Determination of Critical Conditions of Spontaneous Combustion of Coal in Longwall Gob Areas / Wyznaczanie Warunków Krytycznych Samozapalania Węgla W Zrobach Ścian

Abstract

Decades of experience in the fight against endogenous fire hazard in coal mines indicate a major influence of certain conditions in a given area of the mine on the possibility of fire occurrence, such as: susceptibility of coals to spontaneous combustion, oxygen content in the air incoming to the self-heating coal, conditions of heat exchange between the self-heating coal mass and the environment This paper presents a numerical method for determining the critical conditions of spontaneous combustion of coal in longwall gob areas, i.e. conditions under which spontaneous combustion may occur. It has been assumed that crushed coal in the gob has a shape of a flat layer adjacent from the roof and floor side to the rocks.Our considerations have been limited to coals containing small amount of moisture. A simple model of oxidation kinetics on the coal surface expressed by the Arrhenius equation has been adopted. This model assumes that oxidation rate is independent of the amount of oxygen absorbed by coal. The rate of reaction depends only on temperature, with the parameters of the equation changing after the coal has reached the critical temperature.The article presents also a mathematical model of spontaneous heating of the coal layer in the gob area. It describes the heat balance in the coal as well as the oxygen and heat balance in the flowing gases. The model consists of a system of differential equations which are solved using numerical techniques. The developed computer program enables to perform the relevant calculations.In this paper, on the example of coal from a seam 405, we present the method for determining the following critical parameters of the layer of crushed coal: thickness of the layer, oxygen content in a stream of gases flowing through the layer and thermal conductivity of surrounding rocks. Keywords 762Wieloletnie doświadczenie w zakresie zwalczania zagrożenia pożarem endogenicznym w kopalniach wskazują na zasadniczy wpływ na możliwość zaistnienia pożaru niektórych warunków panujących w danym miejscu kopalni, takich jak:-skłonność węgla do samozapalania -zawartość tlenu w powietrzu dopływającym do zagrzewającego się węgla. W pracy przedstawiono numeryczną metodę wyznaczania warunków krytycznych samozapalania węgla w zrobach ścian, czyli takich po spełnieniu których może dojść do samozapalenia. Przyjęto, że znajdujący się w zrobach rozkruszony węgiel ma kształt płaskiej warstwy, sąsiadującej od stropu i spągu ze skałami.Rozważania ograniczono do węgli charakteryzujących się niską zawartością wilgoci. Przyjęto prosty model kinetyki utleniania na powierzchni węgla wyrażony równaniem Arrheniusa. Model ten zakłada niezależność szybkości utleniania od ilości tlenu pochłoniętego przez węgiel. Szybkość reakcji zależy jedynie od temperatury , przy czym występujące w równaniu parametry zmieniają się po osiągnięciu przez węgiel temperatury krytycznej. W artykule przedstawiono matematyczny model samozagrzewania warstwy węgla w zrobach opisujący bilans ciepła w węglu oraz bilans tlenu i bilans ciepła w prze...

Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management

“…Therefore, the main factors affecting the spontaneous combustion of coal include: the rank of coal, oxygen content, the flow rate of the air, particle size, and the moisture content. Special attention should be paid to works focusing on the adsorption of gases released during the self-heating of coal (Cygankiewicz et al 2006;Zarębska et al 2012;Dudzińska and Cygankiewicz 2015;Dudzińska 2019). The above authors suggested that the fire gases from the self-heating center can be adsorbed by bituminous coals; this can result in a lower concentration of gas and a change of fire indices.…”

Numerical Simulation of Parameters Optimization for Goaf Gas Boreholes

“…Li et al studied the influential factors on gas extraction by ground boreholes and proposed an approach to enhance the efficiency of gas extraction [8]. Many foreign scholars have done a lot of research about gas disaster prevention, gas drainage in coal mine goaf, etc [9][10][11][12][13][14][15][16]. Many other scholars have also examined the effects of ground boreholes [17][18][19][20].…”