Náchylnost slojí OKR k samovznícení

Transkript

1 VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Hornicko-geologická fakulta Institut hornického inženýrství Náchylnost slojí OKR k samovznícení Alois ADAMUS Napsáno s podporou výzkumného projektu ČBÚ č. 3/99 Ostrava 2004

2 Recenzenti : Prof. JUDr. Ing. Roman MAKARIUS, CSc. Prof. Ing. Karol BALOG, PhD ISBN

3 Abstrakt V průměru téměř 20 případů výskytu oxidu uhelnatého endogenního původu ročně v dolech Ostravsko-karvinského revíru v létech dokumentuje závažnost rizika samovznícení. Jednou z oblasti výzkumu náchylností slojí OKR k samovznícení byla v létech výzkumná aktivita pojmenovaná Pasportizace slojí z hlediska náchylnosti k samovznícení. V dané době vzniklo jedenáct svazků dílčích výzkumných zpráv čítající celkem 1530 stran odborných textů, dokumentujících celkem 64 analyzovaných uhelných vzorků. Monografie předkládá kompilaci obsahu tohoto výzkumu v podobě výkladu ověřovaných parametrů, výkladu metod používaných k jejich zjišťování, výčtu souborů zpracovaných dat a jejich vyhodnocení. Mezi stěžejní ověřované parametry patřily indexy náchylnosti k samovznícení metody podle Olpinského, metody oxidace za adiabatických podmínek, později také metody pulsní kalorimetrie a průsečíkové metody CPT (Crossing Point Temperature).V omezeném rozsahu byla využita izotermická metoda, vycházející z podmínek pro mezinárodní přepravu nebezpečného zboží po železnici. Samostatný okruh řešení tvořila analýza uvolněných plynných produktů tepelné oxidace uhlí související následně s určováním teploty ohniska samovznícení v dolech. Vyhodnocení sledovaných parametrů přibližuje přehled o náchylnosti k samovznícení především sedlových slojí OKR. K výsledkům vyhodnocení patří tzv. průměrný vzorek OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení, korelace náchylností k samovznícení s chemicko-fyzikálními vlastnostmi uhlí, statistické vyhodnocení databáze plynných produktů tepelné oxidace uhlí včetně nalezení některých binárních bezrozměrných ukazatelů vhodných pro určení teploty ohniska záparu a řada další technologicko-bezpečnostních parametrů uhlí OKR ve vztahu k samovznícení. Abstract The fact that in the period from 1993 to 2003 almost 20 cases of releasing the carbon monoxide of endogeneous origin annually occurred in the mines of the Ostrava-Karviná Coalfield (henceforth referred to as OKC) on the average shows the seriousness of spontaneous combustion risk. One of areas of research on the susceptibility of OKC seams to spontaneous combustion in the period from 1986 to 2001 was concentrated on the task named The Creation of a Database for Seams from the Point of View of Spontaneous Combustion Susceptibility. During this period, eleven volumes of partial research reports amounting altogether 1530 pages of specialised texts documenting 64 analysed coal samples in total were written. The monograph is a compilation of the content of this research in a form of explanation of verified parameters, methods employed for their determination, the overview of sets of processed data and their evaluation. It is indices of spontaneous combustion susceptibility according to Olpinský s method, methods of oxidation under adiabatic conditions, later also methods of pulsion calorimetry and CPT (Crossing Point Temperature) that belong to the principal verified parameters. To a limited extent, the isothermal method based on conditions for the international transport of dangerous goods by rail was used too. A separate part of solving was the analysis of released gaseous products of the thermal oxidation of coal subsequently connected with the determination of temperatures of focal points of 3

4 spontaneous combustion in mines. The evaluation of observed parameters is clarified by the overview of susceptibility of primarily the Saddle Member of the OKC to spontaneous ignition. To the results of evaluation, a so-called OKC average sample pertains from the point of view of spontaneous combustion susceptibility, the correlation of spontaneous combustion susceptibility with chemical-physical properties of coal, the statistical evaluation of the databasis of gaseous products of coal thermal oxidation, including the identification of some binary dimensionless indices suitable for the determination of temperatures of focal points of spontaneous heating and many other technological-safety parameters of coals of the OKC in relation to spontaneous combustion. Key words : spontaneous heating, spontaneous combustion risk, susceptibility to spontaneous heating, crossing point temperature, adiabatic method, pulsion calorimetry, index of liability to spontaneous heating, limiting oxygen concentration, detection of spontaneous combustion. 4

5 Obsah 0. Úvod Riziko endogenních požárů v OKR Pasportizace slojí OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení Pasportizace uhelných slojí OKR realizovaná v létech Výzkumné zprávy pasportizace Pasportizace uhelných slojí OKR realizovaná v létech Výzkumné zprávy pasportizace Sledované parametry Chemicko-fyzikální vlastností uhlí Základní chemický rozbor Elementární rozbor Petrografická klasifikace uhlí Pórovitost Zbytkové plyny Hodnocení náchylnosti uhelných vzorků k samovznícení Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou podle Olpinského Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace Hodnocení izotermickou metodou (RID) Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou pulsní kalorimetrie Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení Hodnocení náchylnosti k samovznícení průsečíkovou metodou CPT Vliv inertizace dusíkem Limitní koncentrace kyslíku samovznícení uhlí Stanovení inhibitorů Rozbory plynných produktů tepelné oxidace Zpětná adsorpce plynných produktů tepelné oxidace Části obsahů pasportizací Příklad obsahu pasportizace , vzorek sloje č. 40 Dolu Dukla Identifikace uhelného vzorku Chemicko-fyzikální vlastnosti vzorků, Olpinski, inhibitory Tepelná oxidace a zpětná sorpce Závěrečný komentář Část obsahu pasportizace , vzorek sloje č. 40 Dolu ČSA Identifikace uhelného vzorku Chemicko-fyzikální vlastnosti vzorků, Olpinski, oxidace za adiabat. podmínek Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace Hodnocení vzorku izotermickou metodou (RID) Rozbory plynných produktů tepelné oxidace Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou pulsní kalorimetrie Hodnocení náchylnosti k samovznícení průsečíkovou metodou CPT Souhrn výsledků Vyhodnocení pasportizací Pasportizace Zbytkové plyny Inhibitory Zpětná adsorpce plynných produktů tepelné oxidace Náchylnost k samovznícení

6 5.1.5 Odlišnost náchylnosti k samovznícení v profilu sloje Pasportizace Chemicko-fyzikální vlastnosti uhelných vzorků Náchylnost k samovznícení Index náchylnosti k samovznícení INS Korelace indexu náchylnosti INS s kvalitativními parametry uhlí Doplňující parametry Společné databáze Průměrný vzorek OKR Vyhodnocení plynných produktů tepelné oxidace Závěr Seznam obrázků a tabulek Obr. 1.1 Výskyt oxidu uhelnatého a zápar v OKR v létech Obr. 1.2 Vývoj četnosti výskytu zápar ve slojích OKR v létech Obr. 1.3 Počet zápar ve slojích OKR v létech Obr. 2.1 Dílčí výzkumné zprávy pasportizace VVUÚ Ostrava-Radvanice Obr. 2.2 Dílčí výzkumné zprávy pasportizace HGF VŠB-TUO Obr. 3.1 Symboly makropetrografického popisu profilu černouhelných slojí, (Honěk 1998) 32 Obr. 3.2 Aparatura metody podle Olpinského na VVUÚ, a.s Obr. 3.3 Termostat aparatury metody adiabatické oxidace na VVUÚ, a.s., foto VVUÚ, a.s. 38 Obr. 3.4 Aparatura izotermické metody (RID) na VVUÚ, a.s., foto VVUÚ a.s Obr. 3.5 Košíky pro umístění uhelného vzorku izotermické metody (RID), foto VVUÚ a.s. 41 Obr. 3.6 Kalorimetr SETARAM C 80 na Ostravské univerzitě Obr. 3.7 Schéma aparatury průsečíkové metody CPT na HGF VŠB-TU Ostrava Obr. 3.8 Aparatura průsečíkové metody CPT na HGF VŠB-TU Ostrava Obr. 3.9 Charakteristika olejové lázně a inertního vzorku Obr Výsledky rozborů CPT průsečíky teploty uhlí s teplotou lázně aparatury Obr Příklad rozboru uhelného vzorku metodou CPT Obr Aparatura VVUÚ, a.s., pro odběr produktů tepelné oxidace uhlí, foto VVUÚ, a.s. 53 Obr. 4.1 Profil odběru uhelného vz. Dolu Dukla, sl. č. 40., por. č , (Harašta ) 55 Obr. 4.2 Obsah strany 96 dílčí výzkumné zprávy, (Harašta ) Obr. 4.3 Náchylnost podle Olpinského a účinnosti inhibitorů, (Harašta ) Obr. 4.4 Koncentrace plynů tepelné oxidace, (Harašta ) Obr. 4.5 Průběhy uvolněných množství plynů tepelné oxidace, (Harašta ) Obr. 4.6 Množství uvolněných a zpětně sorbovaných plynů, (Harašta ) Obr. 4.7 Průběh zpětné sorpce plynů tepelné oxidace uhlí, (Harašta ) Obr. 4.8 Vliv inhibitorů na samovzněcovací proces, (Harašta ) Obr. 4.9 Identifikační stránka vzorku č. 1 pasportizace , (Adamus ) Obr Nárůst teploty za adiabatických podmínek, pasport , (VVUÚ 1999) Obr Závislost kritického rozměru na teplotě vzorku č. 1 pasportizace Obr Uvolněná množství plynů vzorku č. 1 pasportizace , (VVUÚ 1999) Obr Průběh etylénu k vodíku, vzorek č. 1 pasportizace , (VVUÚ 1999) Obr Závislosti vlivu hašení uhlí vodou, vzorek č. 1 pasp , (Taraba ) 70 Obr Výsledky rozborů metodou CPT, vzorek č. 1 pasportizace Obr. 5.1 Odběr čtyř vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu Dukla, ID 3/1, (Harašta ) Obr. 5.2 Odběr pěti vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu 1. Máj, ID 2/1 (Harašta )

7 Obr. 5.3 Odběr dvou vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu 1. Máj, ID 2/2, (Harašta ) Obr. 5.4 Odběr čtyř vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu 1. Máj, ID 2/3, (Harašta ) Obr. 5.5 Vícenásobný odběr vzorků na čelbě č Dolu Doubrava, ID Obr. 5.6 Ovlivnění výsledků metod hodnotících náchyl. k samovz., (Věžníková ) Obr. 5.7 Aproximace indexu INS s obsahem prchavých látek v hořlavině, (Boháč 2002).92 Obr. 5.8 Aproximace indexu INS s obsahem vodíku, (Boháč 2002) Obr. 5.9 Průměrný vývin produktů tepelné oxidace uhelných vzorků OKR, (Šancer 2002).. 97 Obr Průběh uvolněných množství CO Obr Průměr a variační rozpětí vývinu CO Obr Uživatelská verze výpočetního programu CnHm Obr Průběh binárního ukazatele C 2 H 4 /C 2 H 6 vzorků OKR Obr Průběh binárního ukazatele C 2 H 4 /C 2 H 6 sloje č. 40 (18) Dolu Dukla Obr Průběh binárního ukazatele C 2 H 6 /C 3 H 8 vzorků sloje č. 40 OKR Obr Vyhodnocení binárního ukazatele C 2 H 6 /i-c 4 H 10 programem CnHm Tab. 1.1 Výskyt CO a zápar v OKR v létech Tab. 2.1 Vzorky pasportizace v létech a stav důlních děl v dubnu Tab. 2.2 Vzorky pasportizace zpracované v létech Tab. 3.1 Macerálové skupiny a jejich podrozdělení podle ČSN ISO Tab. 3.2 Kategorie náchylnosti uhlí k samovznícení podle Opinského (VVUÚ, a.s.) Tab. 3.3 Kategorie náchylnosti k samovznícení podle indexů SZ b+f a SZ,(Věžníková 2000)37 Tab. 3.4 Kategorie náchylnosti podle metody oxidace za adiabatických podmínek Tab. 3.5 Kategorie náchylnosti uhlí OKR k samovznícení podle průsečíkové metody CPT.49 Tab. 5.1 Přehled uhelných vzorků pasportizace Tab. 5.2 Zbytkové plyny Tab. 5.3 Náchylnost uhelných vzorků k samovz. vybraných slojí OKR ( ) Tab. 5.4 Průměrné hodnoty náchylností k samovz. vybraných slojí OKR ( ) Tab. 5.5 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 3/ Tab. 5.6 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 2/ Tab. 5.7 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 2/2, (Harašta ) Tab. 5.8 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 2/ Tab. 5.9 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID Tab Průměrné hodnoty základních vlastností uhel. vzor. pasportizace Tab Průměrné hodnoty náchylností k samovz. vybraných slojí OKR ( ) Tab Ovlivnění výsledků metod hodnotících náchylnost k samovznícení v % Tab Hodnoty indexu INS souboru uhelných vzorků pasportizace Tab Pořadí uhelných vzorků pasportizace podle indexu INS Tab Pořadí slojí pasportizace podle indexu INS Tab Výsledky korelací a regresí indexu INS s parametry uhlí Tab Kritický rozměr pro teplotu 40 o C podle izotermické metody (RID) Tab Průměrný vzorek OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení

8 Seznam zkratek a symbolů Zkratky : ADR - Evropská dohoda o mezinárodní silniční přepravě nebezpečných věcí, 64/1987 Sb. A/D - analogově-číslicový převodník, BET - Brunauer, S., Emmett, P.H., Teller, E., autoři metody adsorpční izotermy, CD - compact disc, elektronický nosič dat, C n H m - minoritní indikační plyny samovznícení uhlí, plynné uhlovodíky - etan, propan, butan, etylén, propylén, acetylén, CPT - Crossing Point Temperature - teplota bodu průsečíku, průsečíková metoda pro ověřování náchylností uhlí k samovznícení, ČBÚ - Český báňský úřad, ČSA - Důl Čs. armáda v Karviné, ČSM - Důl Čs. mládeže ve Stonavě,(sever, jih), ČSN - česká technická norma, D.T.A. - Differential Termal Analysis - diferenciální termická analýza, F - fuzit, HBZS, a.s. - Hlavní báňská záchranná stanice, akciová společnost, HGF - Hornicko-geologická fakulta, I - inertinit, ID - identifikace uhelných vzorků pasportizace podle tabulky 5.1, L - liptinit, LOC - Limiting Oxygen Concentration - limitní koncentrace kyslíku; objemové %, LU - lesklé uhlí, LUP - lesklé uhlí páskové, MU - matné uhlí, MUP - matné uhlí páskové, OBÚ - obvodní báňský úřad, OKD - Ostravsko-karvinské doly, OKR - Ostravsko-karvinský revír, OU - Ostravská univerzita, PC - personální počítač, PU - páskové uhlí, RID - Mezinárodní železniční řád pro přepravu nebezpečného zboží, 29/1998 Sb., SAD - Systém pro analýzu dat, výpočetní program (Harabiš 1999), Sb. - Sbírka zákonů ČR, SBS - Státní báňská správa, SHR - Severočeský hnědouhelný revír, SZ - samovznícení, ÚG AV ČR - Ústav geoniky akademie věd České republiky, VaV - výzkum a vývoj, VVUÚ, a.s. - Vědeckovýzkumný ústav Ostrava-Radvanice, akciová společnost, VŠB-TUO - Vysoká škola báňská - Technická universita v Ostravě, d.d - důlní dílo, s.l. - spodní lávka, v.l. - vrchní lávka 8

9 Symboly : A - popel; %, At - průměrný nárůst teploty stanovený metodou adiabatické oxidace; o C.h -1, BT - bezpečná teplota; o C, C t - uhlík veškerý; %, C f - neprchavý uhlík (fixní uhlík); %, H t - vodík veškerý; %, Id - indukční doba; h, K - chrom-niklový termočlánek, KTa - kritická teplota stanovená metodou adiabatické oxidace; o C, KTo - kritická teplota stanovená izotermickou metodou (RID); o C, KRo - kritický rozměr stanovený izotermickou metodou (RID); m, M - kritérium hodnocení rizika vzniku samovznícení v OKR; -, MP - minerální příměs; %, N - dusík; %, O d - kyslík vypočítaný; %, Q s - spalné teplo; MJ.kg 1, P r - pórovitost; %, RC - pevnost v tlaku; MPa, S t - síra veškerá; %, S c - síra hořlavá; %, SZa - index náchylnosti k samovz. podle Olpinského pro analytický vzorek; o C.min -1, SZb - index náchylnosti k samovz. podle Olpinského pro bezpopelový vzorek; o C.min -1, SZ b+f - index nách. k sam. podle Olpinského použ. VVUÚ, a.s., do roku 1993; o C.min -1, T, - teplota; K, UP - specifický povrch, m 2.g -1, V - prchavá hořlavina; %, Vt - vitrinit; %, V poro - objem pórů v rozmezí poloměrů 7500 až 5 nm; mm 3.g -1, W - voda; %, W t - voda veškerá; %, W ex - voda hrubá; %, W h - voda zbylá; %, a - konstanta funkce; -, b - konstanta funkce; -, c - proměnná, d - faktor tvaru; -, d a - hustota zdánlivá; kg.m -3, d r - hustota skutečná; kg.m -3, g - proměnná, q V,gr - spalné teplo paliva při konstantním objemu v analytickém stavu; J.g -1 ; (MJ.kg -1 ), q 30 - oxidační teplo, hodnotící parametr metody pulsní kalorimetrie; J.g -1, r - charakteristický rozměr; m, v makp - podíl objemu makropórů, rozmezí poloměru 50 až 7500 nm; %, v mezp - podíl objemu mezopórů, rozmezí poloměru 5 až 50 nm; %, x - proměnná, y - proměnná, T - přírůstek teploty; K, 9

10 q W - poměr q 30 hašeného a nehašeného uhlí; -, δ p - pevnost v prostém tlaku; MPa, Horní indexy označování analytických ukazatelů stavu paliva podle ČSN :2001 r a d daf o af - původní stav paliva: stav paliva s takovým obsahem vody a popela, se kterým se těží, dodává nebo spotřebuje, - analytický stav paliva: stav paliva charakterizovaný úpravou vzorku na zrnění pod 0,2 mm (nebo zrnění potřebné pro speciální metody zkoušení), jehož obsah vody je v rovnovážném stavu s vlhkosti laboratorní místnosti, - bezvodý stav paliva: stav paliva bez obsahu vody (mimo vodu hydrátovou), - hořlavina paliva: uzanční stav paliva bez vody a popela, - organická hmota paliva: uzanční stav paliva bez vody a popela, - stav paliva s obsahem vody bezpopelový: uzanční stav paliva bez popela s obsahem vody, odpovídající maximální nasákavosti. 10

11 0. Úvod Endogenní požáry byly a jsou jedním z vysoce rizikových faktorů dobývání uhelných zásob. Této otázce byla v Ostravském regionu věnována pozornost v osmdesátých létech minulého století především Vědeckovýzkumným uhelným ústavem v Ostravě-Radvanicích, později VVUÚ, a.s. V době, kdy Vědeckovýzkumný uhelný ústav v Ostravě-Radvanicích disponoval dvěmi metodami pro ověřování náchylnosti uhelné hmoty k samovznícení, metodou podle Olpinského a metodou oxidace za adiabatických podmínek a rovněž byla již zavedena metoda ověřování množství plynných produktů tepelného namáhání uhlí, tzv. metoda tepelné oxidace, vznikly první svazky pasportizace slojí OKR z hlediska samovznícení. Koncepční výzkumné práce pasportizace slojí byly na VVUÚ, a.s. ukončeny v roce 1993 a pokračovaly výzkumnou činností Hornicko-geologické fakulty Vysoké školy báňské - Technické univerzity v Ostravě v létech v rámci projektu výzkumu a vývoje ČBÚ č. 3/99 s názvem Snížení rizika vzniku samovznícení uhelné hmoty se zaměřením na indikační a prevenční metody. V tomto období již byla ostravským pracovištěm akademie věd ČR a později Ostravskou universitou ověřena metoda pulsní kalorimetrie pro ověřování oxidačních vlastností uhelné hmoty. Citovaný výzkum ČBÚ podpořil výzkumné práce, jejíž součástí bylo ověření průsečíkové metody CPT, která jako čtvrtá metoda doplnila testy náchylnosti uhlí OKR k samovznícení. Za zmínku rovněž stojí metoda izotermická (RID), vycházející z mezinárodních podmínek pro přepravu nebezpečných látek, která byla v dvouletém období ( ) rovněž využita ke stanovení tzv. kritické vrstvy uhlí z hlediska samovznícení. Svazky dílčích výzkumných zpráv pasportizace slojí z hlediska samovznícení uhlí vytvořily za celé období řešení 1986 až 2001 podklady o rozsahu celkem 1530 stran odborných textů obsahujících výsledky ověřování náchylnosti uhlí výše zmíněnými metodami s řadou dalších sledovaných parametrů souvisejících s chemicko-fyzikálními vlastnostmi. Celkem bylo analyzováno 64 uhelných vzorků OKR. Svazky pasportizací neměly charakter katalogů slojí tak, jak jsou známy v zahraničí, např. (Lindenau 1982). Byly koncipovány především jako podklady dokumentující chemicko-fyzikální vlastnosti konkrétních lokalit uhelných slojí OKR v místech soustředěné těžby. Cílem autora monografie bylo podat ucelený obraz o obsahu pasportizace slojí OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení za celé období tohoto výzkumu Monografie předkládá výklad hodnocených parametrů a použitých metod. Podstatnou části obsahu monografie se stalo vyhodnocení sledovaných parametrů, které přináší poznatky o náchylnosti slojí OKR k samovznícení za předmětné období. Snahou autora bylo vyjádřit v koncentrované podobě již zmíněný 1530 stran odborných textů. Monografie kompiluje období 16-ti let předmětného výzkumu. V průběhu této doby došlo k přejmenování hornických názvů některých dolů OKR. Byl to především Důl Barbora v Karviné, u kterého bylo změněno jméno dne z Dolu 1.Máj na Důl Darkov, závod 1, (zkráceně Důl Darkov 1). Jméno Důl Darkov 1 přetrvalo do ledna roku 2003, kdy bylo tomuto dolu navráceno historické jméno Důl Barbora. Těžba Dolu Barbora v Karviné byla ukončena dne Důl 9. květen ve Stonavě byl přejmenován v roce 1991 na Důl Darkov, závod 3 (zkráceně Důl Darkov 3). Z důvodu autentičnosti byly v monografii ponechány v četných případech dobové názvy dolů. Monografie je určena odborné hornické veřejnosti a posluchačům HGF-VŠB TU Ostrava, oboru hornického inženýrství. Bylo snahou autora doplnit studijních materiálu v oblasti 11

12 bezpečnosti dolů a problematiky samovznícení, ke kterým bezesporu patří díla (Makarius 1981, 1993), (Faster 2000), (Balog 1999), (Taraba 2003) a další. 1. Riziko endogenních požárů v OKR Samovznícení uhelné hmoty je závažným rizikem vyskytujícím se v karvinské části OKR. Náchylnost uhelné hmoty k samovznícení je podmíněna stupni prouhelnění v rozmezí od lignitu až k antracitům. V případě hlubinné těžby lignitu nedochází zpravidla k projevům samovznícení v důlních podmínkách z důvodu značného obsahu vody (W r až 48 %, W r - původní obsah vody). Vysokou náchylnost k samovznícení projevují hnědá uhlí (V daf > 40 %, V daf - prchavá hořlavina stavu paliva bez vody a popela), v četných případech projevují náchylnost k samovznícení méně prouhelněná černá uhlí (V daf = %). U více prouhelněných typů černých uhlí a antracitů (V daf < 20 %) dochází k samovznícení zcela vyjímečně. V době zpracování rukopisu monografie (leden 2004) byl autorovi znám pouze jediný případ samovznícení uhlí v ostravských slojích - ohnisko v uhelné zásobě opuštěné sýpy strmého porubu č Dolu Šverma v Ostravě v roce 1972 (Hájek 1972). I v tomto případě se nedá hovořit o samovznícení ve sloji, neboť šlo již o rozmělněné uhlí v sýpě. Tyto okolnosti potvrzují význam chemické vlastnosti uhelné hmoty, kterou označujeme nejčastěji jako náchylnost uhlí k samovznícení (také predispozici k oxidaci). Hodnocení této vlastnosti uhelné hmoty by nemělo chybět při posuzování možného rizika vzniku samovznícení v hodnocených lokalitách. Lze konstatovat, že riziko vzniku samovznícení v důlním provozu je podmíněno třem faktorům, chemicko-fyzikálním vlastnostem uhlí, přírodním podmínkám dobývání a technickým podmínkám dobývání. Přesto, že je známo několik základních teorií samovznícení uhlí (pyritová teorie, teorie fenolová, teorie bakteriová, teorie elektrochemické koroze, teorie působení tlaku, teorie komplexu uhlík-kyslík), není dosud kinetika samovznícení z chemického hlediska zcela detailně objasněna. Z dosavadních praktických i teoretických poznatků je však nepochybné, že se jedná o oxidační reakci vzdušného kyslíku s uhelnou hmotou. Z tohoto principu vyplývají základní příčiny vzniku samovznícení, kterými jsou přítomnost uhelné hmoty náchylné k samovznícení v důlních dílech a přístup vzdušného kyslíku k uhelné hmotě. Z dosavadní důlní praxe karvinské části OKR je všeobecně známo, že nejčastěji dochází k záparům v závalových prostorách stěnových porubů s přítomnosti uhelné hmoty. V případech dlouhých důlních děl převažují zápary ve výlomech. Studie (Taraba 1996) potvrdila formou statistických šetření 115-ti případů samovznícení v karvinské části OKR v létech vznik 68 % samovznícení v porubech a 32 % v dlouhých důlních dílech. Nejčastější příčinou vzniku samovznícení v porubech byla přítomnost uhelné hmoty v závalovém prostoru (62 %) v podobě nebilanční sloje (37 %) a technologické lávky (25 %). Přítomnost tektoniky v porubech se podílela na samovznícení podílem 33%. Zbývajících 5 % připadlo na zápary v pilířích. V případě dlouhých důlních děl připadlo 60 % na výlomy, 20 % na tektoniku a 20 % na pilířky oddělující stařiny. Sloje s nejčastějším výskytem endogenních požárů byly sedlové sloje č. 37, (26 případů), č. 38 (10 případů), č. 40 (8 případů) č. 35 (8 případů). Později bylo autorem předložené monografie vypracováno hodnocení výskytu oxidu uhelnatého v OKR za období zahrnující rovněž rozvinuté zápary a znovu obnovené endogenní požáry. Podklady pro analýzu četností případů výskytu CO byly poskytnuty OBÚ v Ostravě. Výsledky analýzy uvádí tabulka 1.1 a obrázky

13 Kritériem záznamů případů byla ohlašovací povinnost výskytu oxidu uhelnatého podle ustanovení čl. 05 rozhodnutí OBÚ v Ostravě č. 10/1990 (hlášení koncentrace 30 ppm a vývinu 10 l.min -1 ). Byly hodnoceny pouze případy výskytu oxidu uhelnatého endogenního původu. Tabulka 1.1 uvádí v druhém sloupci zleva celkový výčet případů, následně rozděleno ve třetím a čtvrtém sloupci na případy v porubech a dlouhých důlních dílech. V dalších sloupcích tabulky následuje výčet případů samovznícení podle důlních závodů. Zde jsou uvedeny důlní závody s vyšším počtem případů než 5 v období Není zde uveden např. Důl František (jediný zápar v roce 1993). Další sloupce tabulky uvádějí četnost případů ve slojích s počtem vyšším jak čtyři případy v hodnoceném období. Poslední sloupec tabulky shrnuje případy v ostatních deseti zaznamenaných slojích (sloje č. 17, 20, 22, 24, 28, 31, 32, 33, 34, 35). Tab. 1.1 Výskyt CO a zápar v OKR v létech OKR Doly Sloje CE PO DD ČA DO LA DU D1 D2 D3 ČJ ČS OS Souč Zkratky použité v tabulce 1.1: CE - celkem; PO - poruby; DD - dlouhá důlní díla; ČA - Důl ČSA; DO - Důl Doubrava; LA - Důl Lazy; DU - Důl Dukla; D1 - Důl Darkov, závod 1 (1. Máj/ Barbora), D2 - Důl Darkov, závod 2; D3 - Důl Darkov, závod 3 (9. květen); ČJ - Důl ČSM Jih; ČS - Důl ČSM Sever; OS - ostatní. Výskyt CO a zápar v OKR Počet případů OKR Poruby Dlouhá d.d. Obr. 1.1 Výskyt oxidu uhelnatého a zápar v OKR v létech

14 Vývoj četnosti záparů ve slojích OKR Počet případů Sloj č. 29 Sloj č. 36 Sloj č. 37 Sloj č. 38 Sloj č. 39 Sloj č. 40 Obr. 1.2 Vývoj četnosti výskytu zápar ve slojích OKR v létech OKR - zápary ve slojích v létech Počet případů ostatní číslo sloje Obr. 1.3 Počet zápar ve slojích OKR v létech

