mgr inż. Kazimierz Holesz – KWK „Morcinek” – Kaczyce
mgr inż. Bronisław Kajewski – GIG – Katowice
mgr inż. Stanisław Nawrat – R-JGW – Jastrzębie Zdrój

Zastosowanie ręcznego przyrządu podczerwieni

RPP-02 GIG do wczesnego wykrywania

pożarów endogenicznych

- 2 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88

1.

Wstęp

Podziemne pożary endogeniczne są jednym z najpoważniejszych zagrożeń

w kopalniach węgla kamiennego. Stwarzają zagrożenie dla bezpieczeństwa
pracy załogi oraz krępują proces eksploatacji złoża.

Schodząc z eksploatacją do coraz niżej położonych pokładów węgla,

wzrasta pierwotna temperatura skał, ciśnienie górotworu i temperatura powietrza.
Czynniki te między innymi powodują zwiększenie zagrożenia pożarami
endogenicznymi.

Obecnie stosuje się wczesne wykrywanie pożarów endogenicznych o

analizę składu chemicznego powietrza kopalnianego. Metoda ta pozawala
uzyskać ogólne rozeznanie, w którym rejonie może wystąpić pożar.
Zagęszczenie pomiarów składu chemicznego powietrza kopalnianego w czasie i
przestrzeni nie pozwa

la jednak precyzyjnie zlokalizować ognisko pożaru, lecz

miejsce samozagrzania węgla. Można tego dokonać badając rozkład temperatur
górotworu, stwierdzenie temperatury wyższej od temperatury powietrza
kopalnianego świadczy o zapoczątkowaniu procesu samozagrzewania się węgla
lub jego palenia się. Wcześniejsze zlokalizowanie ogniska pozwala skutecznie
zastosować odpowiednie środki profilaktyki przeciwpożarowej, jak np.:
wtłaczanie pod ciśnieniem wody, pyłu dymnicowego, wtłaczanie gazów
neutralizujących, uszczelnianie górotworu 9cementacja, gipsowanie), stosowanie
osłon torkretowych, itp.

Dla zbadania rozkładu temperatury w rejonie ogniska mogą być

wykorzystane termometry, pirometry, kamery termowizyjne. W KWK „Morcinek”
w Kaczycach zastosowano ręczny przyrząd podczerwieni RPP-02 GIG
opracowany w Głównym Instytucie Górnictwa – Laboratorium Metod
Pomiarowych w Górnictwie.


2.

Opis przyrządu

Ręczny Przyrząd Podczerwieni RPP-02 (rys.1) przeznaczony jest do:



szybkiego bezstykowego pomiaru temperatury ociosów i stropów w caliźnie
węglowej, zrobów, tam przeciwpożarowych,



kontroli stanu termicznego zwałowisk węgla oraz zwałowisk kamienia
odpadowego,



wykrywania i lokalizacji podwyższonych stanów temperaturowych w
uzwojeniach maszyn wyciągowych, wentylatorów i urządzeń energetycznych
w kopalniach.

2.1. Parametry techniczne



zakres temperatury bezwzględnej 0÷100

0

C,



zakres temperatury różnicowej ±5,0÷10

0

C,



spektralna charakterystyka widma 0,25÷25,0 μm,



kąt bryłowy pola obserwacji 15

0

,



zasilanie z akumulatora typ 10KBM 35/10,



pobór prądu < 10 mA.

- 3 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88



ładownica,



całkowity ciężar 1,6 kg

Rys.1. przyrząd do pomiaru temperatury RPP-02

- 4 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88

2.2.

Zasada działania

Miernik działa na zasadzie detektacji promieniowania podczerwonego,

wykorzystując zależność Stefana-Boltzmana między temperaturą ciała a
emitowaną prze nie mocą całkowitego promieniowania.

4

T

P

cz





[W/cm

2

]

gdzie:
P

cz

– gęstość strumienia energii ciała czarnego promieniującej powierzchni

σ – stała Boltzmana [W/cm

2

∙K

4

]

T

– temperatura ciała [K]

Detektor radiacyjny przetwarzający wiązkę padającego promieniowania

zbudowany jest z 16 elementowej cienkowarstwowej termopary z ceramiki PLZT
[(Pb, La), (Zr, Ti) O

2

].

