Установление закономерностей термического разложения углей и критериев склонности к самовозгоранию

Актуальность работы. Ископаемый уголь является самым распространенным в мире ресурсом для производства электроэнергии. Эндогенные пожары, спровоцированные самовозгоранием угля, наносят ущерб здоровью человека и окружающей среде из-за выбросов в атмосферу парниковых и токсичных газов, некоторых микроэлементов, образующихся в результате сгорания угольного вещества, и являются причинами аварий, травматизма рабочих и снижения качества добываемого полезного ископаемого. Выявление склонных к самовозгоранию углей позволяет заранее принимать меры, предупреждающие возникновение возгорания. Известно, что причинами самовозгорания угля являются: окисление угольного вещества кислородом воздуха, накопление и повышение тепла в результате процессов окисления угля. В разных странах применяют различные методы определения склонности углей к самовозгоранию, которые зачастую обоснованы статистически и дают приемлемые результаты для конкретных месторождений. Главными недостатками применяемых методов являются: трудоемкость, длительность по времени проведения и невысокая точность получаемых результатов. В настоящее время существуют приборы, которые позволяют свести к минимуму вышеперечисленные недостатки. Для изучения склонности угля к самовозгоранию широкую популярность приобретает высокоточный и быстрый метод термогравиметрического анализа (ТГА), который позволяет установить особенности взаимодействия угля с кислородом воздуха в заданных условиях по термограммам изменения массы угля и подходит для изучения кинетики процессов термического разложения угля. Но для определения самовозгорания углей методом ТГА до настоящего времени не разработаны режимы исследования углей и критерии их разделения по склонности к самовозгоранию. Поэтому установление закономерностей процессов термического разложения углей для определения склонности к самовозгоранию является актуальной научно-практической задачей. Цель работы. Выявление закономерностей термического разложения углей для установления критериев их склонности к самовозгоранию. Идея работы заключается в применении метода ТГА для установления закономерностей термического разложения углей в низкотемпературной области при поглощении кислорода углем. Задачи исследования: анализ и систематизация существующих методов определения склонности углей к самовозгоранию; - обоснование возможности применения метода ТГА для определения химической активности угля по поглощению кислорода при нагревании; - разработка методики лабораторных исследований углей методом ТГА для их разделения по склонности к самовозгоранию; - выявление закономерностей, наиболее информативных показателей и установление критериев склонности к самовозгоранию углей при их исследовании методом ТГА. Методы исследования: нормативный метод определения склонности углей к самовозгоранию, основанный на окислении угля молекулярным кислородом в статических изометрических условиях; метод ТГА для изучения термической устойчивости углей; элементный анализ для определения элементного состава углей; метод сканирующей электронной микроскопии для определения пространственной текстуры углей по цифровым изображениям поверхности; рентгенографические исследования углей, дающие представление о составе минеральной части углей и размерах кристаллитов в угле; метод математического моделирования распределения температуры в исследуемых углях при разных режимах нагревания. Объект исследования - процессы термического разложения углей. Предмет исследования - закономерности термического разложения углей на стадии окисления и сорбции кислорода.