СПОСОБ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ НА ОТКРЫТЫХ УГОЛЬНЫХ СКЛАДАХ
METHOD OF DUST SUPPRESSION IN OPEN COAL STORAGE AREAS

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 аэротехногенную нагрузку на прилегающие территории и персонал, обслуживающий подобные объекты.
Известен способ закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2151301, опубл. 20.06.2000 г.), включающий нанесение на пылящие поверхности поливинилбутираля, который смешивают с песком, после чего эту смесь нагревают до температуры плавления поливинилбутираля.
Недостатками являются достаточно высокая адгезия поливинилбутираля ко многим материалам, что значительно изменяет 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 способ пылеподавления (патент РФ №2332572, опубл. 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 №2407891, опубл. 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.
Известен способ пылеподавления на открытых угольных складах (патент РФ №2532939, опубл. 20.11.2014), принятый за прототип, который заключается в нанесении на пылящие поверхности открытых угольных складов смеси, полученной соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворенной в воде до концентрации в водном растворе, равной 5%.
Недостатками данного способа являются способность пыли, образованной при разрушении защитного слоя, включающего карбид кальция, вызывать раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз человека, а также способность защитного слоя, создаваемого данным обеспыливающим составом, относительно быстро разрушаться под действием ливневых осадков с выделением в воздух ацетилена.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности пылеподавления на пылящих поверхностях открытых угольных складов.
Технический результат достигается тем, что смесь получают соединением хлорида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 5:1 и растворяют в воде, до уровня 20% по массе в растворе в течение от 4 до 5 часов при температуре воды от +25°С до +28°С
Способ осуществляется следующим образом. В качестве вещества, предотвращающего деструктивные процессы в открытых угольных складах, обусловленные ветровой эрозией и резкими перепадами температур, а соответственно, снижающего пылеобразование, используется хлорид кальция. В качестве высокомолекулярного соединения, имеющего высокую адгезионную способность, используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы. Перемешивание карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 5:1 осуществляется стандартными смесителями, выбор которых обуславливается необходимым объемом смеси. Растворение предложенной смеси в воде до уровня 20% по массе в растворе осуществляется в течение от 4 до 5 часов при температуре воды от +25°С до +28°С. Орошение полученным раствором пылящих поверхностей открытых угольных складов рационально стандартными сельскохозяйственными оросительными машинами, диаметр распыляющих форсунок которых должен быть не менее 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 хлорида кальция минимизирует вероятность возникновения вторичного пылеобразования, повышая устойчивость защитного слоя, а также способствует снижению смерзаемости каменного угля.
Способ поясняется следующими примерами.
Полученный раствор был испытан на лабораторной установке по созданию ветровой нагрузки на поддоны с различными защитными слоями одинаковой массы.
На слои в течении 3 минут действовал в горизонтальном направлении ветровой поток скоростью 5 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 5:1, минимальна.
Экспериментальным образом установлено, что данное соотношение компонентов смеси хлорида 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 20% в водном растворе, что соответствует смеси с составом №5. При уменьшении данной концентрации отмечается снижение прочности и целостности сформированного защитного слоя, при увеличении концентрации смеси повышается адгезионная способность смеси, проявляющаяся в соединении ее компонентов с отдельными элементами пылящего материала, в результате чего 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.