Evaluation of parameters to determine the degree of coal dust explosibility

Evaluación de parámetros para determinar el grado de explosividad del polvo de carbón

Coal dust is highly explosive and caused dozens of victims in Colombia. In this research the most important and direct influence on coal dust, especially those that cause combustion and explosion inside the mine factors were analyzed; is important to discuss the characteristics of each coal mined and processed, for actions that do not compromise the integrity of the staff or facilities. Four (4) channel samples of coal exploitation faces with High Volatile Bituminous C from Cerrejón Formation were collected and analyzed: Proximal (moisture, ash, volatile matter, fixed carbon, total sulfur and calorific value ); petrographic (maceral counting and vitrinite reflectance) and Hardgrove mill index. The samples were crushed to obtain fractions corresponding to meshes 200, 270 and 325 considering those sizes could give greater risks of explosion.

The analysis showed that there is a direct relationship between the results of the Hardgrove mill index and the degree of explosiveness in the fraction corresponding to 200 mesh, meaning that a higher rate of milling the greater the degree of explosiveness; a direct relationship between calorific inertinite content range and also observed. The 325 mesh fraction for all samples showed the same degree of explosiveness, which indicates that the grain size and the type of coal maceral not influence the content and coal rank. The flash point decreased for finer grains for all samples. Thus, the size of carbon particle is very important as an indicator in the coal-dust explosion factor: finer particles have greater the likelihood of explosion. The percentage of inertinites has a close relationship with the explosivity index, the higher the content of this maceral, coupled with the fine grain, coal dust behaves like a highly explosive element and generate risks in mining operations.

Coal rank is an important factor regard to self combustion and explosion of particles with grain sizes greater 200 mesh. If a low rank coal has susceptible and unstable at high temperature elements and this is combined with high volatile matter and some other influential environmental parameters, such as blow air, dust concentration, humidity, and pressure, among others, the ideal combustion and then a likely violent explosion may affect a large portion of mine.

El polvo de carbón es altamente explosivo y ha provocado decenas de víctimas en Colombia. En esta investigación se analizaron los factores más importantes y con influencia directa sobre el polvo de carbón, principalmente aquellos que ocasionan combustión y explosividad al interior de la mina; es importante discutir las características de cada carbón extraído y procesado, para realizar acciones que no comprometan la integridad del personal ni de las instalaciones. Cuatro (4) muestras de canal fueron tomadas en frentes de explotación de carbones Bituminosos Altos en Volátiles C de la Formación Cerrejón, y se analizaron: Próximos completos (humedad, ceniza, materia volátil, carbono fijo, azufre total y poder calorífico); petrográficos (conteo maceral y determinación de la reflectancia de la vitrinita) y el índice de molienda hardgrove. Las muestras se trituraron para obtener fracciones correspondientes a mallas 200, 270 y 325 por considerar que estos tamaños de grano son los que podrían presentar mayores riesgos de explosión, y a ellos se les realizaron ensayos de puntos de ignición y de explosividad.

Los análisis mostraron que existe una relación directa entre los resultados del índice de molienda hardgrove y el grado de explosividad en la fracción correspondiente a la malla 200, o sea que a mayor índice de molienda será mayor el grado de explosividad; también se observó una relación directa entre poder calorífico, rango y contenido de inertinita. En la fracción correspondiente a la malla 325 todas las muestras presentan el mismo grado de explosividad, lo cual indica que para este tamaño de grano y para este tipo de carbón no influyen el contenido maceral ni el rango del carbón. Los puntos de ignición disminuyen en la medida que se hacen más finos los granos, y se comportan igual en todas las muestras granulometrías. Así, el tamaño de la partícula de carbón es un factor muy importante como indicador en la explosividad del polvo de carbón. Es decir que a partículas más finas, mayor es la probabilidad de explosividad. El porcentaje de inertinitas presenta una relación estrecha con el índice de explosividad, a mayor contenido de este maceral, sumado a la granulometría fina, el polvo de carbón se comporta como un elemento altamente explosivo y generar riesgos en las operaciones mineras.

La madurez del carbón es un factor importante con respecto a la auto combustión y a la explosividad de partículas con tamaños de grano mayores a malla 200. Si un carbón de bajo rango presenta elementos susceptibles e inestables a altas temperaturas y ello se combina con alto contenido de materia volátil y algunos otros parámetros influyentes del ambiente, tales como corrientes de aire, concentración del polvo, humedad, y presión, entre otros, se crea un entorno ideal para la combustión y luego una posible explosión violenta que afectará una gran porción de la mina.