,,Oznaczanie skłonności węgli do samozapalenia''

1. Wprowadzenie

Pożar podziemny jest to pojawienie się w kopalni „otwartego ognia”, tj. żarzącego lub palącego się płomieniem materiału palnego, bądź wszelkich objawów wystąpienia CO, węglowodorów czy dymu w powietrzu kopalnianym nie pochodzących z naturalnego wydzielania ze skał lub wykonywanych czynności.

Skłonność węgli do samozapalenia jest przyczyną powstania pożarów w kopalniach, na zwałach węgla, a także w czasie długotrwałego transportu. Dlatego tez wcześniejsza znajomość skłonności węgla do samozapalenia umożliwia:

-zaprojektowanie właściwego systemu eksploatacji i dobór odpowiednich wymiarów pól eksploatacyjnych,

-zaprojektowanie racjonalnego rozprowadzenia powietrza w kopalni,

-zastosowanie odpowiednich środków zapobiegających samozapaleniu węgla w przypadku konieczności jego magazynowania lub tez długotrwałego transportu.

W okresie przygotowawczym, w czasie którego utlenianie przebiega wolno, ale równocześnie węgiel ulega aktywacji, nie obserwuje się praktycznie wzrostu temperatury węgla ani jego otoczenia. Jeżeli wytwarzające się ciepło nie ulegnie rozproszeniu następuje jego akumulacja, co prowadzi do stopniowego wzrostu temperatury węgla. Po osiągnięciu przez węgiel temperatury krytycznej (za którą uważana jest temperatura w granicach 60-80 C) następuje jej szybki wzrost co przyśpiesza utlenianie. Jest to okres samo zagrzewania się węgla, który rozwijając się może doprowadzić do samozapalenia węgla po osiągnięciu temperatury zapłonu.

Metody oznaczania skłonności węgla do samozapalenia można podzielić na dwie grupy, tj.:

1)metody ustalające skłonność węgli do utleniania w podwyższonej temperaturze,

2)metody ustalające skłonności węgli do utlenienia w niskiej temperaturze.

Większość metod grupy pierwszej oparta jest na oznaczeniu temperatury zapłonu węgli.

Metody grupy drugiej, za pomocą których ocenia się skłonność węgli do utleniania w niskiej temperaturze, różnią się między sobą przede wszystkim rodzajem stosowanego utleniacza.

Jako związki utleniające używane są: tlen gazowy lub powietrze, kwas azotowy, nadmanganian i dwuchromian potasu oraz nadtlenek wodoru.

Do metod tych należy między innymi metoda: Orleańskiej i Wesołowskiego oraz metoda perhydrolowa Maciejasza

W metodzie Orleańskiej i Wesołowskiego uważają samozapalenie węgla za ostatnie stadium samoprzyśpieszającego się stadium utleniania. Uważają oni, że nie każde utlenienie węgla prowadzi do samozapalenia. Wesołowski zwraca również uwagę na brak rozeznania procesów elektrochemicznych, które niewątpliwie odgrywają istotną role w czasie niskotemperaturowego utleniania węgli. Wskazuje na to znaczne przyspieszenie procesu utleniania w obecności wody, a także utlenianie węgli w złożu na dużych głębokościach, gdzie tlen nie przenika.

Metoda perhydrolowa Maciejasza

Metoda ta oparta jest na badaniach szybkości wzrostu temperatury w układzie węgli kamienny - wodny roztwór H₂ O₂ , które wykazały, że reakcja w tym układzie ma charakterystyczny przebieg - inny dla węgli skłonnych do samozapalenia niż dla węgli nieskłonnych. Próbki węgla skłonnego do samozapalenia wykazują w czasie reakcji początkowo nieznaczne podniesienie temperatury. Po osiągnięciu przez układ temperatury około 50 C następuje bardzo szybki wzrost temperatury układu dochodzący do 90-97 C.

W przypadku węgli nieskłonnych do samozapalenia temperatura układu podnosi się od kilku do kilkudziesięciu stopni po upływie znacznie dłuższego czasu, po czym łagodnie spada.

Wskaźnik skłonności węgla do samozapalenia metodą perhydrolową Maciejasza.

Wyszczególnienie	GRUPA
		I	II	III
		węgle bardzo skłonne do samozapalenia	węgle mało skłonne do samozapalenia	węgle nie skłonne do samozapalenia
Najwyższa temp. układu węgiel kam. roztwór H2 O	Tmax ≥ 90˚C	Tmax ≤ 90˚C	Tmax < 90˚C
Czas osiągnięcia maksymalnej temp.Tmax	Tmax ≤ 40 min.	40min < Tmax < 75 min	Tmax > 75 min
Czas przyrostu temp. między 50˚ a 95˚C	T50-90 ≤ 2,5 min.	2,5 min. < T50-90 < 6min	T50-90 > 6min

2. Przebieg ćwiczenia

Aparatura do oznaczania skłonności węgli do samozapalenia składa się z wanny wodnej, wykonanej z cienkiej blachy miedzianej z otworami na naczyńka Dewara oraz termometrów do kontrolowania szybkości wzrostu temperatury układu. Naczyńka Dewara zapobiegaja rozproszeniu ciepła powstałego w czasie reakcji.

Schemat stanowiska do oznaczania skłonności węgla do samozapalenia.

1 - wanna z wodą

2 - naczynia Dewara

3 - termometry

4 - rurki do odprowadzania gazów

Próbkę węgla wsypujemy do naczynia Dewara, a następnie wlewamy 1,5 cm³ H₂ O₂ i mieszamy. Do zwilżonej próbki węgla wlewamy 12 cm³ perhydrolu o stężeniu 20%. Za pomocą termometru dokładnie mieszamy perhydrol z węglem. Równocześnie z wlaniem perhydrolu do naczyńka Dewara należy włączyć stoper umożliwiający kontrolę szybkości wzrostu temperatury układu.

W czasie trwania reakcji odnotowuje się czas jaki upłynął od początku trwania reakcji do osiągnięcia przez układ temperatury maksymalnej T_max .

Zestawienie wyników pomiaru.

Próbka 1		Próbka 2
węgiel CH-K 50		węgiel 322
T [C]	t [min]	T [C]	t [min]
22	2	23	2
23	4	23	4
23	6	23,5	6
23	8	23,5	8
23	10	23,5	10
23	12	24	12
23	14	24	14
23	16	24,5	16
23	18	24,5	18
23	20	24,5	20
23	22	25	22
23	24	25	24
23	26	25	26
23	28	24,5	8
23	30	25,5	30
23	32	25,5	32
23,5	34	25,5	34
23,5	36	25,5	36
23,5	38	25,5	38
23	40	25,5	40

3. Opracowanie wyników pomiaru.

4. Wnioski

W przeprowadzonym doświadczeniu badaliśmy skłonność węgli do samozapalenia

. Po wykonaniu obliczeń i wykresu dochodzimy do wniosku że węgiel jest nieskłonny do samozapalenia, ponieważ w czasie 40 min. nie nastąpił szybki wzrost temperatury.

---