Politechnika Wrocławska Wrocław, 30.04.2007

Wydział Geoinżynierii

Górnictwa i Geologii

Rok IV semestr 8

Specjalność: GI

Prognoza zagrożenia pożarami endogenicznymi rejonów wydobywczych w kopalniach węgla kamiennego

Wykonała: Prowadzący:

Elżbieta Owczarczyk dr inż. Franciszek Rosiek

nr indeksu: 126634

mail: [e-mail]

Spis treści:

1. Powstawanie pożarów endogenicznych

2. Sposoby oceny zagrożenia pożarami endogenicznymi oddziałów wydobywczych

3. Metody oceny zagrożenia pożarami rejonów wydobywczych w kopalniach węgla kamiennego

4. Ważniejsze sposoby zapobiegania pożarom endogenicznym w kopalniach węgla

5. Literatura

1. Powstawanie pożarów endogenicznych

Pożary endogeniczne to pożary powstałe z przyczyn wewnętrznych, najczęściej na skutek samozapalenia się węgla. Charakteryzują się spokojnym przebiegiem, przy czym na ogół wcześnie pojawiają się oznaki zewnętrzne, które umożliwiają ich wykrycie i podjęcie działań zmierzających do ich likwidacji. Udział pożarów endogenicznych w ogólnej liczbie pożarów powstających w kopalniach węgla wynosi około 70 ÷ 80%.

Pożary endogeniczne należą do najczęstszych pożarów w kopalniach węgla kamiennego, co wiąże się z łatwą palnością węgla oraz jego dużą skłonnością do samozapalenia. Jak wykazała praktyka, pożar endogeniczny może powstać nawet w pokładzie o małej skłonności do samozapalenia przy stosowaniu nieodpowiedniego systemu eksploatacji lub niewłaściwego przewietrzania wyrobisk górniczych. Przy właściwie prowadzonych robotach górniczych
i odpowiednim przewietrzaniu kopalni oraz oddziałów produkcyjnych można uniknąć pożaru nawet w pokładach bardzo skłonnych do samozapalenia [1].

Do samozagrzewania i samozapalenia węgla może dojść wówczas, gdy równocześnie występują następujące czynniki [2]:

- rozdrobniony węgiel skłonny do niskotemperaturowego utleniania,

- dopływ powietrza do nagromadzonego węgla,

- akumulacja ciepła wydzielającego się w czasie reakcji utleniania węgla.

Pierwszy z czynników związany jest z właściwościami substancji węglowej, następne natomiast zależą od warunków górniczo - geologicznych tj. od stosowanego systemu eksploatacji, sposobu przewietrzania kopalni, frontu eksploatacyjnego itp.

Badania oraz obserwacje prowadzone w kopalniach węgla wykazują, że w procesie samozapalenia węgla można wyróżnić dwa charakterystyczne okresy: inkubacyjny oraz samozagrzewania węgla (rys. 1).

Rysunek 1. Przebieg krzywej samozapalenia węgla [1].

W okresie inkubacyjnym nie obserwuje się praktycznie wzrostu temperatury węgla.
W drugim okresie, zwanym okresem samozagrzewania się węgla, temperatura węgla systematycznie zwiększa się.

Po osiągnięciu przez węgiel temperatury krytycznej, za którą uważa się temperaturę
w przedziale od 60 do 80ºC, następuje zazwyczaj szybki wzrost temperatury węgla, aż do temperatury zapłonu T_z. Gdy temperatura węgla nie osiągnie temperatury krytycznej lub gdy po jej osiągnięciu występują warunki sprzyjające odprowadzaniu ciepła, wówczas następuje przerwanie procesu samozagrzewania i rozpoczyna się okres ochładzania. Dalszy dopływ powietrza do ochłodzonego węgla prowadzi do jego zwietrzenia. Węgiel zwietrzały nie ulega już samozapaleniu [1].

2. Sposoby oceny zagrożenia pożarami endogenicznymi oddziałów wydobywczych

Ogólną ocenę stopnia zagrożenia pożarowego określa wskaźnik pożarowości określany wzorem [1]:

(1)

gdzie:

N_p - liczba wszystkich pożarów podziemnych powstałych w danym roku kalendarzowym,

T - wydobycie węgla kamiennego netto w milionach ton w roku.

