VŠB Technická univerzita Ostrava

Transkript

1 VŠB Technická univerzita Ostrava Institut hornického inženýrství a bezpečnosti Zdokonalení metod včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhů jeho likvidace se zaměřením na indikační plyny ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA PROJEKTU VaV ČBÚ č. 29/2003 LISTOPAD Alois Adamus 2001 Jindřich Šancer PROSINEC 2005

2 Vysoká škola báňská Technická universita Ostrava Institut hornického inženýrství a bezpečnosti Program VaV ČBÚ č. 2435/99 : Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor Dílčí projekt 29/2003: Zdokonalení metod včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace se zaměřením na indikační plyny IV. Z Á V Ě R E Č N Á Z P R Á V A k programu výzkumu a vývoje ČBU č. 2435/99/III, projektu č. 29/2003 Zdokonalení metod včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace se zaměřením na indikační plyny Zahájení : plán : skutečnost : Ukončení : plán : skutečnost : Objednatel : ČBÚ Praha Zhotovitel : HGF VŠB-Technická universita Ostrava Odpovědný řešitel : doc. Ing. Alois ADAMUS, Dr. Na zprávě spolupracoval : Ing. Jindřich ŠANCER, Ph.D. Na realizaci výzkumu spolupracovali Ing. Hana Věžníková, Prof. Ing. Boleslav Taraba, CSc., Ing. Václav Voráček, Ph.D., Ing. Pavel Malíček, Dr. Ing. Petr Čada, pracovníci Zkušebny hořlavosti VVUÚ, a.s., Ostrava-Radvanice, Laboratoře enviromentální chémie ÚG AVČR Ostrava, HBZS, a.s.,ostrava-radvanice a plynových laboratoří důlních závodů Lazy v Orlové, Darkov 2 v Karviné a HBZS, a.s., Ostrava-Radvanice. Uhelné vzorky poskytly důlní závody OKD, a.s. a ČMD, a.s. Ostrava listopad 2005

3 Tato dokumentace je výhradním majetkem ČBÚ Praha a nesmí být bez jeho předchozího písemného souhlasu dále rozmnožována a rozšiřována. Citace a výtahy je možno pořídit jen s přesným uvedením pramene.

4 Obsah : 0 Smluvní podmínky Znění smluvních podmínek projektu ČBÚ č. 29/2003, smlouvy č. 1967/ Harmonogram prací podle dodatku č. 1 smlouvy č. 1967/ Plnění smluvních podmínek 4 1 Analýza případů samovznícení uhlí na dolech OKR Řešení etapy č Závěry etapy č Zahraniční zkušenosti a poznatky Řešení etapy č Závěry etapy č Faktory ovlivňující vzorkování důlního ovzduší Řešení etapy č Závěry etapy č Analýza faktorů ovlivňujících výsledky tepelné oxidace uhelné hmoty Řešení etapy č Závěry etapy č Faktory ovlivňující oxidační rychlost Řešení etapy č Závěry etapy č Příčiny změny oxidační rychlosti a dynamika samovznícení Řešení etapy č Závěry etapy č Vypracování metodiky včasného zjišťování samovznícení uhlí Řešení etapy č Závěry etapy č Metodika včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace 36 9 Návrh úpravy vyhlášky ČBÚ č. 22/1989 Sb. a rozhodnutí OBÚ v Ostravě čj. 10/1990, článku Návrh dokumentace vedené organizací o zjišťování a kontrole průběhu likvidace samovznícení uhlí s návrhem právního předpisu k jejímu vedení a předkládání SBS Závěr Seznam tabulek Seznam příloh 46 1

5 0 Smluvní podmínky 0.1 Znění smluvních podmínek projektu ČBÚ č. 29/2003, smlouvy č. 1967/03 Předmětem smlouvy bylo poskytnutí účelové podpory formou dotace z výdajů na výzkum a vývoj poskytovatele v rámci programu výzkumu a vývoje Českého báňského úřadu Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor na projekt č. 29/2003 Zdokonalení metod včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace se zaměřením na indikační plyny, obsahující celkem sedm etap. Předmětem řešení projektu je: 1) Analyzovat soubor minimálně deseti případů samovznícení uhlí na dolech OKR a postupu jejich včasného zjišťování a kontroly průběhu likvidace dosud používanými metodami hodnocení teplot v ohnisku samovznícení. Provést vyhodnocení spolehlivosti používaných metod. Do analyzovaného souboru zahrnout a posoudit případy samovznícení znovuotevřených požářišť a vedení hornické činnosti s využitím výsledků hodnocení samovznícení uhelných vzorků odebraných v rámci Kategorizace slojí ČR řešením projektu č. 3/1999 ČBÚ. 2) Vypracovat přehled používaných metod včasného zjišťování samovznícení uhlí v zahraničí a možnost jejich využití v ČR. 3) Analyzovat přírodní a technické faktory ovlivňující vyhodnocení a interpretaci odebraných vzorků vzdušin v praxi používanými metodami hodnocení stavu samovznícení a faktory ovlivňující jejich spolehlivost. 4) Analyzovat faktory ovlivňující výsledky tepelné oxidace uhelné hmoty a zkoumat odchylky hodnocení tepelné oxidace ve vztahu k důlním podmínkám a provozní praxi. 5) Analyzovat faktory ovlivňující oxidační rychlost v závislosti na teplotě v ranném stádiu samovznícení a po dosažení kritické teploty. 6) Zkoumání příčin náhlé změny oxidační rychlosti a kriterií vyjadřujících dynamiku samovzněcovacího procesu. Zkoumání možnosti stanovení limitního času pro přijetí účinných opatření v případě indikace ranného stadia samovznícení. 7) Vypracovat metodiku včasného zjišťování samovznícení uhlí v ranném stadiu samovznícení a kontroly průběhu jeho likvidace pomoci indikačních plynů a vyšších verzí dosud vypracovaných výpočetních programů pro stanovení teploty a hodnocení dynamiky 2

6 samovzněcovacího procesu. Ověřit metodiku aplikací na případu samovznícení na některém dole OKD. Výstup projektu : a) Metodika včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace. b) Návrh úpravy, popřípadě doplnění vyhlášky ČBÚ č. 22/1989 Sb., Rozhodnutí OBÚ v Ostravě čj. 10/1990, článku 39. c) Návrh dokumentace vedené organizací o zjišťování a kontrole průběhu likvidace samovznícení uhlí s návrhem právního předpisu k jejímu vedení a předkládání SBS. Cíle projektu, předpokládané výsledky a způsob ověření jejich dosažení byly uvedeny v Příloze č. 1. předmětné smlouvy. 0.2 Harmonogram prací podle dodatku č. 1 smlouvy č. 1967/03 Tab. 0.1 Harmonogram prací projektu VaV ČBÚ č. 29/2003 Etapa 1. Analýza 10 zápar 2. Zahraniční zkušen. 3. Ovlivnění suchých vz. 4. Přesnost tepelné oxid. 5. Oxidace ranného stadia 6. Dynamika nárůstu tepl. 7. Programátorské práce Závěrečné práce

