بخشی از مقاله
چکیده
از جمله ویژگیهاي معادن زیرزمینی، علاوه بر وجود پیچیدگی در طراحی و بالا بودن هزینهها، حادثهخیزي این معادن است. معادن زیرزمینی زغالسنگ بیشترین سهم را در بد نام کردن این روش معدنکاري از منظر ایمنی دارند، به گونهاي که تونلهاي این معادن را میتوان به تونلهاي وحشت براي افراد حاضر در آن تشبیه کرد. آتشسوزي، از جمله حوادث عمدهاي است که هم در معادن زیرزمینی و هم در معادن روباز اتفاق میافتد، اما آتشسوزيهاي معادن زیرزمینی، به مراتب جديتر و خطرناكتر از آتش سوزيهاي سطحی هستند زیرا گرما و محصولات ناشی از احتراق، در محل محصوري جمع میشوند و بنابراین به مخاطره افتادن جان افرادي که در چنین محیطهاي محدودي کار میکنند، افزایش مییابد و از سوي دیگر، خطر انفجار نیز وجود دارد. همانطور که همواره پیشگیري از وقوع حادثه نتایج مناسبتري به همراه دارد براي توضیح در مورد وضعیت خودسوزي زغال سنگ و تعیین درجه گرمایش لازم است تا یک برآورد اولیه سریع و دقیق از وضعیت لایههاي زغالسنگ داشته باشیم. این برآورد اولیه، اطلاعات عمدهاي را در خصوص وضعیت معدن و نحوه مدیریت آن در خصوص ادامه فعالیت معدنکاري، راههاي کنترلی خطر خودسوزي و در صورت لزوم تخلیه معدن فراهم میکند؛ بنابراین در این مقاله به گردآوري روشهاي سیستمی ارزیابی قابلیت خودسوزي لایههاي زغالسنگ پرداخته شده است.
کلمات کلیدي : زغالسنگ، قابلیت خودسوزي،
روشهاي سیستمی.
-1 مقدمه
آتشسوزي، از جمله حوادث عمده در تمام معادن زغالسنگ اعم از روباز و زیرزمینی است که یکی از مسائل جدي در کشورهاي تولیدکننده زغال سنگ محسوب میشود. سوختن زغال سنگ میتواند در لایههاي زغال سنگ - در معادن زیرزمینی و روباز - ، در حین صادرات و نقل و انتقالات آن، در محل انباشتگاه هاي زغال سنگ یا در محل انباشتگاه هاي باطله آن در سطح زمین اتفاق بیفتد. آتشسوزي زغالسنگ ممکن است به طور خود به خود تحت شرایط معینی رخ دهد. در پارهاي دیگر از آتشسوزيها، جرقه و سهلانگاري کارکنان باعث ایجاد آتشسوزي میشود .[1-2] خودسوزي زغالسنگ1 اصلیترین دلیل آتشسوزي در معادن و صنایع وابسته به زغالسنگ در جهان است .[3]
در معادن زیرزمینی زغال سنگ، بدترین حالت زمانی رخ میدهد که خودسوزي زغال سنگ در حضور اتمسفر قابل انفجار صورت بگیرد که ممکن است خطر خودسوزي تبدیل به انفجار شود و تمام معدن را درگیر کند - شکل . - 1 همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود حذف هر یک از این اضلاع باعث جلوگیري از انفجار گرد زغالسنگ میشودماا الزاماً مانع خودسوزي زغالسنگ نمیشود. همان طور که در شکل 2 مشاهده میشود خود سوزي زغال سنگ در بسیاري از کشورهاي تولیدکننده زغال سنگ از قبیل چین، هند، اندونزي، ایالاتمتحده آمریکا، استرالیا، آفریقاي جنوبی و روسیه رایج است.
