Samozapaljivost uglja

Camozapaljivost uglja predstavlja značajan problem sa aspekta sigurnosti, ekologije i odlaganja i uzimanja u procesu deponovanja uglja. Pri pojavi endogenih požara na deponijama uglja se javljaju značajni ekonomski gubici usled gorenja uglja.

Faktori koji utiču na proces samozapaljenja

Samozagrevanje uglja na deponijama koje se nalaze na otvorenom prostoru zavisi od niza faktora, kako onih na koje se može tako i onih na koje se ne može uticati. Tendencija samozapaljivosti uglja je najveća kod lignita, dok je najmanja kod antracitnih ugljeva. Sveže miniran ugalj troši kiseonik i zagreva se u većoj meri nego ugalj koji je bio podložan spoljnim uticajima. Prisustvo vodene pare može biti važno, jer stopa toplote zagrevanja uglja iz zasićenog vazduha može biti znatno viša od stope toplote zagrevanja uglja iz suvog vazduha. Najbitniji faktor predstavljaju karakteristike uglja.

Karakteristike uglja

Sve vrste ugljeva nisu pođednako osetljive na samozapaljivost. Identifikacija ugljeva koji su više skloni samozapaljenju je važna zbog planiranja i preduzimanja mera za obezbeđivanje sigurnog deponovanja. Toplota se stvara u deponiji reakcijom uglja sa kiseonikom iz atmostfere, pri čemu prisustvo vode ima uticaja na reakciju.

• Vrsta uglja. Rizik od samozapaljenja uglja raste sa opadanjem stepena karbonifikacije. Ugljevi niskog stepena karbonifikacije (lignit i mrkolignitski ugalj) su obično najskloniji samozapaljenju usled veće sposobnosti reagovanja sa kiseonikom.
• Sadrzaj vlage. Deponovani ugalj sa većim sadržajem vlage ima manju tendenciju samozapaljenja, pri čemu je potreban duži vremenski period da se postigne tačka paljenja.
• Poroznost uglja. Željeno je da se kod strujanja vazduha ne dozvoli duboko prodiranje kiseonika i vlažnosti u masu uglja, gde su gubici toplote minimalni.
• Mineralni sastav Veći sadržaj pepela smanjuje rizik od samozapaljenja, mada mineralne komponente mogu, svaka, povećati ili umanjiti dejstvo.

Klimatske prilike

Klimatski faktori koji značajno utiču na samozapaljivost uglja uključuju sledeće: vlažnost vazduha, kišne padavine, temperatura, izloženost suncu i izloženost vetru. Suv okolni vazduh može delimično da osuši ugalj, stvarajući uslove za adsorpciju vlage i stvaranje toplote usled dejstva toplote vlaženja. Gubitak vlage isparavanjem je obično mali, ali ipak može biti značajan u vrelim i sušnim periodima. Razvoj požarnih procesa je obično vezan za periode kada nakon većih kiša dođe duži period sušnog vremena.

Procena rizika

U rudarstvu se za ispitivanje sklonosti uglja samozapaljenju koriste različite metode laboratorijskih ispitivanja. Ispitivanjima se određuje i meri sposobnosti hemijskog reagovanja uglja sa kiseonikom (oksidacija).

Tabela 4.2. Klasifikacija Olpinskog, prema sklonosti ka samozapaljenju uglja

Sklonost ka samozapaljenju	SZ^(C/min)	Grupa
Nije sklon	<80	I
Umereno sklon	80-100	II
Sklon	100-120	III
Veoma sklon	>120	IV

Prevencija samozapaljenja

Praktična iskustva i studijska istraživanja problematike samozapaljivosti uglja pokazuju da se primenom izvesnih tehničkih mera samozapaljivost uglja u deponijama može eliminisati. Praktična iskustva ukazuju da nije preporučljivo zajedničko deponovanje:

• Ugljeva različitih sklonosti samozapaljenju
• Ugljeva različite krupnoće
• Svežeg uglja i uglja oštećenog izlaganjem atmosferiliju,
• Vlažnost uglja i delimično suvog ili suvog uglja, i
• tek otkopanog uglja i pranog (čišćenog) uglja.