7 0.3 Plnění smluvních podmínek Předmětný projekt byl řešen v souladu s časovým harmonogramem tab V rámci kontrolních dnů č. 1 č. 9 předmětného projektu byly zadavateli předávány příslušné informativní a periodické zprávy o průběhu řešení projektu, závěrečné zprávy etap č. 1 č. 7, související neperiodické zprávy a související subdodávky. V souladu se smlouvou byla v rámci závěrečných prací ve čtvrtém čtvrtletí 2005 vypracována metodika včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace, návrh úpravy vyhlášky ČBÚ č. 22/1989 Sb. a rozhodnutí OBÚ v Ostravě čj. 10/1990, článku 39 a návrh dokumentace vedené organizací o zjišťování a kontrole průběhu likvidace samovznícení uhlí s návrhem právního předpisu k jejímu vedení a předkládání SBS. Následující text předložené závěrečné zprávy obsahuje kompilát závěrů dílčích etap projektu. Podrobnosti k jednotlivým etapám byly uvedeny v závěrečných a souvisejících zprávách dílčích etap již předaných zadavateli (informativní zprávy, periodické zprávy, neperiodické zprávy, subdodávky). Výčet závěrečných a souvisejících zpráv, již předaných zadavateli, je uveden v příslušných kapitolách předložené závěrečné zprávy. Informativní zprávy, periodické zprávy, neperiodické zprávy, subdodávky, závěrečné zprávy etap projektu VaV ČBÚ č. 29/2003 a předložená závěrečná zpráva je v elektronické podobě uvedena v příloze č. 6 předložené zprávy. Číselnému pořadí etap projektu odpovídá číselné označení následujících kapitol č. 1 č. 7. Závěrečné kapitoly č. 8 č. 10 jsou věnovány výše specifikovaným výstupům projektu. 1 Analýza případů samovznícení uhlí na dolech OKR Cíle etapy č. 1 podle přílohy č. 1 projektu : V průběhu dvou let řešení předmětného projektu, od června 2003 do června 2005, budou analyzovány reálné případy samovznícení v OKR na základě získaných podkladů z důlních podniků. Do řešení budou zahrnuty již předchozí případy samovznícení, případně aktuální případy v době řešení. Vyhodnocení se bude opírat o dosud dostupné způsoby hodnocení samovzněcovacího procesu v OKR, t.j. podle Sloupcového diagramu HBZS Ostrava, podle Rámcové tabulky indikačních plynů protokolů tepelné oxidace VVUÚ Ostrava-Radvanice (v případech dostupnosti), podle výsledků tepelné oxidace uhelných vzorků protokolů VVUÚ 4

8 Ostrava-Radvanice zpracovaných v databázi VŠB-TU Ostrava v rámci projektu 3/1999 ČBÚ s využitím bezrozměrných ukazatelů indikačních plynů samovznícení. K vyhodnocení budou využívány výpočetní programy vypracované v rámci projektu 3/1999 ČBÚ s pracovními názvy CnHm a Indikace. V průběhu hodnocení zadaného počtu 10 případů lze předpokládat získání zkušeností s praktickým používáním uvedených výpočetních programů. Získané poznatky budou využity při vypracování vyšších verzí výpočetních programů. Do řešení budou zahrnuty rovněž případy obnovených samovznícení po znovuotevření uzavřených důlních děl s využitím výsledků tepelné oxidace uhelných vzorků. Snahou řešitele bude získat vyjádření profesních pracovníků důlních podniků k jednotlivým případům, případně rámcovým zkušenostem v dané oblasti. Získané poznatky budou analyzovány z hlediska spolehlivosti dosud používaných metod a z hlediska možnosti jejich zdokonalení, včetně zapracování daných zkušeností do vyšších verzí výše uvedených výpočetních programů. 1.1 Řešení etapy č. 1 Z výše uvedeného obsahu projektu vyplynul program plnění smluvních podmínek pro období červenec červen V daném období bylo analyzováno celkem 12 případů samovznícení v dolech OKR, z toho šest případů samovznícení znovu obnovených podle tabulky č Z důvodu přehlednosti byly analyzované případy samovznícení číslovány číselnou řadou 1 12: Tab. 1.1 Případy samovznícení analyzované v rámci etapy č. 1 5

9 Pořadové číslo Rok vyhodnocení Důlní závod Samostatně byly analyzovány vícenásobně uzavřené případy endogenních požárů. definována spolehlivost používaných metod jak v oblasti včasného zjišťování samovznícení uhlí, tak pro kontrolu průběhu jeho likvidace. Pracoviště Rok záparu Opakovaný případ ANO/NE 1 03 Barbora porub č ANO 2 03 Barbora porub č ANO 3 03 Lazy porub č NE 4 03 Lazy porub č ANO 5 04 Darkov 2 porub č NE 6 04 Dukla porub č ANO 7 04 Doubrava porub č I ANO 8 04 Doubrava porub č NE 9 05 ČSM-S porub č NE Darkov 3 porub č NE ČSA J.K. porub č ANO Doubrava kříž č I 03 NE Byla Etapa č. 1 byla ukončena podle harmonogramu prací předmětného projektu (tab. 0.1) v červnu V rámci etapy č. 1 byla vypracována a zadavateli předána závěrečná zpráva (viz příloha č. 6 předložené zprávy) : Adamus, A., Šancer, J., Věžníková, H., Voráček, V.: Analýza případů samovznícení uhlí na dolech OKR, postupu jejich včasného zjišťování a kontroly průběhu likvidace. Závěrečná zpráva etapy č. 1, projektu VaV ČBÚ č. 29/03. VŠB-TU Ostrava, červen Průběžně byly zadavateli předávány související neperiodické zprávy a subdodávky etapy č. 1 (jsou uvedeny v příloze č. 6 předložené zprávy): Neperiodické zprávy : Šancer, J.: Hodnocení průběhu záparu v porubu č , Důl ČSA, lokalita Doubrava. Neperiodická zpráva dílčí etapy č. 1 projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, VŠB-TU Ostrava, Ostrava, listopad Šancer, J.: Hodnocení průběhu záparu v porubu č , Důl ČSM, závod Sever. Neperiodická zpráva dílčí etapy č. 1 projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, HGF VŠB-TUO, Ostrava leden Šancer, J.: Hodnocení průběhu záparu v porubu č , Důl Darkov 3. Neperiodická zpráva dílčí etapy č. 1 projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, VŠB-TU Ostrava, Ostrava, duben Šancer, J., Adamus, A.: Vyhodnocení vybraných případů samovznícení v OKR likvidovaných uzavřením. Neperiodická zpráva dílčí etapy č. 1 projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, VŠB-TU Ostrava, Ostrava, květen