15 Z uvedených hodnocených dat za dané období zcela jednoznačně vyplývá již výše zmíněná skutečnost převahy výskytu zápar v porubech. Z celkového počtu hodnocených případu 213 připadlo 167 na výskyt v porubech, což činí 78 %. Průměrná celková četnost případů ročně se přiblížila číslu 20. Výskyt zápar byl přibližně 15 případu ročně v porubech a více jak 4 v dlouhých důlních dílech. Nejvyšší počet případů byl zaznamenán na Dole Darkov, závod 1, celkem 39 případů. Těžba na tomto důlním závodě byla ukončena v prosinci roku Mezi ostatní doly s relativně četným výskytem zápar patřil Důl Doubrava (35 případů), Důl Lazy (31 případů) a Důl Darkov, závod 3 (27 případů). U ostatních hodnocených dolů nepřesáhl celkový počet zápar v hodnoceném období počet 17. Obrázek 1.3 uvádí četnost případu ve slojích nejvíce zatížených zápary. Celkem 81 % všech případů se vyskytlo v sedlových slojích (sloje č ) s dominantní četností případů ve sloji č. 40, na kterou připadlo 76 případů, tj. 35 %. Z vývojového trendu obrázku 2.2 je rovněž zřejmý nárůst četnosti případů ve sloji č. 40. Tyto skutečnosti vyplývají z náchylnosti uhlí sedlových slojí k samovznícení a rovněž z koncentrace těžby v tomto souvrství. Hodnocení rizika vzniku samovznícení v OKR ukládají individuální protizáparové interní směrnice důlních podniků (v létech směrnice č. 33/97 OKD, a.s., Prevence proti samovznícení ) v podobě kritéria M. Kritérium M zahrnuje hodnocením 15-ti technicko provozních faktorů podle autora (Matušek 1975). Na rozdíl od běžných postupů v zemích s vyspělým hornictvím neobsahuje kritérium M hodnocení vlivu chemicko-fyzikálních vlastností uhlí. Zvýšené riziko vzniku samovznícení v OKR představuje přítomnost pestrých vrstev v dobývacích polích důlních podniků. V roce 1993 byl tento rizikový faktor ošetřen interní směrnici OKR, a.s., v podobě dodatku č. 1 ke Směrnici č. 2/91 s názvem Prevence proti samovznícení uhlí při hornických pracích v blízkosti pestrých vrstev a při situování chodeb a prorážek ve spodních lávkách. V roce 1999 byl obsah předmětného dodatku zapracován do většiny individuálních protizáparových směrnic dílčích důlních podniků OKR. Opatření protizáparových směrnic k minimalizaci rizika vzniku samovznícení v blízkosti pestrých vrstev ukládají v případech porušenosti horského masívu vymezení ochranného pásma (celíků) 20 m od hranice alteračních změn uhlí. 2. Pasportizace slojí OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení Pozornost věnovaná náchylnosti uhelných slojí OKR k samovznícení dostala od roku 1986 konkrétní podobu ve formě již v úvodu zmíněné, Pasportizace uhelných slojí z hlediska samovznícení. Do roku 2002 probíhala tato pasportizace ve dvou obdobích. V prvém období byla pasportizace realizována v létech VVUÚ, a.s., kdy bylo zpracováno celkem 41 uhelných vzorků OKR. V druhém období pokračovala pasportizace v létech v rámci projektu VaV ČBÚ č. 3/1999, jehož řešitelem byla Hornicko-geologická fakulta Vysoké školy báňské - Technické univerzity v Ostravě. V druhém období bylo zpracováno celkem 31 uhelných vzorků, z toho 23 z OKR. Pasportizace zahrnovala zadokumentování výsledků laboratorních rozborů vybraných uhelných vzorků reprezentujících především náchylné sloje OKR k samovznícení. Výjimku tvořily uhelné vzorky zpracované v roce 2002, 15

16 které byly odebrány mimo OKR (jihomoravský lignit, severočeská hnědá uhlí, černá uhlí kladenského černouhelného revíru), celkem 8 vzorků. 2.1 Pasportizace uhelných slojí OKR realizovaná v létech Pasportizace slojí náchylných k samovznícení byla v létech zaměřena především na některé vybrané sloje karvinské části OKR. Zadavatelem byla správa Ostravsko-karvinských dolů (OKD). Hodnocení slojí bylo ve formě písemných zpráv předáno OKD a důlním organizacím, v jejichž lokalitách byly odebírány vzorky. Obsah pasportizace slojí OKR náchylných k samovznícení poskytoval řadu informací o vlastnostech vzorků, mezi které patřily např. základní a elementární rozbor, pórovitost, specifický povrch, makropetrografický popis vzorku, obsah zbytkových plynů, hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou Olpinského a metodou adiabatické oxidace. V dané době byly pro uhelné vzorky ověřovány také vhodné chemické inhibitory ovlivňující náchylnost uhelné hmoty k samovznícení. Většina vzorků byla rovněž podrobena hodnocení množství uvolněných plynných produktů tepelné oxidace. V létech byla u třiceti uhelných vzorků ověřena zpětná adsorpce plynných uhlovodíků uvolněných při tepelné oxidaci. Ilustrační foto výzkumných zpráv pasportizace viz obr Obr. 2.1 Dílčí výzkumné zprávy pasportizace VVUÚ Ostrava-Radvanice

17 Dílčí výzkumné zprávy obsahovaly následující informace a hodnocené parametry : lokalita odběru vzorku, makropetrografický popis, základní a elementární rozbor, pórovitost, specifický povrch, hustota, zbytkový plyn, plynonosnost (1986), koncentrace a uvolněná množství plynů v teplotním rozsahu o C, resp o C, rozbory plynných produktů tepelné oxidace v závislosti na teplotě, zpětná adsorpce plynných uhlovodíků, hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace, hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou Olpinského, hodnocení účinnosti inhibitorů, zpětná adsorpce uvolněných plynů ( ). Uvedené parametry nebyly v celé šíři stanoveny u všech vzorků, protože pasportizace probíhala v rámci různých projektů VaV a jejich náplň se měnila podle požadavků zadavatele. Plynonosnost byla ověřena pouze u tří vzorků v roce Výzkumné zprávy pasportizace V následujícím výčtu jsou uvedeny obsahy dílčích výzkumných zpráv předmětné pasportizace z hlediska výčtu vzorků zpracovaných v létech Seznam a doplňující informace byly zpracovány ve spolupráci s VVUÚ a.s. (Věžníková ) a důlními podniky OKR. Uvedená jména důlních podniků odpovídají dané době zpracování zpráv. Identifikace vzorků (ID) je specifikována v úvodu kapitoly č. 5, tab Výzkumné zprávy pasportizace slojí OKR náchylných k samovznícení ( ) : Harašta, M, et al.: Pasportizace 40. sloje Dolu 1. Máj z hlediska samovznícení. Výzkumná zpráva předávací etapy SÚ P , DÚ 07 Výzkum samovznícení uhelných slojí OKR, VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 1/1-1/10): - Důl 1. Máj, sloj Prokůpek, třída , - Důl 1. Máj, 40. sloj, 2. kra, třída , v.l., - Důl 1. Máj, 40. sloj, 3. kra, prorážka , (vpravo od poruchy), - Důl 1. Máj, 40. sloj, 3. kra, prorážka , (vlevo od poruchy), - Důl 1. Máj, 40. sloj, 3. kra, porub , v.l., 17

18 - Důl 1. Máj, 40. sloj, 3. kra, porub , v.l., - Důl 1. Máj, 40. sloj, 4. kra, třída , sp.l., - Důl 1. Máj, 40. sloj, 5. kra, porub , - Důl 1. Máj, 40. sloj, 8. kra, porub , v.l., - Důl 1. Máj, 40. sloj, 8. kra, porub , sp.l. Harašta, M, et al.: Doplněk k pasportizaci 40. Sloje Dolu 1. Máj z hlediska samovznícení. Výzkumná zpráva předávací etapy SÚ P , DÚ 07 Výzkum samovznícení uhelných slojí OKR, VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 2/1-2/3): - Důl 1. Máj, 40. Sloj, 4. kra, třída , sp.l. - Důl 1. Máj, 40. Sloj, 8. kra, porub , v.l. - Důl 1. Máj, 40. Sloj, 4. kra, prorážka porubu Harašta, M, et al.: Pasportizace 18. Sloje podle polí na Dole Dukla z hlediska samovznícení. Výzkumná zpráva předávací etapy SÚ P , DÚ 07 Výzkum samovznícení uhelných slojí OKR), VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 3/1-3/7): - Důl Dukla, porub , 9 m od výdušné třídy , - Důl Dukla, porub , 20 m od výdušné třídy , - Důl Dukla, třída , st. 342 m, - Důl Dukla, třída , st. 124,5 m, - Důl Dukla, porub , v.l., - Důl Dukla, porub , sp.l. - Důl Dukla, porub , st. 330, 1m. Harašta, M, et al.: Pasportizace uhelných slojí vybraných dolů OKR z hlediska samovznícení (Dukla, 1. Máj, Doubrava). Výzkumná zpráva předávací etapa SÚ P , DÚ 07 Výzkum samovznícení uhelných slojí OKR, VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 4/1-4/10): - Důl Dukla, sloj Prokůpek, rubání , - Důl 1. Máj, 40. sloj, 2. kra, tř , - Důl 1. Máj, 37. sloj, 9. kra, prorážka rubání , - Důl Doubrava, 37. sloj, 1. kra, čelba , - Důl Doubrava, 37. sloj 4. kra čelba , - Důl Doubrava, 37. sloj 6. kra čelba , - Důl Doubrava, 37. sloj 9. kra porub , - Důl Doubrava, 37. sloj 9.kra čelba , - Důl Doubrava, 39. sloj 1.kra čelba , - Důl Doubrava, 39. sloj 7.kra čelba

19 Věžníková, H.: Pasportizace vzorku z 37. Sloje Dolu Doubrava z hlediska náchylnosti k samovznícení. Výzkumná zpráva VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 5/1): - Důl Doubrava, 37. sloj, důlní dílo č IV, staničení 155 m, Věžníková, H.: Pasportizace uhelných slojí vybraných dolů z hlediska samovznícení (Lazy, Doubrava, Handlová). Dílčí výzkumná zpráva k PV 6a: Hodnocení základních parametrů uhelné hmoty vytypovaných otevřených slojí karvinského souvrství OKR a slojí SUB z hlediska náchylnosti k samovznícen, VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 6/1-6/6): - Důl Lazy, 39. sloj, prorážka porubu , - Důl Lazy, 40. sloj, třída 40603, - Důl Lazy, 40. sloj, prorážka porubu , - Důl Lazy, porub , (vzorek nebyl zařazen do závěrečného vyhodnocení), - Důl Doubrava, 39. sloj, 6. kra, st. 25, - Důl Lazy, sloj 33a (P), porub Věžníková, H. et al.: Hodnocení základních parametrů uhelné hmoty vytypovaných otevřených slojí karvinského souvrství OKD a slojí SUB z hlediska náchylnosti k samovznícení (Darkov). Dílčí výzkumná zpráva k PV 6a: Hodnocení základních parametrů uhelné hmoty vytypovaných otevřených slojí karvinského souvrství OKR a slojí SUB z hlediska náchylnosti k samovznícení, VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 7/1-7/2): - Důl Darkov z. 1, 37. Sloj, porub , - Důl Darkov z. 1, 39. Sloj, porub Věžníková, H.: Hodnocení stavu samovznícení v uzavřených požářištích. Výzkumná zpráva k předávací etapě PV 5: Technologický postup použití dusíku pro účinné tlumení samovzněcovacího procesu v závalu a pro uzavřená požářiště, VVUÚ Ostrava-Radvanice, Ostrava Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě (ID 8/1-8/3): - Důl Doubrava, rubání 63960, u ústí tř do porubu - Důl Dukla, (38. sloj), rubání 16415, - Důl Darkov, závod 1, čelba chodby

20 Kvantitativní přehled pasportizace Počty zpracovaných vzorku podle slojí a důlních podniků : Celkový počet zpracovaných vzorků: 41 Počet zpracovaných vzorků podle slojí : Sloj Sloj Sloj Sloj 40. (Prokůpek včetně) 24 Důl Lazy, sloj 33a., (P) (606) 1 Počet zpracovaných vzorků podle důlních podniků : Důl 1. Máj (Darkov, závod 1.) 17 Důl Doubrava 10 Důl Dukla 9 Důl Lazy 5 Aktuálnost a dostupnost pasportizace Tabulka 2.1 uvádí přehled a aktuální stav důlních děl v dubnu 2002, ve kterých byly pro účely pasportizace odebírány vzorky v létech Jména dolů jsou vztažena k roku Z uvedeného přehledu tab. 2.1 vyplynulo, že pouze jedno důlní dílo z 41 bylo v dubnu roku 2002 činné : třída v 1. kře, 39. sloje Dolu Doubrava, větrní základna. V ostatních případech bylo možné přeneseně využít výsledky pasportizace : Důl Darkov, závod 1. - pro dobývání 40. sloje v 1., 8. a 9. kře, bylo možné pro orientační přehled vlastnosti uhlí 40. sloje použít výsledky rozboru 13 vzorků odebraných na Dole 1. máj ve 40. sloji v a 8. kře, Důl Doubrava při dobývání 37. sloje v 1. kře bylo možné použít výsledky rozboru 1 vzorku z 37 sloje 1. kry, při dobývání 39. sloje bylo možné přeneseně využít výsledky rozborů 4 vzorků odebraných z 39. sloje z 1., 6. a 7. kry, Důl Dukla při dobývání 40. sloje v 1. a 4. kře bylo možné přeneseně použít výsledky 9 rozborů vzorků 40. sloje z 1., 2., 3., 4. a 5. kry, Důl Lazy při dobývání 40. sloje ve 3, kře bylo možné využít výsledky rozborů 2 vzorků 40. sloje odebraných v 6. kře. 20

21 Tab. 2.1 Vzorky pasportizace v létech a stav důlních děl v dubnu Důl Kra Sloj Důl.dílo Stav d.d. v dubnu 1999 Darkov,z P Darkov,z P Darkov,z Č d.d. uzavřeno, Darkov,z.1 2. Prokůpek T Darkov,z T140240vl Darkov,z T Darkov,z Pr Darkov,z P140300vl Darkov,z P140310spl Darkov,z T140433spl Darkov,z T Darkov,z P Darkov,z P140807vl Darkov,z P140813spl Darkov,z P Darkov,z P d.d. uzavřeno, v 1. kře je dobývána 40. d.d. uzavřeno, sloj s perspektivou těžby 2002 kra uzavřena kra uzavřena kra uzavřena d.d. uzavřeno, v 8. (9.) kře příprava d.d. uzavřeno spodní lávky 40. sloje d.d. uzavřeno s perspektivou těžby d.d. uzavřeno z dobývacího d.d. uzavřeno pole závodu Darkov 2 Darkov,z Pr d.d. uzavřeno, dobývá se 40. sloj Doubrava Č13738 d.d. uzavřeno, dob. se 37. sl., pers. 1 rok Doubrava Č13930 činné d.d., větrní základna Doubrava ,IV Doubrava Č43781 Doubrava Č63742 Doubrava T. st. 25 Doubrava R d.d. uzavřeno, výhledově se bude dob. d.d. uzavřeno 39. a 40. a sloj kra uzavřena Doubrava Č73919 d.d. uzavřeno plán těžby 40. sl od r.2002 Doubrava R93772 kra uzavřena Doubrava Č93719 Dukla (40.) P18113a d.d. uzavřeno, v 1. kře končí těžba 40. Dukla (40.) P18113b d.d. uzavřeno sloje v roce 2002 Dukla (40.) T18268 kra uzavřena Dukla 2. Prokůpek P18213 Dukla (40.) T18364 d.d. uzavřeno, těžba končí 2002 Dukla (40.) P18401vl d.d. uzavřeno, ve 4. kře se bude dále těžit Dukla (40.) P18411spl d.d. uzavřeno, sloj. č. 40 do cca 2004 Dukla (38.) P16415 d.d. uzavřeno Dukla (40.) P18511 kra uzavřena Lazy P139306a d.d. uzavřeno, ve 3. kře je dobývána sloj Lazy P139306b d.d. uzavřeno, 40. s perspektivou 1 rok Lazy T40306 kra uzavřena Lazy P Lazy 8. P606 (33.) P16864 dobývá se 38. sloj (4. čtvrtletí 2002) Pozn.: T - třída, Č - čelba, P - porub, Pr prorážka, vl vrchní lávka, spl spodní lávka, d.d. - důlní dílo V rámci konzultací na důlních podnicích v roce 1999 bylo ověřeno, že uvedené publikace pasportizace nebyly zpravidla na důlních podnicích dostupné. Dostupnost uvedených publikací poskytoval VVUÚ a.s. v rámci služby. Uvedené práce byly rovněž uloženy v archívu OKD a.s., Uhlířska 10, Ostrava-Michalkovice a byly kompilovány Institutem hornického inženýrství, oddělením důlního větrání a bezpečnosti HGF VŠB-TUO v Ostravě. Přehled obsahu uvedené pasportizace byl publikován v literatuře (Adamus ), (Adamus ). Databáze uvedených 41 ověřených uhelných vzorků vytvořila základ pro jeden z dílčích úkolů projektu VaV ČBÚ č. 3/99. 21

22 2.2 Pasportizace uhelných slojí OKR realizovaná v létech V roce 1999 byl zahájen v rámci výzkumné činnosti Českého báňského úřadu výzkumný projekt č. 3/99, zaměřený především na prevenci samovznícení uhlí v hlubinných dolech s názvem Snížení rizika vzniku samovznícení uhelné hmoty se zaměřením na indikační a prevenční metody, který byl součásti programu výzkumu a vývoje ČBÚ, Zvýšení úrovně práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor. Jeden z dílčích úkolů citovaného projektu se zabýval kategorizací slojí České republiky z hlediska jejich náchylnosti k samovznícení pomocí laboratorních zkoušek se zohledněním dosavadních i zahraničních poznatků. Výzkum probíhal v létech Řešitelem projektu byla HGF VŠB - TUO. Výsledky tohoto výzkumu byly obsahem dílčích výzkumných zpráv (Adamus ). Ilustrační snímek výzkumných zpráv pasportizace viz obr Obr. 2.2 Dílčí výzkumné zprávy pasportizace HGF VŠB-TUO Harmonogram odběrů a zpracování vzorků pasportizace byl rámcově smluvně zajištěn smlouvou k předmětnému projektu VaV ČBÚ č. 3/1999 (smlouva mezi ČBU a VŠB-TUO č. 2435/99/III). Technické podrobnosti k realizaci pasportizace byly předmětem jednání koordinační komise svolané děkanem HGF-VŠB TUO dne Komise se zabývala stavem předchozí pasportizace slojí OKR (pasportizace VVUÚ Ostrava-Radvanice ), její aktuálnosti a možnostmi využití, určením lokalit a slojí vhodných pro zařazení do následující pasportizace z pohledu aktuálnosti těžby a rizikovosti vzniku endogenních požárů, upřesněním způsobu odběru a přípravy uhelných vzorků, upřesněním hodnocených chemickofyzikálních parametrů uhelné hmoty, projednáním návrhů pro zařazení binárních bezrozměrných ukazatelů indikačních plynů pro hodnocení stavu samovznícení a technickou a formální koordinací kooperujících pracovišť. Jednání komise se zúčastnili zástupci SBS, OKD a.s, HBZS, a.s., Ostrava, VVUÚ, a.s., Ostrava, OU (OU - Ostravská univerzita), firmy Technovent s.r.o. a HGF VŠB-TUO. Koordinační komisí byl projednán, upraven a přijat následující rámcový harmonogram odběru vzorků : 22

23 vzorky OKR, Důl ČSA, závod Jan Karel, sloj 40., sloj 19., - 1 vzorek OKR, Důl Doubrava, sloj 39., vzorky OKR, Důl ČSA, závod Jan Karel, aktuální sloje (17., 19., 37., 39., 40.), - 3 vzorky OKR, Důl Doubrava, aktuální sloje (14., 37., 39., 40.), - 4 vzorky OKR, Důl Lazy, sloje (39., 40.), - 1 vzorek OKR, Důl Dukla, (sloj ostravská), vzorků na dolech OKR doly ČSM (ČSM Důl Čs. mládeže) 9. květen, Paskov (sloje ostravské), vzorků mimo OKR (Kladenský revír - 2, Sokolovský revír - 2, Severočeský hnědouhelný revír -3, Jihomoravský lignit - 1). Členy koordinační komise byla diskutována otázka odebírání vzorků způsobem zásekovým a bodovým. Ze stran praxe, zástupce dolu ČSA (Důl Čs. armáda v Karviné) a SBS (státní báňská správa) bylo doporučeno odebírat vzorky bodově, převážně pod stropem profilu. V rámci přípravy vzorků byl sjednocen způsob sušení vzorků pro zúčastněná kooperující pracoviště VVUÚ, a.s., VŠB-TUO, OU. Pro pracoviště OU a HGF VŠB-TUO byl přijat způsob dosud aplikovaný VVUÚ, a.s.. Vzorky byly uchovávány až do rozboru v dusíkové atmosféře, poté sušeny vakuově 24 hodin při teplotě 60 o C, zrnitosti cca 1 mm. Kooperující pracoviště Ostravské univerzity aplikovalo vzhledem ke specifické metodě pro hodnocení náchylnosti uhlí k samovznícení (pulsní průtokové kalorimetrie) částečně odlišný postup přípravy vzorků (rozbory s původním obsahu vody a s odlišnou zrnitosti). Komise vzala na vědomí způsob ověřování limitní koncentrace kyslíků samovznícení, kterou navrhla HGF VŠB-TUO a to při koncentraci 10 % O 2. Byl diskutován způsob tepelného namáhání uhelného vzorku v dusíkové atmosféře ve vztahu k ověření vlivu inertizace dusíkem na náchylnost uhelné hmoty k samovznícení. Komise doporučila vystavení uhelné hmoty dusíku po dobu 24 hodin při teplotě 120 o C. Obsah pasportizace byl z hlediska hodnocených fyzikálně-chemických parametrů uhelných vzorků předmětem smluvních podmínek mezi objednatelem a vykonatelem a byl upřesněn koordinační komisí dne Dodatečně byla zařazena a doplněna pórovitost uhelných vzorků. Věcný obsah pasportizace a spolupráce koordinujících pracovišť byla koordinační komisi upřesněna následovně : Popis místa odběru vzorku, profil - VŠB-TUO, důlní podnik, Makropetrografický popis vzorku - VŠB-TUO, důlní podnik, Pevnost, hustota - důlní podnik, Základní chemický rozbor - VŠB-TUO, Elementární rozbor - VVUÚ, a. s., Mikropetrografická analýza - Ústav geoniky AV ČS, Specifický povrch - VŠB-TUO, Pórovitost - OU, Náchylnost k samovznícení podle Olpinského - VVUÚ, a. s., Náchylnost k samovznícení metodou adiabatickou - VVUÚ, a. s., Náchylnost k samovz. met. průtokové kalorimetrie - OU, Náchylnost k samovznícení metodou CPT - VŠB-TUO, Limitní koncentrace kyslíku samovznícení - VŠB-TUO, Vliv předchozí inertizace dusíkem - VŠB-TUO, Vliv hašení vodou - OU, Bezpečná teplota samovznícení - VVUÚ, a. s., 23

24 Kritická teplota samovznícení Kritická vrstva samovznícení (RID) Odhad indukční doby Plynový obraz tepelné oxidace Grafické vyhodnocení volněných plynů Vyhodnocení bezrozměrných binárních ukazatelů - VVUÚ, a. s., - VVUÚ, a. s., - VVUÚ, a. s., - VVUÚ, a. s., - VVUÚ, a. s., - VVUÚ, a. s., (Poprvé v textu použité zkratky : CPT- Crossing Point Temperature - teplota bodu průsečíku, zkratka pro označení průsečíkové metody pro ověřování náchylností uhlí k samovznícení; RID - Mezinárodní železniční řád pro přepravu nebezpečného zboží) Do pasportizace nebyly zařazeny parametry - zbytkový plyn, plnynonosnost, zpětná adsorpce a vliv inhibitorů. Nově bylo zařazeno celkem 9 parametrů, které byly ve výše uvedeném výčtu zvýrazněny. Koordinační komise vzala na vědomí doporučení řešitele, aby byla nově zaváděným parametrům věnována pozornost v odborných publikacích tak, aby se tyto staly známé odborné veřejnosti. Ověřování kritické vrstvy samovznícení izotermickou metodou (RID) bylo v obsahu pasportizace v roce 2001 nahrazeno výzkumem vlivu nižší koncentrace kyslíku na objem uvolněných plynných uhlovodíků C n H m (C n H m - minoritní indikační plyny samovznícení uhlí, plynné uhlovodíky - etan, propan, butan, etylén, propylén, acetylén). V roce 2002 byla tato část obsahu pasportizace nahrazena výsledky ověřování dynamiky oxidace uhlí statickou metodou sorpce kyslíku Výzkumné zprávy pasportizace V následujícím výčtu jsou uvedeny obsahy výzkumných zpráv předmětné pasportizace z hlediska výčtu vzorků zpracovaných v létech Uvedené názvy důlních podniků odpovídají názvům používaným v dané době. Identifikace vzorků (ID) je specifikována v úvodu kapitoly č. 5, tab Výzkumné zprávy pasportizace slojí náchylných k samovznícení ( ) : Adamus, A. et al.: Pasportizace uhelných slojí České republiky - náchylnost k samovznícení I. Dílčí výzkumná zpráva k projektu VaV ČBÚ č. 3/99, VŠB- TU Ostrava, Ostrava, prosinec Zpracované uhelné vzorky OKR obsažené ve zprávě (ID 1-3) : - Důl ČSA, J.K., sloj 40., kra 3., prorážka 13032, staničení 50 m, - Důl ČSA, J.K., sloj 19., kra 11., čelba 11905/2, staničení 792 m, - Důl Doubrava, sloj 39., kra 3., čelba 33920, staničení 17 m. Adamus, A. et al.: Pasportizace uhelných slojí České republiky - náchylnost k samovznícení II. Dílčí výzkumná zpráva k projektu VaV ČBÚ č. 3/99, VŠB-TU Ostrava, Ostrava, prosinec

25 Uhelný vzorek odebraný na Dole Doubrava, ve 40. slojí na čelbě 34026, byl odebrán v totožném staničení čelby ze čtyřech různých bodů na čelbě. V celkovém kvantitativním hodnocení pasportizace byl tento odběr zapracován jako jeden vzorek s pořadovým číslem vzorek č. 4 se specifikací 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, v plném rozsahu byl analyzován vzorek 4-1. Zpracované uhelné vzorky OKR obsažené ve zprávě (ID 4-13) : - Důl Doubrava, sloj 40., kra 3., čelba 34026, staničení 243 m, vz střed sloje, - Důl Doubrava, sloj 40., kra 3., čelba 34026, staničení 243 m, vz pod stropem, - Důl Doubrava, sloj 40., kra 3., čelba 34026, staničení 243 m, vz u počvy, - Důl Doubrava, sloj 40., kra 3., čelba 34026, staničení 243 m, vz uh. mylonit, - Důl Doubrava, sloj 39., kra 7., prorážka 73973/I, spodní lávka, - Důl Lazy, sloj 38., kra 2., úvodní třída 38203, staničení 435 m, - Důl Lazy, sloj 38., kra 2., prorážka , staničení 135 m, - Důl Dukla, sloj 432., kra 5., čelba 32541, staničení 349 m, - Důl Dukla, sloj 436., kra 5., porub 36514, 10m od úvodní třídy v rubání, - Důl ČSA, J.K., sloj 19., kra 11., čelba 11908, staničení 11m, - Důl ČSA, J.K., sloj 39., kra 3., porub , 40m od výdušné, - Důl Lazy, sloj 40., kra 5., čelba 40505, staničení 210m, - Důl Lazy, sloj 40., kra 1., porub , 10m od výdušné třídy. Adamus, A. et al.: Pasportizace uhelných slojí České republiky - náchylnost k samovznícení III. Dílčí výzkumná zpráva k projektu VaV ČBÚ č. 3/99, VŠB-TU Ostrava, Ostrava, prosinec Zpracované uhelné vzorky OKR obsažené ve zprávě (ID 14-23) : - Důl ČSM sever, sloj 30., kra 2., čelba , staničení 20 m, - Důl ČSM sever, sloj 29., kra 3., porub , staničení 69 m, úv. chodba , - Důl Doubrava, sloj 40., kra 3., třída 34024, staničení 57 m, - Důl ČSM jih, sloj 40., kra 3. čelba , staničení 713 m, - Důl ČSM jih, sloj 32., kra 3., porub , spodní úvrať, - Důl ČSM jih, sloj 30., kra 3., čelba , staničení 334 m, - Důl Darkov 3, sloj 40., kra 4., čelba 40443/2, staničení 1 m, - Důl Darkov 3, sloj 39., kra 2., čelba 39241/4, staničení 69 m, - Důl Staříč, , pole 2, prorážka /4., staničení 94 m, - Důl Staříč, sloj 056., pole 2, překop 2251, staničení 101 m. Adamus, A. et al.: Pasportizace uhelných slojí České republiky náchylnost k samovznícení IV. Dílčí výzkumná zpráva k projektu VaV ČBÚ č. 3/99, VŠB-TU Ostrava, Ostrava, prosinec Zpracované uhelné vzorky obsažené ve zprávě byly odebrány mimo OKR : - Důl Mír Mikulčice, sloj Dubňanská, porub č. 4059, - Důl Centrum, Dolní Jiřetín, sloj Mostecká, porub č. 1402, 25

