Management of combating spontaneous combustion in thick coal seams

Abstract

Thick coal seams provide high reserves and economic advantages in mining; however, they also pose significant safety and production challenges due to the risk of spontaneous combustion. The oxidation of coal at low temperatures, its contact with oxygen, and the inability to dissipate heat lead to accumulation, thereby increasing the risk of fire. This process is influenced by factors such as coal’s porosity, moisture content, pyrite content, geological characteristics, ventilation conditions, and atmospheric factors. To reduce the risk, preventive methods such as ventilation systems, gas monitoring centers, ash injection, phenolic foam and concrete coating, and nitrogen gas applications are employed. When spontaneous combustion occurs, early detection is critical, and methods such as oxygen isolation, cooling applications, nitrogen gas injection, and insulation techniques are implemented. The holistic integration of these strategies enhances occupational safety, reduces economic losses, and contributes to the sustainability of mining operations.

Keywords

• Thick coal seams
• spontaneous combustion
• oxidation
• ventilation
• gas monitoring
• nitrogen injection
• ash application
• phenolic foam
• fire intervention
• mining safety

Kalın kömür damarlarında kendiliğinden yanma ile mücadele yönetimi

Abstract

Kalın kömür damarları madencilik açısından yüksek rezerv ve ekonomik avantajlar sağlamakla birlikte, kendiliğinden yanma riski nedeniyle ciddi güvenlik ve üretim sorunları barındırmaktadır. Kömürün düşük sıcaklıklarda oksidasyonu, oksijen teması ve ısının uzaklaştırılamaması sonucu birikerek yangın riskini artırmaktadır. Bu süreç; kömürün gözenek yapısı, nem oranı, pirit içeriği, jeolojik özellikler, havalandırma koşulları ve atmosferik faktörlerden etkilenmektedir. Riskin azaltılması için havalandırma sistemleri, gaz izleme merkezleri, kül enjeksiyonu, fenolik köpük ve beton kaplama, azot gazı uygulamaları gibi önleyici yöntemler kullanılmaktadır. Kendiliğinden yanma meydana geldiğinde ise erken tespit kritik olup, oksijenin kesilmesi, soğutma uygulamaları, azot gaz enjeksiyonu ve izolasyon yöntemleri uygulanmaktadır. Bu stratejilerin bütüncül şekilde entegrasyonu, iş güvenliğini artırmakta, ekonomik kayıpları azaltmakta ve madencilik faaliyetlerinin sürdürülebilirliğine katkı sunmaktadır.

Keywords

• Kalın kömür damarları
• kendiliğinden yanma
• oksidasyon
• havalandırma
• gaz izleme
• azot enjeksiyonu
• kül uygulaması
• fenolik köpük
• yangın müdahalesi
• madencilik güvenliği

Thanks

Bu derleme çalışmasının hazırlanmasında destek olan ve katkılarını esirgemeyen Polyak Eynez İSG ve Afet Koordinasyon Direktörü Sayın Ergin Kahraman Bey’e teşekkürlerimi sunarım. Aynı zamanda akademik bilgi ve tecrübeleriyle yol gösteren, her aşamada desteğini hissettiren değerli hocam Prof. Dr. Önder Uysal’a en içten teşekkürlerimi iletirim.

References

1. [1] A. Yılmaz, S. Bilen, and M. Rasskazova, “Determination of gas contents and spontaneous combustion liabilities of Zonguldak coals,” Solid Fuel Chem., vol. 59, no. 2, pp. 97–103, 2025, doi: 10.3103/S0361521924700617.
2. [2] A. Değirmenci, “Kozlu müessesesindeki ocak yangınları ve alınan önlemler,” in Proc. Türkiye 8. Kömür Kongresi, Zonguldak, Turkey, 1992, pp. 153–164.
3. [3] J. Smith, “Mechanisms of coal spontaneous combustion in underground mines,” Min. Saf. Rev., vol. 15, no. 4, pp. 110–120, 2003.
4. [4] “Spontaneous combustion,” Britannica, [Online]. Available: https://www.britannica.com/science/spontaneous-combustion
5. [5] Ö. Ören, “Kütahya bölgesi linyitlerinin kendiliğinden yanmaya yatkınlıklarının araştırılması,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Dumlupınar Üniv., Kütahya, Turkey, 2006.
6. [6] M. E. Yılmaz and A. Kaya, “Kömür yangınları ve kendiliğinden yanma olayı,” Maden Müh. Derg., vol. 45, no. 3, pp. 255–267, 2019.
7. [7] S. Yılmaz, “Prediction of spontaneous combustion liability for imported steam coals,” Energy Sources A, Recovery Util. Environ. Eff., vol. 47, no. 1, pp. 12329–12343, 2025, doi: 10.1080/15567036.2025.2512224.
8. [8] J. Tian, Z. Li, and G. Wang, “Study on the spontaneous combustion of coal and its prevention in underground mining operations,” J. Environ. Sci. Eng., vol. 5, no. 3, pp. 312–323, 2016.