10 Subdodávky : Věžníková, H., Hodnocení průběhu třikrát obnoveného endogenního požáru v porubu č , Dolu Barbora v Karviné. Zpráva zpracovaná na základě smlouvy o dílo č. 03/29/2003 v rámci řešení programového projektu ČBÚ Praha č. 29/2003 Zdokonalení metod včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace se zaměřením na indikační plyny. Září Věžníková, H., Hodnocení průběhu záparového děje v porubu č , Dolu Lazy v Orlové. Zpráva zpracovaná na základě smlouvy o dílo č. 03/29/2003 v rámci řešení programového projektu ČBÚ Praha č. 29/2003 Zdokonalení metod včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace se zaměřením na indikační plyny. Říjen Voráček, V., Vyhodnocení případu samovznícení uhlí v porubu OKD, a.s., Dolu Darkov o.z. Dílčí zpráva o výsledku plnění smlouvy o dílo č. 06/29/2003. Technovent Ostrava, říjen Věžníková, H., Hodnocení průběhu záparového děje v porubu č , Důl Darkov. Neperiodická zpráva projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, etapy č. 1, podle objednávky VŠB - TUO č.: G-II-5071/ ze dne , červen Hodnocení průběhu záparového děje v porubu č , Důl Darkov, Dodatek č. 1. Věžníková, H.: Hodnocení průběhu záparového děje v porubu č , závod Dukla. Neperiodická zpráva projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, etapy č. 1 podle objednávky VŠB - TUO č.: G-II-5071/ ze dne , Ostrava září Věžníková, H.: Hodnocení průběhu záparového děje v porubu č , závod Dukla, Důl Lazy, OKD, a.s. Dodatek č. 1. Neperiodická zpráva projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, etapy č. 1, podle objednávky VŠB - TUO č. G-II-5071/ ze dne , Ostrava listopad Věžníková, H.: Hodnocení průběhu záparového děje v porubu I jáma Doubrava. Neperiodická zpráva projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, etapy č. 1 podle objednávky VŠB - TUO č. G-II-5071/ ze dne , Ostrava listopad Věžníková, H.: Hodnocení průběhu záparového děje v porubech lokalita Jan-Karel, Důl Čs. armáda, o.z. v Karviné OKD, a. s. Ostrava, březen Voráček, V.: Posouzení a vypracování analýzy záparového děje vzniklého na kříži chodeb č II/7 3939I OKD a.s., Dolu ČSA, záv. Doubrava o.z. se zaměřením na indikační plyny. Neperiodická zpráva projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, etapy č. 1, podle objednávky VŠB TUO č. GII-5011/ ze dne , Technovent s r.o., Ostrava březen Analyzované poznatky a podrobnosti k řešení etapy č. 1 byly podle smluvních podmínek průběžně předávány zadavateli v podobě uvedených subdodávek, neperiodických zpráv, rovněž v podobě informativních a periodických zpráv. Získané poznatky byly vyhodnoceny v rámci citované závěrečné zprávy etapy č. 1. 7

11 1.2 Závěry etapy č. 1 Z výše uvedeného hodnocení 12 případů samovznícení v OKR je možno vyvodit závěr, že všechny analyzované metody používané v OKR pro včasnou indikaci samovznícení uhlí (metody CO 2 /CO, HBZS, CnHm) jsou použitelné pro hodnocení provozních případů endogenních požárů. Při použití jednotlivých metod je však potřeba brát v úvahu poznatky zjištěné při tomto vyhodnocení. Především, že metoda standardního bezrozměrného ukazatele CO 2 /CO je jen orientační a doplňková. Indikovaná teplota ukazatelem CO 2 /CO je v rozvinutém stádiu endogenního požáru značně podhodnocena, a proto je vhodná pouze pro hodnocení trendu ranných stádií endogenních požárů. Hlavní výhodou této metody je že, nevyžaduje odběr vzorků vzdušin z PVP ani odběr suchých vzorků, hodnocení je snadné. Metodika sloupcového diagramu HBZS se projevila jako poměrně spolehlivá metoda, zejména v případech kdy byl objemový průtok PVP okolo m 3.min -1. Při vyšších objemových průtocích je potřeba počítat s možným nadhodnocením indikovaných teplot především v důlním prostředí s relativně vyšším přirozeným pozadím nižších nasycených uhlovodíků. Naopak při nízkých objemových průtocích, např. z OLT mohou být indikované teploty podhodnoceny. Mezi výhody této metodiky patří její jednoduchost a rychlost při vyhodnocení. Výhodou je rovněž možnost odhadu teplotní variability endogenního požáru na základě rozdílných litrových vývinů (generovaných teplot) CO a nižších nasycených uhlovodíků, oproti vyšším nenasyceným uhlovodíkům. Hlavní nevýhodou je nutnost odběru vzorku vzdušin z PVP a měření objemového průtoku v době odběru vzorku (v případě použití hodnoty PVP z měsíčního měření dochází ke zkreslení indikovaných teplot). Další nevýhodou je skoková změna generovaných teplot při použití sloupcového diagramu v původní formě, případně programu CnHm, způsobu vyhodnocení Jednotlivě. To je nevýhodou především v inkubační fázi endogenního požáru, kdy tento ukazatel poměrně dlouhou dobu generuje teplotu C, a tak není patrný pozvolný nárůst teploty, signalizující rozvíjející se zápar. Proto je vhodné tuto metodiku doplnit jinou metodou hodnocení endogenního požáru. Metoda CnHm je z provozního hlediska nejnáročnější. Vyžaduje srovnávací plynový obraz získaný tepelnou oxidací a jisté zkušenosti při aplikaci dané metody. Z obdržených poznatků analýz endogenních požárů je patrné poměrně značné variační rozpětí teplot generovaných touto metodou. Pro správný odhad teploty je potřeba vybrat ty bezrozměrné ukazatele, které mají určitou vypovídací schopnost. Pro výběr ukazatelů s vysokou vypovídací schopností je vhodné vyhodnotit 8

12 časovou řadu plynových obrazů a podle tendence vývoje teploty indikované jednotlivými bezrozměrnými ukazateli vybrat ukazatele s nejvyšší vypovídající schopností. Navíc je třeba zohlednit plyny obsažené v jednotlivých bezrozměrných ukazatelích a podle toho posoudit indikovanou teplotu. Zpravidla totiž bezrozměrné ukazatele obsahující oxidy uhlíku a nižší nasycené uhlovodíky generují nižší teplotu než ukazatele obsahující vyšší a nenasycené uhlovodíky. Pro přesné vyhodnocení by rovněž měl být z databáze programu CnHm vybrán nejvhodnější uhelný vzorek (nejblíže odebraný). Ze získaných poznatků je patrné, že metoda bezrozměrných ukazatelů indikuje v inkubační fázi endogenního požáru zpravidla nejvyšší teplotu ze všech hodnocených metod. V rozvinuté fázi indikuje teplotu srovnatelnou s metodikou HBZS, v případech kdy byl zvolen referenční vzorek hodnocený do 200 C. V ostatních případech pak metoda CnHm indikuje teplotu většinou vyšší. Vzhledem k okolnostem popsaným v podkladech dodaných k provozním případům (popisující výstupy kouřů, výskyt acetylénu) je možné v těchto případech považovat vysoké indikované teploty za reálné. Z výše uvedených poznatků bylo možné vyvodit závěr, že laboratorní zkoušky tepelné oxidace prováděné za účelem pozdějšího hodnocení provozních případů by měly být prováděny minimálně do 350 C. Mezi výhody metody CnHm patří při zvolení vhodného referenčního vzorku především pravděpodobně přesný odhad nejvyšší teploty ohniska endogenního požáru. Další výhodou metody je její použitelnost i při hodnocení uzavřených požářišť (nevyžaduje PVP), i když v těchto případech je třeba díky rozdílným podmínkám (nedostatek kyslíku, zpětná sorpce atd.) počítat s výraznější chybou v odhadu teploty. Mezi hlavní nevýhody této metody patří poměrně náročné a časově zdlouhavé vyhodnocení a jistá připravenost, spočívající v laboratorním rozboru tepelné oxidace uhelného vzorku dobývané lokality. Z výše uvedeného lze formulovat následující stručné závěry a doporučení : Metoda CO 2 /CO vhodně vystihuje trend vývoje teploty ohniska samovznícení, poskytuje však značně podhodnocené informace o teplotě ohniska. Za závažný stav z hlediska vývoje teploty, kdy lze očekávat relativně brzy dosažení zápalné teploty v ohnisku samovznícení, lze považovat teplotu indikovanou daným ukazatelem 100 o C, tj. hodnota ukazatele cca 10. Výhodou metody je možnost využití mokrých vzorků bez použití hodnoty objemového průtoku PVP. Metoda HBZS indikuje střední hodnoty teplot v ohnisku samovznícení, vzhledem ke stanoveným teplotním intervalům metody poskytuje částečně zpožděné informace o trendu teploty v ohnisku. Ve vztahu k určení nejvyšší teploty v ohnisku poskytuje daná metoda ve srovnání s metodou CnHm podhodnocené výsledky. Nevýhodou metody je nutnost použití hodnoty objemového průtoku důlních větrů při vyhodnocení. Metoda CnHm poskytuje informaci o trendu teploty, nejvyšší teplotě v ohnisku samovznícení a o teplotní nehomogenitě ohniska. Vyžaduje použití srovnávacího plynového 9

