Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За отчетный период исследован очаг самовозгорания на породном отвале угольного месторождения, проведены наблюдения за развитием температурных аномалий на угольном складе и предложен способ расчета инкубационного периода самовозгорания угля в зависимости от температуры окружающего уголь воздуха. Приведены результаты замера температуры очагов самовозгорания углесодержащих породных отвалов. Наблюдения проводились при изменении температуры атмосферного воздуха от +22 до -11 °C. Проведенные исследования оценивали эффективность обнаружения очагов самовозгорания на породных отвалах путем замера температуры пород в скважинах глубиной 2,5 м, пробуренных на расстоянии 20 м друг от друга. Эксперимент показал невозможность бурения скважин на откосах отвалов, в зонах с высокой температурой пород, а также необходимость обсадки скважин трубами на всю длину. Установлено, что в прогретой зоне наблюдаются резкие перепады температуры пород, которые невозможно выявить при замере в скважинах, расположенных на расстоянии 20 м. При таком расстоянии между контрольными скважинами могут быть не обнаружены очаги размером 1-10 м. Замеры показали, что во всех скважинах температура увеличивается с глубиной. Поэтому рекомендуемая глубина скважин 2,5 м не позволяет определить размеры прогретой зоны. Существенно снизить стоимость работ по обнаружению очагов самовозгорания на породных отвалах, в том числе на бортах отвалов, позволит применение тепловизоров, установленных на беспилотных летательных аппаратах. Для уточнения состояние эндогенных пожаров целесообразно использовать контактные термометры для замера температуры пород на глубине 0,5-1,0 м. Для исследования процесса самовозгорания был сформирован угольный штабель высотой 4 м и объемом около 3000 т. В течение четырех месяцев велось наблюдение за температурой угля, выделяющимися газами в штабеле и химической активностью угля по отношению к кислороду. Замеры показали, что в течение 45 суток наблюдалось снижение температуры штабеля и атмосферного воздуха с одновременным увеличением влажности угля. Затем температура угля начала повышаться с уменьшением его влажности, на поверхности сформировалась температурная аномалия. Температура угля в эпицентре аномалии превышала температуру окружающего воздуха на 25 градусов. Дальнейшее снижение температуры атмосферного воздуха с выпадением снега способствовало охлаждению угля. Из-за поздней закладки штабеля удалось зафиксировать только процесс самонагревания угля. Константа скорости сорбции кислорода углем снижалась в период наблюдений. Проведенные исследования показали, что температура окружающей среды существенно влияет на процесс самовозгорания угля. В условиях отрицательных температур сорбционная активность угля по отношению к кислороду снижается в 3-7 раз, что значительно снижает выделение тепла в окисляющемся угле. Одновременно увеличиваются потери тепла на плавление льда, образующегося в угле. Для оценки длительности инкубационного периода самовозгорания угля, имеющего отрицательную температуру, предложена формула, учитывающая начальное состояние угля. Так, определение константы скорости сорбции кислорода осуществляется при температуре от 0 до +10 °C для угля, находящегося при отрицательных температурах. Для этого угля используется и удельная теплота плавления льда, позволяющая оценить дополнительные потери тепла. Учет нахождения угля при отрицательной температуре приводит к увеличению инкубационного периода самовозгорания в 2-3 раза. Перевод такого угля в категорию несклонных к самовозгоранию позволит избежать ненужных затрат на работы по предотвращению эндогенных пожаров.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проведенные исследования показали, что породы отвалов угольных предприятий десятки лет сохраняют сорбционную активность по отношению к кислороду и способность к самовозгоранию. Константа скорости сорбции породы может колебаться в широком пределе, что способствует развитию многоочаговых пожаров, сливающихся по мере повышения температуры очагов самовозгорания. Инкубационный период самовозгорания породы отвалов в значительной степени зависит от величины константы скорости сорбции кислорода углесодержащими породами. Согласно исследованиям, инкубационный период самовозгорания отобранных проб изменяется от 108 до 700 суток, поэтому породы отвала относятся к не склонным к самовозгоранию. Порода отвала продолжает выделять оксид углерода (II) и метан. Причем концентрация оксида углерода (II) в воздухе через сутки контакта с самой активной породой (по сорбции кислорода) может достичь 0,0057 %, что превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) в рабочей зоне. Содержание метана в этой же пробы породы достигает 0,0025 %. Внедрение новых технологий и оборудования для добычи угля подземным способом приводит к увеличению объемов выработанного пространства, что снижает эффективность борьбы с эндогенными пожарами такими способами, как подача глинистой пульпы, обработка антипирогенами теряемого угля. Все большее распространение для предупреждения и подавления очагов самовозгорания в шахтах находит такой инертный газ, как азот. Однако при его получении криогенным способом или на мембранных установках в азоте сохраняется примесь кислорода. Для обнаружения и оценки эффективности тушения очагов самовозгорания наиболее часто используют такие индикаторные газы, как оксид углерода (II) и водород. Проведенные исследования показали, что снижение содержания кислорода в азоте, подаваемом в очаг самовозгорания, вызывает падение концентрации оксида углерода (II) и водорода, что