В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 332.3:504.05

Снижение пылевыделения при гидровоздействии


Павлюченко И.А., ассистент, Артамонов В.Н.,профессор, Кузык И.Н, доцент
Донецкий национальный техничесий университет

На основе исследований существующих методов снижения пылевыделения в очистных забоях угольных шахт предлагается технологические решения по применению низконапорному увлажнении угля с формированием условий экологически безопасного ведения технологических процессов.
 

Формирование безопасных условий труда в очистных забоях зависит от соблюдения норм и санитарно-эпидемиологических правил, связанных с наличием в воздухе рабочей зоны угольной пыли[1]. Находящиеся во взвешенном состоянии мелкодисперсная пыль, которая образуется при механическом разрушении, транспортировке, разгрузке и складировании угля, длительное время находятся в атмосфере во взвешенном состоянии, перемещается рудничным воздухом и оседает на поверхности горных выработок, оборудовании и др. [2,3]. Наиболее опасными технологическими процессами приводящими к образованию угольной пыли являются (рис.1) [4].



Источники образования угольной пыли

Рис.1 - Источники образования угольной пыли


Исходя из анализа исследований [1,4], можно сделать вывод о том, что пылевыделением сопровождается практически все технологические процессы в угольных шахтах. Количество выделяемой пыли зависит от многих факторов: физических и химических свойств угля, применяемых методов разрушения, транспортировки, складирования, применяемых технологий пылеподавления, способов проветривания [5]. Наибольшее пылеобразование в подземных условиях наблюдается при работе очистных и проходческих комбайнов (до 90-95% всей пыли) [6].

К особо опасным свойствам угольной пыли следует отнести ее взрывоопасность. Взрывчатой считается угольная пыль, содержащая более 10% летучих веществ, размер частиц ?0,1мм и концентрацию от 10 до 300мг/м3 [2]. Уровень концентрации угольной пыли и наличие в атмосфере метана приводят к снижению предела взрывчатости угольной пыли, увеличивая вероятность взрыва при наличии потенциальных источников воспламенения пылегазовой смеси. Это возможно лишь при нарушении правил безопасности технологии работ и отсутствия мер по борьбе с пылеобразованием.

Из существующих методов борьбы с пылью, известных в настоящее время, наиболее прогрессивным является предварительное увлажнение угольного массива. Запыленность воздуха при выемке увлажненного угля снижается на 24-94% и на 15-25% ослабляется угольный массив. Сущность метода предварительного увлажнения заключается в том, что вода под давлением проникает по макро- и микротрещинам в угле и смачивает уголь и имеющуюся там пыль, В результате этого смоченная пыль при выемке не переходит во взвешенное состояние.

В настоящее время известны три основных способа нагнетания воды в угольный пласт:

  • через шпуры длиной до 5 м, пробуренные из очистного забоя;
  • через короткие скважины длиной от 5 до 15 метров, пробуренные из очистного забоя;
  • через длинные скважины, пробуренные из опережающей части подготовительной выработки параллельно линии очистного забоя.

Первые два способа успешно применяются на шахтах Донбасса. Последние годы развитие угольной промышленности характеризуется ростом уровня и механизации выемки угля, увеличением нагрузки на очистной забой.

При современной механизации выемки угля и скоростях подвиганий очистных забоев наиболее целесообразно увлажнение угольного массива через длинные скважины. Скважины для увлажнения угольного массива бурятся из опережающей части вентиляционного (откаточного) штрека на 10-15 м короче наклонной высоты этажа. В настоящее время нагнетание воды через длинные скважины производится более чем на 20 шахтах Донбасса.

Снижение пылеобразования при увлажнении угля в массиве зависит от многих факторов, в том числе и от смачиваемости угля и угольной пыли, заключенной в трещинах пласта.

Исследованиями ДонНТУ, МакНИИ установлено, что водные расстворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) являются наиболее эффективными смачивателями угольной пыли.

Теоретическое изучение вопросов, связанных с эффективностью применения ПАВ, позволило установить, что применение смачивателей при нагнетании воды в угольные пласты приводит к изменению капиллярного давления в порах угля[ 5].

