Dependence of coal crushability property on moisture content

УДК 622.333:543.812

А.С. Ворошилов, М.С. Сазонов, К.С. Лебедев

Зависимость показателя дробимости каменных углей

от влагосодержания

Проведены исследования по изучению дробимости каменных углей в зависимости от влагосодержания. Установлено, что при выходе влаги из супермикропор происходит локальное увеличение дробимости угля.

Ключевые слова: ДРОБИМОСТЬ, ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ, МИКРО- И СУПЕРМИКРОПОРЫ

В статье1 показано, что при десорбции воды из каменного угля происходит нелинейное изменение внутрипорового давления и, следовательно, внутренних напряжений, что должно приводить к изменению его прочностных характеристик [1].

Для выявления изменений этих прочностных характеристик каменных углей были проведены эксперименты по изучению зависимости дробимости углей от влагосодержания1. Исследовались пробы угля марки СС для двух фракций 0,4 - 0,7 мм и 1 - 1,6 мм.

Для соотнесения влагосодержания в угле и типов пор (микро- и супермикропор), в которых находится вода, были использованы изотермы десорбции, приведенные в работе2. На рисунках 1 и 2 изображены изотермы десорбции для двух фракций, из которых четко прослеживается нелинейная зависимость влагосодержания от влажности воздуха для различных типов пор. Для описания изотерм использовалось двучленное уравнение М.М. Дубинина. Десорбция воды, протекающая от 50 до 20% влажности воздуха, соответствует высвобождению воды из супермикропор. Это подтверждается значениями параметров, полученных эмпирическим путем из уравнения (1) по данным изотермам и рассчитанных в работе1, есм= 3024 для фракции 0,4- 0,7 мм и есм = 3044 для фракции 1-1,6 мм:

a і Е ,

x =------= е v смJ степень заполнения супермикропор;

см

a

см

а - влагосодержание, кг-кг"1;

сс і

хм = — = е ^ “J степень заполнения микропор;

ам - предельное влагосодержание микропор, кг-кг"1; асм - предельное влагосодержание супермикропор, кг-кг"1;

\6

А 1

1 См. статью А.С. Ворошилова «Моделирование изменения объема каменных углей в зависимости от их влагосодержания» (с.88).

2См. статью А.С. Ворошилова, К.С. Лебедева, М.С. Сазонова «Фрактальные подходы при рассмотрении механизма низкотемпературного окисления угля» (с.92).

ем - характеристическая энергия адсорбции в микропорах, Дж-моль-1; есм - характеристическая энергия адсорбции в супермикропорах, Дж-моль-1.

Процесс десорбции, протекающий от 20 до 0% влажности воздуха, соответствует высвобождению воды из микропор, что аналогично подтверждается параметрами, полученными по уравнению (2), есм= 8266 для фракции 0,4-0,7 мм и есм = 7930 для фракции 1-1,6 мм.

Рисунок 1 - График изотермы десорбции

Рисунок 2 - График изотермы десорбции

Для определения дробимости угля за основу был взят метод, разработанный сотрудниками Института горного дела им. А.А. Скочинского под руководством профессора Л.И. Барона.

Метод заключается в следующем: проба помещалась в стальной стакан прибора для определения крепости (ПОК - 1) и с высоты 0,7 м на пробу массой 30 г определенной фракции сбрасывалась гиря массой 3,4 кг с количеством ударов, равным 5 для 0,4 - 0,7 мм, и равным 2 для 1,0 - 1,6 мм. При таком числе ударов достигалось оптимальное количество остатка раздробленного угля на сите, равное приблизительно 50% от массы пробы.

В качестве показателя дробимости была выбрана безразмерная величина:

О тпрош/ тост.

где тпрош - масса угля фракции 0,4 - 0,7 мм, прошедшего через сито 0,4 мм; тост - масса остатка фракции 0,4 - 0,7 мм на сите 0,4 мм.

На рисунке 3 представлен график зависимости дробимости угля от влагосодержания.

- фракция 0,4 - 0,7 мм; • - фракция 1,0 - 1,6 мм Рисунок 3 - График зависимости дробимости угля от влагосодержания

При выходе влаги из супермикропор наблюдается локальный рост показателя дробимости каменных углей, и на графике зафиксировано его наибольшее значение. Скорее всего, это связано с перераспределением внутренних напряжений, подобных представленным в работе1, которые приводят к увеличению дробимости каменного угля.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Ковдерко, В.Э. О природе внутренних напряжений горных пород / В.Э. Ковдерко // Литосфера. -1995. -№3. - С.134-139.

DEPENDENCE OF COAL CRUSHA-BILITY PROPERTY ON MOISTURE CONTENT

A.S. Voroshilov, M.S. Sazonov, K.S. Lebedev

Researches were carried out to study coal crushability dependence on moisture content. It was stated that when moisture leaves micropores local crushability of coal increases.

Key words: CRUSHABILITY, MOISTURE CONTENT, MICRO- AND SUPERMICROPORES

Ворошилов Алексей Сергеевич тел.: (3842) 64-02-60 Сазонов Михаил Сергеевич тел.:89236015177 Лебедев Кирилл Сергеевич тел.: 89050774054