13 obrazu tepelné oxidace uhelného vzorku odebraného z blízkosti hodnoceného záparu. Výhodou metody je její použití pro vyhodnocování suchých vzorků mimo PVP. Pro další použití metody CnHm lze doporučit ověřování uhelných vzorků na plynový obraz indikačních plynů metodou tepelné oxidace do teploty min. 350 o C. Pro sledování trendu teploty v uzavřených požářištích lze použít metodu CO 2 /CO a CnHm, avšak je nutno počítat se zkreslením výsledků vyplývajícím z odlišných podmínek ve kterých se ohnisko samovznícení vyskytuje, tj. uzavřený plynový režim ovlivněný ohniskem požáru a relativně dlouhodobý časový faktor působící společně s dalšími ovlivňujícími faktory (pokles kyslíku, zpětná selektivní adsorpce plynů, rozpustnost plynů). Nejrychleji z plynového obrazu klesají obsahy CO a H 2. Tyto plyny následují nenasycené uhlovodíky. Nejpomaleji z plynového obrazu mizí nasycené plynné uhlovodíky, především etan. Jednotlivé ukazatele vykazují buďto podhodnocené nebo nadhodnocené teploty. Lze konstatovat že : - ukazatelé obsahující CO velmi rychle reagují poklesem po uzavření ohniska a převážně vykazují podhodnocené teploty a vyšší dynamiku poklesu teplot oproti skutečnosti. - ukazatelé obsahující nižší nasycené uhlovodíky reagují pozvolně a vykazují vyšší teploty a nižší dynamiku poklesu teplot. - při otevírání uzavřeného požářiště je vhodné věnovat pozornost stopovým koncentracím etylénu, které mohou být indikátorem relativně stále ještě zvýšené teploty ohniska. Na základě dosavadních poznatků z OKR a také ze zahraničí (převážně Polsko, Francie, viz závěrečná zpráva etapy 2) lze konstatovat, že dosud používané metody indikace teploty ohniska samovznícení nejsou metodami exaktními, jde o odhad teploty. Interpretace především metody CnHm by měla být svěřena osobě v tomto směru zkušené, schopné odhadnout relativní důležitost jednotlivých, někdy protichůdných tendencí. Příznivý či nepříznivý vývoj jediného ukazatele není sám o sobě rozhodující. Na druhé straně, pokud se více kritérií vyvíjí ve stejném směru, pak je to zcela jistě silný indikátor tendence teploty, a to i kdyby se jiná kritéria vyvíjela rozdílně. 2 Zahraniční zkušenosti a poznatky Cíle etapy č. 2 podle přílohy č. 1 projektu : V období červenec 2003 až září 2004 budou kompilovány metody včasného zjišťování samovznícení uhlí v zahraničí, především v Polsku, Německu, Francii, Velké Británii, Ukrajině a dalších zemích s vyspělým hornictvím. Kompilace bude zaměřena na zpracování metod používaných v důlní praxi a na kompilaci platných obecně závazných předpisů v dané oblasti. Kompilace se bude opírat o dostupnou literaturu a zahraniční konzultace řešitele a subřešitelů. 10

14 V rámci řešení předmětného dílčího úkolu jsou navrženy služební cesty řešitele a subřešitelů do evropských států s vyspělým uhelným hornictvím (Polsko, Ukrajina, Rumunsko, Německo, Francie, Velká Británie, případně Bulharsko-hlubinná těžba hnědého uhlí) s cílem konzultovat a kompilovat zahraniční zkušenosti z oblasti včasného zjišťování samovznícení uhelné hmoty. Získané podklady budou vyhodnoceny z hlediska možnosti jejich využití v hornictví ČR. 2.1 Řešení etapy č. 2 V rámci etapy č. 2 byl vypracován rámcový přehled historického vývoje využití indikačních plynů samovznícení uhlí v dolech v zahraničí a byly kompilovány vybrané literární podklady a podklady získané na základě konzultací řešitele ve státech odpovídajících zadání projektu. Kompilace byla zaměřena na metody používané v důlní praxi a obecně závazné předpisy v oblasti včasného zjišťování samovznícení uhlí. Byly kompilovány podklady z Polska, Německa, Francie, Velké Británie, Ukrajiny a Rumunska. Kompilované podklady byly analyzovány. Etapa č. 2 byla ukončena podle harmonogramu prací předmětného projektu (tab. 0.1) v červnu V rámci etapy č. 2 byla vypracována a zadavateli předána závěrečná zpráva (viz příloha č. 6 předložené zprávy): Adamus, A.: Zahraniční zkušenosti v oblasti včasného zjišťování samovznícení v uhelných dolech. Závěrečná zpráva etapy č. 2, projektu VaV ČBÚ č. 29/03. VŠB-TU Ostrava, červen Průběžně byly zadavateli předávány související neperiodické zprávy a subdodávky etapy č. 2 (jsou uvedeny v příloze č. 6 předložené zprávy): Neperiodické zprávy: Adamus, A.: Včasné zjišťování samovznícení uhlí v rumunských hlubinných dolech. Cestovní zpráva ze služební cesty. VŠB- TU Ostrava, Ostrava září Šancer, J., Adamus, P.: 10. mezinárodní konference hornické termofyziky. Cestovní zpráva ze služební cesty. VŚB-TU Ostrava, Ostrava, únor Adamus, A.: Včasné zjišťování samovznícení uhlí v britských hlubinných dolech. Cestovní zpráva ze služební cesty. VŠB- TU Ostrava, Ostrava duben Adamus, A.: Včasné zjišťování samovznícení uhlí ve francouzských dolech. Cestovní zpráva ze služební cesty. VŠB- TU Ostrava, Ostrava červen

