Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля"

ПРИКАЗ ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ И АТОМНОМУ НАДЗОРУ от 2 апреля 2013 г. N 132 Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля" Зарегистрирован Минюстом России 5 июля 2013 г. Регистрационный N 28997 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. N 401 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, N 32, ст. 3348; 2006, N 5, ст. 544; N 23, ст. 2527; N 52, ст. 5587; 2008, N 22, ст. 2581; N 46, ст. 5337; 2009, N 6, ст. 738; N 33, ст. 4081; N 49, ст. 5976; 2010, N 9, ст. 960; N 26, ст. 3350; N 38, ст. 4835; 2011, N 6, ст. 888; N 14, ст. 1935; N 41, ст. 5750; N 50, ст. 7385; 2012, N 29, ст. 4123; N 42, ст. 5726; 2013, N 12, ст. 1343), приказываю: Утвердить прилагаемые Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля". Руководитель Н.Г.Кутьин _____________ Приложение ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА в области промышленной безопасности "Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля" I. Общие положения 1. Настоящие Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Инструкция по определению инкубационного периода самовозгорания угля" (далее - Инструкция) разработаны в соответсвии с Федеральным законом от 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, N 30, ст. 3588; 2000, N 33, ст. 3348; 2003, N 2, ст. 167; 2004, N 35, ст. 3607; 2005, N 19, ст. 1752; 2006, N 52, ст. 5498; 2009, N 1, ст. 17, 21; N 52, ст. 6450; 2010, N 30, ст. 4002; N 31, ст. 4195, 4196; 2011, N 27, ст. 3880; N 30, ст. 4590, 4591, 4596; N 49, ст. 7015, 7025; 2012, N 26, ст. 3446; 2013, N 9, ст. 874); Правилами безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03), утвержденными постановлением Госгортехнадзора России от 5 июня 2003 г. N 50 (зарегистрировано Министерством юстиции Российской Федерации 19 июня 2003 г., регистрационный N 4737; Российская газета, 2003, N 120/1; 2004, N 71), с изменениями, внесенными приказами Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 20 декабря 2010 г. N 1158 (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 15 марта 2011 г., регистрационный N 20113; Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти, 2011, N 16) и от 7 декабря 2012 г. N 708 (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 11 марта 2013 г., регистрационный N 27576; Российская газета, 2013, N 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. В зависимости от инкубационного периода самовозгорания уголь считается: весьма склонным к самовозгоранию при инкубационном периоде самовозгорания менее 50 суток включительно; склонным к самовозгоранию при инкубационном периоде от 50 и до 80 суток включительно; не склонным к самовозгоранию при инкубационном периоде более 80 суток. 5. В настоящей Инструкции используются термины и их определения, а также условные обозначения, приведенные в приложениях N 1, 2 к настоящей Инструкции. II. Порядок выполнения работ по определению инкубационного периода самовозгорания угля Отбор проб угля из горных выработок шахт и на разрезах 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 N 3 к настоящей Инструкции. Отбор проб при колонковом бурении скважин 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 2 простиранию и/или по падению пласта, и на 1 км 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 N 4 к настоящей Инструкции. Определение инкубационного периода самовозгорания угля 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 N 5 к настоящей Инструкции. В зависимости от инкубационного периода самовозгорания угля в соответствии с пунктом 4 настоящей Инструкции устанавливается склонность угля к самовозгоранию. _____________ Приложение N 1 к Федеральным нормам и правилам Термины и их определения Газоносность - количество (объем) газа (метана), содержащегося в массовой или объемной единице полезного ископаемого и горной 3 3 3 породы в свободном и связанном состоянии м /т, м /м . 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 надавливания 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°С. 