СПОСОБ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ НА ОТКРЫТЫХ УГОЛЬНЫХ СКЛАДАХ
METHOD OF DUST SUPPRESSION IN OPENED COAL STORAGES

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам закрепления пылящих поверхностей открытых угольных складов, формирующихся как в черте угольных разрезов, так и в местах хранения и перегрузки угля, вынос пыли с которых оказывает существенную экологическую нагрузку на прилегающие территории и способствует возникновению и развитию профессиональных заболеваний органов дыхания у рабочих подобных объектов.
Известен способ пылеподавления (патент РФ №2332572, опубликовано 27.08.2008), включающий связывание и коагуляцию пыли в воздушном потоке аэрозоля с помощью воздухонаполненных водных (98%) пен высокой кратности, в состав которых входит поверхностно-активное вещество, представленное глицерином (0,2-0,4%), а в качестве стабилизатора - олеиновой кислотой (0,8-1,2%) и содой каустической (0,4-0,6%), при этом пылеподавление осуществляется выдуванием раствора через сопла форсунки на запыленные поверхности. Недостатками данного способа являются малая продолжительность временного интервала, при котором сохраняется его эффективность, а также низкая эффективность пылеподавления осевшей ранее пыли - пылевого аэрогеля, который при взметывании становится основным источников загрязнения воздуха пылью.
Известен способ закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2151301, опубликовано 20.06.2000), включающий нанесение на пылящие поверхности поливинилбутираля, который смешивают с песком, после чего эту смесь нагревают до температуры плавления поливинилбутираля. Недостатками данного способа являются достаточно высокая адгезия поливинилбутираля ко многим материалам, что существенно может изменить физико-химические свойства складируемого угля, а также недостаточная прочность соединения поливинилбутираля с песком, обусловленная большим отличием коэффициента Пуассона для этих материалов, что приводит к его постепенному расслоению и дальнейшему разрушению при воздействии ветрового потока.
Известен состав для закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2148720, опубликовано 10.05.2000), включающий 10-15% пластификатора адипинового щелочного (отходов производства капролактама), 15-20% келловейской порошкообразной глины, попутно извлекаемой с железной рудой, и технической воды. Недостатками данного состава являются его недостаточная эффективность из-за воздействия атмосферных осадков, резко снижающих концентрацию раствора в результате размыва поверхностного слоя, высокая стоимость рабочих компонентов, предназначенных для приготовления щелочного раствора, а также территориальная узость применения, обусловленная наличием келловейской порошкообразной глины только в районе Курской магнитной аномалии.
Известно профилактическое средство против смерзания, прилипания и пылеподавления сыпучих материалов (патент РФ №2155201, опубликовано 27.08.2000), включающее гудрон пермских нефтей - 40-50% и керосиногазойлевую фракцию каталитического крекинга с пределами кипения 200-275°C - 50-60%. Недостатками данного способа являются технологическая сложность и энергоемкость приготовления его компонентов, а также сложность дальнейшего устранения такого слоя перед применением каменного угля.
Известен обеспыливающий состав (патент РФ №2029775, опубликовано 27.02.1995), включающий компоненты: сульфатное мыло или омыленный талловый пек - 2-10%; полиакриламид - 0,05-0,20%; вода - остальное. Недостатками данного состава являются резкое снижение биопродуктивности закрепляемых пылящих поверхностей, а также повышенная радиоактивность компонентов.
Известен способ закрепления пылящих поверхностей, принятый за прототип (патент РФ №2407891, опубликовано 27.12.2010), который заключается нанесении на пылящие поверхности стационарных источников пылевыделения смеси. При этом смесь получают соединением органических остатков естественного происхождения и высокомолекулярного соединения в соотношении 125:1 и наносят с ее одновременным естественным или искусственным увлажнением и внесением семян трав, создавая основу для формирования прочного задернованного биопродуктивного слоя. Недостатками данного способа являются ориентация на пылящие поверхности окончательно сформированных стационарных источников пылевыделения с длительным сроком жизненного цикла, например хвостохранилищ или отвалов горных пород, а также то, что создание прочного задернованного биопродуктивного слоя существенно изменит физико-химические и энергетические свойства складируемого угля.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности пылеподавления на пылящих поверхностях открытых угольных складов.
Технический результат достигается тем, что способ пылеподавления на открытых угольных складах заключается в нанесении на их пылящие поверхности смеси, полученной соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворением в воде. Концентрация смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в водном растворе составляет 5%.
6
7
2
3-x
2
x
n
3
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) имеет химическую формулу (CHO(OH)(OCHCOONa)], где n=300-1000. Она представляет собой аморфное бесцветное вещество плотностью 1,59 г/см. Обладая температурой размягчения 170°C, натриевая соль КМЦ растворима в воде, а также в водных растворах щелочей, аммиака и хлорида натрия, причем степень растворимости обуславливается степенью этерификации целлюлозы.
