2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/PMI.2020.6.3 pmi-13356 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13356 Горное дело Mining Results of the study of kinetic parameters of spontaneous combustion of coal dust Результаты исследования кинетических параметров самовозгорания каменноугольной пыли Rodionov Vladimir A. Родионов В. А. Rodionov Vladimir A. 79213258397@mail.ru 0000-0003-2398-5829 Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia) Tursenev Sergei A. Турсенев С. А. Tursenev Sergei A. stursenev@yandex.ru Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia (Saint Petersburg, Russia) Skripnik Igor L. Скрипник И. Л. Skripnik Igor L. kafedra_pbtp@mail.ru Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia (Saint Petersburg, Russia) Ksenofontov Yurii G. Ксенофонтов Ю. Г. Ksenofontov Yurii G. kafedra_pbtp@mail.ru Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia (Saint Petersburg, Russia) 29 12 2020 2020 246 617 622 16 05 2020 30 07 2020 29 12 2020 © 2020 В. А. Родионов, С. А. Турсенев, И. Л. Скрипник, Ю. Г. Ксенофонтов © 2020 Vladimir A. Rodionov, Sergei A. Tursenev, Igor L. Skripnik, Yurii G. Ksenofontov 2020 В. А. Родионов, С. А. Турсенев, И. Л. Скрипник, Ю. Г. Ксенофонтов Vladimir A. Rodionov, Sergei A. Tursenev, Igor L. Skripnik, Yurii G. Ksenofontov Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13356

Статья посвящена исследованию проблемы самовозгорания энергетических марок каменных углей не только при складировании, но и в процессе транспортировки. В качестве основных образцов для исследования были отобраны энергетические марки каменных углей СС и Ж. Основной задачей научного исследования являлось изучение скорости охлаждения и нагревания каменных углей в зависимости от их теплофизических параметров и параметров окружающей среды. Для решения поставленной задачи авторы применяли как авторские установки, предназначенные для исследования теплофизических параметров процесса самовозгорания (метод Я.С.Киселева), так и прибор синхронного термического анализа NETZSCH STA 449 F3 Jupiter, программный пакет NETZSCH Proteus Termal Analysis. На основании комплексного исследования процесса самовозгорания авторами статьи получены кинетические характеристики процесса самонагревания (энергия активации и предэкспоненциальный множитель). Представлены номограммы допустимого размера сосредоточения углей разных типов и форм скопления в зависимости от температуры окружающей среды, даны практические рекомендации по профилактике (недопущению) самовозгорания каменноугольного топлива.

The article is devoted to the study of the problem of spontaneous combustion of energy grades of coal not only during storage, but also during transportation. As the main samples for the study, the energy grades of SS and Zh coals were selected. The main task of the scientific research was to study the rate of cooling and heating of coal depending on their thermophysical parameters and environmental parameters. To solve this problem, the authors used both the author's installations designed to study the thermophysical parameters of the spontaneous combustion process (the Ya.S.Kiselev method), and the NETZSCH STA 449 F3 Jupiter synchronous thermal analysis device, the NETZSCH Proteus Termal Analysis software package. On the basis of a complex study of the spontaneous combustion process, the authors of the article obtained the kinetic characteristics of the spontaneous heating process (activation energy and pre-exponential multiplier). Nomograms of the permissible size of coal density of different types and shapes of accumulation depending on the ambient temperature are presented, practical recommendations for the prevention (avoidance) of spontaneous combustion of coal fuel are given.

 Ключевые слова топливо уголь пожарная опасность кинетические характеристики испытания тип форма скопление самовозгорание Keywords coal fire hazard kinetic characteristics tests type shape accumulation spontaneous combustion Бабкин В.А. Развитие угольной промышленности Российской Федерации на примере инновационного кластера Кемеровской области «Комплексная переработка угля и техногенных отходов» // Уголь. 2016. № 3 (1080). С. 50-52. DOI: 10.18796/0041-5790-2016-3-50-52 Babkin V.A. Coal industry development in the Russian Federation using the example of the innovative territorial cluster “Integrated coal and industrial wastes processing” in the Kemerovo region. Ugol. 2016. N 3 (1080), p. 50-52. DOI: 10.18796/0041-5790-2016-3-50-52 (in Russian). Горишов В.И. Самовозгорание веществ и материалов. М.: ВНИИПО, 2003. 444 с. Gorshkov V.I. Spontaneous combustion of substances and materials. Мoscow: VNIIPO, 2003, p. 444 (in Russian). Жихарев С.Я. Исследование технологических свойств и показателей взрывопожароопасности каменноугольной пыли инновационными методами / С.