CC BY
59
TECHNICAL SCIENCES
ENERGY EFFICIENT DUST SUPPRESSION TECHNOLOGY IN COAL MINES Kovshov S.1, Kovshov V.2, Erzin A.3, Orlov F.4, Safina A.5 (Russian Federation) ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ1 Ковшов С. В.1, Ковшов В. П.2, Ерзин А. Х.3, Орлов Ф. А.4, Сафина А. М.5
(Российская Федерация)
'Ковшов Станислав Вячеславович /Kovshov Stanislav — кандидат технических наук, доцент;
2Ковшов Вячеслав Петрович /Kovshov Vyacheslav — кандидат географических наук, доцент;
3Ерзин Айрат Хакимович /Erzin Airat - кандидат технических наук, заместитель декана;
4Орлов Федор Александрович / Orlov Fedor — студент;
5Сафина Азалия Марсовна / Safina Azalia — аспирант, кафедра безопасности производств, Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург
Abstract: the results of the study dusty workspace coal mines. The well-known technical solutions for dust suppression, as well as the original is a technology that allows to reduce energy and resources costs. It is shown that the efficiency of the dust events, using a wetting agent should be assessed comprehensively, not only on the amount by which the reduced dust levels, but the volume of the costs incurred, taking into account the physiological harmlessness of the applied composition for workers and environmental impact. It was established that the investigated surfactant solutions to increase the efficiency of dust events when developing middlemetamorphosis coals to be used in the irrigation process 0.025-0.05% solution comprising 20% CMC and 75% Na5P3Ol0pine oil 5%.
Аннотация: в статье приведены результаты исследования запыленности рабочего пространства угольных шахт. Рассматриваются известные технические решения по пылеподавлению, а также приводится оригинальная технология, позволяющая снизить энергоресурсные затраты. Показано, что эффективность проведения противопылевых мероприятий с использованием смачивателя должна оцениваться комплексно: не только по величине, на которую снизился уровень запыленности, но и объему затраченных средств с учетом физиологической безвредности применяемого состава для работников и его экологического воздействия. Установлено, из исследованных растворов ПАВ для повышения эффективности проведения противопылевых мероприятий при разработке среднеметаморфизованных углей следует использовать в процессе орошения 0,025-0,05 %-ный раствор, включающий 20 % КМЦ, 75 % Na5P3Ol0 и 5 % соснового масла.
Keywords: dust, dust control, colliery, surfactants.
Ключевые слова: пыль, пылеподавление, угольная шахта, поверхностно-активные вещества.
В настоящее время среди всех известных мероприятий по борьбе с угольной и породной пылью можно выделить следующие:
- те, которые направлены на снижение пылеобразования за счет связывания тонкодисперсных частиц угольного пласта перед началом его отработки (предварительное увлажнение);
- мероприятия, позволяющие удалить пыль из рабочей зоны при воздействии на нее воздушными потоками (применение систем пылеотсоса);
- работы по подавлению образовавшейся пыли в момент ее взметывания и в процессе витания распыляемой водой (различные виды орошения, водяные и туманообразующие завесы).
Наибольшее распространение на угольных шахтах получило применение средств гидрообеспыливания. При этом для снижения расхода воды и повышения эффективности пылеподавлении зачастую используют так называемые шахтные смачиватели, которые представляют собой водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ). Основная их роль заключается в снижении поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость - твердое тело», что обеспечивает повышенную смачиваемость угля и образуемой при его разрушении пыли. Для пылеподавления на угольных шахтах использовались различные виды смачивателей. К основным из них относятся ДБ, ОП-7, ОП-10, ОП-11, СМУГ, Неолас, Эльфор-М. Главными недостатками ранее применяемых составов являются недостаточно высокая эффективность пылеподавления, не полное соответствие необходимым санитарно-гигиеническим требованиям, низкая
1 Статья подготовлена при поддержке Стипендии Президента РФ.
16
биоразлагаемость, многокомпонентность, сильное коррозионное воздействие на оборудование. Растворы ПАВ, применяемые для обеспыливания рудничной атмосферы в настоящее время, отличаются сложностью приготовления, высокой стоимостью и недостаточной изученностью воздействия на организм человека.