может затруднить оценку температуры очага. Уменьшение размера частиц нагреваемого угля существенно увеличивает выделение оксида углерода (II) и водорода. Для оценки состояния очага самовозгорания угля при подаче азота с примесью кислорода можно использовать соотношение концентраций оксида углерода (II) и водорода. Проведенные исследования показали, что использование тепловизионной съемки, осуществляемой с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет существенно упростить обнаружение очагов самовозгорания угля на разрезах, быстро обнаружить температурные аномалии в самых недоступных зонах и нанести их на план горных работ. Результаты тепловизионной съемки подтвердили эффективность выполненных на разрезе участком ликвидации очагов самовозгорания угля работ по тушению очагов самовозгорания. Вместе с тем тепловизионная съемка позволила выявить новые температурные аномалии, обнаружить которые традиционным способом было затруднительно. При проведении тепловизионной съемки необходимо учитывать возможность появления тепловых аномалий, возникающих от работающих машин, механизмов. Так, температура кузова самосвалов может нагреваться до температуры 150-180 °C отработанными газами. Существенно снижает эффективность обнаружения очагов самовозгорания на начальной стадии окисления углесодержащих пород с помощью тепловизоров солнечное излучение, способное нагреть поверхность пород до 30-50 °C. После тепловизионной съемки необходимо оценить состояние выявленных тепловых аномалий с помощью контактных замеров температуры угля и определения концентрации пожарных газов, выделяемых очагами самовозгорания. Полученная по результатам тепловизионной съемки поверхности бортов разреза и породных отвалов информация позволяет выбрать эффективные способы локализации очагов окисления угля, а также технологии и средства тушения очагов пожаров, средства защиты рабочих, ликвидирующих аварию. Для обнаружения и локации очагов эндогенных пожаров использовалась температурная съемка пород на глубину 1,0-1,5 м, а также замер потоков радона с поверхности и концентрации оксида углерода (II) в породах. Проведенные температурная и газовая съемка позволили выявить очаги самовозгорания с температурой более 500 °C. Концентрация оксида углерода (II) в аномалии достигала 1,0 %, что представляет опасность для жизни людей. Потоки радона с земной поверхности над очагами самовозгорания доходили до 1418 мБк/(м^2∙с), что значительно превышает фоновые значения, равные 20-50 мБк/(м^2∙с). На прогретой земной поверхности потоки радона снижаются, что можно объяснить снижением сорбции этого газа активированным углем. Газовые аномалии обнаружены и над не горящими пластами, что можно объяснить смещением газов при выходе на поверхность. Установлено, что совмещение температурной и газовой съемки позволяет повысить эффективность локации очагов подземных пожаров. В результате лабораторных исследований установлено, что разбор очагов самовозгорания с охлаждением бурого угля за счет теплообмена с атмосферным воздухом приводит к активизации угля и росту опасности повторного самовозгорания. С ростом температуры угля в очаге сорбционная активность охлажденных на воздухе проб, в том числе обработанных инертной пылью, увеличивается. Охлаждение бурого угля водой и всеми водными составами значительно снизили константу скорости сорбции кислорода охлажденным углем. Максимальный антипирогенный эффект продемонстрировал состав с хлористым кальцием, минимальный – с жидким стеклом. Длительность инкубационного периода самовозгорания бурого угля сокращается после его охлаждения в атмосферном воздухе. Чем выше была начальная температура угля, тем меньше становится инкубационный период самовозгорания, что повышает опасность рецидива пожара. Охлаждение угля водой и водными составами резко увеличивает длительность инкубационного периода самовозгорания из-за увеличения влажности и снижения скорости сорбции кислорода углем. Охлажденный на воздухе бурый уголь увеличивает выделение оксида углерода (II), что может быть опасно для сотрудников разреза. Применение воды и водных составов антипирогена для охлаждения очагов самовозгорания уменьшает выделение этого токсичного газа. Причем с ростом температуры угля эффективность снижения газовыделения водными составами возрастает. Таким образом, можно сделать вывод о необходимости использования воды и водных составов антипирогена для охлаждения очагов самовозгорания бурого угля. Опасность повторного самовозгорания такого угля снижается, как и выделение в атмосферу оксида углерода (II). Проведенные исследования показали, что эндогенные пожары могут образовывать на поверхности породных отвалах температурные аномалии размеров в сотни и тысячи метров, обладающие огромным запасом энергии. Так, 1 м^3 углесодержащей породы с температурой 400°C содержит 855000 МДж. Глубина прогретой зоны может достигать десяти и более метров. Тушение таких очагов самовозгорания в скоплениях угля или в породных отвалах подачей хладагента приводит к поступлению разогретой жидкости в нижележащие слои и их разогреву. Одновременно с падением температуры очага происходит увеличение объема разогретой массы углесодержащих пород, что может вызвать рецидив пожара после восстановления притока воздуха. Повысить эффективность тушения очагов самовозгорания позволяет рециркуляция хладагента. Разогретая в очаге пожара жидкость или образующийся из нее пар возвращаются в теплообменную камеру, где отдают отнятое от очага тепло для использования его в хозяйственных нуждах или обогрева помещений. Теплосъем с очага подземного пожара может происходить до полного выгорания горючих компонентов.