Im wskaźnik ten jest większy, tym większe zagrożenie pożarowe. Przy dotychczasowej ocenie zagrożenia pożarami endogenicznymi kopalń węgla kamiennego podstawową wagę przywiązuje się do oceny skłonności do samozapalenia [1].

W polskim górnictwie ocenę skłonności węgla do samozapalenia przeprowadza się metodą polegającą na badaniu intensywności utleniania się w strumieniu powietrza próbki węgla,
o uziarnieniu 0,06 do 0,075, pobranej z badanego pokładu. Wskaźnikiem samozapalności jest szybkość wzrostu temperatury odpowiednio uformowanej pastylki węgla w dokładnie określonych warunkach pomiaru. Wyznaczony tą metodą wskaźnik samozapalności Sz^a przelicza się na Sz^b według zależności [3]:

(2)

gdzie: A- procentowa zawartość popiołu.

Uważa się, że wskaźnik Sz^a odpowiada skłonności węgla do samozapalenia w miejscu pobrania próbki. Natomiast wskaźnik Sz^b charakteryzuje samozapalność w pokładzie [3].

W zależności od wartości wskaźnika dzieli się węgle na grupy skłonności do samozapalenia:

I grupa Sz^b < 1,333 K/s - mała skłonność do samozapalenia,

II grupa 1,333 K/s < Sz^b < 1,667 K/s - średnia skłonność węgla do samozapalenia,

III grupa 1,667 K/s < Sz^b < 2 K/s - duża skłonność węgla do samozapalenia,

IV grupa Sz^b > 2 K/s - bardzo duża skłonność węgla do samozapalenia.

Skłonność węgla do samozapalenia ocenia się w niektórych przypadkach metodą perhydrolową. Polega ona na badaniu zmian własności fizykochemicznych węgla od wpływem wzrostu temperatury. Stopień przygotowania węgla do samozapalenia wyznacza sę w naczyniu Dewara, gdzie próbka węgla zalana jest 20 % roztworem nadtlenku wodoru.
W metodzie tej wielkościami charakterystycznymi są: czas τ_{323,15-363,15} - liczony w sekundach, czas wzrostu temperatury od 323,15 K do 363,15 K, czas τ_max osiągnięcia przez mieszaninę węgla z nadtlenkiem wodoru temperatury maksymalnej oraz wartość temperatury maksymalnej T_max w K

W zależności od wymienionych wielkości charakterystycznych węgle dzieli się na trzy grupy skłonności do samozapalenia [2]:

1. węgle bardzo skłonne do samozapalenia, gdy

T_max ≥ 363K,

τ_max ≤ 2400s,

τ_232-263 ≤ 150s

2. węgle mało skłonne do samozapalenia, gdy:

T_max ≤ 363K,

2400s < τ_max < 4500s,

150s < τ_232-263 ≤ 360s

3. węgle nieskłonne do samozapalenia, gdy:

T_max < 363K,

τ_max > 4500s,

τ_232-263 > 360s

Wymienione metody oceny zagrożenia pożarami endogenicznymi oddziałów wydobywczych można zaliczyć do metod statycznych, gdyż nie umożliwiają one oceny zmian czasowych zagrożenia. W oddziałach wydobywczych zagrożonych pożarami endogenicznymi prowadzi się zatem tzw. wczesne wykrywanie pożarów endogenicznych [1], [2], [3].

Procesowi samozagrzewania się węgla, oprócz zmian zachodzących w samym węglu, towarzyszą zmiany składu powietrza przepływającego przez powstające ognisko pożarowe, co objawia się ubytkiem tlenu oraz zwiększeniem zawartości dwutlenku węgla a następnie tlenku węgla. Samozapalenie węgla jest procesem powolnym, jego początkowe stadium zwane okresem inkubacyjnym przebiega bez wyraźnych oznak zewnętrznych. Stadium to trwa od kilku do kilkunastu miesięcy zależnie od skłonności węgla do samozapalenia oraz od czynników warunkujących akumulację ciepła. W tym stadium zmiany w składzie powietrza stykającego się z węglem można wyryć jedynie czułymi metodami analitycznymi[3].