26 - Lom Jan Šverma, Holešice, sloj Mostecká, 3. lávka, profil K 96, metráž 2525 m, - Lom Čs.armáda, Ervěnice, sloj Mostecká, 5. lávka, profil K 82, metráž 460 m, - Důl Scholler, Libušín, sloj Dolinská, porub R-331, - Důl Scholler, Libušín, sl. Hlav. kladenská, porub R-437, - Lom Bílina, Bílina, sl. Hlav. uhelná, 3. lávka, profil K 102, staničení 30 m, - Lom Jiří, Vintířov, sloj Antonín, 3. lávka, 2. uhelný řez, 5 m nad propl. č. 30. Předložená monografie je věnována slojím OKR. Z tohoto důvodu nebudou v dalším obsahu uváděny podrobnosti k uhelným vzorkům zpracovávaných mimo OKR. Tyto vzorky byly zpracovávány v roce Druhé období pasportizace bude dále specifikováno převážně jako pasportizace Kvantitativní přehled pasportizace Počty zpracovaných vzorku podle slojí a důlních podniků : Celkový počet zpracovaných vzorků v OKR : 23 Počet zpracovaných vzorků podle slojí : Sloj 056 (holeritní OKR) 1 Sloj (holeritní OKR) 1 Sloj 432 (holeritní OKR) 1 Sloj 436 (holeritní OKR) 1 Sloj Sloj Sloj 30 2 Sloj 32 1 Sloj 38 2 Sloj 39 4 Sloj 40. (1x Prokůpek včetně) 7 Počet zpracovaných vzorků podle důlních podniků : Důl Stařič 2 Důl Dukla 2 Důl ČSA, Jan Karel 4 Důl Lazy 4 Důl Doubrava 4 Důl Darkov 3 2 Důl ČSM Sever 2 Důl ČSM Jih 3 26

27 Tab. 2.2 Vzorky pasportizace zpracované v létech Důl Kra Sloj Důl.dílo Důl Staříč pole prorážka /4., staničení 94 m Důl Staříč pole překop 2251, staničení 101 m Důl Dukla čelba 32541, staničení 349 m Důl Dukla porub 36514, 10m od úvodní třídy v rubání Důl ČSA, J.K čelba 11908, staničení 11m Důl ČSA, J.K prorážka 13032, staničení 50 m Důl ČSA, J.K čelba 11905/2, staničení 792 m Důl ČSA, J.K čelba 11908, staničení 11m Důl Lazy 1 40 porub , 10m od výdušné třídy Důl Lazy 2 38 prorážka , staničení 135 m Důl Lazy 2 38 úvodní třída 38203, staničení 435 m Důl Lazy 5 40 čelba 40505, staničení 210m Důl Doubrava 3 39 čelba 33920, staničení 17 m Důl Doubrava 7 39 prorážka 73973/I, spodní lávka Důl Doubrava 3 40 čelba 34026, staničení 243 m Důl Doubrava 3 40 třída 34024, staničení 57 m Důl Darkov čelba 39241/4, staničení 69 m Důl Darkov čelba 40443/2, staničení 1 m Důl ČSM Sever 3 29 porub , staničení 69 m, úv. chodba Důl ČSM Sever 2 30 čelba , staničení 20 m Důl ČSM Jih 3 30 čelba , staničení 334 m Důl ČSM Jih 3 32 porub , spodní úvrať Důl ČSM Jih 3 40 čelba , staničení 713 m Výzkumné zprávy pasportizace byly vydány v trojím vyhotovení. Dvě vyhotovení byly předány zadavateli předmětného projektu (ČBÚ Praha), jedno vyhotovení zůstalo na pracovišti řešitele - HGF VŠB-TUO, institutu hornického inženýrství a bezpečnosti, oddělení větrání a bezpečnosti dolů. 3. Sledované parametry Následující kapitola uvádí popis parametrů obsažených v pasportizacích, včetně některých metod jejich zjišťování. V létech byly sledované parametry ověřovány VVUÚ, a.s. V létech byly některé z parametrů poskytnuty důlními podniky, na některých spolupracovali kooperující pracoviště (OU, VVUÚ a.s., UG AV ČR), viz subkapitola 2.2. Obsahy pasportizací byly odlišné podle dvou výše popsaných období a rovněž docházelo k menším změnám v dílčích obdobích. Tyto změny závisely převážně na technických podmínkách řešení předmětných projektů. 27

28 3.1 Chemicko-fyzikální vlastností uhlí Subkapitola obsahuje zmínku o hustotě skutečné, pevnosti v tlaku, spalném teple, specifickém povrchu, pórovitosti, základním chemickém rozboru, elementárním rozboru a petrografické analýze uhelných vzorků. Hustota zdánlivá (d a ) rozlišujeme hustotu zdánlivou (d a ), podle ČSN : 1986, Tuhá paliva - Stanovení zdánlivé hustoty uhlí, (tisková změna leden 2001), často v praxi označovanou za Objemovou hmotnost a hustotu skutečnou (d r ), podle ČSN : 1993, Tuhá paliva - Stanovení skutečné hustoty, (tisková změna leden 2001), v praxi často označovanou za Měrnou hmotnost. Terminologie Objemové a měrné hmotnosti je v souladu s technickou normou ČSN EN 1936: 2000, Zkušební metody přírodního kamene Stanovení měrné a objemové hmotnosti a celkové a otevřené pórovitosti. Hustota zdánlivá (objemová hmotnost) je poměr hmoty uhlí k celkovému objemu uhlí, tj. k objemu uhlí včetně pórů, trhlin a puklin. Hustota skutečná (měrná hmotnost) je poměr hmoty uhlí k čistému objemu pevné fáze uhlí, tj. k objemu uhlí bez pórů, trhlin a puklin (v laboratoři stanoveno pyknometrem). V pasportizaci byly uváděny hodnoty hustoty zdánlivé, stanovené podle ČSN : Podstatou metody bylo ověření objemu a hmotnosti deseti kousků uhlí o průměru mm zvážením a zanořením do odměrné nádoby s vodou. Hodnoty hustot zdánlivých, byly dodány do obsahu pasportizace důlními podniky. Pevnost v tlaku (RC) - hodnoty prosté pevnosti v tlaku v rozměru MPa byly pro účely pasportizace v létech poskytnuty důlními podniky z podkladů technologické přípravy dobývání v dané lokalitě odběru vzorku. Spalné teplo (Q s ) vyjadřuje měrnou tepelnou energii v rozměru J.g -1 (MJ.kg 1 ), uvolněnou při úplném spálení měrného objemu paliva v analytickém stavu. Stanovení spočívá v úplném spálení navážky paliva v kyslíku pod tlakem v kalorimetrické tlakové nádobě. V červnu 1999 bylo stanovení spalného tepla tuhých paliv upraveno mezinárodní normou ČSN ISO 1928: Hodnoty spalného tepla pro vzorky v roce 1999 byly poskytnuty důlními podniky. Od roku 2000 byly uhelné vzorky analyzovány Centrální analytickou laboratoří VŠB-TUO. Specifický povrch (UP) vyjadřuje povrch vzorku v rozměru m 2 g -1. Specifický povrch byl u vzorků zpracovaných v létech stanoven přístrojem Sorptomatic 1800 podle manuálu firmy Carlo Erba (Itálie). Uvedené zařízení umožnilo stanovit měrný povrch od 0,2 m 2 g -1 a distribuci pórů v rozmezí od 0,5 nm do 30 nm. Při měření měrného povrchu byla využita metoda (BET - Brunauer, S., Emmett, P. H., Teller, E.), pomocí které byla vyhodnocena adsorpční izoterma dusíku testovaného vzorku. Stanovený specifický povrch uhlí zahrnoval povrch uhelných zrn předem připraveného vzorku a vnitřní povrch pórů tohoto vzorku od velikosti pórů, odpovídající velikosti molekuly použitého ověřovacího média (kap. N 2 ). Hodnoty specifických povrchů byly v létech dodány Centrální analytickou laboratoří VŠB-TUO. 28

29 3.1.1 Základní chemický rozbor Základním chemickým rozborem uhlí se zpravidla zjišťuje obsah vody (W), popela (A) a hořlaviny (V). Hořlaviny lze rozdělit na hořlaviny prchavé (V daf ) a neprchavý uhlík (C f ). Součet těchto obsahů má tvořit 100 %. Parametry základního rozboru jsou kategorizovány jako analytické (voda W a, popel A a, hořlavina V a ), bezvodé (popel A d, hořlavina V d ) a hořlaviny (prchavá hořlavina V daf, neprchavý uhlík C f ) : Analytické parametry základního chemického rozboru - uhelné vzorky jsou hodnoceny ve stavu rovnovážném z okolním prostředím (vlhkost vzorku odpovídá vlhkosti laboratoře), zrnitost vzorků < 0,2 mm, (W a, A a, V a ), Bezvodé parametry základního chemického rozboru - uhelné vzorky jsou hodnoceny bez obsahu vody, tzv. obsahy v sušině (A d, V d ), Hořlavina základního chemického rozboru - hořlavé složky přítomné v uhelném vzorku jsou hodnoceny na analytický stav vzorku, tj. s obsahem analytické vody a popela (hořlavina analytická - V a ), na stav vzorku bez obsahu vody (hořlavina v sušině - V d ) a hořlavinu vztaženou na bezvodý a bezpopelový stav paliva (prchavá hořlavina - V daf ). Tuhý zbytek hořlavin je neprchavý uhlík - C f. Označování analytických ukazatelů a přepočty výsledků rozborů na různé stavy paliva byly upraveny normou ČSN : V lednu 2001 byla vydána přepracovaná norma ČSN : 2001, uvádějící porovnávání analytických ukazatelů s údaji uvedenými v mezinárodní normě ISO 1170:1977. Voda (W) - stanovení obsahu vody v uhlí spočívá ve stanovení obsahu hrubé vody (W ex ) a zbylé vody (W h ). Zbylá voda se někdy označuje jako voda analytická (W a ). Stanovení obsahu hrubé vody bylo upraveno normou ČSN : Stanovení vody v analytickém vzorku bylo upraveno v lednu roku 2002 normou ČSN ISO 609: Princip stanovení u hrubé vody spočívá ve volném prosychání původního vzorku uhlí při laboratorní teplotě a zjišťování hmotnostního úbytku. Stanovení zbylé vody se provádí sušením analytického vzorku uhlí (<0.2mm) při teplotě 105ºC po dobu 1 hodiny. Součet hrubé a zbylé vody se označuje jako voda veškerá (symbol W t ). K dalším možným postupům patří využití jednoúčelových zařízení pro stanovení obsahu vody. Popel (A) - paliva obsahují různé typy minerálních látek, obecně nazývaných popelovinami. Stanovení obsahu popelovin se zpravidla omezuje na stanovení zbytku po definovaném spálení. Způsob spálení je pro stanovení popelovin klíčový, neboť popeloviny obsahují řadu chemických sloučenin měnící v závislosti na teplotě složení a tím i hmotnost. Stanovení popela (A) bylo normováno technickou normou ČSN : 1993, od září 2001 ČSN ISO 1171: Princip metody spočívá v zahřívaní analytického vzorku paliva danou rychlostí na 815 ± 10ºC. Zpopelňování při této teplotě probíhá do konstantní hmotnosti. Obsah popela je dán jako zbytek po spálení vyjádřený v hm. %. Přepočet obsahu popela analytického (A a ), na obsah popela bezvodého (A d ) je uveden v technické normě CSN Hořlaviny, neprchavý uhlík (V, C f ) - obsah hořlaviny je parametrem prouhelnění uhelné hmoty. Má rovněž význam pro výpočet výnosnosti při výrobě koksu. Při stanovení se rozlišuje několik kategorií hořlavin. Prchavé látky jsou veškeré látky, které uniknou ze vzorku za nepřístupu vzduchu při jeho zahřátí na určitou teplotu (včetně nehořlavých), prchavá hořlavina představuje hořlavou část prchavých látek, neprchavé látky jsou tvořeny tuhým zbytkem, který zůstane po zahřátí vzorku za nepřístupu vzduchu na určitou teplotu (zahrnuje 29

30 neprchavý uhlík, často označovaný za fixní uhlík, a popeloviny) a neprchavé hořlaviny tvoří tuhý zbytek hořlavých látek, který zůstane po zahřátí vzorku za nepřístupu vzduchu na určitou teplotu a nezahrnuje popeloviny, označované jako obsah neprchavého zbytku bez popela, tzv. neprchavý (fixní) uhlík C daf f. Stanovení prchavé hořlaviny (V) bylo upraveno normou ČSN : Od února 2001 je v platnosti norma ČSN ISO 562: Princip metody spočívá ve vážkovém stanovení úbytku hmotnosti při zahřátí tuhého paliva na teplotu 850 ± 15ºC bez přístupu vzduchu. Úbytek je korigován o ztrátu hmotnosti v důsledku odpaření vody. Stanovené prchavé hořlaviny vztažené na analytický vzorek označujeme symbolem V a, prchavé hořlaviny vztažené na bezvodý vzorek jsou označovány symbolem V d, prchavé hořlaviny vztažené na bezvodý a bezpopelový vzorek jsou označovány symbolem V daf. Obdobně lze vyjádřit neprchavé hořlaviny - neprchavý (fixní) uhlík (C a f, C d f, C dav f). Výsledky základního chemického rozboru byly dodány v roce 1999 VVUÚ, a.s. Od roku 2000 byly uhelné vzorky analyzovány Centrální analytickou laboratoří VŠB-TUO Elementární rozbor Charakter elementární analýzy, nazývané též detailním chemický rozborem, závisí na předpokládaném účelu použití. Zpravidla mezi analýzy elementárního rozboru patří stanovení uhlíku veškerého (C d t), vodíku veškerého (H d t) a dusíku (N d ). Z prvkové analýzy pak stanovení obsahu síry, případně jejich forem, tj. síry veškeré (S d t) a síry hořlavé (S d c) a dalších prvků, např. chloru, fosforu a arsenu, které však nebyly do pasportizace zahrnuty. Obsah kyslíku byl stanoven z koncentrací hodnocených prvků dopočtem do 100 %. Uhlík a vodík veškerý (C d t, H d t) - v případě manuálního stanovení uhlíku a vodíku bylo postupováno podle ČSN : Princip stanovení spočíval v definovaném spálení vzorku v proudu kyslíku za přítomnosti katalyzátoru. Ze záchytu plynných produktů spalování (CO 2 a H 2 O) se zpětně vypočítal obsah uhlíku a vodíku. Dusík (N d ) - ke stanovení dusíku v tuhých palivech byla využívána metoda instrumentální analýzy. Z manuálních metod to byla metoda Kjeldalova, spočívající v rozkladu pevného paliva kyselinou. Za přítomnosti katalyzátoru byl obsažený dusík převáděn na amoniak, který byl zachycován. Po destilačním uvolnění amoniaku a jeho opětovném záchytu bylo prováděno titrační stanovení jeho množství. Tato metoda byla normována dnes již neplatnou normou ČSN Od záři 2001 vešla v platnost norma ČSN ISO 333: Síra veškerá (S d t) - byla stanovena po převedení síry v palivu na sírany. Síra ve formě síranů byla stanovena po vyloužení vážkově. Běžně používanou metodou je stanovení celkové síry s Eschkovou směsi podle ČSN : Kyslík vypočítaný (O d d) - byl stanoven dopočtem : O d d = (C d t+ H d t+ N d t+ S d t). (3.1) Výsledky elementárního rozboru byly v roce 1999 dodány VVUÚ, a.s. Od roku 2000 byly dodány hodnoty elementární analýzy Ostravskou universitou. Centrální analytická laboratoř VŠB-TUO dodala od roku 2000 hodnoty síry veškeré (S d t). 30

31 3.1.3 Petrografická klasifikace uhlí Petrografická klasifikace byla v pasportizaci uvedena ve formě makropetrografického popisu profilu sloje v místě odběru, který byl uveden na tzv. identifikační stránce uhelného vzorku, první obsahové stránce příslušného vzorku a mikropetrografickou analýzou macerálových skupin podle ČSN ISO 7404: Makropetrografický popis byl vždy pořízen na místě odběru vzorků. Mikropetrografické analýzy uhelných vzorků byly dodány ÚG AV ČS v Ostravě (Ústav geoniky akademie věd České republiky). Makropertografický popis Petrografické hodnocení kaustobiolitů uhelné řady zahrnuje jednak jejich klasifikaci podle stupně prouhelnění (rašelina, lignit, hnědé uhlí, černé uhlí, antracit, grafit), včetně podrobnějšího hodnocení - hemi, orto a meta fáze, a jednak podle složení uhelné hmoty. Podle složení uhelné hmoty jsou určeny tzv. litotypy uhlí (lithos - kámen). Obdobně, jako jsou u hornin anorganicného původu rozlišovány typy hornin a mineráů, jsou u kaustobiolitů uhelné řady rozlišovány makro a mikropetrografické složky jejich hmoty. Jednotlivé makro a mikropetrografické ingredienty jsou odlišovány podle druhů uhlotvorných stavebních látek (dřevní hmota, tj. celulóza; rostlinné dužiny, tj. proteinové substance; vosky a pryskyřice a.j.) a podmínek prouhelňovacího procesu kterými procházely (v kontaktu se vzduchem - aerobní; za nepřístupu vzduchu anerobní, bahenní kaly sapropelity; za působení dynamické oxidace, např. lesních požárů a.j.). Podle literatury (Svoboda 1955) se stávají samostatným litotypem polohy sloje budované jednou z uhelných složek v tom případě, jestliže dosahují mocnosti alespoň 10 cm v hnědouhelných druzích a mocnosti 3 až 5 cm v druzích kamenouhelných. Makroskopicky rozlišitelné polohy černouhelných slojí jsou tvořeny podle lesku čtyřmi petrografickými litotypy : Vitrén (vitreus-skelný) je lesklý typ uhlí s genetickým dřevním původem s počátečním vlivem aerobního prouhelňovacího procesu. Tvoří obvykle několik cm silné vrstvy v uhlí jiného typu se snadnou oddělitelnosti. Vyznačuje se často četnými trhlinkami a lasturovým lomem. Klarén (clarus-jasný) je pololesklý typ uhlí s genetickým původem dřevitých úlomků mikroskopických rozměrů s převahou proteinových látek s vývojem v přechodných oblastech porostů akvatických a subakvatických. Tvoří často celé sloje, nebo mocné lavice, někdy s vložkami fuzénu, durénu nebo vitrénu. Vyznačuje se dosti patrnou vrstevnatosti. Durén (durus-tvrdý) je matný typ uhlí s anerobním hnilokalovým genetickým původem s podílem živočišných proteínů. Vyskytuje se často v mocných lavicích, nevrstevnatých, případně nezřetelně vrstevnatých, dosti často se slabými vložkami vitrénu nebo fuzénu. Obsahuje vždy více popela než jiné černouhelné typy. Fuzén (fusus-protáhlý) je vláknitý typ uhlí s genetickým původem vlivu výrazné oxidace, např. lesního požáru. Lze jej přirovnat k dřevěnému uhlí. Je to nejlehčí, křehká a výrazně adsorbující složka uhlí. Vyskytuje se často na vrstevních plochách slojí. Tvoří obyčejně jen několik mm silné povlaky, kterým se říká fuzitové koberce. Černouhelným litotypům vitrén, klarén, durén, odpovídají přibližně makropetrografické hnědouhelné typy xylit, detrit, sapropelit. 31

32 Uvedené makropetrografické typy černých uhlí jsou dobře rozeznatelné v méně a středně prouhelněných slojích (hemi a ortofáze), kde vlivem geologického vývoje tvoří odlišné polohy. Vrstevnatost (páskovanost) je u ortotypů následkem střídajících se uhelných fácií ještě výrazná a makropetrografická analýza poskytne základní obraz o vývoji i průmyslovém typu uhlí. Ve slojích více prouhelněných (metafáze) a ve slojích antratického uhlí a antracitu tyto rozdíly splývají vlivem prouhelňovacího procesu a sloj se stává lesklá, pololesklá, případně tmavá v celém profilu. Kvantitativní zastoupení uvedených petrografických typů uhlí ve vrstevnatém složení sloje umožňuje makropetrografický popis sloje (makropetrografická klasifikace). Podle literatury (Honěk 1998) rozlišujeme uhlí lesklé (LU) s obsahem lesklé složky více než 90 %, lesklé uhlí páskové (LUP) s obsahem lesklé složky %, páskové uhlí (PU) s obsahem lesklé složky %, matné uhlí páskové (MUP) s obsahem lesklé složky % a matné uhlí (MU) s obsahem lesklé složky méně než 10 %. Vláknité uhlí se označuje jako fuzit (F). K makropetrografickému popisu profilu černouhelných slojí byly použity symboly uvedené na obr LU - lesklé uhlí MUP - matné uhlí páskové LUP - lesklé uhlí páskové MU - matné uhlí PU - páskové uhlí F F - uhlí vláknité, fuzit Obr. 3.1 Symboly makropetrografického popisu profilu černouhelných slojí, (Honěk 1998) Mikropetrografická analýza Zatímco pro makropetrografické litotypy dosud nebyla mezinárodně stanovena minimální hranice mocnosti, platí pro mikrolitotypy, jako samostatné složky uhlí, kritérium minimální tloušťky 50 µm. Mikroskopicky jsou v uhelné hmotě rozlišovány (jako stavební mikrosložky) macerálové skupiny, macerály a submacerály. Jde o tzv. macerálové a mikrolitotypové určení složení uhlí podle původu rostlinného materiálu, podmínek a stupně změn, kterými materiál procházel ve své geologické historii a obsahem příměsí nečistot. Mikropertografická analýza se pro černá uhlí a antracit provádí na základě odraznosti bílého světla podle normy ČSN ISO 7401: Táto norma definuje : macerál - mikroskopicky rozlišitelná organická složka uhlí, analogická minerálům v anorganických horninách, ale odlišná v tom, že macerály nemají charakteristickou krystalickou formu a stálé chemické složení, 32

33 macerálová skupina - souhrný termín pro macerály, které mají velmi podobné vlastnosti v daném uhlí příslušného prouhelnění, (tab. 3.1), mikrolitotyp - přirozeně se vyskytující macerál nebo asociace macerálů s minimální šířkou pásu 50 µm, klasifikují se do tří kategorií podle toho, zda obsahují podíl macerálů jedné, dvou nebo tří macerálových skupin (monomacerálové, bimacerálové a trimacerálové mikrolitotypy). Tab. 3.1 Macerálové skupiny a jejich podrozdělení podle ČSN ISO Macerálová skupina Macerál Submacerál Vitrinit Telinit Kolinit Telinit 1 Telinit 2 Telokolinit Gelokolinit Desmokolinit Korpokolinit Liptinit Sporinit Kutinit Rezinit Suberinit Alginit Liptodetrinit Inertinit Bituminit Mikrinit Makrinit Semifuzinit Fuzinit Sklerotinit Inertodetrinit Pyrofuzinit Degradofuzinit Charkteristika macerálových skupin : vitrinit (Vt) - skupina macerálů dřevitého původu s podílem aerobního vývoje vysokého lesku, liptinit (L) - (dříve exinit), skupina macerálů s převahou genetických substancí proteinového původu (řasy, spory, listy, kůra, pryskyřice a.j.) s vývojem převážně akvatickým a subakvatickým, pololesklé odraznosti, inertinit (I) - skupina macerálů hnilokalového původu zahrnující rovněž macerály oxidovaných typů (semifuzinit, fuzinit, inertodetrinit), projevují se stejným chováním při zahřívání, při pyrolýze zůstávají nezměněny, pojmenování macerálové skupiny odráží tuto vlastnost. 33

34 V pasportizaci byl uváděn petrografický rozbor macerálových skupin podle ČSN ISO 7404: Petrobrafický rozbor uhelných vzorku realizoval a dodal v létech ÚG AV ČR v Ostravě, v roce 2002 HGF VŠB-TUO Pórovitost Pórovitost (P r ) - objem pórů a jejich distribuce (rozdělení na makropóry a mezopóry) byla zjišťována metodou vysokotlaké rtuťové pórometrie, umožňující registrovat objem rtuti pronikající dovnitř porézního systému v závislosti na vyvozovaném tlaku. Měření byla provedena na porozimetru firmy Carlo Erba v rozmezí tlaků 0,1 až 150 MPa, což odpovídá zaplňování pórů v rozmezí poloměrů 7500 až 5 nm. Na základě stanovené pórometrické (tzv. intruzní) křivky byly vyčísleny následující kvantitativní ukazatele: Objem pórů (V poro ) - objem pórů v rozmezí poloměrů 7500 až 5 nm (při vyhodnocování nebyla respektována stlačitelnost vlastní uhelné matrice z důvodu možnosti srovnání získaných dat s dřívějšími údaji pasportizace VVUÚ Ostrava-Radvanice ( ), kdy tato korekce rovněž nebyla prováděna). Objem pórů byl uváděn v mm 3.g -1. Makropóry (v makp ) objem pórů v rozmezí poloměru 50 až 7500 nm, vyjádřeno v procentech vzhledem k celkovému objemu V poro. Mezopóry(v mezp ) - objem pórů v rozmezí poloměru 5 až 50 nm, vyjádřeno v procentech vzhledem k celkovému objemu V poro. Makropóry, jakožto nejhrubší diskontinuity v uhelné hmotě, hrají hlavní roli při transportu kyslíku na vlastní povrch uhlí. Rovněž mezopóry jsou důležitými komunikačními cestami, na rozdíl od makropórů jsou však za běžných podmínek uhelných dolů zaplněny kondenzovanou vodou. Hodnoty porometrie byly dodány Ostravskou universitou. 3.2 Zbytkové plyny Dílčí výzkumné zprávy pasportizace z let obsahují výsledky specifických hodnot zbytkových plynů (metan, etan, v některých případech propan), od roku 1991 také oxidu uhličitého a uhelnatého, v jednom případě butan, uvolňovaných při drcení uhelné hmoty vyjádřených v cm 3 na 1 g uhlí. Podle (Harašta 1986) byly pro drcení připraveny vorky o frakci 2,5 4,0 mm v množství 100 g. Drcení se provádělo po dobu dvou hodin v uzavřené nádobě při teplotě laboratoře s následným odběrem plynů pro analýzu. Z důvodu již předchozího odplynění v průběhu odběru vzorku a přípravy frakce byly uvolněné plyny označeny jako zbytkové plyny a vyjadřovaly možnou přítomnost plynných uhlovodíku v důlních dílech vlivem rozrušování a drcení uhelné hmoty za teploty horniny. 3.3 Hodnocení náchylnosti uhelných vzorků k samovznícení Pasportizace vypracovaná v létech obsahovala výsledky laboratorních metod ověřování náchylnosti uhlí k samovznícení metodou podle Olpinského a podle metody adiabatické oxidace. V pasportizaci vypracované v létech byly stávající dvě 34

