Приказ Ростехнадзора от 02.04.2013 № 132

(ред. от 22.06.2016)

«Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности „Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля“»

(Зарегистрировано в Минюсте России 05.07.2013 № 28997)

Зарегистрировано в Минюсте России 5 июля 2013 г. № 28997

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ И АТОМНОМУ НАДЗОРУ

ПРИКАЗ от 2 апреля 2013 г. № 132

ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ФЕДЕРАЛЬНЫХ НОРМ И ПРАВИЛ В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ «ИНСТРУКЦИЯ»

В соответствии с подпунктом 5.2.2.16(1) Положения о Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 30 июля 2004 г. № 401 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, № 32, ст. 3348; 2006, № 5, ст. 544; № 23, ст. 2527; № 52, ст. 5587; 2008, № 22, ст. 2581; № 46, ст. 5337; 2009, № 6, ст. 738; № 33, ст. 4081; № 49, ст. 5976; 2010, № 9, ст. 960; № 26, ст. 3350; № 38, ст. 4835; 2011, № 6, ст. 888; № 14, ст. 1935; № 41, ст. 5750; № 50, ст. 7385; 2012, № 29, ст. 4123; № 42, ст. 5726; 2013, № 12, ст. 1343), приказываю:

утвердить прилагаемые Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля».

от 2 апреля 2013 г. № 132

ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ «ИНСТРУКЦИЯ»

1. Настоящие Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля» (далее — Инструкция) разработаны в соответствии с Федеральным законом от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 30, ст. 3588; 2000, № 33, ст. 3348; 2003, № 2, ст. 167; 2004, № 35, ст. 3607; 2005, № 19, ст. 1752; 2006, № 52, ст. 5498; 2009, № 1, ст. 17, ст. 21; № 52, ст. 6450; 2010, № 30, ст. 4002; № 31, ст. 4195, ст. 4196; 2011, № 27, ст. 3880; № 30, ст. 4590, ст. 4591, ст. 4596; № 49, ст. 7015, ст. 7025; 2012, № 26, ст. 3446; 2013, № 9, ст. 874), Правилами безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03), утвержденными постановлением Госгортехнадзора России от 5 июня 2003 г. № 50 (зарегистрировано Министерством юстиции Российской Федерации 19 июня 2003 г., регистрационный № 4737; Российская газета, 2003, № 120/1; 2004, № 71), с изменениями, внесенными приказами Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 20 декабря 2010 г. № 1158 (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 15 марта 2011 г., регистрационный № 20113; Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти, 2011, № 16) и от 7 декабря 2012 г. № 708 (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 11 марта 2013 г., регистрационный № 27576; Российская газета, 2013, № 59).

2. Настоящая Инструкция предназначена для работников угледобывающих организаций, работников территориальных органов Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, работников военизированных горноспасательных частей.

3. Настоящая инструкция содержит порядок выполнения работ по определению инкубационного периода самовозгорания угля.

4. Утратил силу. - Приказ Ростехнадзора от 22.06.2016 № 236.

5. В настоящей Инструкции используются термины и их определения, а также условные обозначения, приведенные в приложениях № 1, 2 к настоящей Инструкции.

6. Места отбора проб для определения инкубационного периода самовозгорания угля (далее — пробы) определяются техническим руководителем (главным инженером) шахты (разреза).

7. Пробы отбираются на каждом крыле шахтного поля на всех отрабатываемых пластах.

Пробы отбираются в забое проводимой подготовительной выработки и/или в действующем очистном забое. В каждой подготовительной выработке и/или в очистном забое пробы отбираются не менее чем в двух местах, расположенных на расстоянии 30 — 50 м друг от друга.

При отсутствии по пласту угля проводимых подготовительных выработок и/или действующих очистных забоев пробы отбираются в действующих горных выработках.

8. На угольных разрезах пробы отбираются на всех отрабатываемых пластах.

На каждом отрабатываемом пласте пробы отбираются в одном месте не более чем через 24 часа после обнажения угольного пласта в месте отбора пробы.