W metodach wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych, opartych na zmianie składu powietrza kopalnianego, bada się m.in. zmiany zawartości tlenu, dwutlenku węgla i tlenku węgla. Żeby wykryć proces samozagrzewania trzeba w wyznaczonych stacjach pomiarowych systematycznie pobierać próbki powietrza oraz prowadzić analizę zmian jego składu. Znając skład powietrza wypływającego ze ściany, zrobów, szczelin, wyrw i spoza tam oblicza się następujące wskaźniki [1]:

• przyrostu tlenku węgla ΔCO

ΔCO = CO - CO' (3)

gdzie:

CO- procentowa zawartość tlenku węgla na stacji pomiarowej wylotowej,

CO'- procentowa zawartość tlenku węgla na stacji pomiarowej wlotowej,

• ilości tlenku węgla
  

(4)

gdzie:

- wskaźnik ilości tlenku węgla, l/min,

- strumień objętości powietrza na stacji pomiarowej, m³/min,

r_co- stężenie tlenku węgla na stacji pomiarowej wyrażone w procentach objętościowych.

• Grahama

(5)

gdzie:

CO, N_2, O₂ - odpowiednio procentowe zawartości tlenku węgla, azotu i tlen na stacji pomiarowej wylotowej.

Wymienione wskaźniki zwykle są przedstawione graficznie np.[1]:

Rysunek 2. Zmiany wskaźnika Grahama spowodowane samozagrzewaniem węgla w zrobach [1]

Śledząc zmiany czasowe wymienionych wskaźników można ocenić czy w danym wyrobisku powstaje zalążek pożaru. Przy ocenie należy brać pod uwagę nie tylko liczbowe wartości omawianych wskaźników, ale także utrzymujące się tendencje wzrostu lub spadku wartości tych wskaźników w określonym przedziale czasowym. Kryteria zagrożenia pożarowego ujmują poniższe tabele:

Tab. 2 Kryteria zagrożenia pożarowego wg wskaźników
_co i ΔCO [1]:

Wskaźnik ilości tlenku węgla co w l/min oraz przyrostu tlenku węgla ΔCO w % obj.	Sposób postępowania
0 < co ≤ 10	Wzmożona obserwacja w kontrolowanym rejonie, zwiększenie częstotliwości pobierania prób powietrza do analizy chemicznej
10 < co ≤ 20	Należy przystąpić do prac profilaktycznych przy zachowaniu normalnego ruchu w zagrożonym rejonie
ΔCO > 0,0026	Akcja przeciw pożarowa

Tab. 2 Kryteria zagrożenia pożarowego wg wskaźnika Grahama 100G [1]:

Wskaźnik Grahama	Sposób postępowania
0 < 100 G ≤ 0,25	Sytuacja normalna, nie występuje zagrożenie pożarowe
0,25 < 100 G ≤ 0,7	Zwiększona częstotliwość pobierania prób powietrza do analizy chemicznej
0,7 < 100 G ≤ 3	Należy przystąpić do prac profilaktycznych przy zachowaniu normalnego ruchu w zagrożonym rejonie
100 G > 3	Akcja przeciwpożarowa

Oprócz wskaźników G,
_co i ΔCO korzysta się ze wskaźników przyrostu dwutlenku węgla
i ubytku tlenu, ponieważ wskaźniki G,
_co i ΔCO charakteryzują dość daleko zaawansowany proces samozagrzewania węgla. Pierwszym widocznym produktem niskotemperaturowego utleniania węgla w stadium samozagrzewania jest pojawienie się pary wodnej, która osiada na ścianach i obudowie w postaci rosy. Następnie wzrasta ilość dwutlenku węgla, który wiąże się z ubytkiem tlenu w powietrzu kopalnianym, a dopiero potem pojawia się tlenek węgla [1].

Wskaźnik przyrostu dwutlenku węgla wyznacza się ze wzoru [1]:

ΔCO₂ = CO'₂ - CO₂ (6)

gdzie:

CO₂- zawartość dwutlenku węgla w procentach objętościowych na wlocie powietrza do kontrolowanego rejonu,

CO'₂- zawartość dwutlenku węgla w procentach objętościowych na wlocie powietrza do kontrolowanego rejonu.

Wskaźnik ubytku tlenu oblicza się korzystając ze wzoru [1]:

(7)

gdzie:

O₂, N₂ - zawartość tlenu i azotu wyrażone w procentach objętościowych na wlocie do kontrolowanego rejonu,

O'₂, N'₂- zawartość tlenu i azotu wyrażone w procentach objętościowych na wylocie
z kontrolowanego rejonu.

