В онлайне: 4 (гостей - 4, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 504.064

Обоснование методики дистанционного температурного контроля поверхности источников горения и самонагревания на породных отвалах угольных шахт

 

Козырь Д.А., ассистент

Донецкий национальный технический университет

 

Проведен анализ негативного влияния горящих породных отвалов на окружающую природную среду, экспериментально исследовано влияние внешних факторов на результаты температурного контроля очагов горения на породных отвалах при применении дистанционных средств и способов.

 

В Донбассе за год образуется приблизительно 30 - 38 млн. т отходов, при этом основная доля в общем объеме отходов приходится на отходы угольной промышленности. Под промышленными отходами занято более 2% территории Донбасса. В настоящее время в Донецком регионе  насчитывается более 600 породных отвалов, из них около 140 горящих [1]. 

С целью выявления очагов самонагревания и своевременного принятия мер по предупреждению самовозгорания пород, должен проводиться мониторинг теплового состояния отвалов (регулярная температурная съемка). Результаты измерения температуры используют для определения объема горящей массы, необходимого для разработки проектов тушения и установления объемов выбросов вредных веществ.

Нормативным документом, которым регламентировано процесс контроля теплового состояния породных отвалов, является «Инструкция по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов».

Требования к средствам для выполнения температурной съемки в этом документе не оговорены. В настоящее время температурная съемка, чаще всего, проводится с помощью контактных термометров и забитых в отвальную массу на глубины от 0,5 до 2,5 м термопар. Процесс съемки трудоемкий, длительный, опасный и дорогой.

Существующая методика проведения температурной съемки породных отвалов имеет ряд существенных недостатков - часть очагов тепловыделений размерами менее 10 м, особенно без явных признаков горения, попадает между точками измерения температур и не фиксируется; в очагах горения, из-за их недоступности, невозможно провести измерения температуры контактным способом.

Выполнение работ по контролю теплового состояния складированной породной массы сопряжено с нахождением людей в зонах с повышенным содержанием вредных газов,  высоких температур, с угрозой провалов или травмирования скатывающимися кусками породы.

Более перспективными методами контроля температуры является методы дистанционного контроля. Компьютерная термография позволяет обеспечить безопасные условия температурной съемки поверхности породных отвалов, повысить точность и достоверность полученных результатов, обеспечить необходимую периодичность контроля, снизить затраты на выполнение этих работ.

Для широкого применения дистанционных средств и способов температурного контроля в настоящее время отсутствуют законодательно утвержденные методики, которые позволяют учитывать условия съемки и влияние внешних факторов на результаты тепловизионной съемки.

К основным внешним факторам относятся поглощение инфракрасного излучения газами, входящими в состав атмосферы, ослабление инфракрасного излучения из-за рассеяния на частицах присутствующих в атмосфере и турбулентность.

Для исследования температурного состояния объекта и выявления зависимостей между внешними факторами (турбулентность воздуха и пропускание инфракрасного излучения атмосферой), дистанцией, ракурсом температурной съемки и показателями температурной съемки при дистанционном способе контроля температуры были проведены лабораторные, а затем экспериментальные исследования. Лабораторные и экспериментальные исследования проводились в соответствии с утвержденной методикой.

Лабораторные исследования проводились с помощью тепловизора Land Cyclops Ti-814 в помещении, где на высоте от уровня пола 0,5 м, устанавливали вертикально нагревательный элемент. Для получения равномерно нагретой поверхности большей площади к нему вплотную прикреплялся лист жести. Тепловизионная съемка объекта тепловыделения проводилась с увеличением дистанции съемки от 3 до 27 м с шагом 3 м, с изменением скорости воздуха: 0,4, 0,5 и 1,4 м/с (рисунок 1-а). Изменяли также ракурс съемки: 30о, 60о, 90о [2].

Экспериментальные исследования теплового состояния породных отвалов были проведены с помощью тепловизора Fluke Ti-125 на породных отвалах шахт Донбасса: шахта им. М. И. Калинина, шахта Октябрьский рудник, шахта им. Ленина, шахта им. Кирова и шахта 13-бис (рисунок 1-б).

При подготовке к тепловизионной съемке породного отвала определялись коэффициенты излучения и отражения инфракрасного излучения. Для оценки влияния внешних факторов на результаты температурного контроля измерялась относительная влажность воздуха, температура окружающего воздуха и проводилось измерение скорости ветра.

Тепловизионная съемка породного отвала проводилась с хвостовой, лобной и торцевых сторон. В случае больших размеров породного отвала или наличия посторонних объектов, мешающих съемке, отвал снимался по частям. Дополнительно на породном отвале осматривались горизонтальные площадки, не попавшие в объектив тепловизора. При анализе полученных данных тепловой съемки, выявлялись участки с аномальной температурой.

Описание: D:учебаДиссертацияобщий ракурс.jpg

 

Рис.1 – Лабораторные исследования объекта тепловыделения при ракурсе 900 и расстоянии 9 м (а)

и экспериментальные исследования очага самонагревания с температурой 66,90С в северо-восточной части породного отвала шахты им. М.И. Калинина (б).

 

Анализ результатов тепловизионной съемки проводился при помощи величины температурного контраста (ΔT), характеризующего влияние внешних факторов на инфракрасное излучение и равного отношению температуры, полученной в результате контактных измерений (Т(x)) к температуре, полученной в результате тепловизионной съемки (T(x+r)).

Установлено, что величина температурного контраста, полученная в лабораторных исследованиях, с увеличением дистанции съемки, увеличивается по степенному закону ΔТл = 1,449x0,081, с величиной достоверности аппроксимации: R² = 0,614.

При проведении лабораторных исследований установлено, что значение величины температурного контраста увеличивается при увеличении дистанции тепловизионной съемки по степенному закону не зависимо от ракурса съемки.

При увеличении ракурса тепловизионной съемки температурный контраст уменьшается, что полностью соответствует закону Ламберта (рисунок 2). Анализ данных лабораторных исследований позволил установить коэффициенты пересчета, учитывающие влияние изменение ракурса тепловизионной съемки на величину температурного контраста.

Для дистанции до 10 м коэффициенты пересчета составляют: для ракурса 300 – 1,01; для ракурса 450 – 1,02; для ракурса 600 – 1,03. Для дистанции от 10 до 30 м коэффициенты пересчета, учитывающие влияние изменение ракурса тепловизионной съемки на величину температурного контраста следующие: для ракурса 300 – 1,02; для ракурса 450 – 1,04; для ракурса 600 – 1,06.

Описание: D:учебаДиссертацияобщий ракурс.jpg

Рис.2 – Зависимость изменения температурного контраста от дистанции съемки (х)  с ракурсом 00 (ΔTл(х) 00), с ракурсом 600 (ΔTл(х)600),

с ракурсом 450 (ΔTл(х)450), с ракурсом 300 (ΔTл(х)300) при лабораторных исследованиях

 

Установленные закономерности влияния ракурса тепловизионной съемки на температурный контраст были использованы при проведении экспериментальных исследований.

Исходя из проведенных экспериментальных исследований и расчета влияния внешних факторов на инфракрасное излучение, можно сделать вывод, что величина температурного контраста при увеличении дистанции тепловизионной съемки увеличивается по степенному закону ΔТэ = 1,066x0,162, с величиной достоверности аппроксимации: R² = 0,566.

 

Описание: D:учебастатья тулаБезымянный.jpg

Рис.3 - Зависимость изменения температурного контраста от дистанции съемки (х, м) при экспериментальных (ΔTэ)

и лабораторных исследованиях (ΔTл) и законы их распределения ΔTэ(х) и ΔTл(х) соответственно.

 

Расхождение между лабораторными и экспериментальными исследованиями не превысило 15%, что дает возможность утверждать о достаточной сходимости достоверности закономерностей, которые могут быть положены в основу методики измерения температуры источников самонагревания и горения (рисунок 3).

При анализе данных исследований установлено:

- Проведенные экспериментальные исследования качественно и, с достаточной точностью, количественно совпадают с результатами лабораторных исследований. При увеличении дистанции тепловизионной съемки значение величины температурного контраста увеличивается по степенному закону не зависимо от ракурса съемки, а температура,  которую регистрирует тепловизор - уменьшается.

- При увеличении ракурса тепловизионной съемки величина температурного контраста уменьшается. Установлены коэффициенты пересчета величины температурного контраста в зависимости от ракурса тепловизионной съемки.

- Теоретически обоснованные и экспериментально подтверждённые зависимости изменения температурного контраста от дистанции и ракурса тепловизионной съемки позволяют разработать методику оценки теплового состояния породных отвалов с помощью дистанционных средств контроля.

 

Библиографический список

1.      Третьяков С. В., Аверин Г. В. Земля тревоги нашей. По материалам Доклада о состоянии окружающей природной среды в Донецкой области в 2009 году/ С. В. Третьяков, Г. В. Аверин - Донецк, 2010 -114 с.

2. Костенко В.К., Завьялова Е.Л., Козырь Д.А., Бандурян Б.Б. Анализ влияния внешних факторов на результаты  тепловизионного контроля очагов горения на породных отвалах / Журнал "Науковий вісник українського науково-дослідного інституту пожежної безпеки" – Киів: УкрНДІЦЗ, 2013. - №2(28). – с 194-202.


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

#menuinclude(1-elibraryru)

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.