9. На угольных пластах, имеющих сложное строение, пробы отбираются из всех угольных пачек, угольных прослойков и пропластков углистого сланца. Пробы отбираются из угольных пластов, угольных прослойков и пропластков углистого сланца, залегающих в кровле разрабатываемого пласта в зоне обрушения пород, при неустойчивых вмещающих породах — в почве пласта.

10. Для отбора проб по всей мощности угольного пласта перпендикулярно напластованию горных пород выбирается штроба. В забое проводимой подготовительной выработки и/или в действующем очистном забое штроба выбирается шириной не менее 0,5 м и глубиной не менее 0,2 м. В действующих горных выработках штроба выбирается в борту выработки шириной не менее 0,5 м и глубиной не менее 1,0 м.

11. Пробы отбираются в местах, удаленных не менее чем на 20 м от участков угольного пласта, на котором было проведено нагнетание воды в пласт, от дегазационных и разведочных скважин, от зон тектонических нарушений.

12. Пробы отбираются способом квартования.

13. Пробы помещаются в герметичные емкости или в пакеты (мешки) из воздухонепроницаемых материалов. При использовании полиэтиленовых пакетов (мешков) каждая проба упаковывается в двойной пакет. Каждый полиэтиленовый пакет (мешок) герметизируется. Перед герметизацией пакета (мешка) воздух из него удаляется.

14. Пробы отбираются массой не менее 4 кг, размер кусков угля в пробе 30 — 50 мм.

15. В мешок с пробой вкладывается лист бумаги с информацией о дате и времени отбора пробы, месте отбора, угольной пачке (угольном прослойке или пропластке углистого сланца), из которой эта проба была отобрана.

16. Отбор проб оформляется актом отбора проб углей для определения инкубационного периода самовозгорания угля в соответствии с рекомендуемым образцом, приведенным в приложении № 3 к настоящей Инструкции.

17. Для проб используется керн, отобранный из скважин при их колонковом бурении. Пробы отбираются из керна выходом не менее 80%.

18. Скважины, из которых отбирается керн, располагаются таким образом, чтобы расстояние между ними было не более 1000 м по простиранию и/или по падению пласта, и на 1 км2 было не менее двух скважин.

19. Пробы из керна отбираются в угольных прослойках и пропластках углистого сланца мощностью более 0,2 м, расположенных в кровле пласта на расстоянии его трехкратной мощности. На пластах крутого залегания дополнительно отбираются пробы в угольных прослойках и пропластках углистого сланца мощностью более 0,2 м, залегающих в лежачем боку (почве) на расстоянии не более одной мощности пласта.

20. Пробы из керна отбираются и упаковываются в соответствии с пунктами 12 - 15 настоящей Инструкции.

21. Отбор проб оформляется актом отбора керновых проб углей для определения инкубационного периода самовозгорания угля в соответствии с рекомендуемым образцом, приведенным в приложении № 4 к настоящей Инструкции.

22. Для определения инкубационного периода самовозгорания угля техническим руководителем (главным инженером) шахты (разреза) организуется подготовка исходных данных в виде:

проб угля и актов отбора проб углей для определения инкубационного периода самовозгорания угля;

планов горных работ с нанесением на них мест отбора проб, мест возникновения эндогенных пожаров и тектонических нарушений;

горно-геологической характеристики пласта в пределах шахтного поля с описанием условий его залегания;

технического анализа угля или сертификата качества;

справки о случаях самовозгорания угля с указанием места и даты возникновения пожара;

справки о естественной температуре угля в районе ведения горных работ.

23. Инкубационный период самовозгорания угля определяется по результатам исследований свойств угля, проводимых согласно приложению № 5 к настоящей Инструкции.

Абзац утратил силу. - Приказ Ростехнадзора от 22.06.2016 № 236.

Газоносность — количество (объем) газа (метана), содержащегося в массовой или объемной единице полезного ископаемого и горной породы в свободном и связанном состоянии \text{м}^{3}/\text{т} , \text{м}^{3}/\text{м}^{3} .