35 metody doplněny metodou pulsní kalorimetrie a průsečíkovou metodou CPT. V roce byla uplatněna izotermická metoda kritické vrstvy samovznícení (RID) a v roce 2002 byla použita experimentálně statická metoda dynamiky oxidace podle (Veselovskij 1972). S metodami pulsní kalorimetrie a s průsečíkovou metodou CPT souviselo ověření chování uhelného vzorku při vlivu kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení, vlivu inertizace dusíkem na náchylnost k samovznícení a ověření limitní koncentrace kyslíku samovznícení Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou podle Olpinského Metoda podle polského autora (Olpinski 1952) je používána pro klasifikaci uhlí z hlediska jeho náchylnosti k samovznícení na základě hodnoty indexu náchylnosti k samovznícení. Užívá se i pro hodnocení vlivu příměsí na rychlost samoohřevu. Vyznačuje se krátkým časem vyhodnocení, jednoduchostí stanovení i vyhodnocení s dobrou reprodukovatelností. Pro černá uhlí byla metoda popsána ve výzkumných zprávách (Harašta 1966), (Harašta 1977), v literatuře (Adamus 1998), (Taraba 2003) a v interní metodice VVUÚ, a.s., (VVUÚ 1995). Pro hnědá uhlí byla uvedena v normě ČSN : 1986, včetně rozdělení hnědých uhlí do 3 skupin reaktivity. Na toto rozdělení navazovala příslušná opatření k bezpečnému skladování uhlí v technické normě ČSN : Skladování tuhých paliv. Předmětná metoda je založena na principu sledování teplotního gradientu oxidace lisované uhelné tablety za zvýšené konstantní teploty reakčního prostoru aparatury. Při kontaktu uhelné hmoty se vzdušným kyslíkem dochází k oxidační reakci produkující reakční teplo. Čím vyšší je teplota, při které oxidace probíhá, tím více tepla vzniká, neboť rychlost oxidační reakce stoupá s rostoucí teplotou exponenciálně podle Arrheniova zákona. Odvod tepla z látky podléhající oxidaci se s teplotou zvyšuje lineárně. Teplo, které není rozvedeno do okolí zvyšuje teplotu látky a po dosažení teploty vznícení může dojít k jejímu samovolnému vznícení. Tuto schopnost samoohřevu je možno hodnotit na základě rychlosti, kterou se hodnocený vzorek zahřívá. Metoda podle Olpinského hodnotí rychlost zahřívání vzorku při konstantní teplotě vnitřního prostoru aparatury 235 C (pro černá uhlí), která je dosažena varem chinolínu. Aparatura (obr. 3.2) se skládá z topného prostoru s várnou baňkou, jejímž účelem je vyhřívání vnějšího pláště reakčního prostoru a předehřívání vzduchu, který prochází reakčním prostorem. Jemně mletý vzorek o zrnitosti a celkové hmotnosti 0,3 g, popelnatosti do 35 %, je pomocí standardního lisu vylisován do tvaru na jedné straně otevřeného, dutého válečku o průměru 8 mm, délky 10 mm s tloušťkou dna 1 mm. Dutou stranou se váleček nasune na špici termočlánku tak, aby měřicí spoj byl v těsném kontaktu s plným dnem válečku a vloží se do vyhřátého reakčního prostoru, kde je vystaven proudu předehřátého vzduchu o hodnotě objemového průtoku 100 l.h -1. Teplota ve vzorku je měřena elektronickým měřícím přístrojem a zaznamenávaná tiskárnou v pravidelných časových intervalech. Vzorek, který není náchylný k samovznícení se zahřeje maximálně jen na teplotu reakčního prostoru. Vzorek náchylný k samovznícení tuto teplotu překročí. Rychlost, kterou se vzorek zahřívá je dána jeho schopností samozahřívání a proto je měřítkem jeho náchylnosti k samovznícení. Čím vyšší je tato hodnota, tím více je uhlí náchylné k samovznícení. Pro antracity, které jako jediný typ uhlí k samovznícení náchylné nejsou, je hodnota tohoto parametru nulová. S klesajícím stupněm prouhelnění, který lze pro tyto účely hodnotit podle obsahu prchavé hořlaviny v přepočtu na suchý a bezpopelový vzorek (V daf ), roste náchylnost k samovznícení a rostou také hodnoty indexu náchylnosti k samovznícení. 35

36 Obr. 3.2 Aparatura metody podle Olpinského na VVUÚ, a.s. Index náchylnosti k samovznícení SZa ( C.min -1 ) - udává rychlost samovolného ohřevu vzorku pro analytický vzorek. Index náchylnosti k samovznícení SZb ( C.min -1 ) - udává rychlost samovolného ohřevu vzorku v přepočtu pro bezpopelový vzorek. Přepočet se provádí na základě hodnoty SZa a hodnoty obsahu popela A a : SZb = (100 * SZa)/(100 - A a ) (3.2) Podle hodnoty indexu náchylnosti k samovznícení SZb byly uhelné vzorky klasifikovány z hlediska náchylnosti k samovznícení s vyloučení vlivu různého obsahu popele podle tab.3.2. Tab. 3.2 Kategorie náchylnosti uhlí k samovznícení podle Opinského (VVUÚ, a.s.) Kategorie Slovní hodnocení Index náchylnosti SZb ( C.min -1 ) 1 Náchylnost k samovznícení malá 0 až 40 2 Náchylnost k samovznícení střední 40 až 80 3 Náchylnost k samovznícení značná 80 až Náchylnost k samovznícení velmi značná nad

37 Mezní hodnoty jednotlivých kategorií byly určeny empiricky na základě proměření rozsáhlého souboru vzorků z revírů bývalého Československa. Uhelné vzorky z OKR jsou většinou zařazovány do 1. a 2. kategorie. Hodnoty náchylností uhelných vzorků k samovznícení stanovené metodou podle Olpinského dodal do obsahu pasportizace VVUÚ, a.s. Hodnocení náchylnosti metodou podle Olpinského do roku 1993 Výzkumný ústav VVUÚ, a.s., uváděl v dílčích výzkumných zprávách pasportizace výsledky zkoušek náchylnosti metody podle Olpinského v podobě indexu náchylnosti SZ b+f. Od roku 1993 byl uváděn index SZb (přepočet na bezpopelový vzorek). Podle (Věžníková 2000) byl vztah mezi indexy SZ b+f a SZb dán výpočtem podle rovnice (3.3) : SZ b+f = (SZb. 0,96424) + 23,95847 (3.3) Dřívější meze kategorií byly převedeny na nové hodnoty podle tabulky 3.3 jednak na základě přepočtu a jednak výsledků stanovení indexu náchylnosti černých uhlí k samovznícení v následujících létech a jejich porovnání s nastalými případy samovznícení v důlních podmínkách. Tab. 3.3 Kategorie náchylnosti k samovznícení podle indexů SZ b+f a SZ,(Věžníková 2000) SZ b+f Kat. Slovní hodnocení ( C.min -1 ) SZb ( C.min -1 ) 1. Náchylnost k samovznícení malá do 80 do Náchylnost k samovznícení střední Náchylnost k samovznícení značná Náchylnost k samovznícení velmi značná nad 120 nad Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace Princip metody adiabatické oxidace je široce využíván v zahraničí, např. (Smith 1991), (Gouws 1991), (Ren 1994). Metoda slouží k hodnocení chování vzorků za optimálních podmínek pro vznik a rozvoj samovznícení, tzn. za přívodu dostatečného množství kyslíku a žádného nebo zanedbatelného odvodu tepla vznikajícího reakcí vzorku s kyslíkem.vedle zařazení vzorku do skupiny náchylnosti k samovznícení umožňuje určení časového průběhu samozahřívání a odhady některých významných bezpečnostních parametrů. Metoda byla popsána ve výzkumných zprávách a dalších publikacích (Harašta 1977), (Věžníková 1997), (Adamus 1998), (Taraba 2003) a v interní metodice VVUÚ, a.s., (VVUÚ 1995). Metoda oxidace za adiabatických podmínek byla rovněž uvedena v technické normě ČSN V podmínkách aparatury VVUÚ, a.s. se navážka uhelného vzorku 250 g o zrnitosti pod 2 mm umisťuje do skleněného reaktoru zanořeného do olejové lázně, kde je po počáteční teplotní temperaci na 60 nebo 80 o C vystavena působení čistého kyslíku o průtoku 20 ml.min - 37

38 1, případně jiné oxidační směsi, například vzduch nebo definované směsi kyslíku a dusíku. V důsledku oxidace uhlí dochází k vývinu tepla v uhelné hmotě. Teplota olejové lázně je vyrovnávána řídící aparaturou s teplotou ověřovaného uhelného vzorku. Vlivem vyrovnávání teploty olejové lázně s teplotou vzorku nedochází k odvodu tepla vyvinutého oxidací a dochází k nárůstu teploty uhlí. Rychlost samovolného zahřívání je ukazatelem míry náchylnosti uhlí k samovznícení. Obr. 3.3 uvádí termostat metody adiabatické oxidace VVUÚ, a.s. Aparatura se skládá z termostatu s vyhřívanou olejovou lázní, termočlánků pro měření teploty lázně a uhlí a reakční nádoby se skleněnou předehřívací spirálou pro přívod předehřátého plynu (kyslík, vzduch, případně definované směsi kyslíku a dusíku). Obr. 3.3 Termostat aparatury metody adiabatické oxidace na VVUÚ, a.s., foto VVUÚ, a.s. Ze závislosti teploty na čase se stanovuje průměrná rychlost nárůstu teploty At v rozměru C.hod -1. Čím je tato rychlost vyšší, tím vyšší je také náchylnost hodnoceného vzorku k samovznícení. Průměrný nárůst teploty, At ( C.hod -1 ) - určuje rychlost samovolného nárůstu teploty uhelného vzorku za podmínek blízkých optimálním podmínkám pro vznik a rozvoj samovznícení. Podle hodnoty průměrného nárůstu teploty při počáteční teplotě 80 C a atmosféře 100 % kyslíku je vzorek zařazen do příslušné kategorie náchylnosti k samovznícení podle tabulky

39 Tab. 3.4 Kategorie náchylnosti podle metody oxidace za adiabatických podmínek Kategorie Slovní hodnocení Prům. nárůst teploty ( C.hod -1 ) 1 Náchylnost k samovznícení malá 0 až 8 2 Náchylnost k samovznícení střední 5 až 10 3 Náchylnost k samovznícení značná 8 až 18 4 Náchylnost k samovznícení velmi značná Nad 15 Mezní hodnoty uvedených kategorií byly určeny empiricky na základě proměření rozsáhlého souboru vzorků černých uhlí z revírů bývalého Československa. Vzorky černých uhlí z OKR většinou spadají do 1. kategorie. Přestože je tato metoda používána pro klasifikaci, její hlavní význam je v tom, že umožňuje odhad chování uhlí v reálných podmínkách na základě stanovení následujících bezpečnostních parametrů: Indukční doba Id, (hod) - nejkratší doba, za kterou může dojít k samovolnému zahřátí uhelné hmoty z uvedené počáteční teploty až k teplotě vznícení. Z průběhu samovolného zahřívání vzorku za optimálních podmínek pro rozvoj samovznícení je pomocí matematické závislosti mezi teplotou a přírůstky teploty určován pomocí extrapolace indukční čas samovznícení, tj. doba, která uplyne od zahřátí vzorku na zvolenou teplotu (40 C) a do jeho samovznícením (250 C) v přepočtu na 21% kyslíku v atmosféře. Pro praktické použití lze indukční čas použít pro určení bezpečné doby skladování. Je-li doba uskladnění kratší, než experimentálně určený indukční čas, lze předpokládat, že nedojde k samovznícení. Protože se jedná o extrapolaci, je nutno tento parametr považovat pouze za odhad. Většina vzorků černého uhlí z OKR má indukční dobu určenou tímto odhadem mezi 4 až 6 týdny, což je v dobré shodě se skutečností. Kritická teplota KTa ( C) - teplota, po jejímž dosažení se mění průběh samozahřívání. Po dosažení této teploty, která se pro černá uhlí OKR pohybuje v rozmezí 70 až 100 C dochází ke značně dynamickému nárůstu teploty. Kritická teplota je hranicí mezi počátečním a rozvinutým stadiem samovznícení. Všechna preventivní opatření by měla být provedena před jejím dosažením, kdy mají vyšší účinnost. Bezpečná teplota BT ( C) - teplota hodnoceného materiálu, při které vzniká pouze zanedbatelné, téměř nulové množství tepla a proto nedochází k samozahřívání. Při styku uhlí s kyslíkem probíhají oxidační reakce, které vždy produkují teplo, ať už probíhají za jakékoliv teploty. Pouze ta část tepla, která není hmotou odvedena do okolí, způsobuje zvyšování teploty a tím zase růst množství produkovaného tepla, což vede k samovznícení. Do určité hraniční hodnoty (bezpečná teplota), vzniká tak malé množství tepla, že k samovznícení nedochází. Může dojít k přechodnému zvýšení teploty uhlí, ale pak nastává snížení teploty a její vyrovnání na hodnotu teploty okolí. Parametr je určen na základě matematické extrapolace závislosti mezi teplotou T a přírůstkem teploty T: 39

40 log T = a + bt, (3.3) kde T - přírůstek teploty; K, a, b - konstanty funkce, T - teplota, K,. Protože se jedná o extrapolaci mimo oblast měření a vzhledem k charakteru použité funkce, je nutno tento parametr považovat pouze za odhad. Hodnoty náchylností uhelných vzorků k samovznícení podle metody oxidace za adiabatických podmínek, včetně uvedených souvisejících parametrů, dodal do obsahu pasportizace VVUÚ, a.s Hodnocení izotermickou metodou (RID) Izotermická metoda sloužila ke stanovení závislosti kritické teploty z hlediska rozvoje samovznícení na objemu hodnoceného materiálu. Výsledkem hodnocení byly tzv. kritické parametry hodnoceného uhelného vzorku z hlediska vzniku samovznícení, tj. kritická teplota KTo a kritický rozměr KRo. Extrapolací získaných výsledků bylo možné stanovit kritickou teplotu pro větší objemy, než které byly hodnoceny laboratorně. Metoda byla popsána v publikaci (Damec 1999) a v interní metodice VVUÚ, a.s., (VVUÚ 1995). Metoda je rovněž zmíněna v předpisech Ministerstva zahraničních věcí ČR např. č. 159/1997 Sb., 29/1998 Sb., 54/1999 Sb,. Pro účely uvedených právních předpisů, upravujících mezinárodní podmínky železniční a automobilové přepravy nebezpečných látek, pojmenovaných zkráceně RID a ADR, je stanovení prováděno při jedné teplotě okolí ve dvou různých objemech vzorku látky, u nichž je hodnoceno zda došlo nebo nedošlo k samovznícení. Ověřované látky jsou podle uvedených předpisů zařazovány do třídy 4.2b - látky schopné samoohřevu, případně do třídy 4.2c - látky méněschopné samoohřevu (RID). Izotermickou metodou byly hodnoceny vlastnosti vzorků z hlediska schopnosti samozahřívání za zvolené teploty okolí a při daném objemu vzorku. Při stanovení kritických parametru izotermickou metodou v provedení podle VVUÚ, a.s., (Věžníková 1999), bylo stanovení prováděno ve třech různých objemech vzorků a několika různých teplotách s odchylkami v provedení i ve vyhodnocení, které umožnily určit kritické parametry, na jejichž základě se prováděly výpočty extrapolovaného průběhu závislosti. Aparatura (obr. 3.4) se skládala z vyhřívací pece s regulovatelnou teplotou, z termočlánků pro měření teploty vzorku a teploty pece, elektronického přístroje pro měření teploty a tiskárny pro záznam dat. Pro stanovení se používaly tři košíky o různých rozměrech. Ke stanovení byl použit vzorek upravený na frakci pod 5,0 mm. Závislost mezi objemem a teplotou samovznícení byla stanovena ze tří různých objemů vzorku za použití krychlových košíků o délce stran 10 cm, 5 cm a 2,5 cm, s kritickým rozměrem 5 cm, 2,5 cm a 1,25 cm (polovina délky strany košíku), viz obr Kritická teplota pro daný kritický rozměr byla určena jako aritmetický průměr mezi teplotou okolí (pece), při níž ještě samovznícení nenastalo a teplotou, při které k samovznícení došlo. 40

41 Obr. 3.4 Aparatura izotermické metody (RID) na VVUÚ, a.s., foto VVUÚ a.s. Obr. 3.5 Košíky pro umístění uhelného vzorku izotermické metody (RID), foto VVUÚ a.s. 41

42 Extrapolace byla provedena podle modelu teorie tepelné exploze autorů Frank Kamenecký. Závislost mezi kritickou teplotou a kritickým rozměrem byla popsána empiricky rovnicí 3.4. ln (d.t 2 /r 2 ) = M - N/T, (3.4) kde : d - faktor tvaru (2,6 pro krychli); -, T - teplota okolí; K, r - charakteristický rozměr; m, M, N - konstanty určené pro danou látku, nezávislé na teplotě a objemu. Hodnoty M a N byly určeny z laboratorních výsledků metodou nejmenších čtverců podle rovnice 3.4. Po jejich určení byla provedena extrapolace kritického rozměru jako funkce teploty mimo rozsah laboratorně měřených teplot a objemů : r 2 = d.t exp(m/2 + N/2T). (3.5) Kritická teplota KTo ( C) - mezní teplota pro určitý objem hodnoceného vzorku. Je-li teplota hmoty o daném rozměru nižší, než teplota kritická, pak k samovznícení nedochází. Kritický rozměr KRo (m) - mezní rozměr pro určitou teplotu hodnoceného vzorku. Vzdálenost mezi místem s nejvyšší teplotou a povrchem látky. Je-li délkový rozměr objemu hmoty za dané teploty nižší, než kritický rozměr, k samovznícení nedochází. Jak vyplývá z definic, je možné na základě zjištěných kritických veličin provést odhad, zda v konkrétní situaci, při známém objemu a teplotě k samovznícení dojde nebo nedojde. Protože závislost mezi kritickou teplotou a objemem byla stanovena extrapolací, je nutno tyto parametry považovat za odhady. Hodnocení uhelných vzorků izotermickou metodou (RID) dodal v létech VVUÚ, a.s Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou pulsní kalorimetrie Náchylnost uhelných vzorků k samovznícení, přesněji k oxidaci, byla vyjádřena pomocí metody pulsní kalorimetrie stanovením parametru oxidačního tepla q 30 (J.g -1 ). Oxidační tepla q 30 byla stanovována postupem, kdy se do průtoku inertního plynu dávkovalo určité množství kyslíku a byly sledovány tepelné projevy vyvolané průchodem této dávky kyslíku skrze uhelný vzorek Množství vyvinutého tepla bylo stanoveno kalorimetrem SETARAM C 80 (obr. 3.6). Metoda byla popsána v literatuře (Taraba 1990), (Taraba 2003). Čerstvý vzorek uhlí (odebraný a dodaný v kusovém stavu) byl zkoušce podroben co nejdříve po odběru. Pokud se nepodařilo tuto zkoušku provést v den odběru (resp. dodání), byl vzorek do doby měření uchováván v igelitovém sáčku v lednici. Těsně před proměřením v kalorimetru byl kusový vzorek rozmělněn a prosit na požadovanou frakci 0,06-0,14 mm. Rozmělňování a sítování se provádělo na vzduchu, doba kontaktu uhlí se vzduchem během této úpravy ale nepřekročila 20 minut. 42

43 Obr. 3.6 Kalorimetr SETARAM C 80 na Ostravské univerzitě Experimentální podmínky metody pulsní kalorimetrie Kalorimetr: typ C80 firmy SETARAM (Francie), opatřený průtokovou měřící celou; Základní teplota experimentů: 30 C; Objem dávky kyslíku: 80 ml; Nosný plyn: helium, zvlhčováno na 80 % rel.; Průtok nosného plynu: cca 2,5 ml/min; Navážka vzorku: cca 2,5 g; Zrnitost: 0,06 až 0,14 mm; Maximální doba styku vzorku se vzduchem při mletí a sítování: 20 minut. Výsledky kalorimetrických měření byly uváděny parametrem q 30 (J.g -1 ), který představoval hodnotu tepla chemické interakce O 2 vyvinutého po dobu třicetiminutového kontaktu čerstvého vzorku uhlí s kyslíkem. Podle hodnoty tepla q 30 byl vzorek uhlí zařazen do některé z následujících kategorií náchylnosti uhlí k samovznícení: 1. uhlí s nízkou náchylnosti k samovznícení, 2. uhlí se zvýšenou náchylnosti k samovznícení, 3. uhlí s vysokou náchylnost k samovznícení. Mezní hodnoty tepel q 30 mezi jednotlivými kategoriemi náchylnosti uhlí k samovznícení přitom závisely na stupni prouhelnění analyzovaného vzorku. Pro černouhelné typy mezními hodnotami q 30 jsou : 43

44 - 0,35 J.g -1 pro rozmezí mezi první a druhou kategorií, - 0,85 J.g -1 pro rozmezí mezi druhou a třetí kategorií. Mezní hodnoty tepel q 30 byly získány z analýzy reprezentativního souboru černých uhlí v České republice. Více podrobností lze nalézt v literatuře (Taraba 1992). Hodnoty náchylnosti podle metody pulsní kalorimetrie byly do pasportizace dodány Ostravskou univerzitou Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení Cílem zkoušky bylo posoudit změnu v náchylnosti uhlí k samovznícení po působení vody (simulace procesu hašení zapařeného uhlí vodou). Uhelný vzorek předehřátý na teplotu 200 C se přivedl do kontaktu s kapalnou vodou (byl zhašen). Poté byla změřena jeho náchylnost k samovznícení a ta byla porovnána s náchylností k samovznícení vzorku stejného uhlí, které po zahřátí do styku s vodou nepřišlo. Náchylnost uhlí k samovznícení se přitom vyhodnocovalo pomocí oxidačních tepel metodou pulsní kalorimetrie. Proměřovaný vzorek (zrnitost 0,06-0,25mm, hmotnost cca 3g) byl ve vzdušném termostatu vystaven jednohodinovému působení teploty 200 o C. Poté bylo uhlí bezprostředně zchlazeno (zhašeno) proudem vody o pokojové teplotě (cca 20 C). Přebytečná voda byla odfiltrována a po vysušení ve vakuu (10-20 minut při 55 o C) byl získán vzorek zhašeného uhlí, u kterého byla stanovena náchylnost k samovznícení kalorimetrickou metodou. Poté byl změřen obsah vody v uhlí W. Pro stejný vzorek byl celý postup několikrát (min. 2x) opakován, s tím rozdílem, že po zhašení bylo uhlí vysušeno na různý obsah vody. Srovnávací vzorek byl vystaven stejné proceduře, avšak po zahřátí na teplotu 200 C nabyl zchlazen vodou (byl volně zchlazen na vzduchu). Pro posouzení změn v náchylnosti uhlí k samovznícení po působení vody byly z výsledků kalorimetrických zkoušek vyneseny závislosti hodnot oxidačního tepla q 30 na obsahu vody uhlí W pro hašené a nehašené uhlí. Jako kvantitativní ukazatel zvýšení náchylnosti k samovznícení zhašeného uhlí se pak z tohoto grafu vyhodnotil poměr q W mezi oxidačním teplem q 30 hašeného a nehašeného uhlí při obsahu vody W, která odpovídala původnímu obsahu vody tohoto uhlí (tj. obsahu vody uhlí při stanovení náchylnosti k samovznícení čerstvého uhlí). Pro větší názornost byl poměrový údaj o zvýšení náchylnosti zhašeného uhlí k samovznícení udáván v procentech. Více podrobností lze nalézt v literatuře (Taraba ). Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení byl zhodnocen a dodán do pasportizace Ostravskou universitou. 44

45 3.3.6 Hodnocení náchylnosti k samovznícení průsečíkovou metodou CPT Na Hornicko-geologické fakultě, Vysoké škole báňské-technické univerzitě Ostrava byla na institutu hornického inženýrství a bezpečnosti zřízena v roce 1997 laboratoř samovznícení látek. Základem laboratoře se stal adiabatický termostat s koncepcí elektroniky podle literatury (Ren 1994). Ke vzniku laboratoře přispěly zahraniční poznatky autora (Adamus ) a spolupráce předmětného pracoviště s katedrou elektroniky Elektrotechnické fakulty VŠB-TUO. V roce 1999 byl řídící program stávajícího adiabatického termostatu rozšířen o režim průsečíkové metody CPT. Průsečíková metoda CPT hodnotí chování uhelného vzorku v podmínkách teplotně řízeného režimu zkušební aparatury. Reaktor s uhelným vzorkem se umisťuje do kapalinové, případně suché části zkušební aparatury s řízeným, nejčastěji lineárním nárůstem teploty s teplotním gradientem v rozmezí 0,5 20,0 o C.min -1. Uhelný vzorek umístěný v reaktoru a následně například v olejové lázni je vystaven nárůstu teploty prostředí a souběžně je vystaven filtraci oxidačního média. Dynamika nárůstu teploty uhelného vzorku vlivem oxidace uhlí je mírou náchylnosti k samovznícení. Teplota vzorku má zpravidla nejprve zpožděný průběh vůči teplotě prostředí, později dochází k nárůstu teploty uhlí vlivem oxidace, následně dojde k vyrovnání teploty a k předstihu teploty uhlí vůči teplotě prostřední. Teplota vyrovnání (průsečík) je označována za teplotu CPT, která je základním parametrem náchylnosti uhlí k samovznícení podle dané metody, obr V případech srovnávání chování uhelné hmoty s chováním referenční inertní látky (slepým vzorkem) je pro vyhodnocení často používána diferenciální termická analýza DTA (Differential Termal Analysis), viz obr Některé informace k využití průsečíkové metody CPT na HGF VŠB- TUO byly uvedeny v literatuře (Adamus ). Základ aparatury byl tvořen tělesem termostatu s topnou spirálou 1,72 kw a olejovou vanou 16 litrů, plněnou silikonovým olejem. Olejová lázeň sloužila pro umístění reaktoru v podobě skleněné promývačky o objemu 0,5 litrů s filtrační fritou u dna, opatřenou předehřívací skleněnou spirálou pro teplotní kompenzaci přiváděného oxidačního média. K příslušenství aparatury patříly dva termočlánky typu K, dva integrované zesilovače AD595AQ, gravitační průtokoměry (rotametry) výrobce Cole Parmer, elektronické průtokoměry výrobce McMILLAN, elektroventily typu BURKERT 200, tlakové lahve s technickými plyny a redukčními ventily (N 2, vzduch, O 2, směs 10 % O % N 2 ), laboratorní vzduchová pumpa a od roku 1999 plynová linka pro analýzu výstupních plynných produktů tvořená infraanalyzátory Maihak Multor 610, Unor 6, Unor 4 a paramagnetickým kyslíkoměrem Servomex 570 A. Plynová linka byla sestavena pro kontinuální analýzu CO, CO 2, CH 4 a O 2. Termostat byl řízen počítačem PC pomocí převodníkové A/D karty výrobce AXIOM, typ AX 5210, výkonového triakového převodníku výrobce KUAN, typ KSD225ACB. Měřené hodnoty teplot, průtoku oxidačního média a koncentrací výstupních plynů byly archivovány řídícím PC. Teplotní rozsah aparatury byl nastaven v rozmezí o C. Přesnost měření a regulace aparatury byla limitována standardními vlastnostmi termočlánku (0,1 o C), šumem a teplotním driftem elektroniky. Vzájemný teplotní souběh odchylek termočlánků byl v teplotním rozsahu měření vyrovnán softwarovými korekcemi, včetně odchylek absolutních měřených hodnot teploty vůči kalibrovanému rtuťovému teploměru. Vzájemný souběh termočlánků byl odladěn s přesností 0,3 o C v rozsahu měření o C. Nelinearita průměrné teploty termočlánků vůči rtuťovému kalibrovanému teploměru byla dosažena v rozsahu měření max. 0,5 o C. Schéma zapojení aparatury je uvedeno na obr. 3.7 a část laboratoře na obr

46 N 2 O 2 O 2 CH 4 Q V CO 2 AD 595 AQ CO K K CONTROL PANEL 2.21 AXIOM AX 5210 PC max. 1,72 kw KUAN KSD Obr. 3.7 Schéma aparatury průsečíkové metody CPT na HGF VŠB-TU Ostrava Obr. 3.8 Aparatura průsečíkové metody CPT na HGF VŠB-TU Ostrava Programová aplikace řídicího počítače byla vytvořena v prostředí Control Panel 2.2 (Alcor - Moravské přístroje, a.s.). V roce 1999 byl pro aparaturu zvolen režim konstantního výkonu topné spirály. Byl zvolen výkon 860 W. Za tohoto režimu byly analyzovány tři uhelné vzorky pasportizace za rok Z důvodu zjištěných odlišných časů měření (ve stanoveném teplotní 46

47 rozmezí o C), zapříčiněných pravděpodobně výkyvy teploty v laboratoři, byl v roce 2000 zvolen režim konstantního času rozboru 4 hodiny s fixním algoritmem dynamického nárůstu teploty v daném teplotním rozmezí ( o C). Přesto, že nejběžnější teplotní režimy používaných aparatur CPT jsou založeny na lineárním vzestupu teploty, byl na VŠB-TUO zvolen nelineární režim s dynamickým vzestupem teploty olejové lázně při zahájení měření. Tento režim umožňoval zvýšení teploty ověřovaného uhelného vzorku v kratším čase než u standardních lineárních aparatur. Výhodou bylo zvýšení teploty ověřovaného uhelného vzorku v časovém předstihu při zachování konstantní doby měření. Byl zvolen nelineární nárůstu teploty olejové lázně s počátečním dynamický nárůstem 4 o C.min -1 a s pozvolným poklesem teplotního gradientu až k hodnotě 0,2 o C.min -1 v závěru měření. Fixní exponenciální průběh nárůstu teploty olejové lázně byl zajištěn algoritmem řídícího počítače. Exponenciální průběh nárůstu teploty olejové lázně je uveden na obr. 3.9 (3x teplota lázně). Jako srovnávací charakteristika chování inertního vzorku byla několikanásobně proměřena charakteristika vyjadřující nárůst teploty ve středu měřícího reaktoru naplněného oxidem hlinitým (alumina - Al 2 O 3 ). Oxid hlinitý byl umístěn v reaktoru aparatury a za prosávání dusíkem o hodnotě objemového průtoku 50 ml.min -1 byla ověřena inertní ( slepá ) charakteristika aparatury. Vliv tepelného odporu oxidu hlinitého na dráze od vnitřní stěny reaktoru k termočlánku umístěného ve středu reaktoru se projevil zpožděním průběhu teploty snímané v reaktoru. Obrázek 3.9 uvádí výsledky trojnásobného ověření slepé charakteristiky. Trojnásobné průběhy teploty olejové lázně a teploty naměřené ve středu reaktoru se překrývají. Teplota [ o C] CHARAKTERISTIKY LÁZNĚ A INERTNÍHO VZORKU (srovnávací slepá charakteristika Al 2 O 3 metody CPT) Laboratoř samovznícení látek HGF-VŠB TU Ostrava Čas [sek.] Obr. 3.9 Charakteristika olejové lázně a inertního vzorku 47