Detekcija

Rana detekcija procesa samozapaljenja uglja je veoma važna za sigurno odlaganje uglja i svođenje gubitaka uglja zbog samozagrevanja na minimum. Samozapaljivost uglja se često detektuje vizuelno opažanjem pojave oslobađanja dima ili pare iz deponije.

Upravljanje procesom samozapaljenja

Pravilan monitoring deponija uglja je vrlo bitan u cilju identifikacije procesa samozapaljenja uglja i pravovremene primene odgovarajućih postupaka za sanaciju. Površine na deponiji gde temperatura raste kontinuirano preko 40 stepeni C zahtevaju pažljivo praćenje jer rast temperature preko 60 stepeni C predstavlja sigurnu indikaciju razvoja procesa samozapaljenja uglja.

Sklonost uglja ka samozapaljenju

Pri oceni stanja endogene požarne ugroženosti, pored prirodne sklonosti uglja ka samozapaljenju, uobzir se uzimaju i faktori uticajni na sorpcionu sposobnost uglja, i to: stepen usitnjenosti uglja,početna temperatura uglja, prethodno zagrevanje, kvašenje i stepen oksidisanosti. Povećanjem spena usitnjenosti uglja, povećava se ukupna unutrašnja i spoljna sorpciona površina. Spoljašnju apsorpcionu površinu čini sistem makro i mikro pukotina i stepen usitnjenosti, a unutrašnju poroznost uglja. U procesu apsorpcije kiseonika učestvuje spoljašnja temperatura i deo unutrašnje, naročito na višim temperaturama. To je posebno izraženo kod eksploatcije slojeva na većim dubinama, gde temperaturni odnosi u sloju utiču na povećanje požarne ugroženosti. Potrebno zagrevanje uglja ubrzava razvoj procesa samozapaljenja. Naročito izraženi su recidivi požara na lokacijama prethodno saniranih požara. Kvašenje uglja izaziva bubrenje na zidovima prslina i pukotina, usled čega dolazi do povećanja apsorpcione sposobnosti. Neoksidirani ugljevi ne bubre. Pored toga, vlaga ima i ulogu katalizatora uoksidacionom procesu. Stepen oksidisanosti uglja utiče na smanjenje sklonosti samozapaljenju. Povećanjem dubineoksidisanog sloja, dolazi do njegove potpune nesposobnosti za upijanje kiseonika. Izučavanje procesa samozapaljenja uglja, upijanje kiseonika i izdvajanje produkata oksidacije, ostaje isto nezavisno od stepena metamorfizma. Zbog toga se smatra da su izotermne, termičke i adijabatske metode podjednako prihvatljive za određivanje sklonosti uglja ka samozapaljenju. Kvašenje uglja izaziva bubrenje na zidovima prslina i pukotina, usled čega dolazi do povećanj apsorpcione sposobnosti. Neoksidirani ugljevi ne bubre. Pored toga, vlaga ima i ulogu katalizatora u oksidacionom procesu. Stepen oksidisanosti uglja utiče na smanjenje sklonosti samozapaljenju. Povećanjem dubine oksidisanog sloja, dolazi do njegove potpune nesposobnosti za upijanje kiseonika. Izučavanje procesa samozapaljenja uglja, upijanje kiseonika i izdvajanje produkata oksidacije, ostaje isto nezavisno od stepena metamorfizma. Zbog toga se smatra da su izotermne, termičke i adijabatske metode podjednako prihvatljive za određivanje sklonosti uglja ka samozapaljenju. Ispitivanje ugljeva u izotermnim uslovima naročito je pogodno za proučavanje razvoja procesa u I fazi, kad se kiseonik uglavnom absorbira i samo njegov mali deo odlazi na stvaranje H20, CO, CO2. Metode zasnovane na oksidaciji uglja sa kiseonikom iz vazduha najbolje odgovaraju za ispitivanjeslabije metamorfisanih mrkih ugljeva. Ispitivanjem uglja u adijabatskim uslovima, može se pratiti razvoj procesa samozapaljivosti u sve tri faze, dok se ispitivanjem u tehničkim uslovima omogućuje praćenje u drugoj i trećoj fazi.

