بخشی از مقاله
چکیده
خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ یکی از عوامل محدودکننده طراحی در معادن زیرزمینی محسوب میشود. از مهم ترین خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ در معادن زیرزمینی میتوان به نشست سطح زمین، انفجار خود به خودي سنگ، خودسوزي زغال سنگ، گازخیزي، تصاعد آنی، آلودگی محیط زیست و غیره اشاره کرد. لذا ضرورت دارد این خطرات به طور دقیق شناسایی و راههاي پیشبینی، پیشگیري و کنترل آن ها ارزیابی شوند تا به ارزیابی جامعی از وضعیت معادن زغال سنگ دست یافته شود. یکی از مخاطراتی که میزان آن در معادن زغالسنگ جهان به میزان قابل توجهی رخ میدهد، »خطر خودسوزي زغالسنگ« است.
تمامی معادن زغالسنگ در یک درجه از خودسوزي قرار ندارند، بنابراین ارزیابی خطر خودسوزي یک نیاز اصلی و اولیه براي توسعه و پیشرفت طرح مدیریت خودسوزي براي معادن زغال سنگ است؛ لذا بهرهگیري از روشهاي مؤثري که موجبات پیشبینی و پیشگیري از خطر خودسوزي در معادن زغال سنگ را فراهم آورد امري اجتناب ناپذیر و ضروري تلقی میشود. فرآیند خودسوزي به دلیل تأثیر مستقیم بر حفظ ایمنی محیط استخراجی و نیز وابستگی مسائل متعدد به کیفیت آن، باید در مرحله طراحی با دقت مورد بررسی قرار گیرد؛ بنابراین پیشبینی قابلیت خودسوزي لایههاي زغال سنگ مرحلهاي اساسی و بنیادي در طراحی و پس از آن در استخراج است؛ بنابراین در این مقاله به گردآوري روشهاي آزمایشگاهی ارزیابی قابلیت خودسوزي لایههاي زغال سنگ پرداخته شده است.
-1 مقدمه
رشد و رقابت روزافزون کشورها در ابعاد اقتصادي وصنعتی، دنیاي امروز را به تکاپوي جدي براي دستیابی به تولید انرژي بیشتر و متعاقباً مصرف آن سوق داده است. از این رو تمرکز کشورهاي توسعه یافته و همچنین کشورهاي در حال توسعه بر روي پیشرفت در تولید انواع انرژي اعم از هستهاي، انرژيهاي نو و همچنین تجدیدپذیر و متعاقب آن پیشرفت در صنعت و افزایش ظرفیت واحدهاي مختلف صنعتی براي مصرف آن است. با وجود این تلاشها، سوختهاي فسیلی هنوز هم یکی از مهمترین ارکان سبد انرژي جهانی به حساب میآیند.
زغالسنگ قدیمیترین، فراوانترین و یکی از مهمترین سوختهاي فسیلی در جهان محسوب میشود و با توجه به ذخایر فراوان، گستردگی بسیار در سطح دنیا و هزینهنسبتاً اندك هنوز هم کانون توجه در تولید انرژي جهان است. با توجه به اهمیت ذکر شده براي این ماده معدنی، در معدنکاري زغالسنگ تمرکز عمده بر روي سه هدف عمده تولید بالا، هزینه تمام شده کمتر و استخراج ایمن است که این امر جز از طریق شناخت دقیق روشها و فرآیندهاي تولید و پیشرفت فناوري در این حوزه میسر نمیشود.
صنعت زغالسنگ شامل مراحل اکتشاف، استخراج، تولید محصولات قابل مصرف و مرحله بهرهگیري از آنها - چه براي مصرف داخلی و چه براي صادرات - است. در این بین سهم عمدهاي از افزایش تولید و هزینهها و درنتیجه قیمت محصول، به مرحله استخراج وابسته است. با اینکه استخراج زغالسنگ هم از روشهاي سطحی و هم زیرزمینی میسر است اما درصد بالایی از استخراج زغالسنگ در جهان از معادن زیرزمینی انجام میشود.