48 Rozbory průsečíkovou metodou CPT Příprava vzorků pro rozbory průsečíkovou metodou CPT zahrnovala odběr a uchování vzorků v kusovém stavu v dusíkové atmosféře do doby mletí. Po přípravě frakce 0,5-2,0 mm byly uhelné vzorky vakuově sušeny 24 hodin při teplotě 60 o C. Po vyjmutí vzorku z vakuové sušárny byl každý vzorek ponechán na vzduchu 1 hodinu z důvodu sorpční a teplotní temperace. Po tuto dobu byl vzorek vystaven oxidaci vlivem působení vzdušného kyslíku. Standardní ovlivnění měřených vzorku touto oxidací bylo zabezpečeno stanovením výše uvedeného konstantního času temperance. Poté byl vzorek o objemu 450 ml (cca 298 g černé uhlí) umístěn do reaktoru olejové aparatury, byl přiveden plynný dusík o objemovém průtoku 50 ml.min -1 a byla vytemperována teplota oleje a uhelného vzorku na počáteční teplotu rozboru 25 o C. V okamžiku dosažení shodné teploty vzorku a olejové lázně byl zahájen čtyřhodinový rozbor zapnutím vyhřívacího režimu termostatu a přepnutím prosáváného dusíku na čistý kyslík (50 ml.min -1 ). Zvýšená obsah vody hnědých uhlí a lignitu (až 46 %) si vyžádal intenzivnější sušení. Vzorky byly nejprve sušeny ve vakuu v kusovém stavu ( mm) po dobu 24 hodin při teplotě 105 o C, poté byly skladovány v dusíkové atmosféře do doby přípravy frakce. Po namletí frakce (0,5 2,0 mm) byly vzorky opět vakuově sušeny po dobu 24 hod. při teplotě 105 o C. Rovněž relativně vysoká oxireaktivita hnědouhelných vzorků si vynutila zvýšený průtok oxidačního média, čistého kyslíku, na 100 ml.min -1. Stanovení klasifikace průsečíkové metody CPT Výsledky rozborů uhelných vzorků obdržených průsečíkovou metodou CPT byly do konce roku 2002 průběžně vztaženy k charakteristice inertního materiálu Al 2 O 3. Výsledky byly vyjádřeny formou teploty průsečíků uhelného vzorku se slepou charakteristikou Al 2 O 3 pomocí termogramů DTA. Tyto výsledné hodnoty, hodnoty teplot průsečíků, bez zařazení do kategorií náchylnosti, byly uváděny v dílčích výzkumných zprávách pasportizace (Adamus ). V roce 2002 byly v laboratoři HGF VŠB-TUO ověřovány rovněž vzorky hnědouhelné a lignit. Při vyhodnocení těchto vzorků nedocházelo k průsečíkům s charakteristikou inertního vzorku, neboť nárůst teploty uhlí předstihl ověřenou charakteristiku Al 2 O 3 ihned při zahájení rozboru. Z tohoto důvodu bylo v závěrečném vyhodnocení náchylnosti uhelných vzorků k samovznícení upuštěno od použití srovnávací charakteristiky (Al 2 O 3 ). Výsledky rozborů průsečíkové metody CPT byly v závěru vyhodnoceny u všech 31 uhelných vzorků pasportizace na základě průsečíku teploty uhlí s teplotou olejové lázně aparatury. Obrázek 3.10 uvádí z důvodu zachování přijatelné čitelnosti a názornosti výsledky rozborů pouze 20 uhelných vzorků z celkové základny 31 vzorků (12 OKR, 2 Kladenský revír, 1 JLR, 5 SHR). Z obrázku 3.10 vyplývá rozdíl mezi oxireaktivitou černých uhlí OKR s hodnotou průsečíků CPT blízko 170 o C a ostatními, převážně hnědouhelnými vzorky, s hodnotou průsečíků CPT blízko 120 o C. Pozoruhodné bylo chování černouhelných vzorků Kladenského revíru, které se hodnotou průsečíku CPT (132,4 a 135,5 o C) přibližovaly hnědouhelným vzorkům. 48

49 Obr Výsledky rozborů CPT průsečíky teploty uhlí s teplotou lázně aparatury Z teplotního rozmezí CPT průsečíků 163,2 179,5 o C, vyplývajícího ze souborů 23 ověřených uhelných vzorků OKR, byly stanoveny rozhraní tří kategorií náchylnosti pro hodnocení uhlí OKR pomocí průsečíkové metody CPT v předmětné laboratoři. Stanovené kategorie jsou uvedeny v tabulce 3.5. Tab. 3.5 Kategorie náchylnosti uhlí OKR k samovznícení podle průsečíkové metody CPT Teplota průsečíku Třída náchylnosti Kategorie CPT ( o C) k samovznícení 1. nad 175,1 NÍZKÁ ,1 175,0 STŘEDNÍ 3. pod 168,0 VYSOKÁ Stanovené kategorie náchylnosti průsečíkové metody CPT, uvedené v tabulce 3.5 byly využity při závěrečném vyhodnocení pasportizace a byly uvedeny v závěrečné výzkumné zprávě (Adamus ). Hodnocení náchylností uhelných vzorků k samovznícení průsečíkovou metodou CPT dodala do obsahu pasportizace HGF VŠB-TU Ostrava. 49

50 3.3.7 Vliv inertizace dusíkem Ve vztahu především k represivnímu využívání dusíku byl ověřován vliv plynného dusíku na náchylnost uhlí k samovznícení vystavením uhelné hmoty dusíkové atmosféře za zvýšené teploty. První experimentální pokusy ověřující tento vliv dusíku byly realizovány na VVUÚ, a.s. (Věžníková 1993) ve spolupráci s ÚG AV ČR v Ostravě v roce 1993 (Taraba 1993). Vliv dusíkové atmosféry na zvyšování náchylnosti vyhřátého uhlí k samovznícení byl v rámci pasportizace ověřován zkouškou uhlí na náchylnost k samovznícení průsečíkovou metodou CPT po vystavení uhelného vzorku teplotě 120 o C v dusíkové atmosféře po dobu 24 hodin. Rozbory byly vyhodnoceny termogramy DTA, ve kterých osu x tvořily hodnoty ověřené charakteristika inertního vzorku, uvedené na obr. 3.9 (3x teplota Al 2 O 3 ). Na osu y pak byly vynášeny rozdíly teplot mezi měřenou teplotou v reaktoru a hodnotou teploty charakteristiky inertního materiálu. Čas rozborů byl ve všech případech dán standardním algoritmem ovládacího softwaru (240 min.) a to jak pro předem ověřenou slepou charakteristiku Al 2 O 3, tak pro ověřované uhelné vzorky. Vliv inertizace dusíkem vyplynul ze srovnání průběhu teploty zkoušky CPT základního rozboru uhelného vzorku a rozboru totožného uhelného vorku po inertizaci dusíkem. Příklad vyhodnocení je uveden na obr Základní rozbor uhelného vzorku průsečíkovou metodou CPT uvádí křivka č. 1. Rozbor uhelného vzorku inertizovaného dusíkem uvádí křivka č. 2. Z termogramu je patrné, že k průsečíku teploty uhlí s teplotou inertního materiálu (Al 2 O 3 ) došlo při základním rozboru při teplotě 149 o C a po inertizaci dusíkem při teplotě 108 o C. Po inertizaci dusíkem tedy došlo k intenzivnějšímu nárůstu teploty v průběhu rozboru CPT, tedy došlo ke stavu, kdy inertizace dusíkem zvýšila náchylnost uhlí k samovznícení (k oxidaci). V dílčích zprávách pasportizace byly uváděny výsledky rozborů vlivu inertizace dusíkem ve formě hodnot záporného nebo kladného rozdílu teplot srovnávacích rozborů a v podobě konstatování zda zvýšila inertizace náchylnost k samovznícení či nikoliv. Výsledky ověření vlivu inertizace dusíkem na náchylnost uhelných vzorků k samovznícení byly do obsahu pasportizace dodány HGF VŠB-TU Ostrava Limitní koncentrace kyslíku samovznícení uhlí V polovině devadesátých let 20. století byl na HGF VŠB-TUO řešen ve spolupráci s VVUÚ, a.s., výzkumný projekt zabývající se tlumením dynamiky vzdušné oxidace uhelné hmoty snižováním koncentrace kyslíku inertizací dusíkem (Adamus ). Na několika vzorcích bylo sledováno prodlužování dynamiky oxidace v adiabatickém termostatu při koncentracích kyslíku 100 %, 21%, 14 % a 10 %. Na základě získaných poznatků bylo konstatováno, že inkubační doba uhlí OKR se v průměru prodlužuje z 6 týdnů na 4 měsíce při poklesu koncentrace kyslíku na 11 %. Za podmínek dobývání uhelných slojí v OKR platných od roku 1993 (dobývání mimo pestrých vrstev) lze pokládat za bezpečnou koncentraci kyslíku v závalovém prostoru 10 % a to např. při aplikaci preventivní inertizace závalových prostor plynným dusíkem. V rámci pasportizace bylo ověřováno průsečíkovou metodou CPT chování uhelného vzorku při použití oxidační směsi 10 % O % N 2. Pro vyhodnocení chování uhelného 50

51 vzorku byly použity termogramy DTA způsobem popsaným v předchozí subkapitole Ověření limitní koncentrace kyslíku 10 % (LOC - Limiting Oxygen Concentration), označované často také jako mezní koncentrace kyslíku, vyplynulo ze srovnání průběhu teploty zkoušky CPT základního rozboru uhelného vzorku a rozboru totožného uhelného vorku vystaveného 10 % O 2. Příklad vyhodnocení je uveden na obr Základní rozbor uhelného vzorku průsečíkovou metodou CPT uvádí křivka č. 1. Rozbor uhelného vzorku oxidovaného 10 % O 2 uvádí křivka č. 3. Z uvedeného příkladu termogramu je patrné, že k průsečíku teploty uhlí s teplotou inertního materiálu (Al 2 O 3 ) došlo při základním rozboru za teploty 149 o C a při oxidaci totožného uhelného vzorku směsí 10 % O % N 2 k průsečíku nedošlo. Pro daný uvedený příklad bylo možné konstatovat, že koncentrační hranice kyslíku 10 % byla vyhovující jako limitní koncentrace kyslíku samovznícení. V dílčích zprávách pasportizace byly uváděny výsledky rozborů mezní koncentrace kyslíku samovznícení konstatováním, že mezní koncentrace kyslíku samovznícení pro daný uhelný vzorek byla 10 % v případech, kdy k průsečíku v rámci hodnocení uvedeným postupem nedošlo. Výsledky ověření limitní koncentrace kyslíku samovznícení byly do obsahu pasportizace dodány HGF VŠB-TU Ostrava. Metoda CPT DTA termogram - vliv inertizace N 2, limitní koncentrace O 2 rozdíl teploty, o C 1 - základní rozbor, 100 % O vliv inertizace N limitní konc. O 2, 10 % O 2 teplota inertu, o C Obr Příklad rozboru uhelného vzorku metodou CPT 51

52 3.3.9 Stanovení inhibitorů Dílčí výzkumné zprávy pasportizace obsahovaly v létech doporučení k využívání inhibitorů, tj. chemických látek snižujících náchylnost uhlí k samovznícení. Při výběru vhodného inhibitoru byly vzorky uhlí preparovány roztokem příslušné chemické látky ve vodě a následně ověřeny na náchylnost k samovznícení metodou podle Olpinského. Účinné inhibitory ověřené metodou podle Olpinského byly dále ověřovány metodou sorpce za adiabatických podmínek. Výsledky obdržené metodou podle Olpinského byly vztaženy na stav rozvinutého záparu, zatímco výsledky obdržené metodou oxidace za adiabatických podmínek byly vztaženy na prevenci samovznícení. Mezi ověřované inhibitory byly zařazeny následující chemické látky v koncentracích 250 g.l -1 a 125 g.l -1 : vodní sklo, močovina, ligrasol, sulfidový výluh, chlorid sodný; NaCl, síran amonný; (NH 4 ) 2 SO 4, síran sodný krystalický; Na 2 SO 4. 10H 2 O, siřičitan sodný krystalický; Na 2 SO 3. 7H 2 O, uhličitan sodný krystalický; Na 2 CO 3. 10H 2 O. Uvedené inhibitory nebyly ověřovány v plném rozsahu u všech uhelných vzorků. V roce 1991 byly ověřovány pouze čtyři inhibitory - vodní sklo, chlorid sodný, síran amonný, siřičitan sodný. 3.4 Rozbory plynných produktů tepelné oxidace Metoda rozboru plynných produktů tepelné oxidace je používána pro získání podkladů k určení teploty uhelné hmoty na nepřístupných místech pomocí rozboru tzv. indikačních plynů samovznícení, zastoupených v důlní atmosféře v případě projevů samovznícení. Indikačními plyny samovznícení jsou dosud v důlní praxi oxid uhličitý, oxid uhelnatý, vodík, metan, etan, propan, butan, etylén, propylén a acetylén. Laboratorně ověřené plynové obrazy tepelné oxidace umožňují také výpočet vzájemných poměrů vybraných plynů, které charakterizují teplotu uhlí a tím stav samovznícení. Sledované uhlovodíky rozlišujeme na nasycené (alkany) a nenasycené (alkeny a alkiny). Nasycené uhlovodíky: Alkany metan (CH 4 ), etan (C 2 H 6 ), propan (C 3 H 8 ), n-butan, i-butan (C 4 H 10 ). Nenasycené uhlovodíky : Alkeny etylén (C 2 H 4 ), propylén (C 3 H 6 ), Alkiny acetylén (C 2 H 2 ). Metoda rozboru plynných produktů tepelné oxidace byla popsána ve výzkumné zprávě VVUÚ, a.s., (Harašta 1983) a v interní metodice VVUÚ, a.s. (VVUÚ 1995). 52

53 Aparatura VVUÚ, a.s., používaná při ověřování uvolňovaných plynných produktů tepelné oxidace se skládala z kovového reaktoru o vnitřním objemu 0,22 litru, vybaveného předehřívací trubicí a umístěného ve vzdušném termostatu s cirkulací vzduchu a spínacím teploměrem Vertex. Kovový reaktor byl naplňován uhelným vzorkem frakce 0,2-2,0 mm o hmotnosti cca 150 g. Teplotní režim vzduchového termostatu umožňoval temperaci uhelného vzorku v rozsahu o C ( ) a o C ( ) v pravidelných intervalech každých 20 o C. Vstupní průtok technického vzduchu z tlakové lahve byl kontrolován bublinkovým průtokoměrem na úrovni 20 ml.min -1. Po dobu odběru byly výstupní plyny chlazeny a jímány do skleněné vzorkovnice o objemu 0,5 litru odpouštěním stabilizované kapaliny ze vzorkovnice do odměrné nádobky objemu 0,5 litru za současné tlakové kompenzace výstupu (vyrovnání tlaku výstupní plynové cesty s tlakem atmosférickým) a měření času odpuštění 0,5 litru stabilizované kapaliny stopkami pro stanovení výstupního objemového průtoku. Po odběru plynů reprezentujících danou teplotu uhlí byla teplota uhelného vzorku temperována pomoci termostatu na teplotě o 20 o C vyšší a odběrový cyklus se opakoval. V létech byly plynné produkty tepelné oxidace odebírány při teplotách uhlí 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180 a 200 o C. Aparatura VVUÚ, a.s., pro odběr plynných produktů tepelné oxidace uhlí je uvedena na obr Obr Aparatura VVUÚ, a.s., pro odběr produktů tepelné oxidace uhlí, foto VVUÚ, a.s. Odebrané plyny byly analyzovány následující den po odběru chromatografickou laboratoři, oddělením speciální záchranářské techniky HBZS, a.s. Ostrava-Radvanice (

54 2002). Byly analyzovány koncentrace kyslíku paramagnetickým kyslikoměrem Servomex 570 A, metan, oxid uhličitý a uhelnatý infraanalyzátorem Maihak UNOR 6N, vodík (od roku 1999) a plynné uhlovodíky od metanu po butany (CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, n-c 4 H 10, i-c 4 H 10, C 2 H 4, C 3 H 6 ) plynovým chromatografem SIGMA 8500, výrobce Perkin Elmer. V dílčích zprávách pasportizace byla uváděna pro každý uhelný vzorek tabulka naměřených koncentrací plynů, tabulka uvolněných množství plynů přepočtených na hmotnost navážky uhelného vzorku a čas v rozměru ml.t -1.min -1, společný graf vývinů uvolněných plynů, tabulky hodnot 56 bezrozměrných ukazatelů (poměrů plynů) a 18 grafů průběhů bezrozměrných ukazatelů vybraných podle vypovídací schopnosti. V roce 2002 byla do obsahu pasportizace zařazena tzv. Tabulka charakteristických plynů uvádějící plyny vztažené k dané teplotě při jejich výskytu koncentrace 0,1 ppm. Obdržené výsledky poskytovaly možnost hodnocení teploty uhelné hmoty podle následujících kategorií : Hodnocení teploty uhlí na základě přítomnosti jednotlivých plynů - s rostoucí teplotou uhelné hmoty se do ovzduší uvolňují uhlovodíky, které se při nižších teplotách nevyskytovaly. Na základě jejich přítomnosti v závislosti na laboratorních výsledcích je možno určit teplotu uhlí v oblasti, z níž byl proveden odběr vzdušin. Stanovení koncentrací plynných složek v závislosti na teplotě - určení teplotní závislosti uvolňování plynných složek, které slouží pro výpočet vzájemných poměrů. Na základě závislosti těchto poměrů na teplotě, která je určena laboratorně, je možno určit teplotu uhlí v oblasti, z níž byl proveden odběr vzdušin. Výsledky rozborů plynů tepelné oxidace uhelných vzorků dodal do obsahu pasportizace VVUÚ, a.s. 3.5 Zpětná adsorpce plynných produktů tepelné oxidace V létech byla u dvaceti osmi uhelných vzorků ověřena zpětná adsorpce plynných produktů tepelné oxidace. Vzorek uhlí byl vyhříván v teplotním rozsahu o C s krokem 40 o C a třicetiminutovým intervalem izotermního vyhřívání při každé teplotě. Při ověřování zpětné adsorpce byly uvolněné plyny cirkulačně vedeny konstantní rychlosti přes zkoumaný uhelný vzorek nadále umístěný v termostatu. Teplota byla snižována vždy o 40 o C. Vzestup a pokles teploty byl doprovázen sledováním složení plynných složek v závislosti na teplotě. Získané výsledky byly uvedeny v tabulkách a grafech. Intenzita zpětné adsorpce byla vyjádřena v (%) koncentračního poklesu způsobeného adsorpci, přičemž maximální vývin plynu při teplotě 360 o C byl považován pro každou plynnou složku za 100 %, viz obr Části obsahů pasportizací Pasportizace uhelných slojí OKR z hlediska samovznícení byla v průběhu obou uvedených období zpracována celkem v jedenácti svazcích dílčích výzkumných zpráv. Pro názornost obsahů dílčích výzkumných zpráv jsou v následujících subkapitolách zkráceně uvedeny názorné části obsahů dvou zpracovaných uhelných vzorků reprezentujících dvě časová období pasportizace. 54

55 4.1 Příklad obsahu pasportizace , vzorek sloje č. 40 Dolu Dukla Texty příslušných dílčích výzkumných zpráv byly zpracovávány psacím strojem včetně tabulek. Grafy byly kresleny tuší na milimetrový papír. Jako příklad obsahu pasportizace jsou uvedeny části jedné z kapitol výzkumné zprávy (Harašta ), str , popisující uhelný vorek z Dolu Dukla, sloje č. 40 (č. XVIII na Dole Dukla) z rubání , staničení 330,1 m. Obrázky uvedené v této kapitole nebyly z důvodu zachování autentičnosti dodatečně upravovány a jsou pouze ilustrační Identifikace uhelného vzorku Identifikace uhelných vzorků byla v pasportizacích dokumentována u většiny vzorků schématem profilu sloje v místě odběru s vyznačením makropetrografického typu uhlí v profilu. U některých vzorků (v létech u všech) bylo schéma doplněno profilem hornin bezprostředního nadloží a v podloží, převzatého z geomechanické dokumentace nejbližšího vrtu. K popisu vzorku byl uveden důlní podnik, kra, číslo důlního díla, staničení důlního díla a od roku 1999 rovněž datum, čas a způsob odběru vzorku. Obrázek 4.1 uvádí schéma profilu odběru uhelného vzorku - Důl Dukla, sloj. č. 40., porub č , staničení 330,1 m, z roku Obr. 4.1 Profil odběru uhelného vz. Dolu Dukla, sl. č. 40., por. č , (Harašta ) Chemicko-fyzikální vlastnosti vzorků, Olpinski, inhibitory Obrázek 4.2 uvádí obsah strany 96 příslušné dílčí výzkumné zprávy s hodnotami základního chemického rozboru (analytický rozbor), elementárního rozboru, specifického povrchu (měrný povrch), hustoty zdánlivé (označeno měrná hmotnost), pórovitosti (porozita) a objemů zbytkových plynů. Obr. 4.3 obsahuje výsledky zkoušky náchylnosti k samovznícení metodou podle Olpinského vyjádřené parametrem SZ b+f a výsledky ověřování účinnosti inhibitorů. Účinnost ověřovaných inhibitorů je uvedena ve třetím sloupci tabulky v (%). 55

56 Obr. 4.2 Obsah strany 96 dílčí výzkumné zprávy, (Harašta ) Obr. 4.3 Náchylnost podle Olpinského a účinnosti inhibitorů, (Harašta ) 56

57 4.1.3 Tepelná oxidace a zpětná sorpce V obsahu příslušné kapitoly dílčí výzkumné zprávy (Harašta ) následují tabulky naměřených koncentrací plynů tepelné oxidace v teplotním rozsahu o C, dále tabulky uvolněných množství plynů přepočtené na hmotu uhlí a čas v rozměru (cm 3.t -1.min -1 ), tabulka vybraných poměrů uvolněnych plynů, dva grafy uvolněných množství plynů pro rozsah teploty o C a pokračování v rozsahu teploty o C, tabulka koncentrací plynů naměřených při tepelné oxidaci uhelné hmoty a zpětné sorpci v průběhu teploty o C, tabulka průběhu zpětné sorpce plynů uvolněných tepelnou oxidací v (%) vztažených na koncentraci jednotlivých složek naměřených při teplotě 360 o C, graf průběhu sorpce plynů tepelné oxidace uhelné hmoty, graf sorpce kyslíku a vzestupu teploty metody oxidace za adiabatických podmínek a graf vlivu inhibitorů na samovzněcovací proces (hodnoceno metodou oxidace za adiabatických podmínek). Pro názornost následuje ukázka provedení tabulky naměřených koncentrací plynů tepelné oxidace v teplotním rozsahu o C, obr. 4.4, graf uvolněných množství plynů v rozsahu teploty o C, obr. 4.5, tabulka koncentrací plynů naměřených při tepelné oxidaci uhelné hmoty a zpětné sorpci v průběhu teploty o C, obr. 4.6, graf průběhu zpětné adsorpce plynů tepelné oxidace uhelné hmoty, obr. 4.7 a graf vlivu inhibitorů na samovzněcovací proces, obr. 4.8, znázorňující průběh teploty a sorpce kyslíku (l.kg -1 ) při oxidaci za adiabatických podmínek a působení siřičitanu sodného, síranu amonného, sulfitových výluhů a chloridu sodného. Obrázky uvádějí názorně dvě tabulky a tři grafy z celkového počtu sedmí tabulek a pěti grafů, které jsou v obsahu příslušné kapitoly literatury (Harašta ) uvedeny Závěrečný komentář Závěr kapitoly tvoří souhrn poznatků a doporučení, vyplývající z laboratorních rozborů příslušného uhelného vzorku Důl Dukla, sloj č.40, porub č K vývinům uhlovodíku bylo konstatováno, že Za normálních podmínek se v důlních dílech bude vyskytovat z uhlovodíků metan a etan. Začátky samovzněcovacího procesu budou charakterizovány výskytem etylénu a zároveň i propanu. Oba uhlovodíky byly detekovány až při teplotě kolem 100 o C. V difuzně větraných místech mohou být tyto plyny detekovány i při teplotách nižších. Oba butany se začínají objevovat při teplotách kolem 160 o C, přičemž koncentrace n-butanu budou zřejmě nižší než koncentrace i-butanu. Tento vztah obou butanů bude pravděpodobně shodný pro celou XVIII sloj na Dole Dukla. Při adsorpci jednotlivých plynných složek prováděné postupným snižováním teploty vymizí jako prvý propylén, dále butany a etylén. Tento sled uhlovodíků platí prozatím pro všechny vzorky uhlí odebrané z XVIII. Sloje Dolu Dukla,.(Harašta ), (sloj č. XVIII Dolu Dukla = sloj č. 40). Jako inhibitory byly doporučeny sulfidové výluhy, siřičitan sodný krystalický, případně síran amonný v roztocích o koncentraci 25 kg na 100 l vody. 57

58 Obr. 4.4 Koncentrace plynů tepelné oxidace, (Harašta ) Obr. 4.5 Průběhy uvolněných množství plynů tepelné oxidace, (Harašta ) 58

59 Obr. 4.6 Množství uvolněných a zpětně sorbovaných plynů, (Harašta ) Obr. 4.7 Průběh zpětné sorpce plynů tepelné oxidace uhlí, (Harašta ) 59

60 Obr. 4.8 Vliv inhibitorů na samovzněcovací proces, (Harašta ) 4.2 Část obsahu pasportizace , vzorek sloje č. 40 Dolu ČSA Texty, tabulky a grafy původních dílčích zpráv byly zpracovány v elektronické podobě v programovém prostředí MS Word. Jako příklad obsahu pasportizace jsou dále uvedeny části kapitoly č.1., dílčí výzkumné zprávy (Adamus ), str , popisující uhelný vorek z Dolu ČSA (Jan Karel), 3. kry, sloje č Identifikace uhelného vzorku Uhelné vzorky byly v pasportizaci v létech číslovány pořadovými čísly Čísla kapitol odpovídaly pořadovému číslu uhelného vzorku. Úvodní strana každé kapitoly byla tvořena tzv. identifikační stránkou příslušného vzorku s popisem místa a času odběru, vyznačením bodu odběru vzorku v profilu sloje s vyznačením makropetrografických typů uhlí v profilu. Schéma bylo doplněno profilem přímého nadloží a podloží převzatého z profilu nejbližšího vrtu. Obrázek 4.9 uvádí identifikační stránku vzorku č.1 pasportizace

61 VZOREK č. 1 OKR, a.s., Důl Čs. armáda, o.z., závod. Jan Karel, 40.sl., 3. kra Lokalita: Sloj: Kra: Důlní dílo: Čas odběru: Způsob odběru: OKD, a.s., Důl ČSA Karviná, závod Jan Karel 40. sloj 3. kra prorážka č ve staničení 50 m , 9:50 hod bodově, odseknutím kusovitého uhlí z obnaženého profilu sloje. 530 Pískovec středně zrnný, kompaktní 460 Pískovec jemně zrnný, slídnatý, občas šikmé pukl. 280 Prachovec písčitý s laminací pískov Uhlí. 100%, sloj Prokop, MUP 140 Prachovec silně písčitý, hnědavý 300 Prachovec písčitý, tmavě šedýí Obr. 4.9 Identifikační stránka vzorku č. 1 pasportizace , (Adamus ) 61

