3.4.1. Выветривание и самовозгорание углей

При контакте угля с воздухом под действием атмосферной влаги и кислорода вещество горючего ископаемого претерпевает ряд необратимых изменений. Они особенно заметны в случае каменных углей по сильному изменению их технологических свойств. При выветривании уголь теряет блеск, раскалывается на куски, затем становится рыхлым и приобретает бурый цвет за счет образования гуминовых кислот. В результате снижается теплота сгорания, растет влажность, ухудшается спекаемость. Такой уголь называют окисленным. В элементном составе окисленного угля падает содержание углерода и водорода с одновременным возрастанием доли кислорода. Таким образом, при выветривании угля его вещество претерпевает изменения, обратные тем, которым оно подвергается в ходе углефикации. Высокая экзотермичность реакций, протекающих при выветривании, может вызвать разогрев окисляющейся массы угля (пласта, штабеля добытого ископаемого и т.д.) до температур, при которых последний загорается. Такое явление называется самовозгоранием. Первая стадия окисления угля, как и других твердых углеродистых веществљ-љхемосорбция молекул О₂ поверхностью, сопровождающаяся их активацией за счет ослабления связей кислород-кислород в адсорбате. Активированная молекула реагирует с органическими соединениями угля, образуя пероксиды. Последние распадаются на радикалы, которые дополнительно инициируют процесс. Радикальный распад гидропероксидных соединений катализируется ионами металлов переменной валентности, прежде всего железа, присутствующими в минеральной части угля. Лавинообразное нарастание количества радикалов ускоряет поглощение кислорода (автоускорение реакции), соответственно увеличивается скорость выделения тепла, и рост температуры может приобрести экспоненциальный характер. Вследствие этого медленное окисление выветривания переходит в быстрое окисление самовозгорающегося угля. Казалось бы, это процесс должен происходить в любом случае, если уголь (или вообще горючее ископаемое) способен к сорбции кислорода, а время его контакта с последним достаточно велико. Но возгорание происходит не всегда. Это объясняется тем, что как только начинается реакция и связанное с ней выделение тепла, начинается не только его поглощение массой угля, но и его потери в окружающую среду через поверхность угольного пласта (штабеля). Очевидно, если скорость теплопотерь будет меньше скорости тепловыделения, то произойдет саморазогрев, в противном случае процесс будет происходить без заметного повышения температуры поверхности угля. Склонность к возгоранию в настоящее время определяют эмпирически, окисляя уголь в условиях, близких к адиабатическим. Для легко окисляющихся углей разработаны способы борьбы с возгоранием и его предупреждения, созданы пламягасящие и огнезащитные составы и предложены достаточно эффективные методы их применения. Основные принципы выбора и применения таких составов:

1. связывание в химически неактивное состояние катализирующих окисление природных соединений железа добавками комплексообразователей (например, фосфатные соединения);

2. создание на поверхности угля пленок, не пропускающих воздух (например, на основе поливинилового спирта);

3. использование негорючих жидкостей, снимающих тепло с поверхности штабеля за счет их испарения (вода).