Инкубационный период самовозгорания угля — время нарастания температуры от естественной до критической.

Квартование — способ отбора проб угля, при котором отбитый уголь измельчается на куски размером 40 — 60 мм, затем проба перемещается два раза на конус и сплющивается путем надавливая металлической плитой сверху. Полученный слой угля разделяется на четыре равных сектора и из противоположных секторов отбирается по одинаковой порции угля до необходимой массы пробы.

Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления паров воды в газе (в первую очередь, в воздухе) к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре.

Стадия самонагревания — ранняя стадия эндогенного пожара, которая характеризуется малой скоростью протекания реакции окисления угля и медленным нарастанием его температуры от естественной до критической, равной для каменных углей 90 — 130 °C.

Скорость дезактивации угля — скорость изменения способности угля сорбировать кислород воздуха с течением времени.

Химическая активность угля (константа скорости сорбции кислорода воздуха углем) — способность угля сорбировать молекулы кислорода воздуха с выделением тепла, характеризуется объемом сорбированного кислорода единицей массы угля в единицу времени.

В настоящей Инструкции использованы следующие условные обозначения:

\text{С}_{\text{к}} — конечная концентрация кислорода в воздухе над углем, %;

\text{С}_{0} — начальная концентрация кислорода в воздухе над углем, %;

\text{С}_{\text{О}2} — концентрация кислорода на входе в угольное скопление, доли единицы;

\text{С}_{\text{воз}} — теплоемкость воздуха, Дж/(моль·°C);

\text{С}_{\text{у}} — теплоемкость угля, кал/(г·К) или Дж/(кг·°C);

E — энергия активации, Дж/моль;

\text{Р}_{H2O} — давление паров воды над водой, Н/м2;

\text{Р}_{H2O}^{0} — давление паров воды над водой при температуре 0 °C, Н/м2;

\text{Р}_{\text{у}} — давление паров воды над углем, Н/м2;

Q^{\text{вын}} — скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла воздухом, °C/с;

Q^{\text{ген}} — скорость изменения температуры очага за счет генерации тепла при взаимодействии кислорода с углем, °C/с;

Q^{\text{исп}} — скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла испарением, °C/с;

R — универсальная газовая постоянная;

\text{Т}_{0} — начальная температура скопления угля, °C;

\text{Т}_{\text{кр}} — критическая температура самовозгорания угля, °C;

\text{Т}_{\text{воз}} — начальная температура подаваемого воздуха, °C;

\Delta\text{Т} — изменение температуры скопления угля временных интервалов \Delta\tau , °C;

\text{Т}_{1} — температура термостата, K;

\text{Т}_{2} — температура термостата, K;

K — константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, м3/(кг·с);

K_{0} — начальная константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, м3/(кг·с);

K_{\text{Т}1} — константа скорости сорбции при температуре Т1, м3/(кг·с);

K_{\text{Т }2} — константа скорости сорбции при температуре Т2, м3/(кг·с);

V — объем воздуха в реакционном сосуде, м3;

V_{y} — объем угля, м3;

W — влажность исследуемой пробы угля, %;

W_{0} — начальная влажность угля, %;

\text{Х}_{0} — природная метаноносность, мл/г;

П — пористость угля, доли единицы;

r — теплота испарения воды, Дж/м3;

f(w) — показатель активации константы скорости реакции при критической влажности, доли единицы;

m — масса навески угля, кг;

m_{0} — масса навески угля, доведенного до равновесного состояния в эксикаторе, г;

m_{1} — масса навески пробы с бюксой после выдерживания в эксикаторе, г;

m_{2} — масса навески с бюксой после сушки, г;

v — объемная пожароопасная скорость воздуха, м3/с;

q — тепловой эффект окисления угля, Дж/м3;

q_{\text{д}} — удельная теплота десорбции метана, кал/мл;

q_{\text{О }2} — удельная теплота сорбции кислорода воздуха углем, кал/мл;

