CC BY
367
УДК 662.7.092:614.7.621.311.1 Г.П. Сидорова
МЕТОДЫ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА УГЛЯ НА УРТУЙСКОМ БУРО УГОЛЬНОМ РАЗРЕЗЕ
Уртуйское буроугольное месторождение расположено в Крас-нокаменском районе Читинской области, в устьевой части пади «Уртуй».
Месторождение разведано в его естественных границах. Участок продуктивной толщи вытянут юга на север на 3 км
при ширине от 1 до 2,5 км. Общая пло-
£ 2
щадь составляет около 6 км .
На месторождении выделено 5 угольных пластов: М, М1, М2,М3 и В.
Мощность пластов от 2,1 до 63 метров. 88 % от всех запасов включает в себя пласт М. Он распространяется по всей площади месторождения, характеризуется относительно выдержанной мощностью, закономерно уменьшающейся с юга на север от 60 до 5 м.
Месторождение разрабатывается Ур-туйским буроугольным разрезом с 1986 года, который является структурным подразделением ОАО ППГХО.
В последние годы разрез «Уртуй-ский» занимает устойчивое положение на рынке энергетического топлива и является весомым источником прибыли ОАО ППГХО. Конкурентоспособность угля напрямую связана с его качеством.
Требования потребителей к качеству угля в условиях насыщения рынка постоянно растут и они весьма разнообразны.
Поэтому проблема контроля качества угля весьма актуальна и не может быть решена без применения новых эффективных методов и методик. На Уртуй-
ском буроугольном разрезе контроль и обеспечение качества угля - одно из важнейших направлений технологического процесса, т.к. каче-ственная продукция - это устойчивое положение на рынке сбыта.
На ряду со стандартными методами контроля качества угля, на разрезе внедрена и успешно работает система оперативного его контроля.
Разработка и использование оперативных методов контроля качества угля осуществляется в непрерывной связи с процессом совершенствования технологии горного производства.
Современные методы контроля качества продукции должны обеспечивать экспрессность, достаточную представительность анализируемого объема, возможность использования на различных этапах технологического процесса.
Функционально система оперативного контроля качества угля на разрезе работает следующим образом:
1. Перспективное планирование добычи угля по качественным показателям. Управление качеством углей начинается с геолого-технологичес-кого картирования запасов. Существует несколько методов построения карт качества. Например: по типам показателей исследуемого параметра.
Это графическое изображение поверхности пласта, разделенное на зоны, однородные по уровням значения какого-то параметра (зольности, сере и т.д.);
по технологическим или энергетическим параметрам; по обогатимости и выходом класса крупности. Такие карты качества используются на многих угольных месторождениях. Анализ материалов геологоразведочных и исследовательских работ на Уртуйском месторождении за период 1985-2005 гг., позволяет делать прогноз качества товарного угля в пределах не только пластов, но и блоков, горизонтов, участков отработки. На основе этих материалов построены пого-ризонтные карты качества, которые успешно используются на разрезе для перспективного планирования добычи угля определенного качества уже несколько лет.
Основными прогнозируемыми показателями качества угля являются зольность сухой массы, влажность рабочей массы, теплота сгорания рабочей массы, содержание серы в сухой массе и содержание ЕРН.
Как уже было сказано выше в основе построения погоризонтных карт качества лежит фактические материалы, полученные при геологоразведочных работах, которые постоянно пополняются данными эксплуатационноразведочных работ, бороздового опробования, гамма - опробования в забоях в процессе эксплуатации месторождения. Запасы угля на горизонтах подсчитаны и оконтурены по данным детальной разведки. Границы подсчет-ных блоков отстроены по геологическим разрезам.
Вся площадь месторождения разбита на сектора продольными и поперечными разведочными линиями по сети 125х50. Проектная высота горизонта (уступа) -12 м.
Для каждого сектора, на основе фактических материалов, рассчитывается объем угля, и его качественные характеристики.
Карта качества является необходимым источником информации при составлении годовых, квартальных и месячных планов добычи угля и позволяет выбрать оптимальные варианты подготовки партий угля необходимого качества.
2. Оперативный радиационногигиенический контроль качества угля: Впервые вопрос об оперативном контроле качества угля на разрезе возник в связи с его именно радиационногигиеническими показателями в 1986 году, когда были получены результаты детальной разведки, которые выделили участки с повышенным содержанием ЕРН. Они приурочены к зонам тектонических разломов, в местах выходов угольных пластов под рыхлые Четвертичные отложения (участки выветрелых и окисленных углей), в западной и югозападной частях месторождения.