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. ____________ Приложение N 2 к Федеральным нормам и правилам Условные обозначения В настоящей Инструкции использованы следующие условные обозначения: С - конечная концентрация кислорода в воздухе над углем, %; к С - начальная концентрация кислорода в воздухе над углем, %; 0 C - концентрация кислорода на входе в угольное скопление, O доли единицы; 2 С - теплоемкость воздуха, Дж/(моль x °С); воз С - теплоемкость угля, кал/(г х К) или Дж/(кг x °С); у Е - энергия активации, Дж/моль; 2 Р - давление паров воды над водой, Н/м ; Н О 2 0 2 P - давление паров воды над водой при температуре 0°С, Н/м ; H O 2 2 Р - давление паров воды над углем, Н/м ; у вын Q - скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла воздухом, °С/с; ген Q - скорость изменения температуры очага за счет генерации тепла при взаимодействии кислорода с углем, °С/с; исп Q - скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла испарением, °С/с; R - универсальная газовая постоянная; T - начальная температура скопления угля, °С; 0 T - критическая температура самовозгорания угля, °С; кр T - начальная температура подаваемого воздуха, °С; воз дельта T - изменение температуры скопления угля временных интервалов дельта тау, °С; T - температура термостата, К; 1 Т - температура термостата, К; 2 К - константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, 3 м /(кг x с); К - начальная константа скорости сорбции кислорода воздуха 0 3 углем, м /(кг x с); 3 К - константа скорости сорбции при температуре T , м /(кг x с); T1 1 3 К - константа скорости сорбции при температуре Т , м /(кг x с); T2 2 3 V - объем воздуха в реакционном сосуде, м ; 3 V - объем угля, м ; у W - влажность исследуемой пробы угля, %; W - начальная влажность угля, %; 0 Х - природная метаноносность, мл/г; 0 П - пористость угля, доли единицы; 3 r - теплота испарения воды, Дж/м ; f(w) - показатель активации константы скорости реакции при критической влажности, доли единицы; m - масса навески угля, кг; m - масса навески угля, доведенного до равновесного состояния 0 в эксикаторе, г; m - масса навески пробы с бюксой после выдерживания в 1 эксикаторе, г; m - масса навески с бюксой после сушки, г; 2 3 v - объемная пожароопасная скорость воздуха, м /с; 3 q - тепловой эффект окисления угля, Дж/м ; q - удельная теплота десорбции метана, кал/мл; д q - удельная теплота сорбции кислорода воздуха углем, кал/мл; O 2 альфа - коэффициент усвоения кислорода воздуха; мю - молекулярный вес воды, кг/моль; фи - влажность подаваемого воздуха, доли единицы; ламбда - изменение температуры скопления угля за единицу времени, кал/г; 3 гамма - плотность скопления угля, кг/м ; тау - время контакта воздуха с углем, сут.; тау - инкубационный период самовозгорания угля, сут.; инк дельта тау - временной интервал, с; 3 ро - плотность воздуха, кг/м . воз ___________ Приложение N 3 к Федеральным нормам и правилам Рекомендуемый образец АКТ отбора проб углей для определения инкубационного периода самовозгорания угля Угледобывающая организация ___________ пласт ____ марка угля ______ Место отбора проб _________________________________________________ Дата отбора ___________ |---|--------------|---------|-----|--------------|---------------| | N | Строение |Мощность,|Номер|Состав боковых| Характеристика| |п/п| пласта и | м |пробы| пород и |боковых пород и| | |боковых пород | | | породных | породных | | | | | | прослойков | прослойков | | | | | | | пласта | |---|--------------|---------|-----|--------------|---------------| |1. |Основная | | | | | | |кровля | | | | | |---|--------------|---------|-----|--------------|---------------| |2. |Непосредствен-| | | | | | |ная кровля | | | | | |---|--------------|---------|-----|--------------|---------------| |3. |Угольный | | | | | | |пласт: | | | | | | |уголь | | | | | | |породный прос-| | | | | | |лоек | | | | | | |уголь | | | | | |---|--------------|---------|-----|--------------|---------------| |4. |Почва пласта | | | | | |---|--------------|---------|-----|--------------|---------------| Подписи: Технический руководитель (главный инженер) шахты (разреза) Главный геолог ____________ Приложение N 4 к Федеральным нормам и правилам 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 _________________________________________________ |-----------|----------------|-----------|-----------|------------| |Номер мешка| Наименование |Мощность по| Выход |Структурная | |(сосуда) с | пробы | нормали, | керна, | колонка | | пробой | | м | м | пласта | |-----------|----------------|-----------|-----------|------------| | | уголь | | | | | |(верхняя пачка) | | | | | |углистый сланец | | | | | | (прослоек) | | | | | | уголь | | | | | | (нижняя пачка) | | | | |-----------|----------------|-----------|-----------|------------| Подписи: Технический руководитель (главный инженер) шахты (разреза) Главный геолог _________ Приложение N 5 к Федеральным нормам и правилам Рекомендуемый образец ПОРЯДОК определения инкубационного периода самовозгорания угля Инкубационный период самовозгорания угля определяется расчетом и/или с использованием электронных вычислительных машин. Определение инкубационного периода самовозгорания угля расчетом Определение инкубационного периода самовозгорания угля, тау , инк сут., расчетом проводится по следующей формуле: C (T - T ) + 0,6 ламбда W /100 + q X у кр 0 0 д 0 тау = ________________________________________, (1) инк 0,45 24 альфа K C q O O 2 2 где: С - теплоемкость угля, Дж/(кг x °С); у Т - критическая температура самовозгорания угля, °С; кр Т - начальная температура скопления угля, °С; 0 ламбда - изменение температуры скопления угля за единицу времени, кал/г; W - начальная влажность угля, %, определятся: 0 W = 100 x (m - m ) / m , (2) 0 1 2 0 здесь: m - масса навески пробы с бюксой после выдерживания в 1 эксикаторе, г; m - масса навески с бюксой после сушки, г; 2 m - масса навески угля, доведенного до равновесного состояния 0 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 - удельная теплота десорбции метана, кал/мл; д Х - природная метаноносность, мл/г; 0 альфа - коэффициент усвоения кислорода воздуха; 3 K - константа скорости сорбции кислорода углем, м /(кг x с), определяется в следующем порядке: в сорбционные сосуды при температуре 18-20°С 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°С; через сутки, трое и пятеро суток в сорбционных сосудах замеряется конечная концентрация кислорода в воздухе над углем. По результатам замеров определяется константа скорости сорбции кислорода углем: (100 - C )C V 0 к K = - _______ x ln ____________, (3) m x тау C (100 - C ) 0 к здесь: 3 V - объем воздуха в реакционном сосуде, м ; m - масса навески угля, кг; тау - время контакта воздуха с углем, сут.; С - начальная концентрация кислорода в воздухе над углем, %; 0 С - конечная концентрация кислорода в воздухе над углем, %; к C - концентрация кислорода на входе в угольное скопление, О 2 доли единицы; q - удельная теплота сорбции кислорода воздуха углем, О 2 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: тау = сумма дельта тау, (4) инк где дельта тау - временной интервал, с. Инкубационный период самовозгорания угля равен суммарной продолжительности временных интервалов дельта тау, за которые суммарное изменение температуры достигает критического значения самовозгорания угля: сумма дельта тау = T , (5) кр где: T - критическя температура самовозгорания угля, кр °С, (T = 90 - 130°С); кр дельта T - изменение температуры скопления угля за временные интервалы дельта тау, °С. Суммарная продолжительность временных интервалов определяется: дельта T сумма дельта тау = сумма __________________, (6) ген вын исп Q - Q - Q ген где Q - скорость изменения температуры очага за счет генерации тепла при взаимодействии кислорода с углем, °С/с, определяется: V гамма ПqKC ню ген у 0 Q = ______________________________, (7) (ню + KV П гамма)гамма C V П у у у здесь: 3 V - объем угля, м ; у 3 гамма - плотность скопления угля, кг/м ; П - пористость угля, доли единицы; 3 q - тепловой эффект окисления угля, Дж/м ; 3 ню - объемная пожароопасная скорость воздуха, м /с; С - теплоемкость угля, Дж/(кг x °С); у K - константа скорости сорбции кислорода воздуха углем, 3 м /(кг x с), определяется: -h K = K exp(-E/(R(T + сумма дельта T))тау f(w), (8) 0 здесь: K - начальная константа скорости сорбции кислорода воздуха 0 3 углем, м /(кг x с); Е - энергия активации, Дж/моль, определяется: (K /K ) ln Т1 Т2 E = -R __________, (9) Т /(Т - 1) 2 1 здесь: R - универсальная газовая постоянная; K - константа скорости сорбции при температуре Т1 3 Т ,м /(кг x с); 1 K - константа скорости сорбции при температуре Т2 3 Т , м /(кг x с); 2 T - температура термостата, K, (Т = 283 - 293 K); 1 1 Т - температура термостата, K, (Т = 313 - 333 K); 2 2 h - показатель скорости дезактивации угля во времени, доли единицы, определяется: lnK - lnK 0 h = __________, (10) ln тау f(w) - показатель активации константы скорости реакции при критической влажности, доли единицы, определяется: _ _ | _ _ 2 | | | | | | |100W | | |- |____ - 35 | | | | W | | | | 0 | | | |_ _| | f(w) = 1,009 exp| _______________| + 1, (11) | 40 | |_ _| здесь: W - влажность исследуемой пробы угля, высушенной при температуре 105°С в течение 2 часов, %; вын Q - скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла воздухом, °С/с, определяется: ню C ро (Т + сумма дельта Т - Т ) вын воз воз воз Q = _______________________________________, (12) гамма C V П у у здесь: C - теплоемкость воздуха, Дж/(моль x °С); воз 3 ро - плотность воздуха, кг/м ; воз Т - начальная температура подаваемого воздуха, °С; воз исп Q - скорость изменения температуры очага за счет выноса тепла испарением, °С/с, определяется: исп ню r мю Q = ________________________________(P - фи P ), (13) гамма C V ПR(Т + сумма дельта Т) у Н O у у 2 здесь: 3 r - теплота испарения воды, Дж/м ; мю - молекулярный вес воды, кг/моль; 2 Р - давление паров воды над углем, Н/м ; у фи - влажность подаваемого воздуха, доли единиц; 2 P - давление паров воды над водой, Н/м . H O 2 __________