W metodzie wykrywania formujących się ognisk pożarowych opartej na analizie zmian wartości wskaźnika (- ΔO₂) wychodzi się z założenia, że w kontrolowanym rejonie przy ustalonym przepływie powietrza gdy nie występuje samonagrzewanie węgla zmiany wskaźnika ubytku tlenu są małe i nie wykazują tendencji wzrastania ani spadku. Objawy zewnętrzne samozagrzewania węgla są poprzedzone wzrostem wskaźnika ubytku tlenu, przy czym zwykle wzrost wskaźnika ubytku tlenu jest obserwowany o kilka tygodni wcześniej niż wzrost wskaźnika przyrostu tlenku węgla co widać na rysunku [1], [2].

Rysunek 3. Zmiana wskaźnika ubytku tlenu w okresie samozagrzewania węgla
w kontrolowanym oddziale wydobywczym [1].

Jeżeli na stacji pomiarowej nastąpi wzrost stężenia tlenku węgla powyżej 10 ppm nie związanego z procesem technologicznym należy w tym rejonie przystąpić do pobrania prób powietrza i analizy laboratoryjnej jego składu. Analizy chemiczne składu powietrza i jego zmiany w czasie umożliwiają określenie wyrobisk górniczych, w których ma miejsce proces samozagrzewania się węgla [1].

W sąsiedztwie ogniska pożaru węgiel jest bardziej przygotowany do samozapalenia niż
w dużej odległości od miejsca powstającego pożaru. W sąsiedztwie ogniska pożaru
w określonych odległościach węgiel charakteryzuje się tym samym stopniem przygotowania do samozapalenia. Kiedy połączy się linią punkty pobrania próbek , które wykazały ten sam czas trwania reakcji z perhydrolem, otrzyma się tzw. izolinie stopnia przygotowania węgla do samozapalenia.

Rysunek 4. Sposób wykreślenia izolinii stopnia przygotowania węgla do samozapalenia [1].

Po wykreśleniu izolinii można wyznaczyć strefę zagrożoną powstaniem pożaru endogenicznego [2].

Obecnie coraz częściej wykorzystuje się zjawisko promieniowania jako metodę do lokalizacji powstających ognisk pożarowych. W miejscu, gdzie rozpoczyna się proces samozgrzewania węgla następuje kumulacja ciepła i wzrost temperatury co powoduje zwiększenie promieniowania podczerwonego. Pomiar intensywności promieniowania pozwala wyznaczyć miejsce w którym wystąpił wzrost temperatury złoża w stosunku do otoczenia. Tak więc mierząc intensywność promieniowania podczerwonego można wykryć formujące się ogniska pożarów endogenicznych.

3. Metody oceny zagrożenia pożarami rejonów wydobywczych w kopalniach węgla kamiennego

Ocena zagrożenia pożarami endogenicznymi w kopalniach węgla, a zwłaszcza tzw. wczesne wykrywanie pożarów endogenicznych, nie zawsze prowadzą do wykrycia ognisk pożarowych. W wielu przypadkach wiąże się to z analizą pojedynczych wskaźników charakteryzujących proces formowania się ogniska pożarowego. Ocenę zagrożenia pożarowego w polach eksploatacyjnych należy prowadzić kompleksowo biorąc pod uwagę jak najwięcej wskaźników charakteryzujących proces samozagrzewania węgla.

W ramach badań przeprowadzonych w kopalniach węgla opracowano kompleksowy wskaźnik oceny zagrożenia pożarowego oddziałów wydobywczych. W badaniach wzięto pod uwagę przede wszystkim skłonność węgla do samozapalenia, warunki geologiczno-górnicze występujące w oddziale eksploatacyjnym, skład powietrza przepływającego przez oddział, okres inkubacji, intensywność utleniania węgla, wskaźnik Grahama oraz wskaźnik przyrostu temperatury ociosów węglowych.