При лабораторных исследованиях и образцах угля марок Т,ОС,К и Ж наблюдается более интенсивная пропитка растворами смачивателем по сравнению с пропиткой водой. На образцах угля двух пластов (антрацит и длиннопламенный уголь) растворы смачивателей увлажняли уголь практически с такой же скоростью как и воды без добавок[5,7].

В связи с этим важное значение имеют параметры трещиноватости (раскрытость и пустота трещин) углей, которые являются необходимой основой для расчета гидродинамических характеристик пласта.

Для улучшения смачиваемости при предварительном увлажнении угольного массива могут быть применены растворы ПАВ и поверхностно-активные жидкости. Молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности угольных частиц и тем самым снижают поверхностное натяжение и повышают смачивающую способность воды. Краевой угол смачиваемости угля и поверхностное натяжение уменьшаются с повышением концентрации ПАВ, причем особенно интенсивно в области малых концентраций. При приближении концентрации раствора к критической концентрации мицеллообразования уменьшение значений указанных показателей практически прекращается[10].

В зависимости от характера протекания адсорбции и механизма стабилизации дисперсных систем ПАВ разделяются на два класса:

  • низкомолекулярные соединения дифильного строения. Характерной особенностью этих веществ является то, что молекулы их образованы из двух разных по свойствам частей. Одна часть состоит из углеводородных радикалов, другая - из радикалов, родственных по своей природе молекулам растворителя;
  • высокомолекулярные вещества, в которых чередуются гидрофильные и гидрофобные группы, равномерно распределенные по всей длине полимерной цепи.

По химическим свойствам ПАВ разделяются на две группы:

  • ионогенные (анионактивные и катионактивные);
  • неионогенные.

Анионактивные вещества в растворах находятся в виде ионов, а катионактивные - в виде катионов. Анионактивные вещества имеют существенные для смачивателей угольной пыли недостатки: неустойчивость их растворов в жесткой воде и высокая пенообразующая способность.

Наибольшее применение для увлажнения угольного массива получили неионогенные поверхностно-активные вещества, которые в растворе существуют в виде молекул. Типичный их представитель - смачиватель ДБ (ныне запрещенный). Значительный интерес представляют такие неионогенные вещества как синтанол и неонол, полученные на основе первичных и вторичных спиртов с различной степенью оксиэтилирования. Они обладают высокой степенью биоразлагаемости, антиокислительным действием и не придают заряд поверхности угольных частиц. При небольшой их концентрации процесс проникновения жидкости в пласт ускоряется в 1,5 раза.

Для обработки пластов ВНИИПАВ разработаны смачиватели синтанол ДТ-7, неонол В-1020 и СТС. Они представляют собой пасты или гранулы, растворяющиеся в воде не более чем за 5 мин. Рабочая концентрация раствора 0,1%.

Синтанол ДТ-7 - моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе, первичных жирных спиртов. Его биоразлагаемосгь составляет 90%. Серийное производство синтанола ДТ-7 налажено в ПО "Салаватнефтеторг".
Результаты исследований по нагнетанию в пласт воды и растворов смачивателя показали, что добавка смачивателя к воде повышает эффективность пылеподавления на 11-48% [9].

На основании проведенных работ можно рекомендовать раствор смачивателя (синтанол) для повышения эффективности пылеподавления при увлажнении плохо смачиваемых марок угля (Т, ОС, К и Ж). Концентрация смачивателя в растворе должна быть в пределах от 0,1 до 0,3%.

Вопрос о целесообразности применения растворов ПАВ на пластах с углем марок А, Г и Д должен уточняться для каждого пласта в отдельности путем сравнения эффективности пылеподавления при применении смачивателя и без него.

Как показали многочисленные исследования, проведенные во всех каменноугольных бассейнах страны эффективность пылеподавления при различных схемах нагнетания практически одинакова [5,6,7].

Применение различных схем определяется как горно-геологическими, так и горнотехническими возможностями.

На наш взгляд, через длинные скважины можно увлажнять примерно 70% крутых и 30% пологих пластов. Однако при выборе схемы увлажнения следует также учитывать экономические затраты.

Результаты расчетов свидетельствуют о том, что наиболее трудоемким является нагнетание воды через шпурыэ наименее трудоемким - нагнетание воды через длинные скважины, если учитывать еще и возможность использования дегазационных скважин.