62 4.2.2 Chemicko-fyzikální vlastnosti vzorků, Olpinski, oxidace za adiabat. podmínek Následující obsah byl převzat z elektronické verze dílčí výzkumné zprávy (Adamus ) a uvádí chemicko-fyzikální vlastnosti vzorku a výsledky hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou podle Olpinského a výsledné parametry obdržené metodou adiabatické oxidace. Obr uvádí průběh nárůstu teploty uhelného vzorku ověřovaného metodou za adiabatických podmínek pro počáteční teplotu 60 o C a 80 o C. Výstupem metody adiabatické oxidace byly rovněž dva další, zde neuvedené grafy, graf závislosti přírůstku teploty na teplotě pro určení kritické teploty a graf extrapolované závislosti teploty na čase pro odhad indukční doby. Následující tabulky jsou uvedeny v této kapitole pro názornost obsahu pasportizace , bez přiřazení čísel předložené monografie. Základní vlastnosti vzorku Pevnost uhlí: 15,0 MPa Hustota zdánlivá: 1275,3 kg m -3 Spalné teplo: 36,32 MJ.kg -1 Specifický povrch : 8,2 m 2 g -1 Elementární rozbor Parametr Označení Jednotka hodnota Uhlík celkový Vodík celkový Dusík celkový Síra celková Síra spalitelná Kyslík dopočtem C t d H t d N t d S t d S sp d O t d % hm. 87,78 % hm. 4,73 % hm. 1,33 % hm. 0,66 % hm. 0,50 % hm. 5,50 Základní chemický rozbor Vzorek č. 1 stav vzorku Parametr Jednotka analytický a bezvodý d hořlavina daf Vlhkost W % hm. 1, Popel A % hm. 3,65 3,70 - Hořlavina V % hm. 22,86 23,14 24,03 Fixní uhlík Cf % hm. 72,26 73,16 75,97 Petrografický rozbor Vzorek č. Vitrinit [%] Obsah macerálových skupin a mineralizace Liptinit [%] Inertinit [%] Minerál. příměs [%] 1 51,9 6,5 37,1 4,5 62

63 Pórovitost Objem pórů, V poro, [mm 3.g -1 ] Makropóry, v makp, [%] Mezopóry, v mezp, [%] 24, Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou podle Olpinského Hodnocení náchylnosti k samovznícení podle Olpinského bylo realizováno na VVUÚ, a.s. v Ostravě-Radvanicích. Index náchylnosti SZa : 18,4 C min -1 Index náchylnosti SZb : 19,1 C min -1 Hodnocení : náchylnost k samovznícení malá - 1. kategorie Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace bylo realizováno na VVUÚ, a.s. v Ostravě-Radvanicích. Hodnocení stupně náchylnosti k samovznícení metodou adiabatické oxidace Parametr Jednotka Počáteční teplota 60 C 80 C Počáteční teplota C 59,8 79,2 Maximální teplota C 161,4 156,3 Čas hod 73,0 30,0 Průměrný nárůst teploty (v kyslíku) C/ hod 1,39 2,57 Průměrný nárůst teploty (ve vzduchu) C/hod 0,46 0,86 Hodnocení náchylnosti k samovznícení 1. kategorie náchylnost k samovznícení malá Hodnocení bezpečnostních parametrů Parametr Hodnota Umístění v příloze Kritická teplota 86 C graf č Závislost přírůstků na teplotě log T = -1, ,0225T Odhad indukční doby ( C) v kyslíku Odhad indukční doby ( C) ve vzduchu 267,1 hod Bezpečná teplota 32 C 801,2 hod graf č

64 Vzorek č.1, OKR, Důl ČSA Karviná, z. Jan Karel, 40. Sloj, 3. kra teplota ( C) čas (hod) poč.teplota 60 C poč.teplota 80 C Obr Nárůst teploty za adiabatických podmínek, pasport , (VVUÚ 1999) Hodnocení vzorku izotermickou metodou (RID) Z textu příslušné subkapitoly jsou uvedeny dvě ze tří tabulek naměřených a vypočtených hodnot a graf závislosti kritického rozměru na teplotě, obr Hodnocení vzorku izotermickou metodou bylo realizováno na VVUÚ, a.s. v Ostravě- Radvanicích. Výsledky měření jsou uvedeny v tabulce. Na jejich základě byla určena pro každý rozměr košíku kritická teplota. Kritická teplota Kritický rozměr (cm) Kritická teplota ( C) 5 127,5 2,5 170,8 1,25 217,6 64

65 Metodou nejmenších čtverců byly vypočítány konstanty a získána rovnice pro extrapolaci, z níž byla vypočítána závislost kritického rozměru na teplotě. Vypočtené hodnoty pro teplotní interval 20 až 250 C jsou uvedeny v následující tabulce: Kritické rozměry Teplota ( C) Kritický rozměr (m) Teplota ( C) Kritický rozměr (m) 20 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,009 kritický rozměr (m) Vzorek č.1 - OKR, Důl ČSA Karviná, z. J. Kare l, 40. s loj, 3. k ra 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, teplota ( C) Obr Závislost kritického rozměru na teplotě vzorku č. 1 pasportizace Rozbory plynných produktů tepelné oxidace Rozbory plynných produktů tepelné oxidace byly realizovány na VVUÚ, a.s. v Ostravě- Radvanicích. Naměřené koncentrace, přepočet jejich uvolněného množství a vzájemné 65

66 poměry plynů byly v pasportizaci uváděny celkem v osmi tabulkách, ze kterých jsou pro názornost zde uvedeny tři. Graficky byl zpracován společný graf uvolněných množství plynů, obr a celkem osmnáct dílčích grafů průběhů poměrů plynů z níže uvedeného výčtu, ze kterého je zde otištěn jeden graf, obr. 4.13, poměr průběhu etylénu k vodíku. Graficky vyhodnocené poměry uvolněných plynů : (byly vyhodnoceny v původním obsahu pasportizace) - oxid uhličitý k oxidu uhelnatému - CO 2 / CO - úbytek kyslíku k oxidu uhelnatému - O 2 / CO 2 - úbytek kyslíku k oxidu uhličitému - O 2 / CO - oxid uhelnatý k vodíku - CO / H 2 - oxid uhličitý k vodíku - CO 2 / H 2 - oxid uhelnatý k metanu - CO / CH 4 - etan k etylénu - C 2 H 6 / C 2 H 4 - etan k oxidu uhelnatému - C 2 H 6 / CO - etan k oxidu uhličitému - C 2 H 6 / CO 2 - propan k oxidu uhelnatému - C 3 H 8 / CO 2 - propan k úbytku kyslíku - C 3 H 8 / O 2 - iso-butan k oxidu uhličitému - i-c 4 H 10 / CO 2 - iso-butan k úbytku kyslíku - i-c 4 H 10 / O 2 - n. butan k úbytku kyslíku - n-c 4 H 10 / O 2 - n. butan k oxidu uhličitému - n-c 4 H 10 / CO 2 - etylén k vodíku - C 2 H 4 / H 2 - etylén k oxidu uhličitému - C 2 H 4 / CO 2 - etylén k oxidu uhelnatému - C 2 H 4 / O 2 66

67 Výsledky rozborů plynných produktů tepelné oxidace vzorek :1 (119/99) ČSA navážka (g): 139 vstupní průtok: 20 ml/min vstup. koncentrace: 20,9 % Naměřené koncetrace plynů teplota čas průtok o.uhličitý metan o.uhelnatý kyslík vodík etan etylen propan iso-butan n. butan propylen acetylen C min ml /min % ppm ppm % ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm 40 30,33 16,49 0,3 20,0 1,0 20,4 10 0,3 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0, ,03 17,22 0,4 49,6 24,0 19,7 46 1,2 0,1 0,3 0,0 0,0 0,0 0, ,75 19,42 0,8 107,8 198,0 18,3 98 1,2 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0, ,90 17,30 1,1 259,4 495,0 17, ,9 0,5 0,6 0,3 0,2 0,3 0, ,87 19,33 1,0 417,0 1075,0 15, ,1 1,5 0,8 0,3 0,2 0,3 0, ,98 19,25 0,8 348,0 1890,0 13, ,7 2,2 1,4 0,7 0,8 0,1 0, ,33 18,29 1,6 461,0 4760,0 6, ,9 6,4 5,7 1,0 3,2 0,2 0, ,20 19,84 1,9 373,0 6320,0 3, ,8 14,8 18,9 3,4 8,2 0,6 0, ,23 17,71 3,2 401, ,0 0, ,5 25,0 36,9 11,2 17,6 1,9 0,0 Uvolněné množství plynů (ml/t. min) teplota úbyt. O 2 sp. kyslík o.uhličitý metan o.uhelnatý vodík etan etylen propan iso-butan n. butan propylen C % 40 0, ,36 2,42 0,12 1,19 0,03 0,00 0,01 0,00 0,00 0, , ,42 2,44 2,97 5,70 0,15 0,01 0,03 0,00 0,00 0, , ,67 2,56 27,66 13,69 0,17 0,02 0,05 0,02 0,03 0, , ,25 2,17 61,61 23,40 0,36 0,06 0,07 0,03 0,03 0, , ,84 2,17 149,47 41,02 0,85 0,20 0,11 0,04 0,03 0, , ,04 1,83 261,68 58,84 1,20 0,30 0,20 0,10 0,11 0, , ,57 0,83 626,50 107,27 3,01 0,84 0,75 0,13 0,42 0, , ,21 0,46 902,14 206,26 5,82 2,11 2,70 0,49 1,17 0, , ,79 0, ,04 377,17 7,20 3,19 4,70 1,43 2,24 0,24 Poměry koncentr. plynů C 2 H 4 ;C 3 H 8 /C 3 H 6 ;H 2 ;CO;CO 2 ; O 2 Teplota C C 2 H 4 / C 3 H 6 C 2 H 4 / H 2 C 2 H 4 / CO C 2 H 4 / CO 2 C 2 H 4 / O 2 C 3 H 6 / H 2 C 3 H 6 / CO C 3 H 6 / CO 2 C 3 H 6 / O ,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0, ,85E-01 2,17E-03 4,17E-03 2,38E-05 8,33E-06 0,00 0,00 0,00 0, ,41E-01 1,53E-03 7,58E-04 1,97E-05 5,77E-06 1,84E-03 9,09E-04 2,37E-05 6,92E ,97E-01 2,50E-03 9,49E-04 4,35E-05 1,34E-05 1,60E-03 6,06E-04 2,78E-05 8,57E ,79 4,92E-03 1,35E-03 1,51E-04 2,74E-05 1,02E-03 2,79E-04 3,13E-05 5,66E ,53 5,18E-03 1,16E-03 2,62E-04 2,86E-05 2,59E-04 5,82E-05 1,31E-05 1,43E ,12 7,85E-03 1,34E-03 4,05E-04 4,38E-05 2,45E-04 4,20E-05 1,27E-05 1,37E ,83E-01 1,02E-02 2,34E-03 7,63E-04 8,36E-05 4,15E-04 9,49E-05 3,09E-05 3,39E ,78E-01 8,45E-03 1,83E-03 7,94E-04 1,21E-04 6,42E-04 1,39E-04 6,03E-05 9,22E-06 67

68 Vzorek č.1 - OKR, Důl ČSA, z. Jan Karel, 40. Sloj, 3. kra uvolněné množství (ml/t.min) ,1 0, teplota ( C) spotř. kyslík o.uhličitý metan o.uhelnatý vodík etan etylen propan iso-butan n. butan propylen Obr Uvolněná množství plynů vzorku č. 1 pasportizace , (VVUÚ 1999) Obr Průběh etylénu k vodíku, vzorek č. 1 pasportizace , (VVUÚ 1999) 68

69 4.2.6 Hodnocení náchylnosti k samovznícení metodou pulsní kalorimetrie Hodnocení náchylnosti k samovzníceni metodou pulsní kalorimetrie bylo realizován na Ostravské univerzitě. Výsledky stanovení náchylnosti posuzovaného vzorku uhlí k samovznícení metodou pulsní kalorimetrie uvádí následující tabulka : Hodnocení stupně náchylnosti k samovznícení metodou pulsní kalorimetrie Vzorek Obsah vody, W (%) Hodnota q 30 (J/g) Náchylnost k SZ č.1 1,0 0,62 + 0,04 zvýšená Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení Hodnocení vlivu kontaktu uhlí a jeho náchylnost k samovzníceni bylo realizováno na Ostravské univerzitě. Výsledky ovlivnění uhelného vzorku působením vody při 200 C uvádí tabulka níže. Hodnoty uváděné v tabulce, q 30 (H 2 O) a q 30 (bez H 2 O), jsou hodnoty oxidačních tepel pro vzorek vystavený působení vody, resp. bez působení vody. Oba údaje byly odečteny z grafu, obr. 4.14, při obsahu vody, odpovídající hodnotě W daného vzorku při stanovení náchylnosti k samovznícení. Vliv kontaktu uhlí s vodou je vyjádřen bezrozměrným ukazatelem q W. Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení Vzorek q 30 (H 2 O) q 30 (bez H 2 O) Ukazatel q W Ukazatel q W (J/g) (J/g) (-) ( %) č.1 0,71 0,40 1,

70 Vzorek č.1 - OKR, Důl ČSA Karviná, z. Jan Karel, 40. sloj, 3. kra 0,8 Oxidační teplo q30 (J/g) 0,6 0,4 0, C, bez vody 200 C, + voda 0 0,5 1 1,5 2 Obsah vlhkosti W (%) Obr Závislosti vlivu hašení uhlí vodou, vzorek č. 1 pasp , (Taraba ) Hodnocení náchylnosti k samovznícení průsečíkovou metodou CPT Rozbory uhelných vzorků průsečíkovou metodou CPT byly realizovány HGF VŠB TU Ostrava. Metoda CPT nebyla do roku 1999 v České republice používána. Klasifikace náchylnosti k samovznícení podle metody CPT byla stanovena v roce 2002 na základě vyhodnocení 23 uhelných vzorků. Z tohoto důvodu nebyla v průběhu let naměřeným výsledkům přiřazována třída náchylnosti. Výsledek rozboru vzorku č. 1 (průsečík s charakteristikou inertu) : K průsečíku křivek teploty došlo u vzorku č. 1 při 149,3 o C, viz obr Vliv inertizace dusíkem Vliv inertizace dusíkem byl ověřen metodou CPT srovnáním hodnot teploty průsečíků teplotních křivek při rozboru vzorku neupraveného a vzorku vystaveného působení dusíku při teplotě 120 o C a dobu 24 hodin. Výsledky rozboru : 70

71 K průsečíku křivek teploty neupraveného vzorku došlo při 149,3 o C, K průsečíku křivek teploty u vzorku vystaveného inertizaci dusíkem došlo 107,5 o C. Zvýšena náchylnost k samovznícení vlivem inertizace dusíkem se projevila zvýšenou dynamikou oxidace, která způsobila snížení hodnoty průsečíku teplotní charakteristiky o 41,8 o C, viz obr Limitní koncentrace kyslíku samovznícení uhlí Limitní koncentrace kyslíku samovznícení byla ověřena metodou CPT. Vzorek byl vystaven oxidaci směsí 10 % O 2 a 90 % N 2. Výsledek rozboru : K průsečíku křivek teploty u vzorku vystaveného 10 % O 2 NEDOŠLO, viz obr Rozdíl teplot [ C] VŠB - TU Ostrava, Laboratoř samovznícení látek Vzorek č. 1 Důl ČSA Karviná, 40. sloj, prorážka zrnitost vzorku: 0,5-1 mm, průtok plynů: 50 ml/min vliv N 2 100% kyslík vliv dusíku 10% kyslík 10 5 základní % Slepá charakteristika [ C] Průsečíky CPT Neupravený vzorek, 100 % O 2 Vliv dusíku, 100 % O 2 Oxidace při 10 % O 2 Vliv inertizace dusíkem = 149,3 o C = 107,5 o C = NENÍ = -41,8 o C Obr Výsledky rozborů metodou CPT, vzorek č. 1 pasportizace Souhrn výsledků Závěrečnou stránku každé kapitoly k ověřovanému uhelnému vzorku v pasportizaci tvořila strana souhrnu výsledků : 71

72 Souhrn vzorku č.1 Lokalita: : OKD, a.s., Důl Čs.armáda, o.z., závod Jan Karel Sloj : 40. Kra : 3. Důlní dílo : prorážka Pevnost uhlí : 15 MPa Spalné teplo : 36,32 MJ Hustota zdánlivá : 1275,3 kg m -3 Specifický povrch : 8,2 m 2 g -1 Obsah síry celk. : 0,66 % Prchavky V daf : 24,03 % Obsah vitrinitu : 51,9 % Obsah liptinitu : 6,5 % Parametry náchylnosti k samovznícení : Metoda podle Olpinského : náchylnost k SZ malá - 1. kategorie Metoda adiabatická : náchylnost k SZ malá - 1. kategorie Metoda pulsní kalorimetrie : náchylnost k SZ zvýšená Metoda CPT průsečík : 149,3 C Kritická teplota T KA : 86 C Indukční doba v kyslíku : 267,1 hod. Indukční doba ve vzduchu : 801,2 hod. Bezpečná teplota : 32 C Kritický rozměr pro t = 40 C: 0,444 m Limitní konc. O 2 pro prevenci: 10 % Vliv inertizace dusíkem : zvyšuje náchylnost k SZ, - 41,8 o C Vliv hašení vodou : zvýšení náchylnosti k SZ o 75 % Plynné produkty oxidace : viz kap. (číslo kapitoly), graf (číslo grafu) 72

73 5. Vyhodnocení pasportizací Pasportizace slojí OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení obsahuje celkem 64 základních uhelných vzorků zpracovaných v létech Z toho 41 vzorků v létech a 23 vzorků v létech Celkem v pěti případech byly odebrány dva až čtyři vzorky z jednoho profilu sloje pro ověření variability vlastností uhelné hmoty v jednom profilu sloje. Uhelné vzorky násobných odběrů byly analyzovány na náchylnost k samovznícení metodou podle Olpinského. Další rozbory těchto vzorků byly realizovány pouze u vybraných vzorků podle náchylnosti ověřené metodou podle Olpinského. V celkovém kvantitativním hodnocení byly násobné odběry vzorků z jednoho profilu započteny vždy jako jeden uhelný vzorek. Vyhodnocení pasportizace zahrnuje několik samostatných okruhů zaměřených na charakreristické parametry a okruhy získaných dat. Odlišnosti jednotlivých okruhů byly podmíněny rozdílem hodnocených parametrů dílčích období pasportizace. V létech byla náchylnost uhelných vzorků hodnocena dvěmi metodami, metodou podle Olpinského a metodou oxidace za adiabatické. V létech byly uhelné vzorky hodnoceny na náchylnost k samovznícení dalšími dvěmi metodami, metodou pulsní kalorimetrie a průsečíkovou metodou CPT. Uhelné vzorky v létech byly hodnoceny izotermickou metodou (RID). Z této různorodosti vyplynula nejednotnost vyhodnocení náchylnosti k samovznícení v daných obdobích. Jednotné databáze byly vytvořeny k vyhodnocení průměrného vzorku OKR zahrnujícího část sledovaných parametrů a k vyhodnocení plynných produktů tepelné oxidace uhelných vzorků vzhledem k realizací všech rozborů tepelné oxidace na totožném pracovišti VVUÚ, a.s. Pro účely přehlednosti byla zavedena číselná identifikace zpracovaných vzorků označena symbolem ID (ID - identifikace uhelných vzorků pasportizace podle tabulky 5.1). Identifikace uhelných vzorků za období obsahuje dvě číslice oddělené lomítkem. Prvá číslice vyjadřuje číslo svazku (dílčí výzkumné zprávy) podle časového pořadí, druhá číslice vyjadřuje pořadí uhelného vzorku ve svazku. V létech byly uhelné vzorky pouze číslovány pořadovým číslem od 1 do 23 v časové posloupnosti. Tabulka 5.1 uvádí přehled uhelných vzorků OKR zpracovaných v létech Z důvodu nejednotného obsahu dílčích výzkumných zpráv a nejednotných rámcových obsahu jednotlivých časových období bylo vyhodnocení rozděleno do dvou subkapitol popisujících jednotlivá dílčí období, tj. léta a Třetí subkapitola byla věnována společným databázím. 73

74 Tab. 5.1 Přehled uhelných vzorků pasportizace poř. č ID Důl sloj lokalita odběru Zdroj 1 1/1 1.Máj 40. Třída , staničení 35 m (Harašta 1986) 2 1/2 1.Máj 40. Třída , staničení 419 m, vrchní lávka (Harašta 1986) 3 1/3 1.Máj 40. Pror , stan. 354 m, vpravo od poruchy (Harašta 1986) 4 1/4 1.Máj 40. Pror , stan. 354 m, vlevo od poruchy (Harašta 1986) 5 1/5 1.Máj 40. Porub , vrchní lávka (Harašta 1986) 6 1/6 1.Máj 40. Porub , spodní lávka (Harašta 1986) 7 1/7 1.Máj 40. Třída , staničení 147 m, spodní lávka (Harašta 1986) 8 1/8 1.Máj 40. Porub , 40 m v por. od tř , st. 46 m (Harašta 1986) 9 1/9 1.Máj 40. Porub , vrchní lávka (Harašta 1986) 10 1/10 1.Máj 40. Porub , spodní lávka (Harašta 1986) 11 2/1 1.Máj 40. Třída , staničení 118,5 m, spodní lávka (Harašta ) 12 2/2 1.Máj 40. Porub , vrchní lávka (Harašta ) 13 2/3 1.Máj 40. Z prorážky porubu , 2 m od třídy (Harašta ) 14 3/1 Dukla 40.(18.) Porub 18113, 9 m od výd. tř ve stan. 202 m (Harašta ) 15 3/2 Dukla 40.(18.) Porub 18113, 20 m od výd. tř ve stan. 361 m (Harašta ) 16 3/3 Dukla 40.(18.) Třída ve staničení 342 m (Harašta ) 17 3/4 Dukla 40.(18.) Třída 18364, staničení 124,5 m (Harašta ) 18 3/5 Dukla 40.(18.) Porub 18401, vrchní lávka, staničení 773,8 m (Harašta ) 19 3/6 Dukla 40.(18.) Porub 18411, spodní lávka, staničení 813 m (Harašta ) 20 3/7 Dukla 40.(18.) Porub 18511, staničení 330,1 m (Harašta ) 21 4/1 Dukla 40.(18.) Porub (Harašta 1998) 22 4/2 1.Máj 40. Třída , staničení 28 m (Harašta 1998) 23 4/3 1.Máj 37. Porub , v prorážce (Harašta 1998) 24 4/4 Doubrava 37. Čelba , staničení 603 m (Harašta 1998) 25 4/5 Doubrava 37. Čelba , staničení 18 m (Harašta 1998) 26 4/6 Doubrava 37. Čelba , staničení 720 m (Harašta 1998) 27 4/7 Doubrava 37. Porub , V.L. (Harašta 1998) 28 4/8 Doubrava 37. Čelba (Harašta 1998) 29 4/9 Doubrava 39. Čelba , staničení 645 m (Harašta 1998) 30 4/10 Doubrava 39. Čelba , staničení 900 m (Harašta 1998) 31 5/1 Doubrava 37. Důlní dílo IV, staničení 155 m (Věžníková ) 32 6/1 Lazy 39. Prorážka (Věžníková ) 33 6/2 Lazy 40. Třída , staničení 300 m (Věžníková ) 34 6/3 Lazy 40. Prorážka (Věžníková ) 35 6/5 Doubrava sloj, 6 kra, st. 25 m (Věžníková ) 36 6/6 Lazy 33. Porub (Věžníková ) 37 7/1 Darkov 37. Porub (Věžníková 1992) 38 7/2 Darkov 39. Porub (Věžníková 1992) 39 8/1 Doubrava 39. Porub u ústí třídy do porubu (Věžníková 1993) 40 8/2 Dukla 38. Porub (Věžníková 1993) 41 8/3 Darkov 39. Čelba chodby (Věžníková 1993) 42 1 ČSA 40 kra 3., prorážka 13032, staničení 50m (Adamus ) 43 2 ČSA 19 kra 11., čelba 11905/2, staničení 792m (Adamus ) 44 3 Doubrava 39 kra 3., čelba 33920, staničení 17m (Adamus ) Doubrava 40 kra 3., čelba 34026, staničení 243m (Adamus ) 46 5 Doubrava 39 kra 7., prorážka 73973/I, spodní lávka (Adamus ) 47 6 Lazy 38 kra 2., úvodní třída 38203, staničení 435m (Adamus ) 48 7 Lazy 38 kra 2., prorážka , staničení 135m (Adamus ) 49 8 Dukla 432 kra 5., čelba 32541, staničení 349m (Adamus ) 50 9 Dukla 436 kra 5., porub 36514, 10m od úvodní třídy v rubání (Adamus ) ČSA 19 kra 11., čelba 11908, staničení 11m (Adamus ) ČSA 39 kra 3., porub , 40m od výdušné (Adamus ) Lazy 40 kra 54., čelba 40505, staničení 210m (Adamus ) Lazy 40 kra 1., porub , 10m od výdušné třídy (Adamus ) ČSM, sever 30 kra 2., čelba , staničení 20 m (Adamus ) ČSM, sever 29 kra 3., porub , stan. 69 m, úv. chodba (Adamus ) Doubrava 40 kra 3., třída 34024, staničení 57 m (Adamus ) ČSM, jih 40 kra 3. Čelba , staničení 713 m (Adamus ) ČSM, jih 32 kra 3., porub , spodní úvrať (Adamus ) ČSM, jih 30 kra 3., čelba , staničení 334 m (Adamus ) Darkov 3 40 kra 4., čelba 40443/2, staničení 1 m (Adamus ) Darkov 3 39 kra 2., čelba 39241/4, staničení 69 m (Adamus ) Staříč pole č. 2, pror /4, stan.94 m (Adamus ) Staříč 056 pole 2, přek. 2251, le. bok 1,7 m ve st.101 m (Adamus ) 74

75 5.1 Pasportizace Mezi parametry pasportizace daného období, které později nebyly sledovány patřil obsah zbytkových plynů, určení inhibitorů a zpětná adsorpce plynných produktů tepelné oxidace. Čtyři případy z pěti vícenásobných odběrů vzorků z jednoho profilu byly vyhodnoceny v roce 1987 (jeden v roce 2000). Tyto a další parametry a podklady byly v následujících subkapitolách stručně kompilovány Zbytkové plyny Zbytkové plyny byly ověřovány v létech Při laboratorním postupu podle subkapitoly 3.2 byl sledován ve 44 případech metan a etan, ve 14 případech byl indikován propan. Měření oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého proběhlo 7 krát s indikací 7 případů oxidu uhličitého, 4 případů oxidu uhelnatého. V jednom případě byl měřen n-butan a i-butan. V uhelných vzorcích byly zastoupeny sloje č. 40 (22 vzorků), č. 37 (8 vzorků), č. 39 (3 vzorky), č. 33 (1 vzorek). Tab. 5.2 Zbytkové plyny Sloj Počet vzorků počet záz. Zbytkový plyn, cm 3.g -1 Metan Etan Propan průměr rozmezí poč. záz. průměr rozmezí poč. záz. průměr rozmezí ,925 3,1-0, ,004 0, , , ,12 3,1-0, ,0035 0, , ,192 0,26-0,14 3 0,0058 0, , ,694 1,37-0,05 8 0,0055 0, ,0008 0, , , Oxid uhličitý byl měřen v 7 případech s průměrným vývinem 0,0122 cm 3.g -1, oxid uhelnatý ve 4 případech s průměrným vývinem 3, cm 3.g -1, n-butan v jednom případě (2, cm 3.g -1 ) a i-butan rovněž v jednom případě (5, cm 3.g -1 ). Z uvedených hodnot vyplývá, že etan se uvolňoval souběžně s metanem v množství o 2 až 3 řády nižším, ostatní plyny byly detekovány převážně ve stopových množstvích. Zaznamenán byl rovněž výskyt butanu a ostatních uvedených plynů Inhibitory V létech byly ověřovány účinnosti inhibičních účinků chemických látek na snížení náchylnosti uhlí k samovznícení a zatlumení samovzněcovacího procesu. Postup a charakteristika ověřování byla stručně popsána v subkapitole Příklad vyhodnocení účinnosti inhibitorů uhelného vzorku ID 3/7 byl uveden v subkapitole 4.1 (obr. 4.3, 4.8). Z vyhodnocení výsledků ověřování účinnosti inhibitorů vyplynulo, že pro tlumení vznikajícího záparu byly nejčastěji doporučovány látky siřičitan sodný krystalický a síran amonný, tlumící teplotní gradient metody podle Olpinského v průměru na polovinu při 75