\alpha — коэффициент усвоения кислорода воздуха;

\mu — молекулярный вес воды, кг/моль;

\varphi — влажность подаваемого воздуха, доли единицы;

\lambda — изменение температуры скопления угля за единицу времени, кал/г;

\gamma — плотность скопления угля, кг/м3;

\tau — время контакта воздуха с углем, сут.;

\tau_{\text{инк}} — инкубационный период самовозгорания угля, сут.;

\Delta\tau — временной интервал, с;

\rho_{\text{воз}} — плотность воздуха, кг/м3.

АКТ отбора проб углей для определения инкубационного периода самовозгорания угля

Угледобывающая организация _________ пласт ________ марка угля ________ Место отбора проб _____________________________________________________ Дата отбора _________________________

Подписи: Технический руководитель

                        (главный инженер) шахты (разреза)

                        Главный геолог

(рекомендуемый образец)

АКТ отбора керновых проб углей для определения инкубационного периода самовозгорания угля

Угледобывающая организация ________________________________________________ Наименование участка ______________________________________________________ Пласт _____________________________________________________________________ Марка угля и данные его технического анализа ______________________________ Дата отбора керна _________________________________________________________

Подписи: Технический руководитель (главный инженер) шахты (разреза)

                        Главный геолог

самовозгорания угля», утвержденным

по экологическому, технологическому

(рекомендуемый образец)

Инкубационный период самовозгорания угля определяется расчетом и/или с использованием электронных вычислительных машин.

УГЛЯ РАСЧЕТОМ

Определение инкубационного периода самовозгорания угля, \tau_{\text{инк}} , сут., расчетом проводится по следующей формуле:

\tau_{\text{инк}} = \frac{\text{С}_{\text{у}}(\text{Т}_{\text{кр}} - \text{Т}_{0}) + 0,6\lambda W_{0}/100 + q_{\text{д}}X_{0}}{24\alpha K^{0,45}C_{O2}q_{O2}} , (1)

где \text{С}_{\text{у}} — теплоемкость угля, Дж/(кг·°C);

\text{Т}_{0} — начальная температура скопления угля, °C;

\lambda — изменение температуры скопления угля за единицу времени, кал/г;

W_{0} — начальная влажность угля, %, определяется:

W_{0} = 100 \cdot (m_{1} - m_{2})/m_{0} , (2)

здесь m_{1} — масса навески пробы с бюксой после выдерживания в эксикаторе, г;

m_{2} — масса навески с бюксой после сушки, г;

m_{0} — масса навески угля, доведенного до равновесного состояния в эксикаторе, г;

Для определения начальной влажности угля используются две пробы угля фракцией 0,2 мм, которые помещаются в эксикаторы. В первом эксикаторе поддерживается 98% относительная влажность воздуха над углем, во втором — 100%.

q_{\text{д}} — удельная теплота десорбции метана, кал/мл;

\text{Х}_{0} — природная метаноносность, мл/г;

\alpha — коэффициент усвоения кислорода воздуха;

K — константа скорости сорбции кислорода углем, м3/(кг·с), определяется в следующем порядке:

в сорбционные сосуды при температуре 18 — 20 °C загружается исследуемый уголь фракции 1 — 3 мм, массой от 50 до 120 г;

в сорбционных сосудах замеряется начальная концентрация кислорода в воздухе над углем;

сорбционные сосуды герметично закрываются и помещаются в термостат при температуре 10 — 20 °C;

через сутки, три и пять суток в сорбционных сосудах замеряется конечная концентрация кислорода в воздухе над углем. По результатам замеров определяется константа скорости сорбции кислорода углем:

K = - \frac{V}{m \cdot \tau} \cdot ln \frac{(100 - C_{0})C_{\text{к}}}{C_{0}(100 - C_{\text{к}})} , (3)

здесь V — объем воздуха в реакционном сосуде, м3;

m — масса навески угля, кг;

C_{O2} — концентрация кислорода на входе в угольное скопление, доли единицы;

q_{O2} — удельная теплота сорбции кислорода воздуха углем, кал/мл.