Z praktyki górniczej oraz badań teoretycznych wiadomo, że im węgiel jest bardziej skłonny do samozapalenia oraz im więcej występuje czynników górniczo- technicznych sprzyjających samozagrzewaniu się węgla tym większe jest zagrożenie pożarowe w oddziale eksploatacyjnym. Za miarę tego zagrożenia przyjmuje się wskaźnik zdefiniowany następująco [1]:

(8)

gdzie:

PS (ºC/min) jest dany wzorem [1]:

(9)

PS jest suma algebraiczna wskaźnika samozapalności węgla (Sz^a) oraz wskaźników liczbowych (S_i). Jeżeli PS>120, to do obliczeń wskaźnika P₁ przyjmuje się PS=120. Wskaźniki S_i (ºC/min) dodatnie lub ujemne przyporządkowane są różnym czynnikom geologicznym i górniczym mającym wpływ na powstawanie pożarów endogenicznych. Wartości wskaźników S_i zestawiono w tabeli:

Tab. 3 Zestawienie wartości liczbowych wskaźników uzyskiwanych w wyniku punktacji czynników górniczo-geologicznych [1]:

Wskaźnik	Czynniki górnicze i geologiczne	Wartości liczbowe Wskaźników ºC/min
S1	System wybierania Ścianowy - z podsadzką hydrauliczną (na całą grubość) - z podsadzką hydrauliczną (warstwami) - z zawałem stropu - z zawałem stropu (warstwami) - z podsadzką pneumatyczną Zabierkowy - z podsadzką hydrauliczną - z zawałem stropu	± 10 - 10 - 5 + 5 + 10 + 5 - 5 + 10
S2	Czystość wybierania pokładu Czyste wybieranie pokładu bez strat eksploatacyjnych Pozostawienie filarów węglowych w zrobach lub węglowej warstwy przystropowej, duże straty eksploatacyjne	± 10 - 10 + 10
S3	Kierunek wybierania pokładu Kierunek od granic (od pola) - przy minimalnym przepływie powietrza (np. zroby z podsadzką hydrauliczną) - przy większym przepływie powietrza (np. zroby zawałowe lub z podsadzką pneumatyczną) Kierunek do granic (do pola)	± 10 - 10 + 10 + 10
S4	Sposób izolacji zrobów Podsadzanie podsadzką hydrauliczną - Grubość pokładu ≤ 3,5 m - duże nachylenie - małe nachylenie - Grubość pokładu > 3,5 m Podsadzka pneumatyczna - grubość pokładu ≤ 3,5 m - grubość pokładu > 3,5 m Zawał stropu - Węgiel nie dostaje się do zrobów - Pokład o grubości ≤ 3,5 m - w stropie skały łatwo rabujące się - w stropie skały trudno rabujące się - Pokład o grubości > 1,5 m - Węgiel dostaje się do zrobów (np. wkładki węgla w skałach stropowych lub węgiel z wyżej leżącego pokładu)	± 15 - 15 - 10 - 5 - 5 + 5 - 5 + 5 + 10 + 15
S5	Zawilgocenie węgla Węgiel mokry Węgiel suchy Węgiel wilgotny	± 10 - 10 0 + 10
S6	Ciśnienie i stopień spękania pokładu Grubość pokładu ≤ 3,5 m - Głębokość wybierania do 300 m - brak zaburzeń tektonicznych - duże nachylenie pokładu - małe nachylenie pokładu - z zaburzeniami tektonicznymi - Głębokość wybierania poniżej 300 m - brak zaburzeń tektonicznych - z zaburzeniami tektonicznymi Grubość pokładu > 3,5 m (bez względu na głębokość wybierania i występowania zaburzeń) Pokład tąpiący (bez względu na jego grubość i głębokość wybierania)	± 15 - 10 - 15 - 5 + 5 + 10 + 10 + 15
S7	Intensywność przewietrzania wyrobisk w pokładzie Prędkość przepływu powietrza > 0,5 m/s (intensywne przewietrzanie) - powietrze wlotowe o małym zawilgoceniu - powietrze wlotowe o dużym zawilgoceniu Prędkość przepływu powietrza ≤ 0,5 m/s (mało intensywne przewietrzanie) - powietrze wlotowe o małym zawilgoceniu - powietrze wlotowe o dużym zawilgoceniu	± 10 - 10 - 5 + 5 + 10

Zagrożenie wynikające z występowania tlenku węgla wyznacza się ze wzoru [1]:

(10)

gdzie:

- średni, charakterystyczny dla danego oddziału przyrost tlenku węgla,

- stężenie tlenku węgla wyznaczone z analizy chemicznej składu powietrza na odnośnej stacji pomiarowej.

