Научное обоснование и разработка методологии снижения пылевыделения при добыче угля

• Автор: Подображин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 325 с. : 30 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 Л. Источники пылеобразования

1.2. Факторы, определяющие запыленность рудничной атмосферы

1.3. Способы снижения пылевыделения при добыче угля

1.4. Анализ существующих критериев оценки эффективности взаимодействия углей с жидкостями

1.5. Обзор опыта применения пены для борьбы с пылью

1.6. Опыт применения пены для борьбы с пылью в струговых лавах

1.7. Способы борьбы с пылью на разрезах
1.8. Цель и задачи исследования
Выводы
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ, СПОСОБОВ И СРЕДСТВ
СНИЖЕНИЯ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ
2.1. Исследование и разработка методов и средств прогнозирования способности углей к пылеобразованию
2.2. Научные основы взаимодействия водных растворов реагентов с твердой поверхностью
2.3. Теоретические основы интенсификации процессов снижения пылевыделения в атмосферу шахт и рудников
2.4. Механизм взаимодействия пены с угольной пылью
2.5. Основы процессов снижения пылевыделения на разрезах
2.6. Процессы взаимодействия при гравитационном увлажнении угольного массива
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЯ И
УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ С РАСТВОРАМИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ И
РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ
3.1. Теоретические основы эффективности и критерии физикохимического взаимодействия угля и жидкостей для снижения пылевыделения
3.2. Исследование процессов взаимодействия угля (угольной пыли) и жидкости для снижения пылеобразующей способности углей
3.3. Выбор смачивающих и связывающих растворов для увлажнения трещиноватых углей
3.4. Исследование свойств и разработка твердого пенообразователя
3.5. Исследование процессов пылесвязывания и разработка пылесвязывающих составов для снижения пыления открытых поверхностей
при ведении открытых работ
Выводы

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИМПУЛЬСОВ
ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА
СОСТОЯНИЕ УГОЛЬНОГО МАССИВА
4Л. Теоретические исследования влияния импульсов высокой энергии
на состояние угольного массива
4.2. Особенности разрушения горного массива импульсами высокой энергии
4.3. Исследование параметров гидроимпульсного воздействия на стенде
4.4. Обоснование параметров установки для гидроимпульсного воздействия на угольный массив
Выводы
5. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И СРЕДСТВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ
ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ
5.1. Испытания технологических решений по предварительному увлажнению угольного массива разработанными составами жидкостей
5.2. Разработка и шахтные испытания технологии снижения пылевыде-ления с использованием твердого пенообразователя
5.3. Промышленные испытания технологий и оборудования для снижения выделения пыли в атмосферу разрезов
5.4. Снижение пылевыделения в атмосферу разрезов при ветровой эрозии
Выводы
6. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ
ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ
6.1. Научные основы способов и средств снижения пылевыделений при добыче угля (новые научные знания)
6.2. Эффективные технико-технологические решения
6.3. Рекомендации по технологиям снижения пылевыделения при добыче угля
6.4. Реализация технологических решений и средств для снижения пылевыделения в угольных шахтах и разрезах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
В соответствие с Энергетической стратегией России на период до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р, доля угля в потреблении топлива тепловыми электростанциями к концу третьего этапа реализации настоящей Стратегии увеличится соответственно с 26 до 34 - 36 % [1], причем преимущественно за счет угля разрезов.
Основная доля угольных ресурсов сосредоточена в Сибири (64%) и на Дальнем Востоке (30 процентов), в европейской части России и на Урале (6%). Количество разведанных запасов угля, пригодного для открытой отработки, по состоянию на 1 января 2008 г. составляло 117,6 млрд. тонн (61 %), из них преобладает бурый уголь - 93,4 млрд. тонн (79,4 %). В Сибири и на Дальнем Востоке сконцентрированы 99 % этих запасов. Запасы коксующегося угля, пригодного для отработки открытым способом, подсчитаны в количестве 3,2 млрд. тонн, или 2,7 % (главным образом Кузнецкий и Южно-Якутский бассейны).
Объемы работ по разрушению горной массы на открытых горных работах с учетом коэффициента вскрыши огромны. В целом по угольной промышленности коэффициент вскрыши в настоящее время равен 4,8-5, а по разрезам Кузбасса — 6-8. Грунты и слабые горные породы с коэффициентом крепости менее 1,5-2 по шкале проф. М.М. Протодьяконова составляют около 20 % объема вскрышных пород. Более крепкие породы с коэффициентом крепости свыше 2 составляют почти 80 % всего объема вскрыши, при этом доля пород с коэффициентом крепости более 7 составляет на разрезах Кузбасса около 25 %. В современных условиях необходимо разрабатывать мероприятия по повышению безопасности работ, снижению экологических нагрузок, что возможно на основе освоения и внедрения новых решений в технике и технологии открытых горных разработок, нетрадиционных методов управления прочностными и структурными свойствами экскавируемых пород.
На угольных шахтах России доля добычи угля из шахт, опасных по взрывам метана и угольной пыли, горным ударам и внезапным выбросам выросла с 88 % в 2000 году до 95 % в 2012 году. В отрасли 67 % шахт опасных по газу

концентрации ПАВ, применяемых для борьбы с угольной пылью, вызваны тем, что выбор ПАВ в большинстве случаев осуществляется без учета физикохимических особенностей строения углей, их степени углефикации, т.е. тех факторов, которые могут коренным образом изменить условия взаимодействия между углем и жидкой средой и, соответственно, определять возможность получения нужного эффекта.
Установление закономерностей действия поверхностно-активных веществ и условий их эффективного использования для борьбы с угольной пылью может базироваться на знании особенностей взаимодействия растворов ПАВ с углями различных стадии метаморфизма.
Как мы отмечали, гидрофилизирующее действие ПАВ связано с образованием на поверхности угля их адсорбционных слоев. Следовательно, соответствующим подбором состава поверхностно-активных веществ с учетом адсорбционной способности поверхности угля, можно строго регулировать свойства поверхности углей различной стадии метаморфизма и степень смачивания. Направленное изменение свойств угля и особенно степени его взаимодействии с водой позволяет значительно снизить пылеобразование при разработке угольного пласта. Этот способ удобен, технически легко осуществим и технологичен. Благодаря высокой эффективности действия малых добавок ПАВ и простоте применения способ увлажнения угольных пластов с использованием ПАВ обеспечивает хорошие технико-экономические показатели.
Поэтому способ снижения пылеобразующей способности углей принят нами к исследованию и разработке в данной диссертационной работе.
1.4 Анализ существующих критериев оценки эффективности взаимодействия углей с жидкостями
Процесс взаимодействия угля с жидкостью является случаем контактного смачивания и характеризуется величиной краевого угла смачивания (cos 0). Последний зависит от поверхностного натяжения на границах раздела твердое тело-газ (отг), твёрдое тело твердое тело- жидкость (атж) и жидкость-газ (сжг) [76]: