Анотація до роботи:

Пудрик В.Ю. Розробка методу локального прогнозу пожежної небезпеки выемочного ділянки в процесу ведення гірничих робіт. Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 21.06.02 – Пожежна безпека. Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості Міністерства палива та енергетики України, Макіївка, 2003 р.

Дисертація присвячена питанням підвищення рівня протипожежного захисту гірничих виробок експлуатаційних дільниць шахт.

У роботі запропонований новий підхід до розробки методу прогнозу ендогенних пожеж у межах виїмкових дільниць, в основу якого покладений принцип, який полягає у визначенні ступеня впливу на пожежонебезпеку гірничогеологічних (товщина пласта, марка вугілля та ін.) і гірничотехнічних (порядок відпрацювання пласта, кількість повітря, що поступає на дільницю, повнота виїмки та ін.) чинників при відпрацюванні пласта. Це дозволило розробити математичну модель процесу самонагрівання вугільного скупчення з врахуванням конкретних гірничогеологічних умов, і на її основі розрахувати критичні значення величин скупчення і температури вугілля в них.

Математичним моделюванням самонагрівання вугілля з використанням даних шахт (величин скупчень і швидкості фільтрації через них повітря, теплопровідності вміщаючих порід) і даних лабораторних досліджень (хімічної активності вугілля, теплоти реакції окислення, коефіцієнтів дифузії кисню у вугіллі) отримані залежності для разрахунків динаміки температур вугілля в скупченні.

Експериментальними дослідженнями вугілля 28 шахт Донбасу в діапазоні марок від Д до Т розкрита природа критичної температури самонагрівання вугіль. Доведено, що критична температура зв'язана зі структурою вугілля. Установлено, що значення критичних температур самозаймання вугіль Донбасу коливаються від 60 до 120 ^оС. При цьому низькі температури відповідають пластам вугілля, на яких були часті випадки самозаймання, а високі – пластам, на яких випадків самозаймання не було, або були поодинокі.

Визначені теплоти реакцій окислення вугіль, які знаходяться в межах 12,010⁶18,910⁶ Дж/м³, значення яких збільшуються з ростом температури.

Визначені коефіцієнти дифузії для вугілля різних стадій метаморфізму, знаходяться в межах 2,510^-8210^-9 м²/с.

Вивчена здатність вугілля до подрібнення в залежності від ступеня метаморфізму, де показано, що вона зростає від антрацитів до вугілля осредніх стадій метаморфізму, а потім знижується для жирних і довгополум’яних.

Знайдено величини критичних розмірів скупчень вугілля, що дозволяють для конкретних умов їхнього перебування в межах выемочных ділянок визначити можливість самозаймання.

Визначені пожежонебезпечні швидкості фільтрації повітря через скупчення вугілля, що складають 0,510^-5210^-5 м/с у залежності від величини скупчення і властивостей вугілля.

Складено алгоритм прогнозу небезпеки самозаймання вугілля в процесі ведення гірничих робіт.

Основні результати роботи використані при розробці нормативного документу – «Настанова з попередження і гасіння ендогенних пожеж на вугільних шахтах України».

В диссертационной работе поставлена и решена актуальная научно-техническая задача прогноза эндогенной пожароопасности, заключающаяся в раскрытии особенностей формирования очагов самонагревания угля в пределах выемочного участка, что позволяет определять в ходе ведения горных работ места локального расположения пожароопасных скоплений угля и целенаправленно применять меры пожарной профилактики.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему.

1. Исследованы условия образования пожароопасных скоплений угля в выемочных участках и предложена схема их прогнозирования.

2. Показано, что наибольшие температуры вследствие самонагревания угля в скоплении наблюдаются на расстояниях 0,8…1,2 м от места проникновения в него кислорода и могут достигать критического значения, начиная от нескольких до 50…100 суток с момента начала процесса в зависимости от параметров, характеризующих источники и стоки теплоты.

3. Обосновано применение газовой хроматографии для экспресс-определения скорости окисления угля в динамическом режиме при импульсном вводе пробы кислорода в поток инертного газа-носителя, проходящего через навеску исследуемого угля.