Okna detektora odcinające promieniowanie widzialne wykonano z siarku

arsenu

– As

2

S

3

.

Elementem skupiającym promieniowanie na detektorze jest zwierciadło

sferyczne pokryte warstwą odbijającą.

Przyrząd mierzy temperaturę średnią obszaru obserwowanego przez układ

optyczny. Obszar ten jest najmniejszy w odległości L = 10 cm od powierzchni
czołowej przyrządu, zwiększa się on ze wzrostem odległości od przyrządu, przy
czym kąt stożka obserwacji wynosi 15

0

.

Zasada działania przyrządu jest przedstawiona na schemacie blokowym

(rys.2).

Rys.2. Schemat blokowy RPP-02

T

– termopara adiacyjna, O,B – ustawienie temperatury odniesienia, W – wzmacniacz, WR – wzmacniacz

różnicowy napięcia międzyszczytowego, PA – pamięć analogowa, K1, K2, K

3

– klucze analogowe, US –

układ sterowania, SZ – symetryzator zasilania, M – miernik

- 5 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88

Wzmacniacz pomiarowy przyrządu RPP-02 przetwarza sygnał otrzymany z

detektora na wielkość analogową wskazywaną przez miernik wyskalowany w

0

C.

Układ automatyki zasilania ma zadanie kontrolowanie stanu naładowania
akumulatora zasilającego, oraz ładować akumulator napięciem 20,5÷41,0 V.


3.

Przykład zastosowania

W KWK „Morcinek” ręczny przyrząd podczerwieni RPP-02 zastosowano do

wczesnego wykrywania miejsc samozagrzania węgla w przekopie wznoszącym
poz. 950 m (rys.3).

Rys.3. Przeko

p wznoszący z poz.950 – rejon samozagrzania się węgla

Przekop wznoszący o długości 85 mb przecinał pokład 405/1, a następnie

doszedł do pokładu 404/3-4, w którym drążono z kolei pochylnię A-2. Otwarcie
pokładu 404/3-4 nastąpiło pod koniec m-ca marca 1986r. W pokładach 405/1 i
404/3-

4 zainstalowano rurki do pobierania prób powietrza do analizy chemicznej.

Próby pobierano trzy razy w tygodniu. Oznaczono O

2

, CO

2

, CO, N

2

, CH

4

i

obliczano współczynnik Grahama.

Przed wlotem do przekopu wznoszącego wyznaczono stację pomiarową

nr 4, a na wylocie z przekopu stację nr 4/1. Próby pobierano 2 razy w tygodniu.
Oznaczono O

2

, CO

2

, CO, N

2

, CH

4

i obliczono ∆O

2

i ∆CO. Na początku m-ca

czerwca zaobserwowano wzrost zawartości CO w otworze nr 25 znajdującym się

- 6 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88

w tymczasow

ej komorze montażowej i otworze 29 znajdującym się w odległości

30 m od skrzyżowania pochylni A-2 z przekopem wznoszącym.

Opracowano program prac profilaktycznych, który między innymi

przewidywał:



otorkretowanie przekopu wznoszącego na długości 60 m,



otorkretowanie pochylni A-2,



pobieranie prób powietrza do analizy chemicznej,



wiercenia otworów i osadzanie rur do wtłaczania pyłu dymnicowego w
miejscach opadu stropu,



kontrolę składu powietrza za pomocą wykrywacza i rurek wskaźnikowych,



wykrywanie miejsc o p

odwyższonej temperaturze przy pomocy przyrządu

RPP-02.

W okresie od czerwca do połowy lipca zawartości CO w otworach nr 25 i 29

systematycznie rosły:



otwór nr 25 od 0,03% do 0,15%,



otwór nr 29 od 0,02% do 0,07%.