Gašenje požara prouzrokovanog samozapaljenjem uglja

Samozapaljivosti ugljeva u rudnicima uglja Republike Srbije

U poslednjih 15 godina oksidacioni procesi i požari endogenog karaktera registrovani su u većini jama-rudnika JP za PEU.Otvoreni požari zabeleženi su u jamama:

• Senjski Rudnik rudnika Rembas (preko 30 požarnih pojava)
• Pasuljanske livade rudnika Rudnik Rembas,(3)
• Jarando“ rudnika Ibarski rudnici, (6)
• Stara jama, rudnika Lubnica, (3)
• Jasenovac, rudnika Jasenovac, (4)

dok su u više navrata oksidacioni procesi blagovremeno sanirani i sprečeno njihovo razvijanje u otvorene požare u jamama:

• Strmosten, rudnika Rudnik Rembas,
• Soko, rudnika Soko
• Jasenovac, rudnika Jasenovac
• Tadenje, Ibarski rudnici

Najveći broj požara dogodilo se u jami „Senjski Rudnik“, pri otkopavanju debelog ugljenog sloja u otkopnom polju „B“. Na brojnost požara najveći uticaj imali su lokacija otkopnog polja, nekvalitetna izolacija otkopnih prostora i neadekvatan sistem izolacije. Kao rezultat razvoja požarnih procesa, povremeno je prekinuto otkopavanje u ovom otkopnom polju i pristupljeno kvalitetnoj izolaciji otkopanih prostora zamuljivanjem termoelektranskim pepelom.

Jedan od najvećih požara u rudnicima u Srbiji dogodio se 2015. godine u Ibarskim rudnicima kada je izgorelo 70000 tona uglja.

Požar u Ibarskim rudnicima, 2015. godina

Tehničke mere zaštite od endogenih požara

Opasnost od pojave endogenih požara traje praktično tokom čitavog perioda eksploatacije u ležištima uglja , te su endogeni procesi postali izuzetno važan sigurnosno proizvodni faktor eksploatacije uglja u celini. Praksa je pokazala da proces otkopavanja, ma koliko bio efikasan i ekonomičan stvara, ipak, povoljne uslove za razvoj oksidacionih procesa. Iz tog razloga, u samom procesu otkopavanja treba tražiti one elemente procesa koji deluju odbrambeno ili deprimirajuće na oksidacioni proces, zadržavajući ga u okviru potencijalnih opasnosti. Rano otkrivanje oksidacionih pojava je veoma bitan činilac za uspešnu zaštitu od izbijanja ili samu sanaciju endogenog požara. Redovna kontrola gasnih, ventilacionih i požarnih pokazatelja, kako operativnim putem, tako i primenom sistema automatske daljinske kontrole, predstavlja glavnu preventivnu meru. Savremen metod preventivne zaštite od nastanka endogenih požarnih procesa predstavlja postupak intertizacije azotom.

Literatura

• Upravljanje kvalitetom uglja, Dragan Ignjatović, Dinko Knežević, Božo Kolonja, Nikola Lilić, Ranka Stanković
• Ugroženost podzemnih rudnika uglja endogenim požarima, Mirko Ivković, Tehnički institut Bijeljina. Arhiv za tehničke nauke, Godina II – br. 3.

Spoljašnje veze

• Požar u Ibarskim rudnicima