15 Adamus, A.: Včasné zjišťování samovznícení uhlí v ukrajinských dolech. Cestovní zpráva ze služební cesty. VŠB- TU Ostrava, Ostrava říjen Adamus, A.: Včasné zjišťování samovznícení uhlí v německých dolech. Cestovní zpráva ze služební cesty. VŠB- TU Ostrava, Ostrava, únor Subdodávky : Překlady a původní znění obecně závazných předpisů a metodických pokynů z oblasti včasného zjišťování samovznícení v uhelných dolech Rumunska. Subdodávka projektu VaV ČBÚ č. 29/2003. Překlady a původní znění podkladů obecně závazných předpisů a metodických pokynů z oblasti včasného zjišťování samovznícení v uhelných dolech Polska. Subdodávka projektu VaV ČBÚ č. 29/2003. Překlady vybraných podkladů k včasnému zjišťování samovznícení v dolech Velká Británie. Subdodávka projektu VaV ČBÚ č. 29/2003. Překlady vybraných podkladů k včasnému zjišťování samovznícení v dolech Francie. Subdodávka projektu VaV ČBÚ č. 29/2003. Překlady vybraných podkladů k včasnému zjišťování samovznícení v dolech Ukrajiny. Subdodávka projektu VaV ČBÚ č. 29/2003. Překlady vybraných podkladů k včasnému zjišťování samovznícení v dolech Německa. Subdodávka projektu VaV ČBÚ č. 29/03 Analyzované poznatky a podrobnosti k řešení etapy č. 2 byly podle smluvních podmínek průběžně předávány zadavateli v podobě uvedených subdodávek, neperiodických zpráv, rovněž v podobě informativních a periodických zpráv. Získané poznatky byly vyhodnoceny v rámci citované závěrečné zprávy etapy č Závěry etapy č. 2 Cílem etapy č.2 bylo vypracovat přehled používaných metod včasného zjišťování samovznícení uhlí v zahraničí a možnosti jejich využití v ČR. Následuje stručný přehled používaných metod v hodnocených státech a doporučení pro využití předmětných poznatků v ČR : Rumunsko : V rámci prevence samovznícení je obecně závaznou legislativou uloženo vyhodnocovat Grahamovo číslo (G), vývin CO, CO 2. Pro hodnocení stavu uzavřeného požářiště je uloženo sledovat Grahamovo číslo, C 2 H 4, C 2 H 2 (otevřít požářiště lze - G klesá < 0,4 ; C 2 H 4 <10 ppm; vymizení C 2 H 2 ). Doporučující metodika uvádí hodnocení G, CO, CO 2, C 2 H 4, C 2 H 2. Etylén 12

16 indikuje teplotu od 60 o C (ranné stadium 10 ppm, rozvinuté 60 ppm). Acetylén indikuje teplotu o C. Polsko : V rámci prevence samovznícení je obecně závaznou legislativou uloženo sledovat CO, CO 2, O 2 (úvod, výduch, zával 2x týdně mimo kontinuální měření), vyhodnocovat trend koncentrací, G, ukazatel nárůstu CO v % (rozdíl koncentrací výduch-úvod), ukazatel množství CO v l/min se stanovenými limitními hodnotami. Závazně je uloženo kontrolovat teplotu povrchu důlních děl pyrometry se stanoveným rozdílem teploty 3 o C indikujícím samovznícení. Doporučeno je sledovat dodatečně H 2, C 2 H 4, C 3 H 6, C 2 H 2 a vyhodnocovat expertním způsobem vybrané binární ukazatele na základě srovnání vývoje indikačních plynů důlního provozu z plynovým obrazem tepelné oxidace obdrženým z průměru tepelné oxidace třech ověřených uhelných vzorků odebraných z předmětného porubního bloku. Laboratorní chromatografická analýza nenasycených plynných uhlovodíků byla deklarována na prahové úrovni citlivosti (pomoci koncentrátoru). Velká Británie : V rámci prevence samovznícení je obecně závaznou legislativou uloženo vést hornickou činnost bezpečně, bez ohrožení zdraví pracovníků. Nejsou uloženy podrobnosti k včasnému určování samovznícení. V rámci interních směrnic je uloženo sledovat CO a teplotu důlních děl pyrometry. Na dolech je kontinuálně sledován CO, CO 2, pokles kyslíku (Grahamová čísla), vodíku a na některých dolech byly sledovány plyny POC (Products of Combustion produkty spalování), které zahrnují rovněž oxidy dusíku. Monitoring se provádí hadičkovým systémem Bundle Tubes a elektronickými monitorovacími sítěmi ve spojení se softwarem MINOS. Vzorky ovzduší jsou odebírány z výdušné třídy a ze závalu potrubím na jednotýdenní postup do kovových vzorkovnic pomoci přidružené ruční pumpy. V případě výskytu CO je sledován H 2, případně uhlovodíky C2-C4. Plné plynové obrazy vyhodnocuje expertním způsobem komerční firma TSE v Brebty (Technical & Environmental Services ). Francie: V rámci prevence samovznícení bylo obecně závaznou legislativou uloženo sledování CO bez dalších podrobností k vyhodnocení. Doporučený postup hodnocení stavu samovznícení byl převzat z Polska a byl převážně totožný z uvedenými polskými zkušenostmi. Pro vyhodnocení indikačních plynů samovznícení byly vypracovány průměrné plynové obrazy tepelné oxidace lotrinských slojí. Odběrová místa důlních plynů byla doporučena - úvod, výduch, za výdušnou plentou, z výdušné strany v závalu 5-10 m a m s odběrem vzorků jednou týdně bez výskytu CO a denně a častěji při výskytu CO s laboratorní analýzou do 8 hodin po odběru. Za výstražnou koncentraci byl považován výskyt etylénu 1 ppm v závalu. Laboratorní chromatografická analýza 13

17 nenasycených plynných uhlovodíku byla deklarována na prahové citlivosti 10-9 koncentrátoru). Použití nasycených uhlovodíků bylo pro lotrinská uhlí nevhodné. (pomoci Ukrajina: V rámci prevence samovznícení je obecně závaznou legislativou uloženo nepřetržité sledování CO a H 2 (jednou za 10 dnů úvod, výduch, zával, degazační vrty) a určení přirozeného pozadí CO, H 2, C 2 H 4, C 2 H 2. Od výskytu 17 ppm CO a také vyšší koncentrace od přirozeného pozadí uvedených plynů je uloženo odebírat vzorky plynů na analýzu CO, H 2, O 2, CO 2, CH 4, C 2 H 4 a C 2 H 2 a stanovení dynamiky vývinu indikačních plynů třemi vzorky za 24 hod. po dobu třech dnů. Je uloženo vyhodnocovat binární ukazatel CO/H 2 indikující stav požářiště (>10 stav do zápalné teploty, <10 po zápalné teplotě - černá uhlí Donbasu o C) a ukazatel C 2 H 4 /C 2 H 2 (teplota ranného samovznícení do zápalné teploty určena tabelárně). Je uvedena kritická teplota samovznícení jednotlivých druhů uhlí (černá uhlí Donbasu o C). K odběrům vzorků vzdušin na analýzu etylénu a acetylénu se používají přenosné koncentrátory. Chromatografická analýza vodíku je zabezpečena přenosným chromatografem Endotester s prahovou citlivostí jednotek ppm a laboratorní chromatografická analýza etylénu a acetylénu je realizována s prahovou citlivostí Německo : V rámci prevence samovznícení je obecně závaznou legislativou uloženo kontinuální sledování CO s archivaci jednominutových hodnot (po dobu 6 měsíců) a týdenním grafickým vyhodnocením trendu (schváleným výpočetním programem SIWA 2000). Jsou stanoveny dvě limitní hodnoty vývinu CO - výstražná hodnota 10 l/min a poplašná hodnota 20 l/min. V metodice báňské záchranné služby pro odhad teploty skrytého požáru bylo doporučeno používat Grahamová čísla a binární ukazatele CO/CO 2, CO/H 2, CO/C 2 H 4, H 2 /C 2 H 4. Stoupající trend charakteristické hodnoty CO/CO 2 byl náznakem pro postupující rozvoj požáru. Směrnice uvedla, že indikační plyny často vykazují poměr CO/H 2 /C 2 H 4 kolem 100/10/1. Pro koncentrace H 2 byly konstatovány anomálie, zatímco poměr CO/C 2 H 4 100/1 byl považován jako relativně stabilní a tím jako provozně praktický. Etylén vznikal při dosažení teploty 150 C a byl tímto indikátorem pro začínající doutnající požár v protikladu k velkoplošné oxidaci uhlí, které zůstalo ležet ve vyrubaném závalovém poli, v teplotní oblasti až kolem C. Nevyskytoval-li se C 2 H 4 ve výše zmíněném poměru k CO, pak se dála očekávat velkoplošná oxidace. Z uvedeného přehledu vyplývá, že ve všech hodnocených státech je základní metodou indikace samovznícení sledování výskytu CO. Pouze jeden z hodnocených států, Ukrajina, ukládá závazně sledovat a vyhodnocovat další minoritní plyny (H 2, C 2 H 4, C 2 H 2 ) v rámci prevence. Rumunsko 14