К недостаткам увлажнения угольного массива через длинные скважины следует отнести трудоемкость герметизации скважин, а также то, что для каждого пласта необходимо с большой точностью определять рациональные параметры увлажнения.

В настоящее время разрабатываются автоматические герметизирующие устройства из упругорасширяющихся рукавов на скважины диаметром 45; 80 и 100 мм и проводятся работы по определению рациональных параметров увлажнения угольного массива через длинные скважины для ряда угольных пластов Донбасса.

Нагнетание воды в угольный массив через длинные скважины является прогрессивным методом отвечающим запросам угольной промышленности. При работе лав по многоцикличному графику и высокой скорости подвигания линии очистного забоя метод увлажнения угольного массива является наиболее приемлемым для борьбы с пылью.

К параметрам нагнетания воды в угольный массив относятся: длина скважин, глубина их герметизации, расстояние между скважинами, давление нагнетаемой воды, темп и время нагнетания, расход воды [5].

Величина этих параметров зависит от физико-механических свойств угольных пластов, их структурных особенностей[4,5,7,8].

Выводы: Теоретические и экспериментальные исследования, проводившиеся Донецким национальным техническим университетом в течении ряда лет в лабораториях и на ряде шахт Донбасса, показали, что при определенных условиях обработки угольных пластов водными растворами ПАВ возможно достижение микрокапиллярного увлажнения угля. Это позволит совместить во времени выполнение профилактических мероприятий по предотвращению пылегазовыделения с работами по добыче угля в пределах действующего горизонта, а также заблаговременно обрабатывать запасы угля нижележащего горизонта до начала ведения на нем подготовительных работ. При качественном выполнении низконапорное увлажнение дает возможность уменьшить пылеобразование в 3-7 раз, что в свою очередь обеспечит повышение общей производительности рабочих и снизит нагрузку на окружающую среду.
 

Библиографический список

  1. Алексеенко В.А. Основы безопасности жизнедеятельности/ В.А.Алексеенко, И.Ю.Матасова.-М.ИНФРА-М.,2001,-287с.
  2. Шахтная пыль [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://nado.znate.ru/Шахтная пыль.
  3. Ищук И.Г. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий: справочник/И.Г.Ищук, Г.А. Поздняков-М.:Недра,1991.-253с.
  4. Артамонов В.Н. Пути снижения пылеобразования при технологических процессах добычи угля// В.Н.Артамонов, И.Н.Кузык, И.А.Павлюченко, А.М.Камуз / Экология и прмышленность, №2,2015,с.15-19.
  5. Артамонов В.Н. Предварительное увлажнение как комплексный метод повышения эффективности и безопасности горных работ / В.Н. Артамонов, Е.Б. Николаев // Геотехнологии на рубеже XXI века / Под общ. ред. С.С. Гребенкина, Ю.В. Бондаренко. - Донецк : ДУНПГО, 2001. - Т.1. - С. 124-129.
  6. Стукало В.А. Шахтная атмосфера/В.А.Стукало.-К.:Техніка,1989,-69с.
  7. Медведев Б.И. Совершенствование способа определения основных параметров микрокапиллярного увлажнения / Б.И. Медведев, В.Н. Артамонов, В.В. Чистюхин // Геомеханические проблемы высокопроизводительной разработки тонких и средней мощности угольных пластов : всесоюзная техническая конференція: тезисы докладов. - Донецк, 1980. - С. 31-33.
  8. Кузик І.М. Механізм зниження пилоутворення з поверхні породних відвалів при використанні розчинів поверхнево-акивних речовин/І.М. Кузик, В.М. Артамонов, А.М.Камуз, "Екологія і природокористування: збірник наукових праць Інституту проблем природокористування і екології НАА України, Вип.16,-с195-200.
  9. Артамонов В.М. Дослідження капілярних явищ для різних типів вод як основа ГІС-моделювання/ В.М.Артамонов, І.М.Кузик, А.М.Камуз. Наукові праці ДонНТУ,серія горно-геологічна, Вип.12(173),Д.:,2010Ю-с.66-73.
  10. Поверхностно-активные вещества: справочник / [А.А. Абрамзон, В.В. Богаров, Г.М. Гаевой и др.] под ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого. - Л.: Химия, 1979. - 376 с. ил.


 

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.