Определение инкубационного периода самовозгорания угля с использованием электронных вычислительных машин

Определение инкубационного периода самовозгорания угля с использованием электронных вычислительных машин проводится по следующей формуле:

\tau_{\text{инк}} = \sum \Delta\tau , (4)

где \Delta\tau — временной интервал, с.

Инкубационный период самовозгорания угля равен суммарной продолжительности временных интервалов \Delta\tau , за которые суммарное изменение температуры достигает критического значения самовозгорания угля:

где Ткр — критическая температура самовозгорания угля, °C, ( \text{Т}_{\text{кр}} = 90 - 130 °C);

\Delta\text{Т} — изменение температуры скопления угля за временных интервалов \Delta\tau , °C.

\sum \Delta\tau = \sum \frac{\Delta\text{Т}}{Q^{\text{ген}} - Q^{\text{вын}} - Q^{\text{исп}}} , (6)

где Q^{\text{ген}} — скорость изменения температуры очага за счет генерации тепла при взаимодействии кислорода с углем, °C/с, определяется:

Q^{\text{ген}} = \frac{V_{\text{у}}\gamma\text{П}qKC_{0}\nu}{(\nu + KV_{\text{у}}\text{П}\gamma)\gamma\text{С}_{\text{у}}V_{\text{у}}\text{П}} , (7)

здесь V_{\text{у}} — объем угля, м3;

\gamma — плотность скопления угля, кг/м3;

q — тепловой эффект окисления угля, Дж/м3;

\nu — объемная пожароопасная скорость воздуха, м3/с;

\text{С}_{\text{у}} — теплоемкость угля, Дж/(кг·°C);

К — константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, м3/(кг·с), определяется:

K = K_{0}exp(- E/(R(T + \sum \Delta T))\tau^{- h}f(w)) , (8)

здесь K_{0} — начальная константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, м3/(кг·с);

E — энергия активации, Дж/моль, определяется:

E = - R \frac{ln(K_{T1}/K_{T2})}{T_{2}/(T_{1} - 1)} , (9)

здесь R — универсальная газовая постоянная;

K_{T2} — константа скорости сорбции при температуре T_{2} , м3/(кг·с);

T_{1} — температура термостата, К, ( T_{1} = 283 — 293 К);

T_{2} — температура термостата, К, ( T_{2} = 313 — 333 К);

h = \frac{lnK - lnK_{0}}{ln\tau} , (10)

f(w) — показатель активации константы скорости реакции при критической влажности, доли единицы, определяется:

f(w) = 1,009exp(\frac{- (\frac{100W}{W_{0}} - 35)^{2}}{40}) + 1 , (11)

здесь W — влажность исследуемой пробы угля, высушенной при температуре 105 °C в течение 2 часов, %;

Q^{\text{вын}} — скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла воздухом, °C/c, определяется:

Q^{\text{вын}} = \frac{\nu C_{\text{воз}}\rho_{\text{воз}}(\text{Т } + \sum \Delta\text{Т } - \text{Т}_{\text{воз}})}{\gamma\text{С}_{\text{у}}V_{\text{у}}\text{П}} , (12)

здесь C_{\text{воз}} — теплоемкость воздуха, Дж/(моль·°C);

\rho_{\text{воз}} — плотность воздуха, кг/м3;

\text{Т}_{\text{воз}} — начальная температура подаваемого воздуха, °C;

Q^{\text{исп}} — скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла испарением, °C/с, определяется:

Q^{\text{исп}} = \frac{\nu r\mu}{\gamma\text{С}_{\text{у}}V_{\text{у}}\text{П}R(T + \sum \Delta T)} (P_{\text{у}} - \varphi P_{H_{2}O}) , (13)

здесь r — теплота испарения воды, Дж/м3;