Была разработана и внедрена система радиационно-гигиенического контроля
качества угля, которая обеспечивает представительное экспрессное определение удельной эффективной активности с достаточной для радиоэкологических требований точностью единичного измерения на всех этапах технологического процесса:
1. На этапах детальной и эксплуатационных разведок - гамма-каротаж.
2. На этапах технологического процесса отработки:
- Гамма-опробование забоев экскаваторов (ПРН -4-01М) (прибор рудничный направленного приема, модернизированный с целью повышения чувствительности и использовании в одноканальном варианте измерений, увеличение чувствительности прибора к гамма-излучению в 10 раз и отключение от измерительной схемы компенсационного канала).
- Гамма - экспресс анализ угля в автосамосвалах.
- Гамма- опробование угля в отбитой массе (штабеля угольного склада).
- Рентгеноспектрометрический анализ проб (АРАФ-1) в ЦНИЛе.
Все операции радиационно-гигиенического контроля закреплены соответствующими технологическими инструкциями, а сама система - Стандартом предприятия.
Все методики радиационно-гигиенического контроля углей, используемые на этапах технологического процесса разработаны и опробованы на углях впервые.
По содержанию ЕРН происходит сортировка углей.
Все применяемые на разрезе методы контроля радиационно-гигиени-ческого качества угля, позволяют полностью исключить превышение содержаний ЕРН в отгружаемом потребителям угле.
3. Оперативный контроль зольности угля методом РРО.
Зольность один из важнейших и вместе с тем самый изменчивый показатель качества угля. От зольности напрямую зависят его многие технологические параметры.
Стандартный метод определения зольности (ГОСТ 11022-95), предусматривает полное сжигание навески угля, отобранной и разделанной стандартным же способом, при 1 - 815+150. Органическое вещество при этом удаляется в виде диоксида углерода и воды, а минеральные примеси, подвергаясь ряду превращений, образуют золу. Отношение массы неорганического остатка, полученной после полного сжигания пробы угля к массе этой пробы, определяет содержание золы в %. На проведение анализа стандартным способом (отбор, обработка, сушка, сжигание) уходит около 24 часов.
В угольной промышленности наряду со стандартными методами определения зольности применяются и инструментальные, как правило, используемые для оперативного контроля этого показателя.
На Уртуйском буроугольном разрезе для экспрессного определения зольности применен рентгенорадиометрический метод ее измерения.
Зола состоит из продуктов окисления золообразующих компонентов угля, основными из которых являются окислы
Ка, М§, А1, , Бе.
Эффективный атомный номер золообразующей части угля, зависит от содержания этих компонентов в золе. Постоянство состава золы гарантирует однозначность взаимной связи эффективного атомного номера угля с зольностью. Химический состав золы Уртуй-ских углей весьма неустойчив.
По коэффициенту вариации содержаний в золе все золообразующие элементы разделяются на три группы:
- к первой группе можно отнести золообразующие элементы с низким коэффициентом вариации (до 50%). Это содержание алюмосиликатов, окислов серы и кальция;
- во вторую - золообразующие элементы с коэффициентом вариации содержаний (50-100 %). Это окислы магния и железа;
- к третьей группе отнесены элементы с коэффициентом вариации содержаний в золе более 100 %. Это окислы фосфора и калия.
Для определения зольности угля рентгенорадиометрическим методом практический интерес представляет содержание железа в углях и его корреляционная связь с зольностью. С точки зрения этого метода, уголь, являющийся сложным многокомпонентным веществом, может быть представлен как смесь
органической массы и минеральных примесей.
Физический смысл метода определения зольности в углях заключается в том, что при увеличении зольности возрастает эффективный атомный номер за счет повышения содержаний золообразующих элементов, и как следствие происходит изменение амплитудной составляющей однократно- рассеянного излучения. Облучая поверхность исследуемой угольной пробы источниками ионизирующего излучения, регистрируется возникающее при этом вторичное излучение, по которому можно судить о величине зольности в исследуемой пробе. Предложенная методика измерения реализована на анализаторе РРК-103 «Поиск» с применением в качестве детектора пропорционального счетчика СИ-6Р с ксеноновым наполнителем. В качестве источника возбуждения используется Плутоний -238., а в качестве аналитического параметра предлагается отношение однократно - рассеянного излучения к характеристическому вторичному излучению железа.
Анализ полученных результатов показывает, что между зольностью угля и аналитическим параметром существует устойчивая корреляционная связь.
Расчет зольности выполняется по формуле:
Аа = ехр (4,89 - 0,389 х П), где П - аналитический параметр.
