Предложено дополнить механизм формирования очагов самонагревания в толще отвалов горных пород стадией эффузивных процессов. Решение задачи торможения последних путем ограничения доступа кислорода к углепородной массе позволит повысить эффективность способов профилактики эндогенных пожаров на породных отвалах.

Ключевые слова: УГОЛЬ, ОТВАЛЫ ГОРНЫХ ПОРОД, ТУШЕНИЕ ОТВАЛОВ, ЭНДОГЕННЫЙ ПОЖАР, ТЕПЛОВАЯ ЭФФУЗИЯ

На территории Донбасса уже более 200 лет производится подземная добыча угля. Шахтные комплексы изменяют до неузнаваемости естественные ландшафты. На угледобывающих и углеперерабатывающих предприятиях наряду с производством основной продукции (углем, угольным концентратом) образуется большое количество газообразных, твердых и жидких отходов (шахтный метан, порода, хвосты обогащения, сточные воды). Указанные отходы отрицательно влияют на результаты хозяйственной деятельности предприятий, поскольку требуют затрат на их сбор, транспортировку, хранение, а также осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт [1].

Породы, складированные в отвалах, имеют различную геохимическую природу и строение, что является следствием технологии добычи, свойствами разрабатываемой толщи и процессами, которые происходят с породой на земной поверхности. Минеральный состав пород [2], слагающих отвалы угольных шахт, тесно связан с их происхождением и последующим воздействием процессов выветривания и термического воздействия, приводящих к его изменению, глубина которого зависит от генетического возраста терриконов. Углевмещающие породы, складированные в отвалы, подвергаются воздействию теплового поля, что и приводит к формированию различных типов отвальных пород угольных шахт. В связи с этим различают термоизмененные и термонеизмененные отвальные породы.

В результате сложных экзотермических реакций, протекающих в теле отвала, происходит их самопроизвольное возгорание. Горение отвалов продолжается в течение нескольких лет. Это ведет к загрязнению атмосферы продуктами горения и осаждению их на поверхности земли [2]. В атмосферу выбрасывается газовый дым, твердые частицы которого представлены сажей, коксом, силикатными шариками, кристаллами гипса и органическими остатками. В газовой фазе преобладают сернистый газ и окислы азота. В результате выброса в атмосферу едкого дыма с горящих отвалов очень часто над смежными с ними территориями стоит смог. В течение года на породные отвалы выпадают атмосферные осадки, которые, фильтруясь через тело отвала, значительно меняют свой химический состав. Они обогащаются растворимыми соединениями и формируют техногенные геохимические потоки.

Таким образом, весьма актуальной остается проблема совершенствования арсенала средств и способов профилактики эндогенных пожаров на отвалах шахт и обогатительных фабрик.

Отбитая от массива горная масса под действием гравитационных сил и воздействием рабочих органов машин перемешивается и превращается в среду с беспорядочной ориентацией кусков. В этом случае пустотность поверхностного слоя отвальной массы определяется размерами межкускового пространства, ее гранулометрическим составом. Хотя фильтрация в такой среде может быть весьма значительной, в ней есть места, где расстояние между стенками трещин не превышает Δ=10^-7... 10^-8м т.е. длины свободного бега молекул газа (λ) []. Воздух в таких микротрещинах находится в состоянии вакуума, и миграция газов происходит вследствие эффузивных процессов, то есть процессов истечения разреженного газа из отверстия, характерные размеры которого меньше длины свободного пробега молекул. Использование явления эффузии позволяет дополнить представления о зарождении очагов самонагревания в толще породных отвалов.

Условие равновесия разреженного газа существенно отличается от аналогичного условия для не разреженного газа:

Одним из следствий выражения является то, что если давления P₁ и P₂ были первоначально одинаковыми, то вследствие эффузии газ начнет перетекать из области с более низкой температурой, в область с более высокой. Это явление называется тепловой эффузией.

Температура поверхности породного отвала в течение суток изменяется под действием солнечной радиации, ветра, осадков и в то же время на некоторой глубине температура остается практически постоянной (t_c). Весной и осенью дневная температура, как правило, выше значения t_c , ночная - ниже. Это приводит к пульсациям воздуха в приповерхностном слое измельченных пород, обеспечивает поступление воздуха в отвал ночью и выделение днем. Происходящий таким образом газовый обмен способствует обогащению кислородом межкускового пространства и удалению из него газообразных продуктов физико-химических процессов, что приводит к самонагреванию пород, а в дальнейшем способствует самовозгоранию отвальной массы.

Таким образом, эффективность способов профилактики эндогенных пожаров на отвалах шахт и обогатительных фабрик может быть повышена путем торможения эффузивных процессов, вследствии чего доступ кислорода к углепородной массе будет ограничен.

Список использованной литературы

1. Бурлака В. В. Шахты и экология/ В. В. Бурлака, В. Г. Назарчук // Экологические проблемы угольной промышленности Украины.–2006.–№7.–С.15–20

2. Іванців О.Є. Вплив підприємств вугледобувної промисловості на навколишнє середовище/ О.Є. Іванців, С.О. Лизун // Уголь Украины. - 2000. - № 7. – С.27-32.

3. Костенко В.К. Особенности динамики газовых смесей в трещиноватом горном массиве/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Аэрология». – М.: Изд-во МГГУ, 2005. – С. 134 – 143.