18 ukládá vyhodnocovat Grahamovo číslo a C 2 H 4, C 2 H 2 v uzavřeném požářišti. Ostatní státy pouze doporučují využití minoritních indikačních plynů k odhadu teploty samovznícení. Z hodnocení rovněž vyplývá, že v oblasti doporučení se nasycené plynné uhlovodíky vyskytují zcela okrajově. Odhad teploty je zaměřen na oxid uhelnatý, vodík a nenasycené plynné uhlovodíky, na jejich vývin a vybrané binární ukazatele těchto plynů. Dalším vývojem dané technologie se v současné době zabývá pouze Polsko. Vyhodnocování Grahamova ukazatele je závazné v Rumunsku, Polsku, je doporučeno v Německu a bylo doporučeno ve Francii. Vodík není využíván v Rumunsku, v ostatních státech je doporučen a na Ukrajině je sledování vodíku závazné. V případě etylénu jsou deklarovány odlišné zkušenosti. Zatímco v Německu etylén indikuje teplotu 150 o C v Rumunsku indikuje etylén teplotu 60 o C a v doporučení pro francouzské doly byla uvedená teplota 80 o C. Acetylén indikuje v Rumunsku teplotu o C. V Polsku je acetylén registrován v plynových obrazech tepelné oxidace již při relativně nízkých teplotách (100 o C) v desítkách ppb. Podle tvrzení ukrajinských specialistů se acetylén vyskytuje v přirozeném pozadí v koncentracích jednotek ppb. V případě uhlí z Lotrinska byl acetylén zmiňován v souvislosti se samovznícením ve značně pokročilém stádiu. Z uvedených kompilovaných informací ze zahraničí lze přijmout pro využití v ČR následující doporučení. Lze doporučit využití některých zkušenosti z Polska, např. z oblasti metodiky vyhodnocování plynových obrazů indikačních plynů podle tepelné oxidace uhelných vzorků odebraných z konkrétních pilířů připravovaných bloků k dobývání. Tento přístup je v souladu s poznatkem o asociaci plynových obrazů tepelné oxidace s místem odběru uhelných vzorků v OKR (viz projekt ČBÚ č. 3/99). Z německých zkušeností lze doporučit používání výpočetní techniky v širším měřítku na základě schváleného softwaru poskytujícího přehlednou archivaci a vyhodnocování vývoje indikačních plynů podle odběrových míst s např. základním grafickým týdenní vyobrazením trendu vývoje koncentrací a litrových vývinů. V oblasti přesnosti a citlivosti laboratorních analýz indikačních plynů lze doporučit zvýšení prahové citlivosti analýzy vodíku na úroveň ppm a ověřit možnosti snížení prahové citlivosti chromatografické analýzy nenasycených uhlovodíků na ppb pomoci koncentrátorů (zkušenosti z Ukrajiny a Polska). V oblasti legislativních opatření lze v některých zahraničních podkladech nalézt podrobnější požadavky v oblasti četnosti odběrů vzorků důlního ovzduší (jednou denně a častěji), v oblasti určení míst k odběrům vzorků důlního ovzduší (zálomová hrana a zával) a způsobu vedení dokumentace a archivace (podrobné záznamní knihy, doba archivace). V oblasti legislativních 15

19 nároků na používanou přístrojovou techniku jsou v zahraničních podkladech uváděny požadavky na prahové citlivosti, četnost a kvalitu kalibrace, nezávislý audit monitorovací sítě aj. Pozornost také poutá závazné používání pyrometrů pro kontrolu teplotních anomálií se stanoveným teplotním rozdílem +3 o C indikujícím samovznícení (Polsko). Ve dvou z uvedených států (Rumunsko, Ukrajina) jsou uhelné sloje zařazovány do tří kategorií náchylnosti k samovznícení (Rumunsko sloje I., II, IIa, IIb, Ukrajina - sloje I., II. a III. třídy náchylnosti). 3 Faktory ovlivňující vzorkování důlního ovzduší Cíle etapy č. 3 podle přílohy č. 1 projektu : V období červenec 2003 až červen 2004 budou ověřovány ovlivňující faktory odběrů, vyhodnocení a interpretace suchých vzorků indikačních plynů. Bude analyzován vliv místa odběru suchých vzorků v důlním prostředí ve vztahu k jejich vypovídací schopnosti. Cílem analýzy bude stanovení rámcové metodiky optimalizace místa odběru. Bude analyzována stabilita plynových směsí indikačních plynů samovznícení ve skleněných vzorkovnicích s cílem stanovit vliv času a kvality uzavíracích hadiček. Bude ověřována experimentální chyba analýzy chromatografických pracovišť. Podle souhlasu ke spoluúčasti lze zahrnout do experimentu pracoviště plynových chromatografických laboratoří VŠB-TU Ostrava, Ústavu Geoniky v Ostravě, HBZS Ostrava, Dolu Lazy v Orlové, Dolu Darkov v Karviné. Pro infraanalýzu oxidu uhelnatého bude ověřen vliv teploty a křížové modulace plynných příměsí. Z podkladů provozních případů samovznícení bude sledován vliv přímého hašení ohniska samovznícení vodou na změnu složení indikačních plynů. 3.1 Řešení etapy č. 3 V rámci etapy č. 3 byly ověřovány ovlivňující faktory odběrů, vyhodnocení a interpretace suchých vzorků indikačních plynů. Ve spolupráci s HBZS, a.s. byla analyzována odběrová místa v podzemí. Na pracovišti řešitele a ve spolupráci s ÚG AVČR byla analyzována stabilita 16

