Перспективный подход к выявлению подземных самовозгораний на угольных месторождениях испытали ученые из Национального исследовательского технологического университета МИСИС и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». Технология, основанная на поиске места пожара по звуку, опирается на гипотезу начала века и позволяет определить направление на очаг всего из одной точки измерения. Предложенный метод может облегчить обеспечение безопасности горняков и сохранение месторождений.
Самовозгорания в угольных пластах — серьезная угроза для добывающих предприятий. Пожар может прятаться в труднодоступном месте, а продукты горения способны стремительно распространяться по всей территории выработок. Чтобы выявить опасность как можно раньше, используются различные подходы, выбираемые в зависимости от конкретных условий добычи.
В своем исследовании ученые из МИСИС и НИЦ «Курчатовский институт» сфокусировались на акустических методах обнаружения очагов самовозгорания угля. Они разбили существующие подходы на три категории: пассивные (фиксация звуков от разрушения пород и движения газов при пожаре), активные (целенаправленное воздействие на массив породы и изучение ответного сигнала) и комбинированные (совмещение акустических показателей с другими данными, например температурой).
Предложенная учеными технология может облегчить обеспечение безопасности горняков. (На фото — горноспасательное снаряжение.)
Фото: Сергей Гнусков / пресс-служба НИТУ МИСИС
Особое внимание исследователи уделили новому подходу, позволяющему определить направление на очаг самовозгорания по звукам, сопровождающим процесс горения. Технология основывается на гипотезе, выдвинутой профессором Института горного дела им. А.А. Скочинского Н.Ф. Кусовым.
Ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» кандидат технических наук Дмитрий Иванович Борисенко.
Фото из личного архива Дмитрия Борисенко
«Все мы замечали, что при горении в костре дрова издают звуки: хрустят, трещат, “стреляют” — то же самое происходит и с углем. Горение сопровождается процессом трещинообразования, при котором берега образующихся трещин колеблются — эти колебания и вызывают акустическое излучение. В начале XXI в. профессором Николаем Федоровичем Кусовым была выдвинута вполне логичная гипотеза о том, что определять координаты очагов пожара можно по пеленгации источников акустического излучения, в роли которых выступают сами возгорания», — объяснил корреспонденту «Научной России» ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» кандидат технических наук Дмитрий Иванович Борисенко, проведший исследование в соавторстве с профессором кафедры безопасности и экологии горного производства МИСИС доктором технических наук Сергеем Сергеевичем Кобылкиным.
Поставленные учеными эксперименты успешно подтвердили это предположение. Подход, основанный на гипотезе, позволяет определять направление на пожар по соотношению звуковых сигналов, фиксируемых двумя датчиками из одной измерительной точки. Технология упрощает поддержание безопасности угледобычи, позволяя отказаться от установки множества датчиков непосредственно в области предполагаемого возгорания.
Подход успешно прошел первые испытания, в том числе в лаборатории на образце песчаника с контролируемым источником звука, а также на реальном угольном разрезе с искусственно инициированным пожаром.
«Испытания технологии проходили в различных условиях: в лаборатории, на угольном разрезе и в шахте, — рассказал Д.И. Борисенко. — Полученные результаты тестирования хорошо совпадают с прогнозами, основанными на разработанных теоретических представлениях. Например, один из характерных признаков акустического сигнала — это его спектр. Так вот, спектр звука горящего угля не зависит от причин, вызвавших горение: будь то результат самонагревания, воздействия открытым пламенем, лазерным излучением или сфокусированным солнечным светом».
Соавтор исследования, профессор кафедры безопасности и экологии горного производства МИСИС доктор технических наук Сергей Сергеевич Кобылкин.
Фото: Сергей Гнусков / пресс-служба НИТУ МИСИС
Новая технология также может помочь выявлять области повышенного содержания радиоактивных элементов в угольных пластах. «Дело в том, что в углях, более склонных к самовозгоранию, природное содержание радионуклидов выше, чем в несклонных, — пояснил Д.И. Борисенко. — При этом по мере выгорания того, что может гореть, — органической части породы — концентрация радиоактивных элементов в остающейся минеральной части увеличивается. Таким образом, очаги пожара в угольном пласте представляют собой зоны с растущей концентрацией радионуклидов».
Результаты работы ученые представили в высокоуровневом научном журнале Mining science and technology. Ученые планируют, что в будущем новый подход позволит определять конкретные координаты очага, и полагают, что развитие технологии поможет ускорить выявление подземных самовозгораний угля и отслеживать их развитие.
«В настоящее время мы работаем над определением содержания в горящем угле конкретных элементов (металлов) по регистрации акустического излучения, порождаемого его горением», — поделился Д.И. Борисенко.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото на превью: cc0collection / фотобанк 123RF.
Фото на странице: Сергей Гнусков / пресс-служба НИТУ МИСИС, личный архив Дмитрия Борисенко, cc0collection / фотобанк 123RF.