از جمله ویژگیهاي معادن زیرزمینی، علاوه بر وجود پیچیدگی در طراحی و بالا بودن هزینهها، حادثهخیزي این معادن است. معادن زیرزمینی زغال سنگ بیشترین سهم را در بد نام کردن این روش معدنکاري از منظر ایمنی دارند، به گونه اي که تونلهاي این معادن را میتوان به تونلهاي وحشت براي افراد حاضر در آن تشبیه کرد. خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ یکی از عوامل محدودکننده طراحی در معادن زیرزمینی محسوب میشود.
[1] از مهمترین خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ در معادن زیرزمینی میتوان به نشست سطح زمین1، انفجار خود به خودي سنگ2، خودسوزي زغالسنگ، گازخیزي، تصاعد آنی3، آلودگی محیطزیست و غیره اشاره کرد .[2] لذا ضرورت دارد این خطرات به طور دقیق شناسایی و راههاي پیشبینی، پیشگیري و کنترل آنها ارزیابی شوند تا به ارزیابی جامعی از وضعیت معادن زغال سنگ دست یافته شود. به همین دلیل در این مقاله به بررسی خطر خودسوزي زغالسنگ در لایههاي زغالسنگ معادن زیرزمینی و روشهاي آزمایشگاهی ارزیابی قابلیت خودسوزي لایههاي زغالسنگ پرداخته شده است.
-2 مکانیسم خودسوزي زغالسنگ
خودسوزي زغالسنگ مهم ترینعلّت آتشسوزي و یکی از خطرات اجتناب ناپذیر در معادن زغالسنگ و در صنایع وابسته به زغال سنگ در سراسر جهان است. خودسوزي زغالسنگ تقریباً در هر مرحلهاي از زنجیره زغالسنگ میتواند رخ دهد .[3] نتایج حاصل از خودسوزي زغالسنگ بسیار جدي و داراي تأثیرهاي منفی از قبیل اثرات ناخواسته اقتصادي، پیامدهاي نامطلوب زیستمحیطی و مشکلات ناخواسته در زمینه سلامتی است.
اگر یک لایه زغالسنگ دچار خودسوزي شود و اقدامات پیشگیرانه در مراحل اولیه با شکست مواجه شوند، سوختن لایه بسته به حجم ذخیره و میزان اکسیژن موجود ممکن است که دهها یا حتی صدها سال به طول انجامد؛ که براي پیشگیري از این نتایج باید درك درستی از مجموعه مراحل منجر به خودسوزي زغال سنگ و مجموعه عوامل شتاب دهنده در این زمینه داشته باشیم تا مخاطرات این اتفاق توسط کنترل مجموعه فرآیندها و عوامل تأثیرگذار در خودسوزي زغال سنگ کاهش و به حداقل مقدار ممکن برسد [4-5]؛ لذا در ادامه به تشریح مکانیسم خودسوزي پرداخته شده است.
هر آتش سوزي نیاز به سه عنصر اصلی دارد تا به وقوع بپیونددکه اصطلاحاً به »مثلث آتش«4 معروف است. این سه عنصر تشکیلدهنده مثلث آتش اکسیژن، گرما - جرقه - و سوخت هستند - شکل . - 1 در پدیده خودسوزي زغال سنگ نیز به همین سه عنصر نیاز است که اکسیژن از هواي تهویه تأمین میشود، گرما از طریق جذب اکسیژن به زغالسنگ و افزایش دماي زغالسنگ تأمین میشود و سوخت مورد نظر زغالسنگ است.
فرآیند اکسیداسیون زغال سنگ یک فرآیند پیچیده است که مجموعه مراحل تشکیل آن هنوز به طور کامل شناسایی نشده است. ماهیت خودسوزي زغال سنگ یک فرآیند گرمازاي فعال غیرخطی است که اکسیداسیون دما پائین زغالسنگ منبع اولیه گرمایش و به اصلاح مرحله شروع کننده خودسوزي است .[7] در این خصوص چندین محقق به بررسی این پدیده پرداختهاند که خلاصهاي از تحقیقات انجام شده در خصوص مکانیسم اکسیداسیون و خودسوزي زغالسنگ در جدول 1 آورده شده است.