20 indikačních plynů ve skleněných vzorkovnicích s posouzením vlivu času a typu uzávěry. Byla analyzována přesnost plynových analýz plynových laboratoří důlního závodu Lazy, závodu Darkov 2, HBZS,a.s., ÚG AVĆR a pracoviště VŠB-TUO, ve kterých byly ověřeny přesnosti chromatografické analýzy a analýz majoritních indikačních plynů. Experimentálně byl na pracovišti řešitele ověřen vliv teploty na přesnost infraanalýzy. Vliv křížových závislosti byl na pracovišti řešitele ověřen experimentálně formou aplikace plynných příměsí analyzovaných vzorků plynů a byla kompilována související teorie. Vliv kontaktu vody na složení plynového obrazu indikačních plynů a vývin vodíku byl ověřen experimentálně na pracovišti řešitele. K odběrům vzorků plynů v důlním prostředí byla kompilována související legislativa a byly analyzovány vybrané případy odběrů indikačních plynů v důlních provozech. Byla vypracovaná rámcová metodika optimalizace místa a způsobu odběru vzorků důlního ovzduší. Etapa č. 3 byla ukončena podle harmonogramu prací předmětného projektu (tab. 0.1) v červnu V rámci etapy č. 3 byla vypracována a zadavateli předána závěrečná zpráva (viz příloha č. 6 předložené zprávy) : Adamus, A a kol.: Analýza přírodních a technických faktorů ovlivňující vyhodnocení a interpretaci odebraných vzorků vzdušin. Závěrečná zpráva etapy č. 3 projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, VŠB-TU Ostrava, Ostrava červen Průběžně byly zadavateli předávány související subdodávky etapy č. 3 (jsou uvedeny v příloze č. 6 předložené zprávy) : Provázek, J.,: Doporučení k určení odběrových míst suchých vzorků v důlním prostředí pro včasné zjišťování endogenních požárů v uhelných dolech. Studie, HBZS Ostrava-Radvanice. Říjen Ritz, M.: Možnosti stanovení oxidu uhelnatého infračervenou spektroskopií, Studie, VŠB-TU Ostrava, Ostrava duben 2004 Taraba, B., et al.: Ověření metody tepelné oxidace uhlí. Zpráva za r ke Smlouvě o dílo č. 478/33/10. Ústav AV ČR, říjen Analyzované poznatky a podrobnosti k řešení etapy č. 3 byly podle smluvních podmínek průběžně předávány zadavateli v podobě uvedených subdodávek, rovněž v podobě informativních a periodických zpráv. Získané poznatky byly vyhodnoceny v rámci citované závěrečné zprávy etapy č

21 3.2 Závěry etapy č. 3 Na základě realizovaného výzkumu v rámci etapy č. 3 byl formulován souhrn poznatků a doporučení: z důvodu prokazatelné nestability sledovaných indikačních plynů ve skleněných vzorkovnicích závazně dodržovat čas pro doručení odebraných vzorků do laboratoře nejpozději do 6 hodin po odběru (podle normy ČSN , bod 8.); skleněné vzorkovnice vybavovat pouze pryžovými hadicemi, silikonové hadice jsou nevhodné; nejpříznivější stability plynové směsi bylo dosaženo použitím celoskleněné vzorkovnice (vybavené skleněnými uzávěry); pro kalibraci chromatografů používat certifikované kalibrační směsi; kalibraci chromatografů provádět vždy bezprostředně před zahájením série analýz a častěji; pro FID detektory chromatografů (HBZS, Lazy, Darkov) lze dosáhnout snížení šumu použitím syntetického vzduchu (vzduch připravený z čistého dusíku a kyslíku); změna teploty analyzované směsi v rozsahu 8 50 o C neměla vliv na přesnost infraanalýzy (UNOR 6N); nebyl prokázán podstatný vliv příměsi CH 4 na přesnost infraanalýzy CO, vliv příměsi 18 % CO 2 byl nižší než +10 % (UNOR 6N); pro infraanalýzu upřednostňovat používání monopřístrojů (přístrojů s jednou kyvetou určených k analýze jednoho druhu plynu), pro jejich kalibraci používat certifikované binární kalibrační směsi; v případě kontaktu uhlí o teplotě 100 o C s vodou, lze předpokládat zvýšený vývin CO 2 cca 13x, H 2 cca 8x a CO cca 1,4x; pro odběr suchých vzorků používat výhradně ejektorových nasávačů, harmonikové nasávače a nasávací balónky jsou pro daný účel nevhodné (nedostatečné průtočné množství); při odběru suchých vzorků prosávat minimálně 50-násobný objem vzorkovnice a plynové cesty; závazně odebírat suché plynové vzorky z PVP včetně stanovení objemového průtoku PVP na výdušné straně proudu m od porubu; závazně odebírat suché plynové vzorky mimo PVP z výdušné strany porubu (za plentou, hrázkou); jako doplňující odebírat vzorky z výdušné strany závalu pomoci ztraceného potrubí o délce jednotýdenního postupu porubu (součást technologie); 18

22 jako doplňující suché vzorky v činném porubu odebírat podle potřeby vzorky za výztuží v porubní frontě (kontrola místa výstupu plynů do PVP); u vzorků z PVP věnovat pozornost nízkým koncentracím indikačních plynů a v případech kdy jsou indikovány pouze oxidy uhlíku a nižší nasycené uhlovodíky počítat s možností zředění vyšších a nenasycených uhlovodíků pod mez detekce analytických přístrojů; suché vzorky pro plynově chromatografickou analýzu odebírat na výše určených odběrových místech v časových intervalech podle znění čl. 39, rozhodnutí OBÚ Ostrava č. 10/1990 a v případech rozvinutého samovznícení jednou za 24 hodin; závazně zavést detailní evidenci analyzovaných koncentrací indikačních plynů s vyhovující dobou archivace. Navržená rámcová metodika optimalizace místa a způsobu odběru vzorků důlního ovzduší se stala součástí metodiky včasného zjišťování samovznícení uhlí a kontroly průběhu jeho likvidace, viz kapitola 8 předložené závěrečné zprávy. 4 Analýza faktorů ovlivňujících výsledky tepelné oxidace uhelné hmoty Cíle etapy č. 4 podle přílohy č. 1 projektu : V době od července 2003 do března 2005 budou analyzovány faktory ovlivňující plynové obrazy tepelné oxidace uhelné hmoty v laboratorních podmínkách a vztah laboratorních výsledků k důlní praxi. Bude ověřena experimentální chyba technologie tepelné oxidace uhelné hmoty VVUÚ Ostrava-Radvanice pomoci opakovaných analýz totožného uhelného vzorků. Na pracovištích VŠB-TU Ostrava a Ostravské university (OU) budou obdobnými postupy tepelně oxidovány totožné uhelné vzorky odebrané pro laboratoř VVUÚ Ostrava-Radvanice s cílem analyzovat vlivy ovlivňující rozptyl výsledků tepelné oxidace. Podle možností provozní praxe budou vyhledávány případy samovznícení v důlním provoze s možnosti identifikace teploty ohniska samovznícení infrateploměrem a odebrání suchého vzorku indikačních plynů. 19

