 |  | ||||
 УДК 332.3:504.05 Снижение пылевыделения при гидровоздействии
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].
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:
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:
По химическим свойствам ПАВ разделяются на две группы:
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". 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
| |||||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)