Порог обнаружения зольности рентгенорадиометрическим методом составляет - 4,5 %. Метод используется для оперативного контроля зольности угля при формировании штабелей на угольном складе, подготавливаемых к отгрузке потребителям.
Время выполнения анализа с учетом пробоподготовки - 35-40 минут.
Значимых систематических расхождений между лабораторными и рентге-
норадиометрическим методами не обнаружено
4. Расчетный метод определения низшей теплоты сгорания.
Теплота сгорания является одной из основных характеристик показателей качества энергетического топлива. Этот показатель определяет цену топлива.
Высшая теплота сгорания (О5йа*), характеризует природный тип углей, степень его углефикации и вещественный состав. Она определяется по ГОСТу 147-95 «Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания». Метод определения ВТС основан на полном сжигании массы испытуемого топлива в колориметрической бомбе в изотермическом или адиабатическом режиме при постоянном объеме в среде сжатого кислорода и измерении подъема температуры калориметрического сосуда за счет теплоты, выделяющейся при сгорании топлива и вспомогательных веществ, а также при образовании водных растворов азотной и серной кислот в условиях испытания. Масса навески 0,81,5 гр.
Процесс очень сложный и дорогостоящий.
Низшая теплота сгорания выражает количество тепла, которое с учетом балласта (^, А) может быть практически реализовано при сжигании.
Величина расчетная - согласно ГОСТ 147-95 , рассчитывается из показателей высшей теплоты сгорания по формуле с учетом пересчетных коэффициентов:
О = О,5 - 24,42 ( 8,94 На + Wа), где 24,42 - теплота парообразования; 8,94 - коэффициент пересчета массовой доли водорода на воду; На - массовая доля водорода в аналитической пробе; Wа - массовая доля воды в аналитической пробе.
Формула довольно громоздкая. И не применимая к оперативным расчетам.
Для расчета низшей теплоты сгорания на Уртуйском разрезе применяется выведенная экспериментально формула: Ог2 = 68.0337(100 - ^^"2 - Аг2) —6^^г2, где 68,0337 - пересчетный коэффициент от состояния топлива по средним параметрам.
68,0337 = ОГ1 + 6WГl/100-WГl- Аг1= = 4020 +6 х 29,5 100 - 29,5 -8,81.
Формула базируется на схеме пересчета одного состояния топлива в другое и позволяет рассчитать низшую теплоту сгорания Уртуйских углей для любого состояния топлива по известным значениям влажности и зольности. Полученная зависимость оформлена не только аналитически, но и графически в виде палетки. Она хорошо согласуется с фактическими данными, которые периодически проверяются в лаборатории ТЭЦ.
Среднее арифметическое отклонение фактических данных от расчетных составляет - + 2,42 %, что можно считать случайным.
1. Уртуйское буроугольное месторождение. Отчет о результатах детальной разведки с подсчетом запасов по состоянию на 01.01.85г., п. Октябрьский, 1985г.
2. Грабов П.И., Онищенко А.М., Старчик Л.П. Анализ использования приборов для контроля зольности угля. Обзор ЦНИЭИ уголь. -М., 1981.
3. Сидорова Г. П. Радиационно-
гигиенический контроль качества угля на Ур-туйском буроугольном разрезе. ГИАБ №2, Москва. 2006.
Методику расчета можно использовать на любом угольном месторождении, только формулы расчета будут свои.
Применение системы методов оперативного контроля основных параметров качества угля, позволяет:
1. Производить контроль качества угля на этапах технологического процесса от добычи (забоя) до отгрузки потребителям.
2. Производить шихтовку угля при формировании штабелей на угольном складе и отгрузке угля, что исключает возможность отгрузки «бракованной» продукции и позволяет нормализовать качество угля до необходимых требований, дает экономию за счет исключения штрафных санкций и позволяет полностью исключить простои подвижного состава, возникающие из-за задержек результатов анализов, выполняемых стандартными методами.
3. Позволяет в реальном режиме времени выявлять технологические нарушения, влияющие на качество угля, что повышает оперативность технологических мероприятий по улучшению качества добываемого угля и дает экономию за счет исключения технологических браков.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Сидорова Г.П. Определение зольности
углей Уртуйского месторождения методом рентгенорадиометрического опробования.
Вестник ЧитГУ № 3(40).2006.
5. Суханов Р.А., Сидорова Г.П. Оценка низшей теплоты сгорания углей по известным значениям рабочей зольности и влажности. ГИАБ № 4. Москва.2006.
6. ГОСТ 11055-78. Угли бурые, каменные и антрацит. Радиационные методы измерения зольности.
— Коротко об авторах -------------------------------
Сидорова Г.П. - Читинский государственный университет.
