Таблица 5

:-г время с начала ; опыта, мин ; L ,°с | in ,°с | 0, ,% | 300 1 т 120 340 30 20,6 0,9900 -4,1994 240 48 45 20,2 0,9433 -3,3694 360 63 60 19,4 0,9009 -2,6231 480 78 75 Д8,0 0,8620 -1,9010

По значениям ^2 _и tn In    в этих же координатах

проводят прямую (рис.З), по которой с применением формулы (17) определяют энергию активации

Е я 596    -    XI500 ^ккал- ■ .

1,0-0,9    кмоль

Среднее значение энергии активации по 4 определениям

равно __

£ в II50Q+II030tII680+3S50 _я ххз^ ^ккал •

4    кмоль

По формуле (2) Тк = 313°К*

Для То = 298° К и Тк = 313°К по графику определяют значения

[ft    ,    равные соответственно -4,60 и -3,70, Найденным

значениям соответствуют расчетные значения In , равные

1,005.Ю"² и 2,473 Л0"².    ²

По формуле (18) при Ш = 1,0 кг получаем Кт* * 0,035Л0~⁸ и

К_Тк = О^ВбЛО"⁸ кг/м2.с.

Средние значения показателей химической активности равны Кто « StS^tP-iPA*⁰1.°^28,»01⁰³⁶ _а 0,030Л0^ч8кг/11².с.

К Тк * Qi⁰^+°i⁰^t0i092t0_tI02 _я о,081 Л О"⁸ кг/м².с.

6.9. Расчет пожаробезопасных параметров плоского отвала приведен ниже.

По формуле (6) S =-ZiZiIii§0—    в 893 м^/м³.

1850.6,9.Ю^-а

По .формуле (7) Г^с=    =    о,223    доли    единицы.

1. ВВЕДЕНИЕ

Соглаоно Инструкции по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов (Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. Издательство ^пНедра^п,М, 1973) при формировании плоских породных отвалов толщина слоя не должна превышать на индивидуальном шахтном отвале I M_t на индивидуальном отвале обогатительной фабрики 0*5 м и на отвале, общем для шахты и обогатительной фабрики,0*75 м.

Настоящая Методика позволяет определять пожаробезопасные параметры дифференцированно для каждого плоского породного отвала в зависимости от воздухопроницаемости, удельной поверхности, теплопроводности, химической активности отвальной массу и содержания в ней горючих веществ. В результате такого подхода толщина слоя для большинства отвалов может быть значительно увеличена по сравнению с требованиями Инструкции.

Проектирование и эксплуатация плоских породных отвалов с пожаробезопасными параметрами, определяемыми по Методике, допускаются только после согласования их в каждом конкретном случае с Управлением соответствующего округа Госгортехнадзора.

Методика разработана на основании исследований МакНЙИ, проведенных в 1972-1974 годах,и предназначена для проектных институтов и МакНЙИ.

Методика составлена к.т.н.В.И.Саранчуком, иня.В.К.Раскид-

киным.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пожаробезопасные параметры плоских породных отвалов, к которым относятся толщина одновременно отсыпаемого слоя породы и размер его по контуру отвала» подлежащий изоляции, устанавливают* конкретно для каждого отвала при юс проектировании.

Пожаробезопасные параметры индивидуальных плоских отвалов для действующих вахт и обогатительных фабрик рассчитывают по формулам (I) и (8) раздела 3, а для проектируемых шахт и обогатительных фабрик принимают по таблЛ.По этой же таблице устанавливают пожаробезопасные параметры для групповых и центральных плоских отвалов*

Принятые по таблице параметры могут быть уточнены в процессе эксплуатации породного отвала путем расчета их по формулам (I) и (8).

Повторные определения пожаробезопасных параметров производят в тех случаях, когда источники поступления породы изменяются более чем на 30jt. Для индивидуальных отвалов шахт эти изменения заключаются в отработке новых штатов или свиты пластов, для индивидуальных отвалов фабрик, а также для групповых и центральных отвалов - при изменении состава поставщиков или отработке отдельными из них новых пластов или их свит.

3. РАСЧЕТ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫ! ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ

Максимальную толщину одновременно отсыпаемого слоя породы определяют по формуле

И -    i¹’⁵⁷    '    ^azcsm    oi)    • CI)

где H - пожаробезопасная высота одновременно отсыпаемого слоя породы, м;

Л - коэффициент теплопроводности породной массы в отвале, ккал/м.с*град;

Тк - температура, при достижении которой процесс самонагревания отвальной массы протекает необратимо,°К;

298 - максимальная среднеоуточная температура воздуха,°К;

t - ширина изолируемой полосы, и;

К₍ - коэффициент проницаемости порочней массы отвала,м Коэффициент проницаемости породной массы определяют по

К',= 2,95ю³П²'^АЧ\ (9)

где П - пористость породной массы отвала, доли единицы*

При этом пористость породной массы отвала равна

п_я £±Li*niL,    (Ю)

где \Л/ - рабочая влага породной массы, доли единицы.