При растворении в воде натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы образует вязкие прозрачные растворы, характеризуемые псевдопластичностью, а для некоторых сортов продукта - и тиксотропией (способностью самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру). В водных растворах натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, проявляя свойства поверхностно-активного вещества, хорошо совмещается с другими водорастворимыми веществами, например с карбидом кальция. Из водных растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы формируются прозрачные пленки, характеризующиеся относительным удлинением 8-15%. Сухая натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы оказывает слабое коррозионное действие, однако ее водные растворы при длительном хранении на воздухе подвергаются ферментному гидролизу.
2
Для предотвращения деструктивных процессов при пылеподавлении или закреплении пылящих поверхностей используют карбид кальция CaCl, который хорошо растворяется в воде, при этом характеризуется более низким уровнем давления пара в растворе, по сравнению с чистой водой, оставляя поверхность горной породы увлажненной длительное время и предотвращая пылеобразование, а также способствует снижению смерзаемости горных пород. Раствор карбида кальция наносится методом распыления на породу.
Карбид кальция смешивают с натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 по объему, а затем растворяют в воде до уровня концентрации смеси в растворе, равной 5%, что является оптимальным для закрепления уже образованной пыли, находящейся в состоянии аэрогеля, за счет создания защитной пленки, которая практически не изменяет физико-химические свойства складируемого угля. При этом в течение значительного периода времени - до 2-3 месяцев после одной обработки - предотвращается новое пылеобразование и снижается смерзаемость угля.
Способ осуществляется следующим образом.
1. В качестве вещества, предотвращающего деструктивные процессы в открытых угольных складах, обусловленные ветровой эрозией и резкими перепадами температур, а соответственно, снижающего пылеобразование, используется карбид кальция.
2. В качестве высокомолекулярного соединения, имеющего высокую адгезионную способность, используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы.
3. Перемешивание карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 осуществляется стандартными смесителями, выбор которых обуславливается необходимым объемом смеси.
4. Самостоятельное растворение предложенной смеси в воде до уровня 5% по массе в растворе осуществляется в течение 2-3 часов.
5. Орошение полученным раствором пылящих поверхностей открытых угольных складов рационально стандартными сельскохозяйственными оросительными машинами, диаметр распыляющих форсунок которых превышает 1 см.
При орошении предложенным раствором происходит проникновение натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы между фракциями каменного угля и закрепление пылящего слоя. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы имеет адгезионное свойство склеивать мелкодисперсную минеральную составляющую каменноугольной пыли, что позволяет предохранять образовавшийся защитный слой от воздействия водной и ветровой эрозии. Наличие карбида кальция предотвращает возникновение вторичного пылеобразования и способствует снижению смерзаемости каменного угля.
Полученный раствор был испытан на лабораторной установке по созданию ветровой нагрузки на поддоны с различными защитными слоями одинаковой массы.
На слои в течении 1 минуты действовал в горизонтальном направлении ветровой поток скоростью 3 м/с. Результаты экспериментов представлены в таблицах 1 и 2.
Из таблицы 1 видно, что наиболее прочным и целостным слоем после продувания является слой, сформированный на основе смеси с составом №4. Это свидетельствует о том, что подверженность ветровой эрозии при соотношении компонентов смеси №4, в которой соотношение карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы составляет 3:1, минимальна.
Экспериментальным образом установлено, что данное соотношение компонентов смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы оптимально для растворов с различной концентрацией смеси в воде.
Из таблицы 2 видно, что эффективность пылеподавления существенно зависит от этой концентрации. Наиболее рациональной концентрацией смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы является 5% в водном растворе, что соответствует смеси с составом №4. При уменьшении данной концентрации отмечается снижение прочности и целостности сформированного защитного слоя, при увеличении концентрации смеси резко повышается адгезионная способность смеси, проявляющаяся в соединении ее компонентов с отдельными элементами пылящего материала, в результате чего существенно снижается целостность сформированного защитного слоя. Помимо этого, повышение концентрации смеси в растворе существенно увеличивает затраты на противоэрозионные мероприятия.
По сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет повысить эффективность пылеподавления на открытых угольных складах в сочетании с дополнительным положительным эффектом снижения смерзаемости горных пород.
Таблица 1
№
Карбид кальция, %
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, %
Масса до продувания, г
Масса после продувания, г
Целостность сформированного слоя, %
1
100
0
250
201
50
2
90
10
250
240
80
3
80
20
250
245
90
4
75
25
250
247
90
5
70
30
250
245
80
6
60
40
250
245
75
7
50
50
250
246
70
Таблица 2
№
Концентрация смеси в растворе, %
Масса до продувания, г
Масса после продувания, г
Целостность сформированного слоя, %
1
0
250
137
85
2
1
250
221
90
3
2
250
240
90
4
5
250
247
90
5
10
250
248
80
6
20
250
251
50