Я.Жихарев, В.А.Родионов, Л.В.Пихконен // Горный журнал. 2018. № 6. С. 45-49. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.09 Zhikharev S.Ya., Rodionov V.A., Pikhkonen L.V. Innovative methods for investigating technological properties and explosion/fire risk data of coal dust. Gornyi zhurnal. 2018. N 6, p. 45-49. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.09 (in Russian) Информационный бюллетень Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Управление по надзору в угольной промышленности. Угольная промышленность. 2016. № 4 (85). С. 1-7. Bulletin of the Federal service for environmental, technological and nuclear control. Upravlenie po nadzoru v ugolnoi promyshlennosti. Ugolnaya promyshlennost. 2016. N 4 (85), p. 1-7 (in Russian). Киселев Я.С. Стандартный и научный подходы к определению условий возникновения горения / Я.С.Киселев, О.А.Хорошилов // Пожаровзрывобезопасность. 2004. Т. 13. № 6. С. 45-52. Kiselev Ya.S., Khoroshilov O.A. Standard and scientific methods for determining the conditions of combustion occurrence. Pozharovzryvobezopasnost. 2004. Vol. 13. N 6, p. 45-52 (in Russian). Киселев Я.С. Физические модели горения в системе пожарной безопасности / Я.С.Киселев, О.А.Хорошилов, Ф.В.Демехин. СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2009. 339 с. Kiselev Ya.S., Khoroshilov O.A., Demekhin F.V. Physical models of combustion in the fire safety system. St. Petersburg: Izd-vo Politekhnicheskogo un-ta, 2009, p. 339 (in Russian). Маринин М.А. Моделирование режима протекания процесса сварки плоских листовых деталей взрывом / М.А.Маринин, С.В.Хохлов, В.А.Ишейский // Записки Горного института. 2019. Т. 237. С. 275-280. DOI: 10.31897/PMI.2019.3.275 Marinin M.A., Khokhlov S.V., Isheiskii V.A. Modeling of the Welding Process of Flat Sheet Parts by an Explosion. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 237, p. 275-280. DOI: 10.31897/PMI.2019.3.275 Москаленко А.Д. Пожарные ситуации при перевозке каменных углей / А.Д.Москаленко, Т.В.Плют // Транспортное дело России. 2015. № 6. С. 145-148. Moskalenko A.D., Plyut T.V. Fire Situation on Transporting Coals. Transport Business of Russia. Transportnoe delo Rossii. 2015. N 6, p. 145-148 (in Russian). Некоторые проблемы пожарной безопасности складов угля / В.С.Клубань, В.В.Воробьев, С.А.Горячев, С.В.Молчанов // Технологии техносферной безопасности. 2011. № 5 (39). 11 с. Kluban V.S., Vorobjov V.V., Goryachev S.A., Molchanov S.V. Some of the Problems of Fire Safety Storage of Coal. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti. 2011. N 5(39), p. 11 (in Russian). Портола В.А. Развитие процесса самовозгорания в скоплении предварительно охлажденного угля / В.А.Портола, Н.Л.Галсанов, Н.Ю.Луговцева // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013. № 1 (95). С. 49-52. Portola V.A., Galsanov N.L., Lugovtseva N.Yu. Process Development of Spontaneous Combustion in the Cluster of Previously Cooled Coal. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2013. N 1 (95), p. 49-52 (in Russian). Предотвращение распространения взрывов метана и пыли в угольных шахтах / Л.М.Пейч, Х.Г.Торрент, Н.Ф.Аньез, Х.-М.М.Эскобар // Записки Горного института. 2017. Т. 225. С. 307-312. DOI: 10.18454/PMI.2017.3.307 Peich L.M., Torrent Kh.G., Anez N.F., Eskobar Kh.-M.M. Preventing propagation of explosions of methane and dust in coal mines Journal of Mining Institute. Vol. 225, p. 307-313. DOI: 10.18454/PMI.2017.3.307 Родионов В.А. Анализ применения методов термического анализа для оценки взрывопожароопасных свойств каменного угля Соколовского угольного месторождения / В.А.Родионов, Л.В.Пихконен, С.Я. Жихарев // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2017. Вып. 3. С. 84-93. Rodionov V.A., Pikhkonen L.V., Zhikharev S.Ya. Analyzing application methods of thermal analysis for evaluation of explosive properties of Sokolovsky deposit coal. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o zemle. 2017. Vol. 3, p. 84-93. Совершенствование требований к показателям углей для пылевидного сжигания на ТЭС и методов их опробования / Н.В.Чернявский, А.В.Косячков, Ю.Н.Филиппенко, Е.В.Рудавина, А.Н.Воронов // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2013. Вып. 5. С. 137-149. Chernyavskiy N.V., Kosyachkov A.V., Filippenko Yu.N., Rudavina E.V., Voronov A.N. Development of Performance Requirements of Coals for the Pulverized Combustion and of the Methods of Their Sampling and Testing. Sovremennaya nauka: issledovaniya, idei, rezultaty, tekhnologii. 2013. Vol. 5, p. 137-149 (in Russian). Теория горения и взрыва метана и угольной пыли / И.Е.Колесниченко, В.Б.Артемьев, Е.А.Колесниченко, В.Г.Черечукин, Е.И.Любомищенко // Уголь. 