23 4.1 Řešení etapy č. 4 V době od června 2003 do března 2005 byly v rámci čtvrté etapy ověřovány a analyzovány faktory ovlivňující plynové obrazy tepelné oxidace uhelné hmoty v laboratorních podmínkách a vztah laboratorních výsledků k důlní praxi. Ve spolupráci třech koordinovaných pracovišť, VVUÚ, a.s., ÚG AVČR a pracoviště řešitele, byla ověřena experimentální chyba metody tepelné oxidace v podobě opakovatelnosti metody. Na pracovišti řešitele byla v roce 2004 založena laboratoř tepelné oxidace, která se koordinovaně zúčastnila ověřování opakovatelnosti dané metody. Opakovatelnost metody byla ověřena ve dvou případech na třech zúčastněných pracovištích pětinásobnými rozbory totožného, homogenizovaného uhelného vzorku a ve dvou případech stejným postupem s totožným uhelným vzorkem na pracovišti řešitele. Celkem byly ověřeny 3 uhelné vzorky s celkovým počtem rozborů tepelné oxidace 45 podle tabulky 4.1. Tab. 4.1 Pětinásobné rozbory tepelné oxidace uhlí č. čas rozborů zúčastněná pracoviště četnost rozborů lokalita uhelného vzorku frakce uhel. vzorku /mm/ 1 září 03 VVUÚ, VŠB, ÚGAVČR 3 x 5 Lazy, čelba ,2 2, květen 04 VVUÚ, VŠB, ÚGAVČR 3 x 5 Lazy, čelba ,4 2, listop. 04 VŠB 1 x 5 Lazy, čelba ,4 2, únor 05 VŠB 1 x < V daf /%/ Na pracovišti řešitele byla vypracována uživatelská aplikace v programovém prostředí MS Excel pro vyhodnocení pětinásobných rozborů tepelné oxidace. V rámci softwarové aplikace byla zavedena kontrola součtu koncentrací plynných složek na výstupu aparatury tepelné oxidace a grafické výstupy variačního rozpětí odchylek od středních naměřených hodnot. Ověřená experimentální chyba metody tepelné oxidace byla vyhodnocena ve vztahu k variačnímu rozpětí plynových obrazů indikačních plynů pasportizace slojí OKR. Z ovlivňujících faktorů byl ověřen způsob odběru vzorků, způsob přípravy a uchovávání připravených vzorků, velikost navážky, velikost frakce, vliv vlhkosti a množství kyslíku. V rámci uchovávání připravených uhelných vzorků byl zaveden nový, dosud nepoužívaný způsob vakuového balení. V oblasti technického provedení měřících aparatur byly na zúčastněných pracovištích korigovány technické možnosti provedení aparatur v oblasti těsnosti aparatur a měření objemového průtoku oxidačního média. Na pracovišti řešitele byla vyrobena a ověřena nová aparatura řízena PC s umístěním měření teploty ověřovaného uhelného vzorku ve středu reaktoru. 20

24 Na pracovišti řešitele byla rovněž posouzená možnost nahrazení mokrého odběru plynů použitím tedlarových sáčků. V oblasti plynové chromatografie byla věnována pozornost odstranění anomálií. Předmětný výzkum se rovněž zabýval vztahem laboratorních výsledků tepelné oxidace uhelné hmoty k hodnocení provozních případů samovznícení uhlí pomoci plynových obrazů laboratorních rozborů tepelné oxidace uhelné hmoty. Byl analyzován vztah laboratorních výsledků tepelné oxidace k lokalitě odběru uhelného vzorku, teplotní nehomogenitě ohniska záparu, byla zohledněna nehomogenita frakce ohniska záparu, variabilita koncentrace kyslíku a zpětná adsorpce indikačních plynů. Ve vztahu k důlní praxi in situ byly v roce 2005 sledovány ve spolupráci s HBZS endogenní požáry v OKR s možnosti identifikace teploty ohniska samovznícení infrateploměrem a odebrání suchého vzorku indikačních plynů. Ve sledovaném období se nevyskytl vhodný případ. Etapa č. 4 byla ukončena podle harmonogramu prací předmětného projektu (tab. 0.1) v březnu V rámci etapy č. 4 byla vypracována a zadavateli předána závěrečná zpráva (viz příloha č. 6 předložené zprávy) : Adamus, A a kol.: Analýza faktorů ovlivňující tepelnou oxidaci ve vztahu k důlním podmínkám a provozní praxi. Závěrečná zpráva etapy č.43 projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, VŠB-TU Ostrava, Ostrava březen Průběžně byly zadavateli předávány související neperiodické zprávy a subdodávky etapy č. 4 (jsou uvedeny v příloze č. 6 předložené zprávy) : Neperiodické zprávy: Šancer, J., Adamus, A., Ověření metody tepelné oxidace uhlí. Neperiodická zpráva dílčí etapy Analýzy faktorů ovlivňujících tepelnou oxidaci uhelné hmoty projektu VaV ČBÚ č. 29/2003, VŠB-TUO, prosinec Subdodávky : Taraba, B., et al. Ověření metody tepelné oxidace uhlí. Zpráva za r ke Smlouvě o dílo č. 478/33/10. Ustav AV ČS, říjen Anon., Metodika provádění rozboru plynných zplodin tepelné oxidace uhlí. VVUÚ,a.s., Ostrava-Radvanice, Anon., Zkušební protokol č. A , VVUÚ, a.s., Ostrava-Radvanice, listopad Anon. Zkušební protokol č RP, VVUÚ, a.s., Ostrava Radvanice, Anon. Výsledky VŠB-TUO pětinásobné tepelné oxidace uhelného vzorku Dolu Lazy, čelby č Soubor MS Excel s názvem Tep ox VSB.xls, umístěný na CD periodické zprávy II projektu VaV ČBÚ č. 29/03. 21

25 Anon. Výsledky ÚG AV ČR pětinásobné tepelné oxidace uhelného vzorku Dolu Lazy, čelby č Soubor MS Excel s názvem Tep ox UG.xls, umístěný na CD periodické zprávy II projektu VaV ČBÚ č. 29/03. Analyzované poznatky a podrobnosti k řešení etapy č. 4 byly podle smluvních podmínek průběžně předávány zadavateli v podobě uvedených subdodávek, neperiodických zpráv, rovněž v podobě informativních a periodických zpráv. Získané poznatky byly vyhodnoceny v rámci citované závěrečné zprávy etapy č Závěry etapy č. 4 Na základě realizovaného výzkumu v oblasti opakovatelnosti metody tepelné oxidace a ověření ovlivňujících faktorů metody bylo možné formulovat následující závěry a poznatky : variační rozpětí odchylek od středních hodnot koncentrací plynů metody tepelné oxidace aplikované v OKR činí při zachování všech původních parametrů metody (používané do roku 2003) u majoritních plynu CO 2 a CO 15%, u sledovaných vyšších plynných uhlovodíků 50%, na základě korekcí původní metodiky provedených podle poznatků předmětného výzkumu (zúžení frakce uhelného vzorku na 0,4-2,0 mm, odstranění anomálií plynové analytiky, zdokonalení měření objemového průtoku oxidačního média, kontrola laboratorní aparatury) bylo dosaženo snížení variačního rozpětí odchylek od středních hodnot koncentrací u majoritních plynu CO 2 a CO na 10% a u sledovaných vyšších uhlovodíků na 40%, nejvyšší hodnoty odchylek (v některých případech až několikanásobné) od středních hodnot pětinásobných rozborů byly registrovány při nízkých teplotách, tedy při nižších koncentracích, kdy analytické přístroje pracovaly na mezi detekce, použití nižší velikosti zrna sledovaného uhelného vzorku (< 0.2 mm) vede ke snížení variačního rozpětí odchylek od střední hodnoty koncentrací opakovaných měření, avšak zároveň vykazuje u vyšších uhlovodíků vyšší hodnoty vyvinutých množství, což je v rozporu s kompatibilitou s databázi 62 zpracovaných uhelných vzorků v rámci pasportizace slojí OKR náchylných k samovznícení, 22