Приложение N 12. Методика определения инкубационного периода самовозгорания угля

I. Определение константы скорости сорбции кислорода воздуха углем

 

В сорбционные сосуды при температуре 18-20°С загружается исследуемый уголь фракции 1-3 мм, массой от 50 до 120 г в зависимости от целей экспериментов. Сосуды герметично закрываются и термостатируются при температуре 10-20°С. Через определенные промежутки времени (1, 3 и 5 сут) из сосудов отбираются пробы и определяется в них убыль кислорода.

Расчет константы скорости сорбции кислорода воздуха углем , определяется по формуле

 

, (1)

 

где V - объем воздуха в реакционном сосуде, ;

H - масса навески угля, кг;

- время контакта воздуха с углем, сут;

- начальная концентрация кислорода, %;

- конечная концентрация кислорода, %.

II. Расчет инкубационного периода самовозгорания угля

 

Расчет инкубационного периода самовозгорания угля при проектировании вновь строящихся и реконструируемых шахт и разрезов, сут, определяется по формуле

 

, (2)

 

где - теплоемкость угля. Принимается ;

- критическая температура самовозгорания угля, град. Принимается °С;

- начальная температура угля, град. Принимается °С;

j - теплота испарения воды, кал/г. Принимается j=540 кал/г;

- начальная влажность угля, %;

- удельная теплота десорбции метана. Принимается  кал/мл;

X - природная газоносность угля, мл/г;

- коэффициент усвоения кислорода воздуха. Принимается ;

- концентрация кислорода на входе в угольное скопление, доли единиц. Принимается ;

- удельная теплота сорбции кислорода воздуха углем. Принимается
 кал/мл.

Для действующих шахт уточнение инкубационного периода самовозгорания угля производится 1 раз в 3 года по формуле

 

, (3)

 

где - единичный отрезок времени, с. Принимается  с;

- изменение температуры скопления угля за единицу времени, град.

Расчет инкубационного периода самовозгорания угля, сут, проводится по интегральной формуле с эмпирическими коэффициентами

 

, (4)

 

где - скорость изменения температуры очага за счет генерации тепла при взаимодействии кислорода с углем, град/с;

- скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла воздухом, град/с;

- скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла испарением, град/с;

 

, (5)

 

где - объем угля, . Принимается 1 ;

- плотность угля, . Принимается 1200 ;

П - пористость угля, относительные единицы. Принимается 0,7;

q - тепловой эффект окисления угля, . Принимается ;

- константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, ;

- скорость воздуха, ;

- теплоемкость угля, . Принимается 1300 ;

 

, (6)

 

здесь - начальная константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, ;

 

(7)

 

здесь - экспериментально определённая константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, ;

Е - энергия активации, Дж/(моль) - 40000;

R - универсальная газовая постоянная, ;

Т - начальная температура скопления угля, град;

- активация константы скорости реакции при критической влажности (эмпирическая формула); доли единицы;

 

, (8)

 

здесь W - текущая влажность угля, %;

- эмпирическая константа;

- эмпирическая константа;

- эмпирическая константа.

h - степень скорости дезактивации угля во времени, доли единиц.

Принимается -0,4-0,8;

 

, град/с (9)

 

где - теплоемкость воздуха, . Принимается 1000 ;

- плотность воздуха, . Принимается 1,3 .

 

, град/с, (10)

 

где j - теплота испарения воды, . Принимается ;

- молекулярный вес воды, кг/моль. Принимается 0,018 кг/моль;

- давление паров воды над углем, ;

- влажность подаваемого воздуха, доли единицы. Принимается 0-1;

- давление паров воды над водой, .

 

, (11)

 

, , (12)

 

где - давление паров воды над водой при температуре 0°С, .

 

, %, (13)

 

где - изменение влажности скопления угля за единичный отрезок времени, %.

 

, % (14)