Журнал "Уголь Украины" №6 2000 г. стр. 27-29
П. С. Пашковский, доктор техн. наук.
Э. А. Попов, инж.,
М. А. Яремчук,канд. техн. наук.
Контроль теплового состояния породного отвала .
Негативный характер воздействия технологических процессов добычи угля на окружающую природную среду проявляется в загрязнении водных источников, атмосферного воздуха, почв твердыми, жидкими и пыле-газообразными отходами в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации. Горящие породные отвалы ежегодно выделяют в атмосферу около 300 тыс т вредных веществ. Кроме того, они занимают площадь более 7 тыс. га преимущественно плодородных земель (в среднем 5,5 га на отвал). Объемы загрязняющих веществ экологически опасны.
Не решены вопросы безопасной и технологически грамотной организации работ по тушению, формированию, разборке породных отвалов, не определены прогрессивные технические мероприятия, направленные на обеспечение экологической безопасности в соответствии с Законом Украины ''Об охране окружающей природной среды".
Технология формирования (эксплуатации) отвалов должна предупреждать их самовозгорание. Одно из основных направлений предупреждения и снижения вредных выбросов в атмосферу — контроль теплового состояния. Качественная и вовремя проведенная съемка помогает в борьбе с очагами самонагревания, (горения), особенно при разработке проектов тушения, разборке и рекультивации отвалов, уточненном расчете валовых выбросов вредных веществ.
Инструкцией [1] предусмотрена методика проведения температурной съемки породных отвалов различной формы, в которой определены площади и температура поверхности очага горения, необходимые для расчета количества выбросов. Детальное изучение указанной методики и опыт ее применения позволили выявить следующие недостатки: по схеме расположения точек измерения температур отвалов невозможно точно установить форму и площадь очага тепловыделения, часть этих очагов (особенно без явных признаков горения) попадает между точками измерения и не фиксируется при определении количества выбросов, т. е. занижается общий объем выбросов вредных веществ с конкретного отвала.
В НИИГД разработана методика контроля теплового состояния породных отвалов, где для повышения точности определения формы и площади очагов тепловыделения на их поверхности используются тепловюоры, воспроизводящие инфракрасное изображение объекта на экране и термоизображения на гибком магнитном диске с дальнейшей его обработкой на ПЭВМ. По снятому или дополненному и уточненному плану определяют последовательность фотографирования отвала в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах.
Конусный террикон снимают с хвостовой, лобовой сторон и затем с боковых, плоский отвал правильной формы — со всех четырех боков, а произвольной - ориентируясь по сторонам света. Снимают боковые откосы таким образом, чтобы весь отвал помещался в кадр. Если террикон большой или есть посторонние (мешающие съемке) объекты, то его фотографируют по частям. С выбранной точки снимают боковые поверхности на черно-белую или цветную пленку. На то же место устанавливают тепловизор, наводят на поверхность отвала до появления на экране инфракрасного изображения, на котором нагретые пятна выглядят светлыми.
После съемки всей поверхности отвала в ультрафиолетовом излучении и инфракрасном пленки проявляют, печатают позитивные изображения размером, соответствующим масштабу плана поверхности. С фотографий форма и размер пятен (масштаб 1:1) переносятся на план террикона, а с плана границы зон горения — на его поверхность. Техническим термометром, помещенным в защитный футляр, с верхним пределом измерения температур 300—500°С или пирометром определяют температуру пород в зоне очага тепловыделения и окружающей среды. Измеряют темпера туру по двум перпендикулярным линиям с точкой пересечения в центре очага. Причем одна из линий соединяет противоположные и наиболее удаленные точки, расположенные на границе.
Техническим термометром или пирометром определяют температуру пород, на ЗО°С превышающую температуру воздуха, а потом 120° и 260°С. Методом подобия формы очага тепловыделения проводят изолинии, соответствующие температурам пород 120° и 260°С и температуре, на 30°С большей, чем окружающей среды. Подсчетом количества клеток на миллиметровой бумаге или планиметром устанавливают площади, заключенные между изолиниями от температуры пород, превышающей температуру воздуха на 30°С до 120°(зона I), от 120° до 260°С (зона II) и выше 260°С (зона III).
В случае использования при проведении температурной съемки тепловизора, оснащенного блоком регистрации и покадровой записи термоизображений на магнитный диск, методика заключается в следующем. На плане отвала находят максимальное расстояние от места съемки до отвала, на котором отсутствуют посторонние объекты, и покадрово снимают всю боковую поверхность на магнитную пленку. При съемке плоского отвала кроме боковой поверхности снимают еще и плоскую часть. В момент съемки термометром фиксируют температуру окружающей среды.
Отснятую пленку помещают в ПЭВМ и на экране монитора появляется цветное термоизооражение части либо всей поверхности отвала. Программа получения термоизображений объекта позволяет устанавливать ее поверхности в необходимых точках, профильные изменения температуры в любом сечении. Термоизображения покадрово печатают на бумаге, склеивают и получают полную картину теплового состояния части поверхности или всего отвала. Между изолиниями определяют площади I, II и III температурных зон. В дальнейшем рассчитывают количество выбросов вредных веществ. Затем согласно таблице находят расчетные значения удельных газовыдслений вредных веществ в атмосферу.
Для более полной реализации методики на практике НИИГД был разработан экспериментальный комплект термопик, с помощью которых повышается точность измерения температур на глубинах до 2,5 м с меньшими (чем обычным способом) затратами времени и сил. Термопики рассчитаны на измерение температуры до 1200°С. Их конструкция такова, что позволяет производить измерения одному человеку. Результаты получают в микровольтах, а затем по табличным данным переводят в градусы Цельсия. Установленную температуру на данной глубине наносят на очаг тепловыделения, обозначенный на плане отвала. Проведенная таким способом температурная съемка даст возможность определить объем горящей массы.
Таким образом, внедрение температурной съемки разрешает проблему получения оперативной информации о тепловом состоянии любого породного отвала (горит, не горит) при отсутствии явных (видимых) очагов горения и позволяет в 1,5—2 раза сократить финансовые, материальные и людские ресурсы. Применение тепловизоров даст возможность прогнозировать ранние признаки самонагревания на негорящих породных отвалах и своевременно принять меры по недопущению самовозгорания, что будет способствовать улучшению экологической обстановки и имеет большое социальное значение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инструкция по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов к § 652 "Правил безопасности в угольных шахтах" // Сборник инструкций к "Правилам безопасности в угольных шахтах".— К.: Основа, 1996.—Т. 2.
2. Методика определения вредных выбросов с горящих породных отвалов / УкрНИИпроект.— К., 1995.