Jeśli
<
to do obliczeń należy przyjąć
=
. W przypadku gdy w powietrzu kopalnianym nie występuje tlenek węgla nie wyznacza się wskaźnika P₂.

Zagrożenie pożarowe wynikające z ubytku tlenu można wyznaczyć z następującej zależności [1]:

(11)

gdzie:

- średni charakterystyczny dla danego oddziału ubytek tlenu,

- ubytek tlenu wyznaczony na podstawie analizy próbek powietrza pobranych na odpowiednich stacjach pomiarowych (jeśli
<
, to przyjmujemy
=
).

Zagrożenie pożarowe wynikające z przyrostu dwutlenku węgla wyznaczyć można
z zależności [1]:

(12)

w której:

- średni, charakterystyczny dla danego oddziału przyrost dwutlenku węgla,

- przyrost dwutlenku węgla wyznaczony na podstawie analiz powietrza pobranych
w odpowiednich stacjach pomiarowych ( jeśli
<
, przyjmuje się
=
)

Zagrożenie związane z okresem inkubacji pożaru wyznacza się na podstawie wzoru [1]:

(13)

gdzie:

- najkrótszy okres inkubacji w danym rejonie kopalni,

- okres inkubacji wyznaczony w określonym oddziale wydobywczym (jeśli
<
, to
=
).

Intensywność utleniania węgla charakteryzującą zagrożenie pożarowe wyznacza się ze wzoru [1]:

(14)

gdzie:

- średnia, charakterystyczna wartość wskaźnika intensywności utleniania węgla
w badanym oddziale,

- wskaźnik intensywności utleniania węgla wyznaczony na stacjach pomiarowych (jeśli
<
, to przyjmujemy
=
). W przypadku gdy nie jest znana wartość
, wówczas do obliczeń można przyjąć np.
= 5 l/min.

Ocenę zagrożenia pożarowego na podstawie wskaźnika Grahama wyznacza się ze wzoru [1]:

(15)

gdzie:

- średnia wartość wskaźnika Grahama (poziom odniesienia) dla danej stacji pomiarowej,

- pomierzony wskaźnik Grahama na tej stacji ( jeśli
<
, to przyjmuje się
=
).

Przy ocenie zagrożenia pożarami szczelinowymi można stosować wskaźnik wynikający
z przyrostu temperatury ociosów węglowych, który definiujemy następująco [1]:

(16)

gdzie:

- średnia, charakterystyczna wartość różnicy między temperaturą powierzchni węglowej
a temperaturą powietrza ( jeśli
< 0,2, to przyjmuje się
= 0,2),

- różnica między temperaturą powierzchni węglowej a temperaturą powietrza w danym miejscu pomiarowym (jeśli
<
, to przyjmujemy
=
), natomiast

= t_w - t_p (17)

gdzie:

t_w - temperatura powierzchni węgla, ºC,

t_p - temperatura powietrza, ºC.

Do ustalenia zagrożenia pożarowego w określonych oddziałach wydobywczych kopalni, można analizować każdy z wyżej wymienionych parametrów charakteryzujących to zagrożenie. Z wzorów definicyjnych (8), (10)÷(16) wynika, że największe zagrożenie występuje wówczas, gdy wartości poszczególnych wskaźników są równe jeden, natomiast im wartości te są bliższe zera, tym zagrożenie pożarowe jest mniejsze [1].

Na ogół zagrożenie pożarowe jest charakteryzowane przez kilka omawianych wyżej parametrów, dlatego uzasadnia się wprowadzenie kompleksowego wskaźnika oceny zagrożenia pożarowego oddziałów wydobywczych WK. Wskaźnik ten uwzględnia wyznaczone wcześniej poszczególne wskaźniki zagrożenia, definiujemy go wzorem [1]:

(18)

gdzie:

N - liczba wskaźników P_i uwzględnionych w ocenie zagrożenia pożarowego,

P_i ( = 1, 2, … , N) - wartości poszczególnych wskaźników wyznaczonych z wzorów (8), (10)÷(16). Do wyznaczenia wskaźnika WK można brać pod uwagę tylko niektóre z pośród wymienionych wskaźników P_i, np. jeśli nie znamy okresu inkubacji powstawania pożarów w kopalni to wskaźnik P₅ możemy pominąć.