4. Установлена зависимость константы скорости окисления угля от его фракционного состава и концентрации кислорода омывающего раздробленный уголь. При этом показано, что диаметр угольной частицы, при котором константа скорости окисления становится максимальной для различных углей, находится в пределах 0,02…0,05 мм.

5. Раскрыта природа критической температуры самовозгорания углей. Экспериментально доказано, что критическая температура связана не с химизмом протекания процесса окисления, а со структурой угля, которая претерпевает изменения при его измельчении. Установлено, что значения критических температур самовозгорания углей Донбасса колеблются в широком диапазоне – от 60 до 120 ^оС.

6. Разработан метод определения кинематических параметров окисления угля в проточном дифференциальном реакторе. Исследованы тепловые эффекты окисления углей Донбасса. Среднее значение теплоты реакции окисления для исследованных углей составляет 16,4 Дж/см³.

7. Исследованы фильтрационные и тепловые процессы в скоплениях угля, результаты которых используются при прогнозе эндогенной пожароопасности выемочных участков

8. Разработан метод локального прогноза эндогенной пожароопасности выемочного участка в процессе ведения горных работ, основными показателями которого являются критическая температура самовозгорания угля и максимально возможная температура в выработанном пространстве.

9. Показано, что рекомендуемый метод локального прогноза эндогенной пожароопасности экономически эффективен:

а) экономический эффект от его внедрения на 18 шахтопластах Донбасса составил 609,2 тыс. грн. в год;

б) ожидаемый экономический эффект при внедрении метода на всех пологих и наклонных пластах угля, склонных к самовозгоранию, составляет более 1 млн. грн. в год.

Публікації автора:

1. Березовский А.А., Греков С.П., Пудрик В.Ю. Динамика процесса самонагревания плоского слоя скопления угля // Вестник Херсонского технического университета. – 2002. - № 2(15). – С. 67-70.

2. Пашковский П.С., Греков С.П., Пудрик В.Ю., Кузьмин С.П. Математическое моделирование процессов окисления и самовозгорания угля // Проблемы пожарной безопасности. Ликвидация аварий и их последствий: Тез.докл. Междунар. науч.-практ. конф.– Донецк, НИИГД, 2002. – С. 106-108.

3. Пудрик В.Ю. Влияние химической активности угля на эндогенную пожароопасность шахтопластов в пределах выемочного участка // Горноспасательное дело: Сб.науч.тр.– Донецк: НИИГД, 2002. – С. 125-130.

4. Березовский А.А., Греков С.П., Пудрик В.Ю. Нелинейные задачи термодиффузии с реакцией и конвекцией // Проблеми математичного моделювання сучасних технологій (ПММ-2002): Тез. докл. Мат. Міжнар. науково-технічної конференції. – Хмельницький, 2002. – С. 149-150.

5. Чумак А.С., Греков С.П., Пудрик В.Ю. Метод прогноза эндогенной пожароопасности выемочного участка в процессе ведения горных работ // Горноспасательное дело: Сб.науч.тр.. – Донецк: НИИГД, 2003. – С. 5-11.

6. Пудрик В.Ю. Математическое моделирование процесса самовозгорания плоского скопления угля // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб.науч.тр. / МакНИИ. – Макеевка, 2003. – С. 175-183.

7. Чумак А.С., Греков С.П., Пудрик В.Ю. Расчет основных параметров самонагревания слоя скопления угля // Проблемы охраны труда и техногенно-экологической безопасности. Мат. 8-ой Международной научно-технической конференции. – Севастополь, 2003. – С. 58-59.

8. Пудрик В.Ю. Определение пожароопасной скорости фильтрации воздуха через угольное скопление // Науковий вісник Українського НДІ пожежної безпеки. – Київ, № 1(5), 2002. – С. 171-176.

9. Пудрик В.Ю. Влияние схем проветривания выемочных участков на эндогенную пожароопасность // Уголь Украины, № 2, 2003. – С. 28-29.

10. Пудрик В.Ю. Метод локального прогноза эндогенной пожароопасности выемочных участков шахт // Сб. науч. тр. Нац. гор. Университета. № 17, т.2. – Днепропетровк, 2003. – С. 404-408.

11. Пудрик В.Ю. Локальный прогноз опасности самовозгорания угля в шахтных условиях // Пожежна безпека: Зб. наук. праць. – Львів, 2003. –
    С. 106-112.