Таким образом, для установления пожаробезопасных параметров плоских породных отвалов необходимо определить непосредственно на отвале значения J, , Г ив лабораторных условиях значения Clf, р, VI\ fi^c, Е, Кт_к и Кто.

^J    4.    ОПРЕДЕЛЕНИЕ    ВЕЛИЧИН, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ

РАСЧЕТА ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ 4.1. Коэффициент теплопроводности отвальной массы ( Я ).

Для определения коэффициента теплопроводности отвальной массы рекомендуется метод цилиндрического зонда,который детально описан в "Методическом пособии по инженерно-геологическому изучению горных пород" (издательство Московского университета, 1968 т.2, стр.94-98). Схема прибора показана на рис.1. Зонд представляет собой медную трубку (I) с внешним диаметром 6 мм и длиной 50 см, внутри которой натянута нагревательная нить (2) из константана диаметром 0,2 мм. Нижний конец нити подпаян к коническому наконечнику зонда. Температуру зонда определяют с помощью термосопроткв-ления (5), подключенного к мосту постоянного тока типа М0^62 (4). Все внутреннее пространство трубки заполнено сплавом Вуда. Источником питания (Б) служат 6 батарей КЫГ-ЮД. Реостат ( R_p) позволяет устанавливать величину подводимой к зонду мощности с помощью амперметра ( {\ ) и вольтметра ("V )• Переключатель ( П ) подсоединяет к питанию либо нагреватель, либо балластное сопротивление ( R$ ), величина которого равна сопротивлению нагревателя.

Определение коэффициента теплопроводности производят следующим образом.В отвальной массе перпендикулярно к горизонтальной поверх-

- 8 -

нооти отвала стальным стержнем пробивают отверстие диаметром 6,0 т и длиной 50 см, вставляют зонд, смазанный для лучшего термического контакта тонким слоем технического вазелина, и выдерживают его в течение I ч. Затем по балластному сопротивлению устанавливают необходимый ток (примерно 0,4А). С помощью переключателя (П) включают нагреватель и фиксируют во времени (£) изменение температуры зонда в течение 8-12 мин. После чего ток выключают (время Zi ) и записывают ход охлаждения. По полученным значениям сопротивления ( R ) и характеристике термистора рассчитывают температуру и строят график температуры^ зависимости от Ь^Х для нагревания и в зависимости от to уД—    для охлаждения (рис.2). Точек замеров должно

быть достаточно для построения линейной зависимости (не менее восьми), по которой определяют тангенсы углов наклона для ветви нагревания ( iq <Ж_Чсир.) и ветви охлаждения (    Коэффициент

теплопроводности определяют отдельно для ветви нагревания и ветви охлаждения по формуле

1    4.39&    Ю^}1    (V-JR*) к«ао/ (И)

/н.с.град*

где 3    - ток в нагревателе, А,

V - напряжение на нагревателе. В*

- внутреннее сопротивление амперметра, l\i,

£    - длина нагревательной нити, м.

Замеры производят не менее чем в > точках на горизонтальной площадке на расстоянии Ъ\6 и 9 ы от кромки откоса отвала, и по их результатам определяют среднюю величину коэффициента теплопроводности.

4.2. Насыпная плотность ( У ).

Насыпную плотность отвальной массы на породном отвале рекомендуется определять методом “лунки", который заключается в следующем. На горизонтальной поверхности отвала выкапывают лунку объемом 0,034),05 м⁸ в зависимости от крупности породы. Породу, вынутую из лунки, взвеиивают. Дно лунки закрывают мягкой бумагой и заполняют лунку сухим песком, объем которого замеряют мерной емкостью. Насыпную плотность определяют по формуле

КГ/М³, (12)

* 10 -

где G -вес породи, вынутой из яу нкы, кг;

V - обвей песка, заполнившего лунку, м³.

Определение насшшой плотности производят п'е менее, чем в 10 точках по двум нормалям в откосу отвала на расстояний 0,5;

2,0| 5,0; 10 и 15 м от откоса. По результатам определений вычисляю? среднее значение насыпного веса для данного отвала.

4*3. Отбор а обработка проб для лабораторных испытаний.

Отбор проб отвальной массы производят на поверхности отвала в воне озекей отсылки или т потока.

4.5Л* Отбор проб т поверхности отвала.

Отбор проб производят вручную штыковой лопатой или другими приспособлениями. Количество отбираемых частичных проб (порций) должно быть не иенее 30. Масса порций для шахтных отвалов не менее 20 кг, а обогатительных фабрик - 10 кг. Порции отбирают по всей горизонтальной поверхности зоны свежей отсыпки по квадратной сетке. Для этого горизонтальную поверхность в зоне отсыпки за 10 дней параллельными линиями делят на равные квадраты (мысленно наложением сетки или другими способами).

«    -    сшишшап twiuxnuux© ихмидвнии ыаиим, т/и ,

Н - высота слоя отсыпки, и;

В    - ширина зоны отсыпки, м;

t[    - количество частичных проб.

Величины, равные 0,1 и более,приравнивают я единице, а менее 0,1-отбрасывшот.

Цервый ряд точек располагают на расстоянии 0,5-1,0 м от кромки откоса.

Количество точек в рг ду

(14)