76 koncentraci inhibitoru 250 g.l -1 v roztoku s vodou. Při koncentraci 125 g.l -1 byla účinnost inhibitorů ve většině případů o cca třetinu nižší. V některých případech byl doporučován křemičitan sodný (vodní sklo) a chlorid sodný. Účinnost byla vyjádřena v procentech poklesu hodnoty indexu náchylnosti k samovznícení SZ b+f uhelného vzorku preparovaného inhibitory (viz obr. 4.3). V případě siřičitanu sodného krystalického se účinnost při koncentraci inhibitoru v roztoku 250 g.l -1 pohybovala v rozmezí od 22 do 76 % při průměrné hodnotě 47 %. V případě síranu amonného v rozmezí od 25 do 78 % s průměrem 45 %. Pro účely prevence byla účinnost posuzována průběhem nárůstu teploty uhelného vzorku metodou oxidace za adiabatických podmínek. Jako doporučený inhibitor pro prevenci byl určen inhibitor s nejvyšší účinnosti, bez určení hodnoty účinnosti. Např. podle obr. 4.8., uhelný vzorek ID 3/7, byl jako účinný inhibitor pro prevenci určen chlorid sodný. Zatímco pro účely tlumení vznikajícího záparu nebyla variabilita doporučených inhibitorů vysoká a téměř ve všech případech byl doporučen siřičitan sodný krystalický a síran amonný, v případech inhibitorů pro prevenci byla variabilita doporučených látek značná. Mezi nejčastěji doporučované inhibitory patřily siřičitan sodný krystalický, vodní sklo, síran amonný a chlorid sodný. Mezi inhibitory s nižší účinnosti patřila např. močovina. V některých případech však byly uvedené inhibitory označeny jako nevhodné. Pro uhelný vzorek ID 4/3 byl doporučen chlorid sodný, zatímco vodní sklo bylo označeno jako nevhodné. U některých uhelných vzorků (ID 7/1,7/2) nebyla prokázána inhibiční účinnost žádné z vyšetřovaných látek. Z daných skutečností vyplynulo, že pro použití inhibitoru pro preventivní účely je vhodné určit inhibitor individuálně pro konkrétní uhelný pilíř. Efektu působení chemických inhibitorů na uhlí OKR se věnoval rovněž autor (Taraba 1988). Díky poznatkům obdrženým z laboratorních rozborů působení vody a třech chemických látek (krystalický siřičitan sodný, chlorid sodný, dusičnan amonný) na třináct uhelných vzorků OKR upozorňuje na chemické působení krystalického siřičitanu sodného, které je doprovázeno desetinásobně vyšším vývinem smáčecího tepla, než je tomu při smáčení uhlí vodou. Konstatuje, že v krystalický siřičitan sodný může při aplikaci v roztoku % v prvé fázi svého působení na uhelnou hmotu zvýšit teplotu injektované zóny v nejnepříznivějším případě o 13 o C. Další poznatky citovaného autora lze nalézt například v literatuře (Taraba 1997, 2001) Zpětná adsorpce plynných produktů tepelné oxidace Celkem u dvaceti osmi uhelných vzorků bylo v létech ověřeno chování uvolněných plynných produktů tepelné oxidace při zpětné cirkulaci těchto plynů přes uhelný vzorek. Laboratorní postup byl stručně popsán v subkapitole 3.5. Příklad naměřených a vyhodnocených koncentrací sledovaných plynů uhelného vzorku ID 3/7 je uveden na obrázcích 4.6 a 4.7. Pokles koncentrací plynných složek je na obrázku 4.7 graficky znázorněn od výchozího bodu o teplotě 360 o C k teplotě konečné 20 o C. Na ose y grafu lze odečíst pokles koncentrace dané složky v %. Z rozboru zpětné adsorpce dvaceti osmi ověřených uhelných vzorků vyplynulo, že nenasycené plynné uhlovodíky měly převážně vyšší stupeň intenzity adsorpce oproti ostatním hodnoceným plynům. Z nasycených uhlovodíků se nejintenzivněji adsorboval i-butan, následně n-butan. Mezi plyny s nejnižší intenzitou adsorpce patřil oxid uhelnatý, oxid uhličitý a metan. Nejintenzivněji byl adsorbován propylén. Ve dvanácti případech byl propylén zcela 76

77 adsorbován při poklesu teploty uhelné hmoty z 360 o C na 280 o C. Propylén následoval ve většině případech etylén a butany. Teplota 80 o C byla charakterizována vymizením především propylénu a poklesem ostatních plynných uhlovodíku zpravidla o více než 70 % původní koncentrace. Pokles oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého a metanu se v průměru pohyboval při teplotě 80 o C v rozmezí od 40 do 60 % původních koncentrací Náchylnost k samovznícení Tab. 5.3 Náchylnost uhelných vzorků k samovz. vybraných slojí OKR ( ) ID Důl kra lokalita odběru SZa At 1/1 1.Máj 40. Třída , staničení 35 m 15 1,86 1/2 1.Máj 40. Třída , staničení 419 m, vrchní lávka 29 5,24 1/3 1.Máj 40. Pror , stan. 354 m, vpravo od poruchy 31 4,88 1/4 1.Máj 40. Pror , stan. 354 m, vlevo od poruchy 36 8,17 1/5 1.Máj 40. Porub , vrchní lávka 34 2,28 1/6 1.Máj 40. Porub , spodní lávka 29 1,91 1/7 1.Máj 40. Třída , staničení 147 m, spodní lávka 35 4,78 1/8 1.Máj 40. Porub ,40 m v por.od tř , st.46 m 45 5,16 1/9 1.Máj 40. Porub , vrchní lávka 32 1,88 1/10 1.Máj 40. Porub , spodní lávka 27 0,65 2/1 1.Máj 40. Třída , staničení 118,5 m, spodní lávka 42 2,58 2/2 1.Máj 40. Porub , vrchní lávka 30 0,88 2/3 1.Máj 40. Z pror. porubu , 2 m od třídy ,20 3/1 Dukla 40.(18.) Porub 18113, 9 m od výd. tř , st. 202 m 46 4,73 3/2 Dukla 40.(18.) Porub 18113, stan. 361 m 47 9,80 3/3 Dukla 40.(18.) Třída ve staničení 342 m 54 5,23 3/4 Dukla 40.(18.) Třída 18364, staničení 124,5 m 55 5,38 3/5 Dukla 40.(18.) Porub 18401, vrchní lávka, staničení 773,8 m 57 2,16 3/6 Dukla 40.(18.) Porub 18411, spodní lávka, staničení 813 m 49 3,67 3/7 Dukla 40.(18.) Porub 18511, staničení 330,1 m 40 2,57 4/1 Dukla 40.(18.) Porub ,08 4/2 1.Máj 40. Třída , staničení 28 m 28 3,64 4/3 1.Máj 37. Porub , v prorážce 43 1,19 4/4 Doubrava 37. Čelba , staničení 603 m 28 2,25 4/5 Doubrava 37. Čelba , staničení 18 m 32 1,19 4/6 Doubrava 37. Čelba , staničení 720 m 32 3,48 4/7 Doubrava 37. Porub , V.L. 57 3,64 4/8 Doubrava 37. Čelba ,71 4/9 Doubrava 39. Čelba , staničení 645 m 35 0,89 4/10 Doubrava 39. Čelba , staničení 900 m 27 0,74 5/1 Doubrava 37. Důlní dílo IV, staničení 155 m 36 0,10 6/1 Lazy 39. Prorážka ,65 6/2 Lazy 40. Třída , staničení 300 m 38 3,24 6/3 Lazy 40. Prorážka ,83 6/5 Doubrava sloj, 6 kra, st. 125 m 37 3,33 6/6 Lazy 33. Porub ,18 7/1 Darkov 37. Porub ,20 7/2 Darkov 39. Porub ,29 8/1 Doubrava 39. Porub u ústí třídy do porubu 45 4,21 8/2 Dukla 38. Porub ,00 8/3 Darkov 39. Čelba chodby ,17 77

78 Náchylnost uhelných vzorků k samovznícení byla v létech ověřována metodou podle Olpinského a metodou oxidace za adiabatických podmínek. Souhrn naměřených hodnot uvádí tabulka 5.3. Náchylnost k samovznícení metodou podle Olpinského je vyjádřena indexem SZa v rozměru o C.min -1 (viz subkapitola 3.3.1). V případě metody oxidace za adiabatických podmínek je náchylnost k samovznícení vyjádřena průměrným nárůstem teploty At v rozměru o C.h -1. Průměrná hodnota indexu samovznícení metody podle Olpinského všech čtyřiceti jedna uhelných vzorků činí SZa = 39,3 o C.min -1, při průměrné hodnotě popela A a = 6,3 % (určeno z databáze), tj. podle vztahu 3.2 SZb = 41,95 o C.min -1, kategorie 2. - náchylnost k samovznícení střední (viz tab. 3.2). Průměrná hodnota průměrného nárůst teploty podle metody adiabatické oxidace činí At = 3,1 o C.h -1, tj. kategorie 1, náchylnost k samovznícení malá (viz tab. 3.4). Tabulka 5.4 uvádí vyhodnocení okruhů dat podle slojí v OKR a podle slojí a dolů OKR s minimální četnosti čtyř zpracovaných uhelných vzorků. Tab. 5.4 Průměrné hodnoty náchylností k samovz. vybraných slojí OKR ( ) Specifikace poč. vz. Α a % V daf % SZa o C.min -1 Olpinski SZb o C.min -1 Kat. Náchylnost Adiabatická At o C.h -1 Kat. Náchylnost OKR 41 6,3 30,5 39,3 41,9 2 STŘEDNÍ 3,1 1 MALÁ 40. sl. OKR 24 5,9 30,1 37,6 40,0 2 STŘEDNÍ 3,7 1 MALÁ 37. sl. OKR 8 9,0 29,7 37,2 40,9 2 STŘEDNÍ 2,1 1 MALÁ 39. sl. OKR 7 5,4 27,2 43,0 45,5 2 STŘEDNÍ 1,9 1 MALÁ 40. sl. 1. Máj 14 7,0 30,1 31,6 33,9 1 MALÁ 3,2 1 MALÁ 40. sl. Dukla 8 4,7 34,6 49,1 51,5 2 STŘEDNÍ 4,6 1 MALÁ 37. sl. Doubrava 5 10,3 30,9 37,5 41,2 2 STŘEDNÍ 2,6 1 MALÁ 39. sl. Doubrava 4 7,1 26,9 36,0 38,7 1 MALÁ 2,3 1 MALÁ Nejvyšší hodnoty indexů náchylnosti k samovznícení prokázaly v individuálním hodnocení podle slojí a dolů uhelné vzorky sloje č. 40 Dolu Dukla (č.18) v souladu s nejvyšší hodnotou obsahu prchavých hořlavin a nejnižší hodnotou obsahu popela. Nejvyšší průměrnou hodnotu indexu náchylnosti samovznícení SZb vykázala v měřítku OKR sloj 39., v případě indexu At sloj č. 40. V souboru hodnocených uhelných vzorků (tab. 5.3) nalézáme vzorek s nejvyšší hodnotou indexu metody podle Olpinského vzorek ID 8/2, sloj č. 38 Dolu Dukla (porubu č ), s hodnotou SZb = 64 o C.min -1, náchylnost STŘEDNÍ. Je to vzorek rovněž s relativně vysokou hodnotou indexu At = 5,0 o C.h -1, náchylnost STŘEDNÍ, (A a = 4,0 %; V daf = 31,6 %). V případě hodnocení metodou oxidace za adiabatických podmínek nalézáme v tabulce 5.3 nejnáchylnější vzorek ID 3/2, sloje č. 40 Dolu Dukla (č.18), porub 18113, s hodnotou indexu At = 9,8 o C.h -1, náchylnost STŘEDNÍ, (SZb = 47 o C.min -1 náchylnost STŘEDNÍ; A a = 4,0 %; V daf = 31,6 %). 78

79 5.1.5 Odlišnost náchylnosti k samovznícení v profilu sloje Z celkového počtu 64 uhelných vzorků zpracovaných v OKR v rámci pasportizace v létech bylo pět vzorků odebráno bodově vícenásobně v jednom profilu sloje. Cílem bylo postižení variability náchylnosti uhlí k samovznícení uhlí v totožném profilu sloje. Obr. 5.1 uvádí schéma profilu, místa čtyřnásobného odběru uhelného vzorku na Dole Dukla, ve sloji č. 40., porubu č , vzorek ID 3/1(Harašta ). Číslice 1-4 v levém sloupci profilu sloje na obrázku 5.1 označují místo odběru vzorku uhlí s uvedenou makropetrografickou charakteristikou. Tabulka 5.5 shrnuje vybrané hodnoty základního chemického rozboru a hodnoty indexu náchylnosti k samovznícení SZ b+f metody podle Olpinského. Obr. 5.1 Odběr čtyř vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu Dukla, ID 3/1, (Harašta ) Tab. 5.5 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 3/1 Zákl. chemický rozbor Olpinski ID 3/1 Makro- W a A a V daf SZ b+f petrografie % % % C.min -1 Kat. Náchylnost 1 LUP 1,95 5,92 34, STŘEDNÍ 2 MU 1,54 4,80 35, MALÁ 3 LUP 2,23 5,33 35, STŘEDNÍ 4 MUP 1,64 5,58 33, MALÁ 79

80 Obdobným způsobem byly zpracovány uhelné vzorky ID 2/1-2/3. Následující obrázky a tabulky uvádějící podrobnosti k těmto vzorkům. Obr. 5.2 Odběr pěti vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu 1. Máj, ID 2/1 (Harašta ) Tab. 5.6 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 2/1 Zákl. chemický rozbor Olpinski ID 2/1 Makro- W a A a V daf SZ b+f petrografie % % % C.min -1 Kat. Náchylnost 1 LUP 1,09 3,22 34, MALÁ 2 MUP 0,98 3,06 31, MALÁ 3 LUP 1,00 4,41 31, MALÁ 3 PU 1,06 3,76 34, MALÁ 4 LUP 1,57 8,47 35, MALÁ 80

81 Obr. 5.3 Odběr dvou vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu 1. Máj, ID 2/2, (Harašta ) Tab. 5.7 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 2/2, (Harašta ) Zákl. chemický rozbor Olpinski ID 2/2 Makro- W a A a V daf SZ b+f petrografie % % % C.min -1 Kat. Náchylnost 1 LUP 0,98 4,37 28, MALÁ 2 PU 0,84 2,40 26, MALÁ 81

82 Obr. 5.4 Odběr čtyř vzorků z profilu sloje č. 40 Dolu 1. Máj, ID 2/3, (Harašta ) Tab. 5.8 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 2/3 Zákl. chemický rozbor Olpinski ID 2/3 Makro- W a A a V daf SZ b+f petrografie % % % C.min -1 Kat. Náchylnost 1 LUP 0,87 4,18 27, MALÁ 2 MU 0,62 8,82 29, MALÁ 3 LUP 0,76 4,14 25, MALÁ 3 LU 0,86 6,65 27, MALÁ Jeden případ vícenásobného odběru uhelného vzorku z profilu sloje byl zpracován v dílčí výzkumné zprávě (Adamus ). Z důvodu ucelenosti dostupných informací o odlišnostech náchylnosti k samovznícení uhlí v profilu sloje jsou výsledky rozborů uvedeny ve této subkapitole. Vícenásobný vzorek byl odebrán v dubnu roku 2000 ve třetí kře Dolu Doubrava na čelbě č ražené ve sloji č. 40. V přehledů uhelných vzorků v tabulce 5.1 je uveden tento vzorek pod identifikaci ID 4-1. Prvá číslice označuje pořadí vzorku v pasportizaci , druhá číslice, oddělená pomlčkou, označuje identifikaci vzorku v profilu sloje podle obr U všech odebraných vzorků na čelbě byl ověřen základní chemický rozbor, elementární rozbor, mikropetrografický rozbor a byla ověřena náchylnost k samovznícení metodou podle Olpinského (SZb). Komplexnímu rozboru všech sledovaných parametrů byl podroben vzorek 4-1. Od předchozích případů vícenásobných odběrů uhelných vzorků, uvedených výše, se předmětný odběr odlišoval výskytem několikacentimetrové vrstvy mylonitického uhelnatého jílovce v profilu sloje (vzorek 4-4). Tabulka 5.9 uvádí hodnocení vybraných parametrů. 82

83 prachovec 70 Prokůpek (505) 50 prachovec PU 10 prachovec 15 LUP 30 prachovec LUP PU 5 mylonitický uhelnatý jílovec 100 MU 210 prachovec Obr. 5.5 Vícenásobný odběr vzorků na čelbě č Dolu Doubrava, ID 4 Tab. 5.9 Hodnocení vícenásobného uhelného vzorku ID 4 Zákl. chemický rozbor Olpinski ID 4 Makro- W a A a V daf SZb petrografie % % % C.min -1 Kat. Náchylnost 4-1 LUP 0,66 3,38 31,31 15,59 1 MALÁ 4-2 PU 0,86 2,06 29,97 21,72 1 MALÁ 4-3 MU 0,60 2,70 27,77 10,67 1 MALÁ 4-4 mylonit 0,77 61,50 37,71 24,70 1 MALÁ V uvedených pěti případech vícenásobných odběrů uhelných vzorků v profilu sloje nebyla nalezena podle metody Olpinského zcela jednoznačně odlišná náchylnost k samovznícení. Nejnižší variabilita byla u dvou odebraných vzorků ID 2/2 (tab. 5.7) s rozdílem indexu 83

84 samovznícení 1 o C.min -1, nejvyšší rozdíl náchylnosti vykázaly vzorky ID 4 (tab. 5.9), tj. 14,03 o C.min -1. Odlišné kategorie náchylnosti k samovznícení v profilu vykázaly pouze vzorky ID 3/1 (tab. 5.5). Rozdíly hodnot indexu samovznícení SZ b+f však byly v tomto případě na rozhraní uvedených kategorií. Výskyty uhlí s nejvyšší hodnotou indexu samovznícení pod stropem důlního díla byly zaznamenány v menšině (dva případy z pěti). Z uvedených případů nevyplynula jednoznačná vyšší náchylnost některého z makropetrografických typů uhlí. 5.2 Pasportizace Jak již bylo uvedeno výše, soubor hodnocených parametrů v období byl z části odlišný od předchozí pasportizace. Obsah pasportizace byl upraven o požadavky odrážející hornickou praxi v OKR v dané době, např. vliv použití dusíku k tlumení endogenních požárů, což souviselo se zvýšenou mírou využití plynného dusíku v OKR po uvedení do provozu Centrálního dusíkového hospodářství OKD, a.s., v roce Hodnocené parametry pasportizace byly specifikovány v subkapitole 2.2 a následně popsány v kapitole 3 monografie. Pro hodnocení náchylnosti uhelných vzorků k samovznícení bylo od roku 1999 využito celkem pět, výše popsaných metod, z čehož izotermická metoda (RID) byla využita pouze v roce 1999 a Vyhodnocení pasportizace bylo částečně sjednoceno s pasportizací Společně byla vytvořena databáze parametrů pro stanovení hypotetického průměrného vzorku OKR, zahrnujícího některé chemicko-fyzikální vlastnosti uhelného vzorku a další parametry, které bylo možné do databáze zahrnout. Přesto byly samostatně vyhodnoceny sledované parametry za období Byly soustředěny do dvou základních okruhů, tj. chemicko-fyzikálních vlastností uhelných vzorků a náchylnosti k samovznícení. V oblasti náchylnosti k samovznícení byl navržen postup hodnocení náchylnosti uhelné hmoty k samovznícením sdružující čtyři použité metody. Výsledným parametrem byl tzv. Index náchylnosti k samovznícení - INS. Následující subkapitoly uvádějí zmíněné tématické okruhy a rovněž komentují v podobě doplňujících parametrů vyhodnocení těch položek, které nebyly do uvedených okruhů vyhodnocení zahrnuty, tj. izotermickou metodu (RID), vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení, vliv plynného dusíku na náchylnost uhlí k samovznícení a limitní koncentraci kyslíku samovznícení Chemicko-fyzikální vlastnosti uhelných vzorků Souhrn hodnocených parametrů všech 23 uhelných vzorků je uveden v příloze č. 1. Tento výčet zahrnuje identifikaci vzorků ID podle tabulky 5.1, lokalitu odběru, vlastnosti vzorků (pevnost v prostém tlaku, hustotu zdánlivou, spalné teplo, specifický povrch), základní chemický rozbor, elementární rozbor, mikropetrografickou analýzu a pórovitost. Následující tabulka 5.10 uvádí průměrné hodnoty uvedených parametrů. 84

85 Tab Průměrné hodnoty základních vlastností uhel. vzor. pasportizace Parametr Symbol Rozměr Průměrná hodnota Variační rozpětí Pevnost v prostém tlaku δ p MPa 19,46 16,86 Hustota zdánlivá d a kg.m ,5 32,61 Spalné teplo Q s MJ.kg -1 32,61 24,28 Specifický povrch UP m 2.g -1 3,96 8,10 Obsah vody analyt. W a % 1,48 2,80 Obsah popela analyt. A a % 7,00 60,43 Prchavá hořlavina (daf) V daf % 26,09 31,31 Uhlík veškerý C d t % 83,08 55,60 Vodík veškerý H d t % 4,81 5,61 Dusík N d % 1,24 1,03 Síra veškerá S d t % 0,54 0,77 Kyslík vypočítaný O d d % 4,78 12,28 Vitrinit Vt % 64,49 51,60 Liptinit L % 6,08 12,40 Inertinit I % 25,37 47,05 Minerální příměsi MP % 5,12 61,90 Objem pórů V poro mm 3.g -1 23,23 33,50 Podíl makropórů v makp % 38,74 45,50 Podíl mezopórů v mezp % 61,26 45, Náchylnost k samovznícení Souhrn parametrů náchylnosti k samovznícení je uveden v příloze č. 2. Příloha shrnuje indexy náchylnosti metody podle Olpinského, průměrný nárůst teploty metody adiabatické oxidace, včetně parametrů stanovených pomoci této metody (kritická teplota, bezpečná teplota, odhad indukční doby), výsledky metody pulsní kalorimetrie a průsečíkové metody CPT. V následující tabulce 5.11 jsou uvedeny průměrné hodnoty náchylností všech hodnocených slojí OKR a slojí s minimální četností dvou hodnocených uhelných vzorků. 85

86 Tab Průměrné hodnoty náchylností k samovz. vybraných slojí OKR ( ) Sloj Počet vzor. Podle Olpinského Oxidace za adiab. podmínek Puls. kalorimet. CPT SZb C.min -1 Kateg. náchyl. At 80 C C.h -1 KTa C Id hod. Kateg. náchyl. q 30 J.g -1 Kateg. náchyl. Průsečík C Kateg. náchyl. OKR 23 26, ,47 83, , , , ,40 82, , , , ,58 76, , , , ,10 87, , , , ,77 87, , , , ,55 71, , ,33 2. ostrav 4 9, ,05 92, , ,42 2. Poz. ostrav - ostravské sloje Nejvyšší náchylnost k samovznícení v hodnoceném souboru tabulky 5.11 vykázala v pěti parametrech z šesti hodnocených sloj č. 19. Pouze jeden hodnocený parametr tohoto uhelného vzorku, průměrný nárůst teploty metody adiabatické oxidace At, měl mírně zvýšenou hodnotu nad průměrem OKR. Nejnepříznivější hodnoty z hlediska hodnocení náchylnosti k samovznícení jsou v tabulce 5.11 zvýrazněny. Nejnižší hodnoty, vyjadřující nízkou míru rizika samovznícení, vykázal ve čtyřech parametrech z šesti hodnocených soubor čtyřech uhelných vzorků odebraných v ostravských slojích (vzorky ID 8, 9, 22, 23). Ostatní dva parametry byly svou hodnotou na straně nízkého rizika od střední hodnoty OKR. Vzorky ostravských slojí vykázaly především nízký index náchylnosti metody podle Olpinského (SZb) a nízkou hodnotu oxidačního tepla metody pulsní kalorimetrie (q 30 ). Sloj č. 40 vykázala střední náchylnost s převahou hodnot (pět z šesti) na straně zvýšeného rizika od středu průměrných hodnot OKR Index náchylnosti k samovznícení INS Hodnocení náchylností uhelných slojí OKR k samovznícení v jednotlivých obdobích zpracování pasportizace bylo uvedeno v tabulkách 5.4 a Tabulky uvádějí výsledné, průměrné hodnoty parametrů dílčích metod hodnoceních okruhů podle kritérií hodnocení náchylnosti, zavedených na výzkumných pracovištích provozujících tyto metody. V uvedených tabulkách je v některých případech zřejmá odlišnost hodnocení a zařazení třídy náchylnosti k samovznícení. Pro objasnění příčin této skutečnosti bylo vypracováno ve spolupráci s autorkou (Věžníková , ) statistické hodnocení korelací vlastnosti uhelných vzorků a parametrů náchylnosti k samovznícení. Jedním z výsledků statistického hodnocení bylo stanovení míry ovlivnění dílčích metod hodnotících náchylnost k samovznícení složením a strukturou uhelné hmoty. Mezi parametry charakterizující složení uhelné hmoty byly zahrnuty výsledky základního chemického a elementárního rozboru. Mezi parametry charakterizující strukturu uhelné hmoty patřil specifický povrch, objem pórů a podíl objemu makropórů. Výsledky řešení jsou uvedeny na obrázku 5.6 a tabulce

87 Obr. 5.6 Ovlivnění výsledků metod hodnotících náchyl. k samovz., (Věžníková ) Tab Ovlivnění výsledků metod hodnotících náchylnost k samovznícení v % Ovlivnění % parametr složení struktura neurčené SZa 56,7 0 43,3 At 13,5 51,9 34,6 CPT 0 38,7 61,3 q 30 46,8 0 53,2 Z uvedených výsledků je patrná míra ovlivnění jednotlivých metod složením a strukturou uhelné hmoty. Zatímco metodu podle Olpinského a metodu pulsní kalorimetrie ovlivňuje podle daného hodnocení pouze složení uhelné hmoty, průsečíkovou metodu CPT ovlivňuje pouze struktura uhlí. Obě skupiny parametrů ovlivňují metodu oxidace za adiabatických s převahou vlivu struktury uhlí. Uvedené rozdíly mezi kvalitou hodnocení náchylnosti k samovznícení u jednotlivých metod směřovaly ke stanovení komplexního parametru náchylnosti k samovznícení sdružující výsledky všech čtyřech metod. Tímto parametrem se stal tzv. index náchylnosti k samovznícení INS. Navržená metoda vychází z hodnot náchylností uhelných vzorků, obdržených v rámci pasportizace (příloha č.2). V daném návrhu byl všem dílčím metodám udělen rovnocenný, normovaný, hodnotový význam a výsledný parametr byl vyjádřen v jednom hodnotícím parametru INS. Pro uvedený návrh jednotného hodnocení 87

88 byl zvolen normovaný index nabývající hodnoty od 0 do 1 a byla navržena třístupňová klasifikační stupnice náchylnosti - náchylnost nízká, střední a vysoká. Rozhraní mezi stupni bylo zvoleno lineárně ( ). Z tohoto důvodu nebylo možné využít původní klasifikační stupnice pracovišť VVUÚ, a.s., (čtyři stupně). Byly opuštěny dosavadní klasifikační stupnice metod podle Olpinského (tab. 3.2) a metody oxidace za adiabatických podmínek (tab 3.4) a pro každou metodu bylo ze souboru dat přílohy č. 2 určeno rozmezí příslušného parametru pro následné vyjádření indexu náchylnosti v hodnotě 0,0-1,0. Na základě přílohy č. 2 byly pro dílčí metody navrženy následující rozmezí parametrů vycházejících z minimálních a maximálních naměřených hodnot, obdržených v rámci předmětného výzkumu v létech Interval mezních hodnot metody pulsní kalorimetrie byl konzultován s autorem metody Prof. Ing. B. Tarabou, CSc. Zvolená variační rozpětí hodnot : Metoda podle Olpinského: SZa = 0-75 o C.min -1 Metoda adiabatické oxidace: At = 0-6 o C.h -1 Metoda pulsní kalorimetrie: q 30 = J.g-1 Metoda CPT: CPT = o C Variační rozmezí dílčích metod byla následně upravena na normované hodnotové vyjádření v intervalu 0,0-1,0 pomocí následujících algebraických výrazů (měřená hodnota dělena hodnotou intervalu): Metoda podle Olpinského I O = SZa/75 [ - ] Metoda adiabatické oxidace I A = i A / 6 [ - ] Metoda pulsní kalorimetrie I K = q 30 /1.2 [ - ] Metoda CPT I CPT = (182 - t CPT )/21 [ - ] Výsledný index náchylnosti vyjadřuje aritmetický průměr čtyřech uvedených indexů : INS = (IO + IA + IK + ICPT)/4 (5.1) Jak již bylo uvedeno, pro indexy dílčích metod a rovněž pro společný index INS byla navržena třístupňová klasifikační stupnice : Náchylnost NÍZKÁ INS = Náchylnost STŘEDNÍ INS = Náchylnost VYSOKÁ INS = Tento způsob hodnocení sjednotil výsledky používaných metod a hranice kategorií byly založeny na ověřených hodnotách náchylnosti uhelných vzorků k samovznícení souborů pasportizace Algoritmus výpočtu indexu náchylnosti k samovznícení INS byl naprogramován v programovém prostředí Multimedia Builder 4.8 ve formě uživatelského výpočetního programu s názvem Index náchylnosti k samovznícení uhlí OKR (návrh metody) s pracovním názvem INS. Pro stanovení hodnoty indexu INS pomoci předmětného výpočetního programu lze beze změn využít dosavadní čtyři metody používané v OKR pro ověřování náchylnosti uhlí k samovznícení. Jako vstupní data pro výpočet se zadávají obdržené naměřené hodnoty dílčích metod v nezměněné podobě. Výsledky výpočtů indexu INS pro uhelné vzorky hodnocené v rámci předmětného projektu VaV jsou uvedeny v tabulce č