Wzrastała też wartość współczynnika Grahama:



otwór nr 25 od 0,0031 do 0,0224,



otwór nr 29 od 0,0022 do 0,0167.

Pomiary temperatury górotworu dokonywane przyrządem RPP-02 pomiędzy

15 a 30 czerwca wykazywały temperaturę ociosów i stropu w granicach 25

0

-

26

0

C, nieco wyższą (około 0,5

0

C) od temperatury powietrza. W dniu 3.07.1986r.

dokonując pomiaru temperatury, zlokalizowano miejsce samozagrzewania się
węgla i jego centrum. Znajdowało się ono w stropie przekopu równossącego
wykonanego w pokładzie 404/3-4. Na rys.4 przedstawiono rozkład temperatury w
z

lokalizowanym odcinku samozagrzania węgla.

Rys.4. Zmiana temperatury górotworu na przekopie wznoszącym w KWK

„Morcinek” w dniu 3.07.1986r. wg wskazań RPP-02

- 7 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88

Najwyższą temperaturę 67,0

0

C zarejestrowano w przekopie wznoszącym w

odległości około 7,5 m od skrzyżowania z pochylnią A-2.

Lokalizacja miejsca samozagrzewania się węgla pozwoliła skoncentrować

roboty profilaktyczne w zagrożonym rejonie, którym objęto odcinek od 5-15 m
przekopu wznoszącego (rys.3).

Prace zabezpieczające rozprzestrzenianiu się ogniska zapalnego polegały

na wtłaczaniu za torkret pyłu dymnicowego i azotu. W wyniku prowadzonych
prac profilaktycznych obniżyła się temperatura górotworu do 34

0

C. Na rys.5

przedstawiono rozkład temperatury w miejscu samozagrzania się calizny po
wykonaniu profilaktyki. W tablicy 1 zestawiono wyniki kontroli temperaturowych
zagrzanego odcinka przekopu wznoszącego przed i po pracach profilaktycznych.

Rys.5. Zmiana temperatury górotworu na przekopie wznoszącym w KWK

„Morcinek” – 15.07.1986r. wg wskazań RPP-02

Tablica 1

Wyniki pomiarów temperatury górotworu w przekopie wznoszącym poz.950 m

wykonane przyrządem RPP-02

Lp.

Odległość od

skrzyżowania

86.07.03

86.07.15

L

S

P

L

S

P

1

skrzyżowanie

25

27

27

27

27

27

2

2,5m

27

28

28

27

27

27

3

5,0m

27

28

28

29

29

27

4

7,5m

27

67

45

29

31

27

5

10,0m

35

48

35

29

31

30

6

12,5m

27

30

28

27

31

34

7

15,0m

26

25

27

27

30

29

8

17,5m

26

25

27

27

27

26

9

20,0m

26

25

27

27

27

26

10

22,5m

26

25

26

27

27

26

11

25,0m

25

25

25

27

27

26

L-

ocios lewy na wys. zamków

S-

strop w strzałce wyrobiska

P-

ocios prawy na wys. zamków

- 8 -

Bezpieczeństwo pracy w górnictwie nr 2 (79)/88

4. Wnioski

1.

Stosowanie ręcznego przyrządu podczerwieni RPP-02 do wczesnego
wykrywania pożarów endogenicznych i miejsc samozagrzewania się węgla
jest celowe i konieczne.

2.

Opisany przykład zastosowania RPP-02 w KWK „Morcinek” wykazał dużą
przydatność przyrządu do określenia miejsc samozagrzewania się węgla, a
tym samym sprawnego i szybkiego prowadzenia prac profilaktycznych, nie
dopuszczając do rozwinięcia się pożaru.

3.

Metodę bazującą na pomiarze temperatury powierzchniowej górotworu należy
uważać za uzupełniającą do metody wczesnego wykrywania pożarów,
opierającej się na kontroli zmian składu powietrza.

4.

Metodykę bezkontaktowych pomiarów temperatury górotworu należy w
dalszym ciągu rozwijać i perspektywicznie dążyć do wdrażania w kopalniach
kamer termowizyjnych.