Адекватность применимости критериев оценки склонности к самовозгораемости углей Печорского и Кузнецкого бассейнов

Проведено исследование применимости критериев склонности углей к самовозгоранию, определенных для углей Печорского бассейна, к углям Кузнецкого бассейна. В исследовании применялся предложенный нами метод определения склонности углей к самовозгоранию, основанный на экспериментальных зависимостях изменения массы угля и скорости изменения массы, полученных методом термогравиметрического анализа в температурной области, характерной для процесса окисления и сорбции кислорода. Анализ образцов углей, отобранных из пластов Печорского бассейна, позволил выявить различия в поведении углей, склонных и не склонных к самовозгоранию при нагревании. Исследование углей Кузнецкого месторождения из пластов, склонных к самовозгоранию, показывает, что критерии склонности углей к самовозгоранию (увеличение массы угля при окислении и температура начала реакции сорбции кислорода), полученные методом термогравиметрического анализа, позволяют выявить склонные к самовозгоранию угли, как для Воркутинских, так и для Кузнецких исследованных углей. В качестве дополнительных критериев могут использоваться значения температуры самонагревания и температуры воспламенения угля. Предложенный метод оценки отнесения углей к категории склонных к самовозгоранию отличается от общепринятого в РФ метода своей оперативностью и надежностью определения параметров, необходимых для заключения о самовозгораемости угля. Результаты исследования могут быть полезными для быстрого определения самовозгораемости при добыче, транспортировке и хранении угля, а также при разработке рудных месторождений вблизи угольных пластов при определении районов с высоким риском самовозгорания.

Захаров В. Н., Докучаева А. И., Малинникова О. Н. Адекватность применимости критериев оценки склонности к самовозгораемости углей Печорского и Кузнецкого бассейнов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 12. – С. 5–15. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_12_0_5.

Исследования проведены в рамках мероприятия № 1 Комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 11 мая 2022 года № 1144-р, и соглашения о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса Российской Федерации № 075-15-2022-1185 от 28 сентября 2022 года.

Захаров Валерий Николаевич¹ — д-р техн. наук, академик РАН, директор института, e-mail: val_zakharov@ipkonran.ru, ORCID ID: 0000-0002-5056-3296,
Докучаева Анастасия Игоревна¹ — младший научный сотрудник, e-mail: ana-anastasia2015@yandex.ru,
Малинникова Ольга Николаевна¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: olga_malinnikova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2428-2228,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Докучаева А.И., e-mail: ana-anastasia2015@yandex.ru.

1. Линденау Н. И., Маевская В. М., Вахрушева Е. С., Дмитрюк Н. Ф., Косарь Л. Ф., Воронина К. Е. Каталог углей СССР, склонных к самовозгоранию. — М.: Недра, 1981. — 416 с.

2. Семенов Н. Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. — М.: Знание, 1969. — 96 с.

3. Mohalik N. K., Lester E., Lowndes I. S. Review of experimental methods to determine spontaneous combustion susceptibility of coal — Indian context // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2017, vol. 31, no. 5, pp. 301—332.

4. Веселовский В. С. Физические основы самовозгорания угля и руд. — М.: Наука, 1972. — 148 с.

5. Кизильштейн Л. Я. Геохимия и термохимия углей. — Ростов на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 2006. — 288 с.

6. Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Пашичев Б. Н. Влияние неоднородности структуры угля на особенности его термического разложения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 71—81. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-71-81.

7. Zhang Y., Li Y., Huang Y., Li S., Wang W. Characteristics of mass, heat and gaseous products during coal spontaneous combustion using TG/DSC—FTIR technology // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018, vol. 131, pp. 2963—2974. DOI: 10.1007/s10973-0176738-x.

8. Wang X. Laboratory experiment for evaluating characteristics of spontaneous combustion / Spontaneous Combustion of Coal, 2019, pp. 73—128. DOI: 10.1007/978-3-030-336912_3.

9. Genc B., Cook A. Spontaneous combustion risk in South African coalfields // The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2015, vol. 115, pp. 563—568.

10. Li X., Jin Z., Bai G., Wang J., etc. Experimental study of the influence of water on spontaneous combustion of coal containing pyrite // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2022, vol. 42, no. 5, pp. 288—307.

11. Onifade M., Genc B. A review of spontaneous combustion studies — South African context // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2019, vol. 33, no. 8, pp. 527—547.

12. Said K. O., Onifade M., Genc B., Lawal A. I., Abdulsalam J. On the dependence of predictive models on experimental dataset: a spontaneous combustion studies scenario // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2021, vol. 35, no. 7, pp. 506—522. DOI: 10.1080/17480930.2021.1884336

13. Gbadamosi A. R., Onifade M., Genc B., Rupprecht S. Spontaneous combustion liability indices of coal // Combustion Science and Technology. 2020, vol. 193, no. 15, pp. 2659—2671.

14. Avila C., Wu T., Lester E. Estimating the spontaneous combustion potential of coals using thermogravimetric analysis // Energy Fuels. 2014, vol. 28, pp. 1765—1773.

15. Mohalik N. K., Lester E., Lowndes I. S. Application of TG technique to determine spontaneous heating propensity of coals // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020, no. 143, pp. 185—201.

16. Simon P., Dubaj T., Cibulková Z. Frequent flaws encountered in the manuscripts of kinetic papers // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2022, vol. 147, pp. 10083—10088.

17. Marinov V. N. Self-ignition and mechanisms of interaction of coal with oxygen at low temperatures. 3. Changes in the composition of coal heated in air at 60 °C // Fuel. 1977, vol. 56, no. 2, pp. 165—170.

18. Marinov V. N. Self-ignition and mechanisms of interaction of coal with oxygen at low temperatures. 2. Changes in weight and thermal effects on gradual heating of coal in air in the range 20—300 °C // Fuel. 1977, vol. 56, no. 2, pp. 158—164.

19. Epshtein S. A., Kossovich E. L., Kaminskii V. A., Durov N. M., Dobryakova N. N. Solid fossil fuels thermal decomposition features in air and argon // Fuel. 2017, vol. 199, pp. 145—156.

20. Докучаева А. И., Малинникова О. Н., Палкин А. Б. Усовершенствованный метод оценки химической активности углей при определении их склонности к самовозгоранию // Химия в интересах устойчивого развития. — 2022. — Т. 30. — № 5. — С. 483—487.

21. Докучаева А. И. Особенности газообменных процессов при нагреве в углях, склонных к самовозгоранию // Маркшейдерия и недропользование. — 2023. — № 2 (124). — С. 56—61.

22. Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Докучаева А. И., Пашичев Б. Н. Влияние неоднородности структуры угольного вещества на склонность угля к самовозгоранию // Химия твердого топлива. — 2022. — № 6. — С. 18—24.