-2 مکانیسم خودسوزي زغالسنگ
معمولاً خودسوزي زغال سنگ زمانی اتفاق میافتد که تعادل گرمایی بین دو اثر متقابل از بین برود. منظور از تعادل گرمایی، آزادسازي گرماي ناشی از واکنشهاي اکسایشی و دور شدن و از بین رفتن گرما و حرارت تولیدي با استفاده از جریان تهویه، جابجاییهاي همرفتی و یا انتقالهاي گرماییبه محیط پیرامون است. زمانی تعادل گرمایی از بین میرود که نرخ تولید گرما بیشتر از هدر رفت آن باشد، در این حالت دما افزایش یافته و واکنش اکسایشی شتاب بیشتري به خود میگیرد .[6] تقریباً تمام انواع زغالسنگها در تماس با اکسیژن موجود در هوا اکسید شده و نشانههایی از هوازدگی را از خود نشان میدهند که نتیجه آن کاهش ارزش حرارتی زغال سنگ و آزادسازي میزان قابل توجهی گاز و گرما است که در شکل 3 و معادلات شیمیایی 1 تا 3 مشاهده میشود. از این معادلات شیمیایی نتیجه میشود که فرآیند اکسیداسیون زغالسنگ نیز مانند سایر اکسیداسیونها یک فرآیند گرمازا است .[6]
مکانیسم و مراحل پیشرفت خودسوزي زغال سنگ هنوز به طور کامل شناخته نشده است اما میتوان مراحل مختلف اکسیداسیون و گرمایش زغالسنگ را به صورت خلاصه شده شکل 4 و در ادامه توضیح داد .[6] به طور کلی 3 نوع فرآیند در اکسیداسیون زغال سنگ درگیر است. در اولین فرآیند، طبیعت واکنش بین زغال سنگ و اکسیژن در دماهاي بسیار کم، فیزیکی است به این صورت که اکسیژن به صورت سطحی یا برآشامی1 جذب زغالسنگ میشود. مقدار جذب اکسیژن به صورت فیزیکی با افزایش دماي آهسته، کم است و میتوان گفتتقریباً تا دماي 50 درجه سانتیگراد ناچیز است. در دومین فرآیند که جذب شیمیایی صورت میگیرد، پس از اینکه زغالسنگ در معرض هوا قرار گرفت و اکسیژن در سطح آن جاي گرفت به علت وجود شکستگی و تركهاي موجود در سطح زغال، اکسیژن جذب درونی زغالسنگ میشود کهاصطلاحاً به آن درآشامی2 میگویند و باعث میشود تا نرخ اکسیداسیون شتاب بیشتري به خود بگیرد. در دماي زیر 80 درجه سانتیگراد ترکیبات پایداري از زغالسنگ و اکسیژن شکل میگیرند که نتیجه آن هوازدگی زغالسنگ توسط اکسیژن است که با معادله شیمیایی 4 نشان داده میشود.
از دماي پایینتر از دماي شکلگیري ترکیبات زغالسنگ و اکسیژن پدیده خودسوزي به وقوع میپیوندد و دماي زغالسنگ با یک نرخ افزایشی زیاد میشود. این گرما وابسته به میزان اکسیژن و هواي کافی و موجود و همچنین حفظ و نگهداري و عدم پراکندگی گرماي به وجود آمده از واکنش است. در دماي بالاتر از 80 درجه سانتیگراد و در طی افزایش دماي ناشی از فرآیند شیمیایی زغالسنگ، ترکیبات زغالسنگ و اکسیژن باعث تولید مقدار زیادي گرما و گازهاي CO، CO2 و بخار آب مطابق با معادله شیمیایی 5 میشوند. نکته قابل توجه در این است که در طی پیشرفت این مراحل و مطابق با معادله شیمیایی 3 و 5، واکنش درگیر اکسیداسیون هیدروژن زغال سنگ براي تشکیل آب است که یک فرآیند گرمازا است. این مرحله یکی از مهمترین مراحل براي زغالسنگهاي با درجه پایین زغالشدگی است زیرا این نوع از زغالسنگها داراي محتویات هیدروژنی ذاتی زیادي هستند.