89 Tab Hodnoty indexu INS souboru uhelných vzorků pasportizace Pulsní CPT Olpinski Adiabat. kalorim. Lokalita ID At Sza SZb q30 základní (80 C) INS Důl Sloj C.min -1 C.min -1 C.hod -1 J.g -1 C - Třída náchylnosti 1 ČSA, J.Karel 40 18,40 19,10 2,57 0,62 178,00 0,3452 STŘEDNÍ 2 ČSA, J.Karel 19 34,00 38,00 3,91 1,10 174,00 0,6007 STŘEDNÍ 3 ČSA, Doubr ,30 22,20 3,51 0,98 181,00 0,4300 STŘEDNÍ 4 ČSA, Doubr ,10 15,59 2,08 0,30 175,21 0,2803 NÍZKÁ 5 ČSA, Doubr ,98 29,72 3,99 0,47 179,56 0,3898 STŘEDNÍ 6 Lazy, Lazy 38 26,80 27,80 3,01 0,90 178,02 0,4496 STŘEDNÍ 7 Lazy, Lazy 38 34,30 35,40 3,18 1,20 176,25 0,5653 STŘEDNÍ 8 Lazy, Dukla 432 8,60 8,90 3,33 0,15 176,94 0,2589 NÍZKÁ 9 Lazy, Dukla 436 8,00 9,10 1,99 0,35 173,73 0,2810 NÍZKÁ 10 ČSA, J.Karel 19 67,40 68,50 1,18 1,10 166,61 0,6862 VYSOKÁ 11 ČSA, J.Karel 39 34,40 35,60 1,77 0,47 175,04 0,3692 STŘEDNÍ 12 Lazy, Lazy 40 53,20 55,80 0,87 0,65 170,80 0,4823 STŘEDNÍ 13 Lazy, Lazy 40 66,00 68,50 3,05 1,00 175,90 0,6280 STŘEDNÍ 14 ČSM, Sever 30 18,40 19,20 1,52 0,20 170,40 0,3044 NÍZKÁ 15 ČSM, Sever 29 24,40 27,40 0,00 0,15 174,60 0,2007 NÍZKÁ 16 ČSA, Doubr. 40-p 20,10 20,80 2,02 0,40 174,10 0,3285 NÍZKÁ 17 ČSM, Jih 40 17,10 18,50 2,39 0,52 163,20 0,4887 STŘEDNÍ 18 ČSM, Jih 32 23,40 24,20 0,87 0,25 175,40 0,2449 NÍZKÁ 19 ČSM, Jih 30 18,40 19,40 2,02 0,50 170,70 0,3842 STŘEDNÍ 20 Darkov, z ,10 22,10 3,83 0,65 169,90 0,5094 STŘEDNÍ 21 Darkov, z ,60 20,10 5,08 0,85 164,10 0,6672 VYSOKÁ 22 Paskov, St. 082/4 11,80 12,30 3,87 0,30 172,40 0,3774 STŘEDNÍ 23 Paskov, St ,10 7,60 0,83 0,25 178,50 0,1520 NÍZKÁ Z uvedeného přehledu hodnot indexu INS v tabulce č vyplývá, že z celkového počtu 23 hodnocených uhelných vzorků v OKR bylo 8 vzorků zařazeno do třídy nízké náchylnosti, 13 vzorků do třídy střední náchylnosti a dva vzorky do třídy vysoké náchylnosti k samovznícení. Z Ostravského souvrství OKR byly tři z těchto čtyřech vzorků hodnoceny navrženou metodou ve třídě náchylnosti Nízká, vzorky č. 8, 9 a 23 a jeden ve třídě Střední hodnotou indexu INS = 0,3774, tedy nad rozhraním třídy nízké a střední (spodní hranice třídy střední - 0,3333). Tabulky 5.14 a 5.15 uvádějí pořadí uhelných vzorků a slojí podle velikosti indexu náchylnosti INS. 89

90 Tab Pořadí uhelných vzorků pasportizace podle indexu INS ID Důl Sloj INS Třída Pořadí 10 ČSA, J.Karel 19 0,6862 VYSOKÁ Darkov, z ,6672 VYSOKÁ Lazy, Lazy 40 0,6280 STŘEDNÍ 3. 2 ČSA, J.Karel 19 0,6007 STŘEDNÍ 4. 7 Lazy, Lazy 38 0,5653 STŘEDNÍ Darkov, z ,5094 STŘEDNÍ ČSM, Jih 40 0,4887 STŘEDNÍ Lazy, Lazy 40 0,4823 STŘEDNÍ 8. 6 Lazy, Lazy 38 0,4496 STŘEDNÍ 9. 3 ČSA, Doubr. 39 0,4300 STŘEDNÍ ČSA, Doubr. 39 0,3898 STŘEDNÍ ČSM, Jih 30 0,3842 STŘEDNÍ Paskov, St. 082/4 0,3774 STŘEDNÍ ČSA, J.Karel 39 0,3692 STŘEDNÍ ČSA, J.Karel 40 0,3452 STŘEDNÍ ČSA, Doubr. 40-p 0,3285 NÍZKÁ ČSM, Sever 30 0,3044 NÍZKÁ Lazy, Dukla 436 0,2810 NÍZKÁ ČSA, Doubr. 40 0,2803 NÍZKÁ Lazy, Dukla 432 0,2589 NÍZKÁ ČSM, Jih 32 0,2449 NÍZKÁ ČSM, Sever 29 0,2007 NÍZKÁ Paskov, St ,1520 NÍZKÁ 23. Tab Pořadí slojí pasportizace podle indexu INS Sloj Počet vzor. INS - Třída Pořadí ,6434 STŘEDNÍ ,5066 STŘEDNÍ ,4641 STŘEDNÍ ,4375 STŘEDNÍ 4. OKR 23 0,3839 STŘEDNÍ ,3343 STŘEDNÍ 6. ostrav 4 0,3107 NÍZKÁ 7. Variabilita náchylnosti slojí k samovznícení, která vyplývá jak z hodnot uvedených v tabulce 5.14, tak z tabulky 5.3 a přílohy č. 2 upozorňuje na možnost výskytu lokalit 90

91 s vysokou náchylnosti přesto, že hodnocení dané sloje v celorevírním měřítku vykazuje v průměru střední náchylnost. Tato skutečnost směřuje ke vhodnosti laboratorního ověření náchylnosti k samovznícení individuálně každého uhelného bloku připraveného k dobývání. Tímto způsobem lze obdržet konkrétní informaci o náchylnosti uhelné hmoty v příslušném bloku Korelace indexu náchylnosti INS s kvalitativními parametry uhlí Hodnoty indexu INS uhelných vzorků OKR ( ) a kvalitativní parametry vzorů byly analyzovány pomoci korelačního koeficientu a regresní analýzy s cílem nalézt optimální aproximace hodnocených parametrů podle studie (Boháč 2002). Bylo hodnoceno 20 parametrů uhlí tabulky 5.16 pomoci čtyř typů regresních závislosti ( ). Výběr funkcí g v (5.2) a (5.3) je popsán níže. Nejpříznivější výsledky aproximací jsou uvedeny v tabulce 5.16 s příslušnou regresní funkcí a jí odpovídajícím indexem korelace. Obrázky 5.7 a 5.8 uvádějí dva příklady graficky znázorněných aproximací. Vstupní hodnoty parametrů uhlí jsou uvedeny v příloze č. 1. Metodou nejmenších čtverců byly hledány regresní závislosti ve tvaru y = c1g1 ( x) + c2g 2 ( x), (5.2) y = /( c g ( x) + c g ( )), (5.3) x c x c1e c2 1x 2 y = y = c, (5.4), (5.5) kde y je index náchylnosti uhlí k samovznícení a vybírány z množiny funkcí : x je parametr uhlí. Funkce g byly g ( x) = 1 g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = x g ( x) = exp( x) g( x) = exp( x) g ( x) = ln( x) Výsledky jsou shrnuty v tabulce

92 Tab Výsledky korelací a regresí indexu INS s parametry uhlí Parametr Koeficient Funkce závislosti Index uhlí korelace korelace Q d s y = x UP y = x W a y = x A a y = ln x A d y = ln x V a y = e 9x V d x y = e 6e V daf y = e 9x C d t y = x H d t y = x N d y = x S d 2 t y = x x O d y = e 7e Vt y = x L y = ln x I y = x MP y = x V poro y = x v makp y = e 10x v mezp y = x Obr. 5.7 Aproximace indexu INS s obsahem prchavých látek v hořlavině, (Boháč 2002) 92

93 Obr. 5.8 Aproximace indexu INS s obsahem vodíku, (Boháč 2002) Z výsledků aproximací uvedených v tabulce 5.16 vyplývá, že index náchylnosti k samovznícení INS vykazuje relativně nejpříznivější korelace (blízké 0,5) ve vztahu k obsahu vodíku, prchavým hořlavinám, obsahu vody, dusíku, obsahu liptinitu a částečně k objemu pórů Doplňující parametry Mezi doplňující parametry byly zařazeny výsledky izotermické metod (RID), vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení, vliv plynného dusíku na náchylnost uhlí k samovznícení a limitní koncentrace kyslíku samovznícení uhelné hmoty. Izotermická metody (RID) Touto metodou bylo hodnoceno celkem 13 uhelných vzorků v létech Metoda byla popsána v subkapitole Metoda stanoví pomoci rozborů chování třech odlišných objemů uhelných vzorků (velikost košíku) při různých teplotách kritický rozměr uhelné vrstvy z hlediska vzniku samovznícení. Znamená to, že pokud je vrstva při dané teplotě nižší, k samovznícení nedojde. Z hlediska důlní praxe a problematiky prevence vzniku samovznícení byl z výsledků izotermické metody kompilován kritický rozměr hodnocených vzorků pro teploty 40 o C. Výsledky jsou uvedeny v tabulce č

94 Tab Kritický rozměr pro teplotu 40 o C podle izotermické metody (RID) ID Sloj Důl Kritický rozměr m 1 40 Jan Karel 0, Jan Karel 0, Doubrava 0, Doubrava 0, Doubrava 0, Lazy 0, Lazy 0, Dukla 1, Dukla 0, Jan Karel 0, Jan Karel 2, Lazy 1, Lazy 1,04 Variační rozpětí 2,04 Průměrná hodnota 0,74 Průměrná hodnota kritické vrstvy daného souboru uhelných vzorků byla stanovena na 0,74 m. Vzhledem k relativně velkému variačnímu rozpětí hodnot, které bylo způsobeno menšinovým počtem prků hodnocené množiny si lze povšimnout, že většina hodnocených vzorků se nacházela v intervalu kritického rozměru 0,3-0,6 m. V případě, že tento poznatek je platný v důlní praxi lze doporučit, aby v důlních dílech nebyla ponechávána vrstva uhlí mocnější více než cca 0,5 m. Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení Vliv kontaktu uhlí s vodou na jeho náchylnost k samovznícení byl ověřován pomoci metody pulsní kalorimetrie. Postup laboratorních rozborů byl popsán v subkapitole Cílem rozborů bylo prokázat, zda ochlazení uhelné hmoty o teplotě 200 o C vodou zvyšuje jeho náchylnost k samovznícení. Rozbory prokázaly ve všech 23 případech zvýšení náchylnosti uhlí k samovznícení. Míra zvýšení náchylnosti byla vyjádřena rozdílem v náchylnosti v % mezi ovlivněným a původním uhelným vzorkem. Uhelné vzorky OKR, pasportizace , prokázaly zvýšení náchylnosti k samovznícení vlivem ochlazení vodou za daných podmínek v průměru o 86 %. Hodnoty ověřené u jednotlivých uhelných vzorků jsou uvedeny příloze č. 2. Vliv inertizace dusíkem Rozbory vlivu inertizace plynným dusíkem na náchylnost uhlí k samovznícení byly prováděny pomoci průsečíkové metody CPT. Průsečíková metoda a postup ověřování vlivu dusíku na náchylnost k samovznícení byla popsána v subkapitolách a Rozbory prokázaly v 19 případech z 23 zvýšení náchylnosti uhelných vzorků k samovznícení (nejistota 13 %). Výsledky rozborů byly uváděny ve o C poklesu hodnoty teploty CPT průsečíku ovlivněného uhelného vzorku ve vztahu k vzorku původnímu. Uhelné vzorky OKR pasportizace prokázaly zvýšení náchylnosti k samovznícení vlivem inertizace 94

95 plynným dusíkem za daných podmínek poklesem teploty průsečíku metody CPT v průměru cca o - 3,4 o C. Hodnoty pro jednotlivé uhelné vzorky uvádí příloha č. 2. Limitní koncentrace kyslíku samovznícení uhlí Ověřování limitní koncentrace kyslíku samovznícení uhlí bylo realizováno průsečíkovou metodou CPT. Cílem laboratorního postupu, popsaného v subkapitole 3.3.8, bylo prokázat nízkou intenzitu oxidace probíhající v průběhu rozboru CPT při vystavení uhelného vzorku směsi 10 % O 2 a 90 % N 2. Vyhodnocení průsečíku uhlí-lázeň zdrojových souborů metody CPT těchto analýz prokázalo, že ve všech 23 případech ověřovaných uhelných vzorků pasportizace nedošlo k průsečíku při oxidaci směsi dusíku a 10 % kyslíku. Limitní koncentrace kyslíku byla již dříve ověřována v podmínkách OKR výzkumem VVUÚ, a.s., v létech (Harašta 1985). Pro ověřování chování uhelné hmoty za snížených koncentrací kyslíku byla v tomto výzkumu použita metoda oxidace za adiabatických podmínek. Výstupem tohoto výzkumu byla doporučena limitní koncentrace kyslíku samovznícení pro uhlí OKR 7 %. Byla stanovena na základě chování uhelného vzorku odebraného z blízkosti pestrých vrstev Dolu Dukla (třída č ), u kterého byl zaznamenán nepatrný nárůst teploty při koncentraci kyslíku 9,6 % a při koncentraci kyslíku 7,1 % již k nárůstu teploty v průběhu rozboru metodou oxidace za adiabatických podmínek nedošlo. V ostatních případech nebyl v rámci tohoto výzkumu (uhelné vzorky mimo pestré vrstvy) potvrzen nárůst teploty při nižších koncentracích pod 10 % O 2. Za současných podmínek dobývání v OKR (dobývání mimo pestré vrstvy) lze pokládat za bezpečnou koncentraci kyslíku v závalovém prostoru 10 % a to například pro účely preventivní inertizace dusíkem. 5.3 Společné databáze Kapitola uvádí komentář ke dvěma databázím, ve kterých byly sdruženy v konkrétních oblastech výsledky rozborů všech uhelných vzorků ověřených v rámci pasportizace v létech Jednou z těchto databázi byl souhrn výsledků vybraných chemicko-fyzikálních vlastností uhelných vzorků a parametrů náchylnosti k samovznícení. Druhou databázi byl souhrn výsledků plynných produktů tepelné oxidace uhelných vzorků. Databáze nejsou v předložené monografii vytištěny neboť svým rozsah přesahují běžné tiskové možnosti předložené monografie Průměrný vzorek OKR Parametry průměrného uhelného vzorku OKR byly stanoveny na základě vypracování společné databáze vybraných chemicko-fyzikálních vlastností uhelných vzorků a parametrů náchylnosti k samovznícení (Věžníková ). Databáze byla tvořena maticí dat o celkovém počtu 1152 prvků při 18 hodnocených parametrech a 64 hodnocených uhelných vzorcích. Pro tento účel musely byt parametry v některých případech upraveny tak, aby tvořily kompatibilní číselnou řadu, například v případě indexu náchylnosti k samovznícení metody podle Olpinského (SZ b+f / SZa). V případě metody oxidace za adiabatických podmínek byl hodnocen pouze průměrný nárůst teploty At ověřovaný při počáteční teplotě 80 o C. Parametry, které byly ověřovány od roku 1999 nebyly v databázi v příslušných 95

96 položkách předchozího období obsazeny. Databáze obsahovala výsledky rozborů 60-ti uhelných vzorků Karvinského souvrství a 4 uhelné vzorky Ostravského souvrství. Výsledkem jsou hodnoty průměrného vzorku OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení uvedené v tabulce Tab Průměrný vzorek OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení parametr průměr variační rozpětí jednotka SZa 34,50 60,3 C. min -1 At 2,86 9,8 C. hod -1 q 30 0,58 1,05 J. g -1 CPT 173,67 17,8 C UP 5,11 12,54 m 2. g -1 V poro 21,58 38,80 mm 3. g -1 v makp 42,60 62,00 % W a 1,36 2,91 % A a 5,87 33,86 % V a 26,76 31,22 % V daf 28,61 32,76 % C d t 82,68 35,30 % H d t 4,80 4,52 % N d 1,25 0,95 % S d t 0,53 0,788 % O d 4,53 8,205 % Výsledné hodnoty tabulky 5.18 je možné považovat za hypotetický průměrný vzorek černého uhlí OKR z hlediska náchylnosti k samovznícení. Zvláště významné jsou parametry náchylnosti, uvedené v tabulce výrazně. Průměrné hodnoty umožňují rychlý orientační odhad vlastností nově odebraného vzorku a jeho chování z hlediska možnosti vzniku samovznícení pouhým porovnáním průměrné hodnoty vybraného parametru s hodnotou u tohoto nového vzorku (Věžníková ) Vyhodnocení plynných produktů tepelné oxidace Nemalou část obsahu pasportizací obou období tvořily svým významem i obsahovým rozsahem analýzy plynných produktů tepelné oxidace uhelných vzorků. Laboratorní postup ověřování kvality i kvantity uvolňovaných plynů pří tepelném namáhání uhelných vzorků byl popsán v subkapitole 3.4. Rozbory byly realizovány v obou obdobích ( ) v laboratoři VVUÚ, a.s. Táto okolnost umožnila sjednotit obdržené výsledky do jednotné databáze, která umožnila s daty dále komplexně pracovat. Odlišnosti při ověřování plynných produktů tepelné oxidace byly v teplotním rozsahu tepelného namáhání uhelných vzorků. V létech byly plynné produkty tepelné oxidace ověřovány u vzorků ID 1/1-4/10 v teplotním rozsahu o C (celkem 30 vzorků). Ostatní uhelné vzorky od roku 1991 až do roku 2002 byly ověřovány v teplotním rozsahu o C. V roce 1993 nebyla v rámci pasportizace ověřována tepelná oxidace v plném rozsahu, takže výsledky nebylo možné 96

97 zapracovat do společné databáze (celkem 3 vzorky). U vícenásobných odběrů uhelných vzorků z jednoho profilu sloje, viz subkapitola 5.1.5, byly plynné produkty tepelné oxidace ověřeny pouze u vzorků ID 4-1 až 4-4. Sjednocení databáze si vyžádalo kontrolu platnosti naměřených dat, včetně odfiltrování chybných hodnot. Z dostupných podkladů bylo tímto postupem kompilováno a zařazeno do databáze celkem 62 plynových obrazů reprezentujících 62 uhelných vzorků OKR. Dalších 10 plynových obrazů bylo zařazeno do databáze z podkladů získaných v roce 2002 (uhelné vzorky mimo OKR). U každého uhelného vzorku bylo sledováno 10 plynných složek (CO 2, CO, CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, n-c 4 H 10, i-c 4 H 10, C 2 H 4, C 3 H 6, od roku 1999 též H 2 ) v 18-ti teplotách do roku 1988 (rozsah o C) a v 9-ti teplotách od roku 1991 (rozsah o C). Soubor dat tak obsahoval mimo identifikaci vzorků celkem 7740 hodnotových položek, z toho 6840 reprezentujících uhelné vzorky OKR. Statistickým zpracováním dat se zabývala studie (Šancer 2002). Pracovní verze databáze byla vytvořena v programovém prostředí MS Excel, ve kterém byla z části vyhodnocena. Pro některé statistické operace byl dále využit program SAD (Systém pro analýzu dat), (Harabiš 1999). V programovém prostředí MS Excel byly vypočteny střední hodnoty a nalezeny minimální i maximální hodnoty pro každý plyn v ověřovaném teplotním intervalu. Jedním z výstupů tohoto vyhodnocení byl společný graf průměrného vývinu uvolněného množství plynů z uhelných vzorků OKR, uvedený včetně detailu na obrázku obr Obr. 5.9 Průměrný vývin produktů tepelné oxidace uhelných vzorků OKR, (Šancer 2002) Grafické výstupy byly rovněž vygenerovány pro jednotlivé plyny samostatně. Příklad tohoto vyhodnocení je uveden na obr v podobě průběhů uvolněných množství CO všech 62 uhelných vzorků z OKR v závislosti na teplotě. Obrázek 5.11 pak demonstruje rozptyl těchto průběhů s vymezením variačního rozpětí. V programovém prostředí MS Excel byly shodným způsobem vyhodnoceny všechny plynné složky a binární bezrozměrné ukazatele (poměry plynů), vyjma ukazatelů inverzních. 97

98 Obr Průběh uvolněných množství CO Obr Průměr a variační rozpětí vývinu CO 98

99 Pomoci programu SAD byly hledány asociace mezi výviny plynných produktů a fyzikálně-chemickými vlastnostmi uhelné hmoty a mezi výviny plynných produktů a lokalitou odběru uhelných vzorků. Ze softwarového souboru SAD byly využity dvě analýzy. Jednou z nich byla kombinační analýza GUHA, uvedeno v (Harabiš 1999), a druhou analýzou byla hierarchická metoda aglomerativního shlukování se strategií nejbližšího souseda AGLO, uvedeno v (Harabiš 1999). Obě tyto metody nepotvrdily prokazatelné souvislosti mezi výviny plynů a parametry složení a struktury uhlí, nýbrž potvrdily určitou závislost vývinu plynů na lokalitě odběru, výsledkem čehož bylo doporučeno využití databáze způsobem selektivního výběru dat podle lokality odběru uhelných vzorků. Pro operativní a praktické využití databáze plynných produktů tepelné oxidace uhelných vzorků pasportizace byl vytvořen výpočetní program (Štecker 2002), naprogramovaný v programovém prostředí Delphi 5. Uživatelská verze výpočetního programu s názvem Hodnocení indikačních plynů samovznícení uhelné hmoty s pracovním názvem CnHm byla jako realizační výstup projektu VaV ČBÚ č. 3/99 umístěna na nosič CD a byla vybavena uživatelskou příručkou v tištěné podobě, obr Obr Uživatelská verze výpočetního programu CnHm Výpočetní program umožňuje zobrazení tabulek a grafů průběhů uvolněných množství plynů a binárních bezrozměrných ukazatelů podle výběru uhelného revíru, důlního podniku, sloje, kry, pracoviště, plynné složky, případně poměru plynů. Současně lze zobrazit 255 průběhů plynných složek, případně poměrů plynů, v jednom grafu. Tento výpočetní program se tak stal nástrojem pro vývojovou a operativní práci s databázi. Pomoci programu byly vyobrazeny a dokumentovány průběhy plynných produktů tepelné oxidace podle plynných složek a vybraných bezrozměrných ukazatelů pro celé OKR, dále selektivně pro sloje OKR a selektivně pro sloje a důlní podniky. Celkem 521 grafických souborů bylo umístěno na 99

100 nosiči CD v rámci realizačního výstupu projektu VaV ČBÚ č. 3/99. Operativní práce s programem potvrdila závěry statistického vyhodnocení ve smyslu podobnosti uvolňování plynných produktů tepelné oxidace ve vztahu k lokalitě odběru vzorků. Příklad je uveden na následujících obrázcích. Obrázek 5.13 uvádí průběh binárního bezrozměrného ukazatele C 2 H 4 /C 2 H 6 všech zpracovaných uhelných OKR. Obrázek 5.14 uvádí selektivně vybrané průběhy binárního ukazatele C 2 H 4 /C 2 H 6 uhelných vzorků odebraných ve sloji č. 40 (18) Dolu Dukla. Průběh předmětného ukazatele obr lze považovat za využitelný indikační ukazatel pro určení především teploty 280 o C ohniska samovznícení v dané sloji a lokalitě. Obr Průběh binárního ukazatele C 2 H 4 /C 2 H 6 vzorků OKR Obr Průběh binárního ukazatele C 2 H 4 /C 2 H 6 sloje č. 40 (18) Dolu Dukla 100

101 Výpočetní program CnHm byl vybaven lupou pro zvětšení výseku části grafů pro případy nepřehledného překrytí křivek. Pomoci lupy byly nalezeny souběhy několika binárních ukazatelů uhelných vzorků sloje č. 40 databáze. Obrázek 5.15 uvádí průběh ukazatele C 2 H 6 /C 3 H 8 v původním vyobrazení a v detailu zobrazeného pomoci lupy s následným vymezením zvolených hraničních hodnot daného ukazatele. Obr Průběh binárního ukazatele C 2 H 6 /C 3 H 8 vzorků sloje č. 40 OKR 101

102 Totožným postupem byly nalezeny obdobné souběhy u binárních ukazatelů C 2 H 6 /C 2 H 4 a C 2 H 4 /C 3 H 8. Z jejich průběhů a hraničních mezí bylo možné definovat následující vztahy k indikované teplotě platné pro sloj č. 40 v OKR: C 2 H 6 /C 3 H 8 (etan/propan), binární bezrozměrný ukazatel C 2 H 6 /C 3 H 8 (obr. 5.15) má v teplotním intervalu o C klesající tendenci. Pokud ukazatel dosáhl v klesající tendenci hodnotu 2,5 a nižší, bude indikovaná teplota o C, pokud nebyla hodnocena tendence vývoje ukazatele, bude indikovaná teplota při hodnotě ukazatele 2,5 a nižší v intervalu o C, (nejistota v daném vyhodnocení byla dána 3-mi nesouhlasnými vzorky z 30-ti), C 2 H 6 /C 2 H 4 (etan/etylén), binární bezrozměrný ukazatel C 2 H 6 /C 2 H 4 má v teplotním intervalu o C klesající tendenci. Pokud ukazatel dosáhl v klesající tendenci hodnotu 2,0 a nižší, bude indikovaná teplota o C, pokud nebyla hodnocena tendence vývoje ukazatele, bude indikovaná teplota při hodnotě ukazatele 2,0 a nižší v intervalu o C, (nejistota v daném vyhodnocení byla dána 1 nesouhlasným vzorkem z 21), C 2 H 4 /C 3 H 6 (etylén/propylén), podle binárního bezrozměrného ukazatele C 2 H 6 /C 2 H 4 bude indikovaná teplota ohniska samovznícení 300 o C a více, pokud v klesající tendenci dosáhl ukazatel hodnotu 1,0 a menší, (nejistota v intervalu nad 120 o C byla dána 2-mi nesouhlasnými vzorky z 21). Pro využití uvedených bezrozměrných ukazatelů v praxi lze navrhnou postup hodnocení provozní situace v pořadí: 1. C 2 H 6 /C 3 H 8 (etan/propan), 2. C 2 H 6 /C 2 H 4 (etan/etylén), 3. C 2 H 4 /C 3 H 6 (etylén/propylén), Programu CnHm lze aplikovat v praxi jako nástroj při vyhodnocení vzorků plynů důlního ovzduší porovnáním binárních ukazatelů s průběhy ukazatelů laboratorně ověřených plynových obrazů. Hodnoty koncentrací plynů vzorku důlního ovzduší obdržené z plynové laboratoře se zadají do programu v dialogovém režimu. Následně se zvolí v databázi nejbližší zpracovaný uhelný vzorek. Po příslušné interaktivní volbě položek ovládání programu umožňuje program zobrazení průsečíku hodnoty zvoleného binárního ukazatele provozního vzorku důlního ovzduší s průběhem téhož ukazatele laboratorně ověřeného plynového obrazu uhelného vzorku databáze odebraného nejblíže provozní lokalitě. Obrázek 5.16 uvádí vyhodnocení binárního ukazatele C 2 H 6 /i-c 4 H 10. Křivka klesající tendence poměrů plynů C 2 H 6 /i-c 4 H 10 laboratorně ověřeného uhelného vzorku protíná přímku vyjadřující hodnotu předmětného binárního ukazatele plynů přítomných v důlním ovzduší v teplotě 128 o C. 102

103 Obr Vyhodnocení binárního ukazatele C 2 H 6 /i-c 4 H 10 programem CnHm Program CnHm umožňuje editaci databáze plynových obrazů, což může být individuálně využito důlními podniky doplňováním databáze ve vlastní réžii pořízenými výsledky tepelné oxidace uhelných vzorků odebraných v dobývacím poli. Výpočetní program CnHm byl ošetřen proti zadávání chybných hodnot, umožňuje záznam vstupních dat, tisk a záznam zobrazených grafů a tisk protokolu. Práce s programem CnHm potvrdila relativně značný rozptyl laboratorně ověřených plynových obrazů zpracovaných uhelných vzorků databáze. Z těchto důvodů nutno v praxi počítat při práci s programem CnHm s obdržením pouze podpůrných a orientačních informací o stavu samovznícení v dole. První verze programu CnHm vznikla v roce V roce 2004 pokračovaly v rámci projektu VaV ČBÚ č. 29/03 výzkumné práce na zdokonalení programu CnHm a zdokonalení využití indikačních plynů pro určení teploty samovznícení. 103