Повышение пылевзрывобезопасности выемочных участков угольных шахт с учётом газового фактора

Д.И. Савельев

ПОВЫШЕНИЕ ПЫЛЕВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С УЧЁТОМ ГАЗОВОГО ФАКТОРА

Приведены данные количественного состава высших углеводородов в угле и угольной пыли, полученные методом термической дегазации. Выполнено сопоставление количества и состава углеводородов в угле и угольной пыли; получена оценка влияния концентрации ПАВ на десорбцию высших углеводородов угля при термовлажностной химреагентной обработке угля в угольных шахтах.

Ключевые слова: борьба с пылью, увлажнение угля, сорбция, десорбция, углеводороды в углях, свойства углеводородов.

^ачастую одни и те же угольные пласты опасны по газу, газодинамическим явлениям (ГДЯ), взрывам пыли, поэтому вопрос о комплексном применении специальных мер, обеспечивающих безопасность труда при ведении горных работ, стоит особенно остро.

В многочисленных исследованиях, посвященных вопросу увлажнения угольных пластов, выражается единая точка зрения о положительном влиянии нагнетаемой жидкости на снижение пылеоб-разования, газовыделения, газодинамических проявлений при выемке (разрушении) угля. Мнения расходятся во взглядах на режим (низко-, высоконапорное) и время (кратковременное, длительное) нагнетания.

Широкое распространение в свое время получили локальные способы борьбы с внезапными выбросами, основанные на искусственном изменении напряженно-деформированного состояния и газодинамического режима краевой части угольного пласта - гидроотжим призабойной зоны и нагнетание в режиме рыхления. В связи с возрастанием частоты внезапных выбросов в процессе гидроотжима от его использования в последнее время отказались.

С увеличением глубины и изменением фильтрационных характеристик пластов снижается эффективность гидрорыхления, вследствие чего параметры его неоднократно корректировались для усиления воздействия на пласт за счет уменьшения длины скважин и повышения давления нагнетания. Возможности такого подхода ог-

раничены с одной стороны техническими характеристиками оборудования, а с другой - негативными последствиями как при гидроотжиме пласта. Поэтому дальнейшее повышение эффективности и безопасности гидрорьгхления видится не в наращивании мощности воздействия на пласт жидкости, а в использовании более рациональных приемов и режимов нагнетания [I].

Низконапорное увлажнение как региональный способ воздействия на физическое состояние пласта (изменения его физикомеханических и фильтрационных хaрактеристик) считался одним из наиболее перспективных направлений разработки и совершенствования способов изменения выбросоопасных свойств угля.

Существует мнение, что предварительное увлажнение как способ предотвращения ГДЯ, из-за низкой эффективности в условиях неразгруженных от горного давления угольных пластов и проблематичности бурения длинных скважин на выброосопасных пластах, зажатием бурового инструмента, не может получить промышленного применения. Учитывая при этом локальность проявления ГДЯ лишь в отдельных зонах, протяженность которых не более 5% от годового под-вигания выработок и бесполезность обработки пластов вне этих зон, его не следует рассматривать как приоритетное направление. Предлагается прекращение увлажнения угольных пластов через длинные скважины как неэффективный, трудоемкий и небезопасный способ.

Представляется перспективным, управляя прочностью угля путем нагнетания в пласт водных растворов поверхностноактивных веществ (ПАВ), формирование увлажненной зоны угольного массива, подготовленной для ведения технологических операций, в том числе и буровзрывных работ (БВР). При таком режиме нагнетания:

связывается пыль, имеющаяся в пласте и пыль, образующаяся при разрушении угля - выемке и транспортировке (подавляются как крупные фракции пыли, так и респирабельные, размером менее 5мкм, на которые приходится преобладающее количество пыли - 90-95%; весь процесс подавления пыли осуществляется путем смачивания и обволакивания пылинок жидкостью с ПАВ, что приводит к увеличению веса пылинок и склонности их к агрегации; увлажнение при разрушении угля не дает возможности образоваться "вторичной" пыли;

появляется возможность микро-капиллярной изоляции газа в угле (вода, подаваемая под давлением, дает возможность части

газа, свободного, покинуть крупные трещины и поры, то есть вытесняет его, а часть газа закупоривается в субмакропорах и микро-порах; в конечном счете, это приводит к снижению газопроницаемости пласта и уменьшает его способность выделять метан; газ, закупоренный в микропорах благодаря капиллярным силам, теряет возможность покинуть их даже при мельчайшем разрушении; поверхность микропор составляет свыше 97% общей поверхности пор, закупорка микропор означает изоляцию в них основного количества газа; увлажнение приводит к снижению газовыделения в очистных и подготовительных выработках из обнаженного и разрушенного угля);

образуется дополнительная система микротрещин и происходит частичное вытеснение газа;

изменяются механические свойства угля в сторону увеличения пластических и уменьшения прочностных характеристик (происходит перераспределение напряжений вокруг и впереди выработки, зона повышенных напряжений отодвигается вглубь массива);

происходит адсорбционное понижение прочности между поверхностями трещин и растворение солей минеральных включений - обменная и молекулярная адсорбция. (Это приводит к ослаблению угольного пласта и уменьшает энергоемкость его выемки. Появляется возможность увеличить скорость подачи комбайна и улучшить режим его работы.