Z definicji kompleksowego wskaźnika oceny zagrożenia pożarowego WK wynika, że może on przyjmować wartości z przedziału [0,1]. Im wartość wskaźnika jest bliższa 1, tym zagrożenie jest większe, a gdy jego wartość jest bliższa 0, to zagrożenie jest mniejsze, można wprowadzić następującą klasyfikację zagrożenia pożarowego oddziałów wydobywczych (lub części oddziałów, np. ściany) [1]:

- małe zagrożenie pożarowe, gdy

WK ≤ 0,25

- średnie zagrożenie pożarowe, gdy

0,25 < WK ≤ 0,50

- duże zagrożenie pożarowe, gdy

0,50 < WK ≤ 0,75

- bardzo duże zagrożenie pożarowe, gdy

WK > 0,75

Aby określić kształtowanie się zagrożenia pożarowego w czasie, wskazane jest badanie zmian czasowych kompleksowego wskaźnika pożarowego WK. W tym celu należy sporządzić wykres tego wskaźnika w układzie współrzędnych: odcięta-czas, rzędna-wartość wskaźnika. Na podstawie tego wykresu może być wyznaczona funkcja trendu opisująca ogólną tendencję zmian wskaźnika WK, a także jego wahania okresowe. Ponadto możliwe jest analizowanie zmian poszczególnych składników kompleksowego wskaźnika WK, takich jak: ubytek tlenu, przyrost dwutlenku węgla, przyrost tlenku węgla, wskaźnik Grahama, wskaźnik intensywności utleniania węgla itp.

Kompleksowe podejście do oceny zagrożenia pożarowego oddziałów wydobywczych powinno umożliwić skuteczniejsze podejmowanie działań profilaktycznych. Proponowany wskaźnik pozwoli na bardziej prawidłową ocenę tego zagrożenia oraz umożliwi właściwy dobór przez służbę wentylacyjną technologii zapobiegania pożarom endogenicznym.

4. Ważniejsze sposoby zapobiegania pożarom endogenicznym w kopalniach węgla.

Aby skutecznie zwalczać pożary endogeniczne należy dysponować właściwymi metodami oceny zagrożenia pożarowego oraz metodami skutecznego zapobiegania tym pożarom. Obecnie przy ograniczaniu powstawania pożarów endogenicznych stosuje się środki prewencyjne takie jak np: czyste wybieranie węgla, ograniczenie przepływu powietrza przez zroby, ograniczanie przepływu powietrza przez zroby, odpowiednio szybkie wybieranie pól eksploatacyjnych i ich szczelne izolowanie, wyrównywanie potencjałów aerodynamicznych wokół wybranych przestrzeni itp. [1].

W praktyce kopalnianej często okazuje się że dotychczas stosowane środki prewencyjne są na ogół mało skuteczne, dlatego słuszne jest poszukiwanie nowych, coraz skuteczniejszych środków prewencji pożarów endogenicznych. Jednym z takich nowych środków może okazać się zmiennokierunkowe przewietrzanie pól eksploatacyjnych [1].

Zapobieganie pożarom podziemnym sprowadza się do usunięcia przynajmniej jednego
z czynników warunkujących powstanie pożaru. Odnosząc się do pożarów endogenicznych wiadomo że proces samozagrzewania i samozapalenia węgla może mieć miejsce wówczas gdy równocześnie występują:

- rozdrobniony węgiel skłonny do niskotemperaturowego utleniania,

- dopływ powietrza do nagromadzonego węgla,

- akumulacja ciepła wydzielającego się w czasie reakcji utleniania węgla.

Czynniki te mogą doprowadzić dom wzrostu temperatury w tym miejscu, aż do temperatury zapłonu węgla. Skłonność węgla do niskotemperaturowego utleniania związane jest
z właściwością substancji węglowej i nie zależy od warunków górniczych panujących
w kopalni. Na pozostałe czynniki ma wpływ zastosowany system eksploatacji, sposób przewietrzania robót górniczych itp. Ze względu na profilaktykę pożarów endogenicznych każdy system eksploatacji powinien zapewnić: czyste wybieranie pokładu, zwalczanie ciśnienia górotworu oraz odpowiednią prędkość wybierania pól eksploatacyjnych, szybką ich likwidację i szczelną izolację zrobów [1].

