2 Факторы влияющие на самовозгорание отвалов

Причины возгорания породных отвалов можно разделить на две основные группы: эндогенные и экзогенные. Последние главным образом обусловлены наличием открытых источников огня в непосредственной близости от отвала, хотя в определенной степени к экзогенным можно отнести и ряд факторов, способствующих самовозгоранию пород. Среди факторов, напрямую влияющих на опасность возгорания породных отвалов, выделим:

Восстановленность углистых компонентов. Наиболее склонны к окислению при низких температурах восстановленные угли и углистые породы, кровли которых образовались в морских условиях, менее склонны- маловосстановленные;

Зольность углей. Низкозольный уголь не оказывает существенного влияния на развитие процессов окисления отвальной массы из-за меньшего количества пирита – “стартового” фактора процессов горения терриконов и минералообразования, многозольные угли (зольность свыше 16%) наиболее склонны к самовозгоранию;

Наличие в угольных пластах сульфидной серы, которая входит, в основном, в состав тонкодисперсного пирита, обладающего большой окислительной способностью при низких температурах. Содержание пирита в углях исследуемой шахты – 5%. Таким образом, высокосернистые угли (содержание серы более 4%) более склонны к самовозгоранию, чем низкосернистые;

Присутствие в углистом материале веществ, тормозящих процессы окисления. На шахтах с не горящими отвалами угли содержат значительное количество галогенов (Cl, F, Br и др.) (до 0,25% в пересчете на горючую массу), с горящими – не более 0,06% ;

Минералогический состав осадочных горных пород, поступающих на терриконы из горных выработок шахт. Из всех пород, поступающих на терриконы к самовозгоранию склонны угли и углисто-глинистые породы, содержащие до 2-5% пирита, который находится в глинистых осадках, обогащенных органическим веществом, в тонкодисперсном состоянии. Содержания пирита в углистом аргиллите – 5%, в углистом алевролите – 2%. Углисто-глинистые породы в зонах локальной пиритизации имеют хорошую пористость, что способствует свободному проникновению вод в пиритизированные горные породы. В отличие от глинистых пород пиритизированные песчаники отмечены только в единичных случаях и случаев самовозгорания песчаников не известно. Поэтому, наиболее интенсивные процессы горения отвалов будут происходить при наличии в породах терриконов углистых аргиллитов в количестве 10% и более, содержащих 2-5% пирита; а при наличии в составе пород терриконов углистых пород в количестве менее 10% и преобладании песчаных пород – горение отвалов маловероятно;

Критическая масса пород терриконов, при которой происходит самовозгорание отвальной массы и которая составляет десятки тысяч тонн (в нашем примере - около 105 т);

Крупность обломков породы, влияющих на скорость окислительных процессов с точки зрения газообмена. Вероятность самовозгорания и интенсивность горения выше, если безуглистые породы крупнообломочные и медленно выветриваются, в результате чего создаются условия для доступа кислорода в глубинные зоны отвала. Кроме этого, трещиноватость и пористость среды обеспечивает циркуляцию газов под давлением к местам разгрузки;

Размер и форма отвалов, влияющих на интенсивность теплообмена в глубинных зонах. Эти факторы определяют фильтрующие свойства отвалов и способствуют или препятствуют генерации и аккумуляции тепла. Наиболее интенсивные процессы протекают на гребнях плоских и на вершинах конических отвалов, которые легко обдуваются потоками атмосферного воздуха. Вместе с тем, имеет место очаговое горение породы на поверхности отвалов различной конфигурации. Отвалы Донецко-Макеевского района с высотой менее 30 м практически не горят, с высотой до 50 м горят 60% отвалов, до 90 м – 87%, свыше 90 м – горят практически все отвалы.

Содержание различных микроэлементов и петрогенных компонентов в горных породах и угле. При горении пород происходит снижение содержания ряда элементов (As, Hg, Pb, Mn) и накопление других (P, Bi, Ba, Zn, B и др.) [1]. Освобожденные при горении пород и углей элементы могут входить в в состав техногенных минералов;

Жизнедеятельность микроорганизмов (тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidaus), которые вызывают деструкцию сульфидов и окисляют сульфидную серу до сульфат-ионов. Необходимая для их жизнедеятельности среда характеризуется следующими параметрами: t=20-37oC, pH=1,5-4, Eh=0,5-0,7;

Термодинамические условия окисления и выщелачивания пирита, приводящие к нагреванию пород и их самовозгоранию;

Физико-химические условия окисления и выщелачивания пирита (pH и Еh поровых растворов, наличие O₂, H₂O, CO₂, H₂SO₄, газов атмосферного воздуха и др.); С – состав парогазового потока (многокомпонентный, насыщенный H₂S, SO₂, CO, CO₂, NH₃, H₂O, CH₄, F, Cl, As и другими летучими соединениями, а также обогащенный за счет выщелачивания из вмещающих пород различными элементами – Al, Mg, Na, K и др.). Образование этих газов происходит в результате разложения углефицированного вещества, что зависит от марки угля.

Условия отложения техногенных минералов (в трещинах, пустотах, на поверхности пород и т.д.), зональность минералообразования, переотложение минералов и их наложение друг на друга, изменение под действием атмосферных осадков, влажности, ветра и т.д. На этот параметр оказывают влияния наличие на поверхности отвалов многочисленных трещин, пустот, впадин и других хорошо защищенных от влаги и ветра мест. Если таких мест немного (склоны конусных отвалов и т.д.), то минералы, образуясь в таких условиях, будут существовать недолго.