Эффективность проведения противопылевых мероприятий с использованием смачивателя должна оцениваться комплексно: не только по величине, на которую снизился уровень запыленности, но и объему затраченных средств с учетом физиологической безвредности применяемого состава для работников и его экологического воздействия. В связи с этим, были проведены исследования по разработке смачивателя, который в большей степени удовлетворял бы требованиям потребителя. На первой стадии экспериментов были подобраны поверхностно-активные вещества и исследована их смачивающая способность, в том числе при воздействии на угли различных марок. Для проведения опытов были взяты четыре пробы ранее исследованных углей шахт Кузбасса, а в качестве возможных компонентов планируемого смачивателя были выбраны хлорид натрия №С1, жидкое стекло, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы ([С6Н702(0Н)3-х(ОСН2СООН)х]п) и триполифосфат натрия (№а5Р3О10).
Установлено, что во всех случаях, показатель относительной влагоемкости при добавке указанных выше веществ вырос на 1,5-118,7 % (по сравнению с водой). Например, относительная влагоемкость пробы угля марки «Г» ш. «Полысаевская» изначально составила 36,2 %, при добавке раствора карбоксиметилцеллюлозы стала соответственно 79,16 %. Аналогичная тенденция прослеживается и в отношении пылевидных фракций углей других марок. Лучше всего смачивается мелкодисперсный уголь шахты «Полысаевская», хуже всего - уголь шахты «Талдинская-Западная-1». Такая разница в смачиваемости полностью коррелируется с данными ранее проведенных исследований по определению «естественной» относительной влагоемкости углей (в присутствие воды).
С точки зрения данного показателя наиболее эффективны растворы Эльфора-М, КМЦ и триполифосфата натрия, наименьшей смачивающей способностью обладают жидкое стекло и хлорид натрия. Также была изучена смачивающая способность ПАВ в зависимости от их количества в растворе. Исследовалось влияние 0,001 %, 0,01 %, 0,025 %, 0,05 % и 0,1 %-ных растворов. Пробы углей прежние. Дополнительно был взят комбинированный состав, представляющий собой смесь 25 % КМЦ и 75 % Ка5Р3О10.
Относительная влагоемкость, во всех опытах с увеличением концентрации используемого раствора возрастает, что обусловлено накапливанием веществ, обладающих значительной энергией, в поверхностном слое. Вследствие роста поверхностной активности, происходит снижение поверхностного натяжения и как следствие улучшается взаимодействие мелкодисперсных частичек углей с молекулами раствора. При 0,05 %-ной концентрации достигается состояние практически максимального насыщения поверхностного слоя и наблюдается максимальное значение влагоемкости. При дальнейшем увеличении количества ПАВ смачиваемость угольной пыли практически не изменяется и в большинстве случаев постепенно снижается, что также связано с повышением вязкости используемых растворов. Аналогичные результаты были получены и при использовании углей ш. «им. Рубана» и ш. «им. Кирова» [1].
Относительная влагоемкость во всех опытах с увеличением концентрации используемого раствора возрастает, что обусловлено накапливанием веществ, обладающих значительной энергией, в поверхностном слое. Вследствие роста поверхностной активности, происходит снижение поверхностного натяжения и как следствие улучшается взаимодействие мелкодисперсных частичек углей с молекулами раствора. При 0,05 %-ной концентрации достигается состояние практически максимального насыщения поверхностного слоя и наблюдается максимальное значение влагоемкости.
При дальнейшем увеличении количества ПАВ смачиваемость угольной пыли практически не изменяется и в большинстве случаев постепенно снижается, что также связано с повышением вязкости используемых растворов. Аналогичные результаты были получены и при использовании углей ш. «им. Рубана» и ш. «им. Кирова».
Таким образом, из исследованных растворов ПАВ для повышения эффективности проведения противопылевых мероприятий при разработке среднеметаморфизованных углей следует использовать в процессе орошения 0,025-0,05 %-ный раствор, включающий 20 % КМЦ, 75 % Ка5Р3О10 и 5 % соснового масла.
Литература
1. Коршунов Г. И. Исследование особенностей взаимодействия растворов поверхностно-активных веществ с угольной пылью / Г. И. Коршунов, А. В. Корнев, А. Х. Ерзин, А. М. Сафина // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2015. № 3. С. 75-80.