W cienkich pokładach węgla zmniejszenie zagrożenia pożarami endogenicznymi można osiągnąć przez stosowanie systemów eksploatacji umożliwiających wybieranie ich na całą grubość z zawałem stropu bez pozostawiania filarów oporowych wzdłuż chodników transportowych i wentylacyjnych. Należy przy tym dążyć aby urobek ze ściany był całkowicie wybrany, miał węglowy zaś nie pozostawał w zrobach. Natomiast w przypadku pokładów węgla o dużej grubości można zmniejszyć niebezpieczeństwo powstania pożarów przez dokładne i możliwie zupełne wywołanie zawałów. W przypadku pokładów zalegających pod mocnymi skałami stropowymi należy stosować szczelną podsadzkę suchą,
a jeszcze lepiej hydrauliczną [1].

W miejscach wzmożonego ciśnienia górotworu istnieją dogodne warunki powstania pożarów endogenicznych, ułatwione jest rozgniatanie calizny węglowej, tworzenie się szczelin
w caliźnie węglowej i powstawanie zawałów wyrobisk, mogących stanowić skupiska węgla łatwo ulegające samozapaleniu. Aby uniknąć pożarów endogenicznych w wymienionych warunkach należy zwalczać ciśnienie górotworu. W tym celu stosuje się systemy eksploatacji o małej liczbie robót przygotowawczych oraz unika się przedwczesnego wykonywania tych robót. Niekorzystne jest także zakładanie nad sobą wyrobisk chodnikowych oraz krzyżowanie się chodników w węglu pod kątem mniejszym niż 60.

Z praktyki kopalnianej wiadomo, że okresy inkubacji pożarów endogenicznych są różne dla różnych pokładów węgla, a nawet mogą być różne dla tego samego pokład w różnych jego partiach. Aby nie dopuścić do powstania pożaru wymiary pól eksploatacyjnych zwykle się dostosowuje do okresu inkubacji przy czym wszystkie wyrobiska w takim polu powinny być zlikwidowane przed jego upływem. Aby nie dopuścić do powstania pożaru po wybraniu określonej partii pokładu w polu eksploatacyjnym, dopływ powietrza do takiego pola powinien być odcięty. Przy eksploatacji z zawałem stropu lub przy stosowaniu podsadzki suchej wybrane już pole eksploatacyjne izoluje się od czynnych wyrobisk kopalnianych przez zamknięcie tam izolacyjnych zbudowanych w specjalnie pozostawionych filarach węglowych.

Pożarom endogenicznym w spękanej caliźnie węglowej najczęściej zapobiega się przez:

- niedopuszczenie do tworzenia się szczelin,

- zmniejszenie ciśnienia górotworu,

- wyeliminowanie lub znaczne ograniczenie przepływu powietrza przez szczeliny,

- izolację szczelin lub zmniejszenie spadku potencjału aerodynamicznego pomiędzy wlotem i wylotem szczelin.

Niekiedy dla utrudnienia procesu samozagrzewania się węgla w zrobach ścian zawałowych są stosowane antypirogeny, jak np.: mocznik, chlorek sodowy itp.[1].

Pożary endogeniczne są przyczyną poważnych strat, a przede wszystkim zagrażają zdrowiu
i życiu pracującej załogi dołowej. Jak wykazuje praktyka górnicza wyznaczenie skłonności węgla do samozapalenia nie wystarcza aby ustalić zagrożenie pożarem endogenicznym rejonu eksploatacyjnego.

Podsumowując obecnie stosowane metody dążące do wykrywania zalążków tworzących się pożarów możemy wyobrazić sobie ogromny postęp w tej dziedzinie od początku dziejów górnictwa. Dlatego jak najbardziej słuszne jest dalsze poszukiwanie nowych metod wykrywania pożarów endogenicznych, jak również doskonalenie tych już istniejących.

5. Literatura

[1]. A. Strumiński; B. Madeja Strumińska.: Ocena i likwidacja zagrożenia pożarami endogenicznymi w kopalniach węgla, DWE, Wrocław 1997

[2]. A. Strumiński.: Zwalczanie pożarów w kopalniach głębinowych, „ŚLĄSK”, Katowice 1996

[3]. B. Madeja-Strumińska, Z. Nędza, A. Strumiński.: Ocena zagrożeń pożarami endogenicznymi zrobów ścian zawałowych, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa PWr., nr 53, Seria Monografie, nr 23, W-w 1994

16

---