Уменьшение энергоемкости разрушения и увеличения скорости подачи комбайна приводят к меньшему измельчению угля, что сказывается на снижении пылеобразования при разрушении и повышению его качества. Возрастает эффективность орошения, за счет повышения общей влажности угля, гидрофилизации его поверхности. Это облегчает смачиваемость частиц пыли, образующихся при разрушении) [4].

Совместно с заведующим лабораторией кафедры «Защита окружающей среды и БЖД» РГГРУ, проф. д.г-м.н Лебедевым В. С. были выполнены исследования оценки влияния термовлажностной химреагентной обработки угля на десорбцию высших углеводородов.

Для проведения работы использовались: угольная пыль и уголь, отобранные из шахты «Осинники», Кузбасс.

Рис. 1. Десорбция газов в угле и угольной пыли

Рис. 2. Десорбция углеводородов в угле, обработанном термовлажностной химреагентной обработкой, при различные концентрация ПАВ

Были отсеяны различные фракции, как угля, так и пыли. Хроматографический анализ данных образцов производился при температуре 200 0С, и были полученные следующие результаты рис. 1.

Из рис. 1 видно, что углеводороды, содержащиеся в необработанном угле десорбируют больше, по сравнению с десорбцией в угольной пыли.

После проведения хроматографического анализа необработанных образцов угля и угольной пыли, мы взяли пять одинаковых

частей той же фракции угля, и выдержали эти части в растворе при различных концентрациях ПАВ в течении суток (24 ч.) при температуре 25 0С. По истечению времени смоченные образцы угля просушили и исследовали каждую часть в отдельности с помощью хроматографа.

Хроматографический анализ обработанных образцов угля производился при температуре 150 0С, результаты исследования, которых показаны на рис. 2.

Хроматографический анализ обработанных образцов угля производился при температуре 150 0С, результаты исследования, которых показаны на рис. 2.

Исходя из полученных результатов, видно, что образцы угля, обработанные растворами с ПАВ различных концентраций, значительно снижают концентрацию метана в угле.

Таким образом, проведенные исследования показали следующее, что:

при смачивании образцов чистой водой и 1%-м раствором ПАВ с температурой 25 0С имело место блокирования метана рабочей жидкостью, в результате чего остаточная газоносность угля повысилась по отношению к необработанному углю. Самая низкая остаточная газоносность угля определена при концентрации смачивателя 0,5 %.

в результате термовлажностной химреагентной обработки угля происходит понижение его прочности, что даёт возможность современному горнодобывающему оборудованию максимально использовать свои мощности;

применение растворов ПАВ при увлажнении угля, повышает экономическую эффективность добычи угля механическим способом.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рожков А.С., Дремов А.В. Расчет оптимального количества жидкости на орошение при работе проходческого комбайна // Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития. Сб. докладов / Восьмая международная экологическая конференция студентов и молодых ученых. - МГГУ. 2004 - Том 2. С. 55-56.

2. Романченко С.Б., Костеренко В.Н., Макеева Д.О., Дремов А.В. Техникотехнологические проблемы промышленного внедрения систем обеспыливания шахтной атмосферы // Аэрология: Сб. научн. тр. по мат. симпозиума «Неделя гор-

няка-2009». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) - 2009. - № ОВ13. -С. 176-188.

3. Романченко С.Б., Костеренко В.Н., Цисьлик П., Цисьлик Я., Дремов А.В. Современные средства обеспечения пылевзрывобезопасного состояния горных выработок // Аэрология: Сб. научн. тр. по мат. симпозиума «Неделя горняка-2009». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) - 2009. - № ОВ13. -С. 188-194.

4. Бобров А.И., Агафонов А.В., Баличенко И.И., Тимофееев Э.И., Николин В.И. Состояние и перспективы решения проблемы газодинамических явлений в шахтах. // Уголь Украины, февраль-март, 1997. - С. 9-13.

5. Кашуба О.И., Медведев Э.Н., Карпов Д.А. Пути увеличения объемов предварительного увлажнения угольных пластов. // Уголь Украины, апрель, 1997. - С.40-42.

6. Медведев Б.И., Артамонов В.Н., Николаев Е.Б. Совершенствование технологии ведения БВР в зонах гидровоздействия. // Известия Донецкого горного института. - Донецк: ДонГТУ, 2000-№2.-С.З-7.

7. Борьба с угольной пылью в высокопроизводительных забоях, изд-во "Наука" 1975. с 29-30.

8. Снижко В.Д., Недодаев Н.В., Питаленко Е.И., Ревва В.Н., Борисенко Э.В. Отработка угольных пластов в условиях влияния зон повышенного горного давления. // Уголь Украины, апрель, 1997.- С. 13-14.

9. Артамонов В.Н. Принципы поэтапного гидровоздействия на угольный пласт и эффективность его применения в шахтах // Известия Донецкого горного института. - Донецк: ДонГТУ, 1997.-№2.-С.73-79.

10. Артамонов В.Н., Бондаренко А.Ю. О возможности управления технологическими свойствами угля увлажнением краевой части пласта // Известия Донецкого горного института. - Донецк: ДонГТУ, 1995.-№ 1.-С.21-24. И5гл=1

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Савельев Д.И. - аспирант, Московский государственный горный университет, info@saveliev.ru