2016. № 6 (1083). С. 30-35. DOI: 10.18796/0041-5790-2016-6-30-35 Kolesnichenko I.E., Artemyev V.B., Kolesnichenko E.A., Cherechukin V.G., Lubomischenko E.I. The Theory of Combustion and Explosion of Methane and Coal Dust. Ugol. 2016. N 6 (1083), p. 30-35. DOI: 10.18796/0041-5790-2016-6-30-35 (in Russian). Турсенев С.А. Пожарная опасность самовозгорания при транспортировке углей морским транспортом // Морской вестник. 2010. № 3 (35). С. 70-73. Tursenev S.A. Fire Risk of Self-Ignition During Transit of Coals by Sea Transport. Morskoi vestnik. 2010. N 3 (35), p. 70-73 (in Russian). Aleksandrova T.N. Microwave Treatment to Reduce Refractoriness of Carbonic Concentrates / T.N.Aleksandrova, A.V.Afanasova, A.V.Aleksandrova // Journal of Mining Science. 2020. № 1. P. 136-141. DOI: 10.1134/S1062739120016576 Aleksandrova T.N., Afanasova A.V., Aleksandrova A.V. Microwave Treatment to Reduce Refractoriness of Carbonic Concentrates. Journal of Mining Science. 2020. N 1, p. 136-141. DOI: 10.1134/S1062739120016576 Analytical prediction of coal spontaneous combustion tendency: Velocity range with possibility of self-ignition / Q.Lin, S.Wang, Y.Liang, S.Song, T.Ren // Fuel Processing Technology. 2017. Vol. 159. P. 38-47. DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.09.027 Lin Q., Wang S., Liang Y., Song S., Ren T. Analytical prediction of coal spontaneous combustion tendency: Velocity range with possibility of self-ignition. Fuel Processing Technology. 2017. Vol. 159, p. 38-47. DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.09.027 Fomin S.I. Determining Length of Mining Front in Non-Blast Open Mining of Complex Structure Carbonate Deposits / S.I.Fomin, I.P.Vinogradov, N.S.Lapshin // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020. Vol. 15. P. 94-98. DOI: 10.36478/jesaci.2020.94.98 Fomin S.I., Vinogradov I.P., Lapshin N.S. Determining Length of Mining Front in Non-Blast Open Mining of Complex Structure Carbonate Deposits. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020. Vol. 15, p. 94-98. DOI: 10.36478/jeasci.2020.94.98 High production indexes and the key factors in coalbed methane production: A case in the Hancheng block, southeastern Ordos Basin, China / J.Zhao, D.Thang, H.Xu, Y.Lu, S.Tao // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2015. Vol. 130. P. 55-67. DOI: 10.1016/j.petrol.2015.03.005 Zhao J., Thang D., Xu H., Lu Y., Tao S. High production indexes and the key factors in coalbed methane production: A case in the Hancheng block, southeastern Ordos Basin, China. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2015. Vol. 130, p. 55-67. DOI: 10.1016/j.petrol.2015.03.005 Magomet R.D. Methodological approach to issue of researching dust-explosion protection of mine workings of coal mines / R.D.Magomet, V.A.Rodionov, V.B.Solovev // International Journal of Civil Engineering & Technology. 2019. Vol. 10. Iss. 2. P. 1154-1161. Magomet R.D., Rodionov V.A., Solovev V.B. Methodological approach to issue of researching dust-explosion protection of mine workings of coal mines. International Journal of Civil Engineering & Technology. 2019. Vol. 10. Iss. 2, p. 1154-1161. Melody S.M. Coal mine fires and human health: What do we now? / S.M.Melody, F.H.Johnston // International Journal of Coal Geology. 2015. Vol. 152. Part B. P. 1-14. DOI: 10.1016/j.coal.2015.11.001 Melody S.M., Johnston F.H. Coal mine fires and human health: What do we now? International Journal of Coal Geology. 2015. Vol. 152. Part B, p. 1-14. DOI: 10.1016/j.coal.2015.11.001 Research on characteristic parameters of coal dust explosion / Weiguoa Cao, Sen Xu, Liyuana Huang, Jianxinh Zang, Shanshana Qiu, Feng Pan // Procedia Engineering. 2012. Vol. 45. P. 442-447. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.08.183 Weiguoa Cao, Sen Xu, Liyuana Huang, Jianxinb Zang, Shanshana Qiu, Feng Pan. Research on characteristic parameters of coal dust explosion. Procedia Engineering. 2012. Vol. 45, p. 442-447. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.08.183 Thermal behavior and micro characterization analysis of second-oxidized coal / J.Deng, J.U.Zhao, Y.N.Zhang, C.P.Wang, A.C.Huang, C.M.Shu // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017. Vol. 127. Iss. 1. P. 439-448. DOI: 10.1007/s10973-016-5493-8 Deng J., Zhao J.U., Zhang Y.N., Wang C.P., Huang A.C., Shu C.M. Thermal behavior and micro characterization analysis of second-oxidized coal. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017. Vol. 127. Iss. 1, p. 439-448. DOI: 10.1007/s10973-016-5493-8 Zhang L. Rheological characteristics of foamed gel for mine fire control / L.Zhang, B.Qin // Fire and Materials. 2016. Vol. 40. Iss. 2. P. 246-260. DOI: 10.1002/fam.2283 Zhang L., Qin B. Rheological characteristics of foamed gel for mine fire control. Fire and Materials. 2016. Vol. 40. Iss. 2, p. 246-260. DOI: 10.1002/fam.2283