9. [9] T. Lee and P. Wang, “Ventilation effects on coal oxidation,” Int. Min. Saf. Rev., vol. 18, no. 1, pp. 45–58, 2019.
10. [10] M. Çam, “Yeraltı kömür madenciliğinde kendiliğinden yanma ile mücadele çalışmalarında azot gazı kullanımı,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya Dumlupınar Üniv., Kütahya, Turkey, 2025.
11. [11] S. İnal and K. Aydıner, “Kömürün kendiliğinden yanması ve etkileyen faktörler,” Bilimsel Madencilik Derg., vol. 58, no. 2, pp. 145–165, 2019.
12. [12] Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı, “Maden işyerlerinde iş sağlığı ve güvenliği yönetmeliği,” Resmî Gazete, no. 28770, Sep. 19, 2013, last amended Mar. 10, 2015, no. 29291.
13. [13] E. Kahraman and A. Ramazanirend, “Yeraltı madenciliğinde gaz kromatografi kullanımı ve önemi,” ResearchGate, 2023. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/xxxxxxxx
14. [14] M. Bilen, “Online CO monitoring during low temperature oxidation of Zonguldak coals,” Solid Fuel Chem., 2025. [Online]. Available: https://acikarsiv.beun.edu.tr/entities/publication/7b710e0c-76e0-4e07-9b95-0cec6c411b40/full
15. [15] E. Kahraman, A. Ramazanirend, E. Küçükali, O. Altıparmakoğlu, and A. Fişne, “Polyak Eynez C-02 panosunda kendiliğinden yanmayı önleyici çalışmaların incelenmesi,” in Proc. Türkiye 28. Uluslararası Madencilik Kongresi, Dec. 2023.
16. [16] E. Kuzoluk, “Farklı miktar ve özellikteki kömür yığınlarının kendiliğinden yanma davranışları, önlenmesi ve önceden tespit edilmesine bir örnek: Çayırhan kömür stokları,” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Selçuk Üniv., Konya, Turkey, 2014, pp. 5–45.
17. [17] T.C. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı, “Maden işyerlerinde iş sağlığı ve güvenliği yönetmeliği,” Resmi Gazete, no. 28770, Sep. 19, 2013.
18. [18] Y. Zhang, Y. Gao, D. Sun, F. Zhao, and W. Xu, “Application of nitrogen curtain technology to longwall goaf: A case study in Shajihai coalmine,” Fires, vol. 6, no. 9, p. 363, 2023, doi: 10.3390/fires6090363.
19. [19] X. Liu, Y. Zhang, Z. Wang, Q. Yue, and M. Chen, “Combustion mechanism and control approaches of underground coal fires: A review,” Int. J. Coal Sci. Technol., vol. 10, no. 2, pp. 123–145, 2023, doi: 10.1007/s40789-023-00581-w.
20. [20] E. Kahraman, C. Sığırcı, Ş. Tarhan, and F. B. Taşkın, “Çayırhan linyit işletmesi G sahasında ocak yangınları ile mücadele yöntemlerinin incelenmesi,” in Proc. Türkiye 8. Kömür Kongresi, 2012.
21. [21] H. Demirkan, Ed., “Kömürün kendiliğinden yanma olgusu,” Zonguldak/Ankara: MASİS Yayınları, 2023.
22. [22] E. Kahraman, “Yeraltı kömür madenciliğinde yangınlarla mücadele çalışmaları,” in Proc. Uluslararası Katılımlı Yangın Sempozyumu ve Sergisi, İzmir, Turkey, 2024.
23. [23] H. Öztürk, “Kömür damarlarındaki kendiliğinden yanma ve müdahale teknikleri,” Müh. Teknik Derg., vol. 55, no. 6, pp. 198–212, 2020.
24. [24] T. Güyagüler, Kömür tozu patlamalarında taş tozu barajları. Ankara: ODTÜ Maden Mühendisliği Bölümü, 1977.
25. [25] X. Liu and W. Zhang, “Technology for prevention of spontaneous combustion in thick coal seams,” Int. J. Min. Sci. Technol., vol. 30, no. 2, pp. 187–195, 2020.
26. [26] L. Zhang and Y. Li, “Prevention strategies for spontaneous combustion in thick coal seams,” Int. J. Coal Geol., vol. 194, pp. 45–53, 2018.