CC BY
35
-------------------------------- © О.В. Скопинцева, С.В. Иляхин,
Д.И. Савельев, А.Ю. Прокопович,
2011
О.В. Скопинцева, С.В. Иляхин, Д.И. Савельев,
А.Ю. Прокопович
ОБЕСПЫЛИВАЮЩАЯ ОБРАБОТКА УГОЛЬНОГО МАССИВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫМИ РАСТВОРАМИ ПАВ
Приведены результаты лабораторных исследований влагонасыщения угля и пылеобразующей способности угля, обработанного газонаполненными растворами ПАВ. Получены зависимости пылеобразующей способности угля от концентрации смачивателя и давления газонаполненного раствора ПАВ.
Ключевые слова: увлажнение пластов, поверхностно-активные вещества, газонаполненный раствор.
Основными причинами недостаточной эффективности предварительного увлажнения угля в массиве являются низкая смачиваемость поверхности угля, а также неравномерность распределения нагнетаемой жидкости в пласте. Для повышения смачиваемости угля в воду необходимо добавлять поверхностноактивные вещества (ПАВ) в количестве, соответствующем сорбционной ёмкости угля в отношении ПАВ. Для повышения равномерности увлажнения массива необходимо использовать газонаполненные растворы ПАВ для нагнетания в пласт.
Для определения прироста влажности угля, обработанного газонаполненными растворами ПАВ, выполняли измерения прироста массы образца угля, для чего были рассчитаны коэффициенты вла-гонасыщения ^ угля по формуле = "^™о.100%
(1)
где т0 - масса исходного образца угля, г; т„ - масса увлажненного образца угля, г.
Исследовался уголь пласта Е-5, марки Ж; куски массой 40 г. Объем автоклава - 1000 мл, объем раствора смачивателя - 100 мл. Увлажнение производили при следующих давлениях азота, МПа: 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0. Концентрации смачивателя составляли, %: 0; 0,5, 1,0. По рассчитанным по формуле (1) коэффициентам влаго-насыщения были построены графики
Давление азота, МПа Зависимость коэффициента влагонасыщения угля от давления азота
зависимости коэффициента влагонасыщения от давления азота (рис.). Графики представлены линейной зависимостью, которая может быть аппроксимирована уравнением:
Рассчитаны значения коэффициентов влагонасыщения км; в зависимости от давления азота (табл.). Анализ расчетных данных показывает, что рекомендуемыми параметрами при увлажнении газонаполненными растворами ПАВ являются концентрации ПАВ 0,2^0,5% и давления азота 1,0^2,0 МПа.
А-.у, = к - Р + Ь (2)
где Р - давление азота, МПа; к - коэффициент пропорциональности, Ь - константа.
Коэффициент пропорциональности к , позволяющий определять необходимое давление азота для получения требуемого прироста влажности угля, для чистой воды равен 1,4; Ь=1,6; для концентрации смачивателя 0,5% к=3,18; Ь=3,2; для концентрации смачивателя 1,0% к=0,98; Ь=1,12.
После обработки угля газонаполненными растворами ПАВ определяли поверхностное натяжение жидкости, взаимодействующей с углем.
Рассчитанные значения коэффициентов влагонасыщения при давлениях азота
Концентрации смачивателя «Не-олас», % Коэффициенты влагонасыщения К„, при давлениях, МПа %,
2,0 3,0 4,0 5,0
0 4,4 5,8 7,2 8,6
0,15 7,16 9,46 11,76 14,6
0,5 9,6 12,82 16,08 19,3
0,75 9,4 12,8 16,2 19,6
1 3,12 4,14 5,34 6,54
Установлено, что увлажнение угля с концентрацией смачивателя 0,5% по сравнению с концентрацией 1% увеличивает сорбционную способность угля в отношении ПАВ в среднем на 4%, что равносильно увеличению давления азота с 0 до 1,0 МПа. При этом максимальное приращение влажности составляет 6,38%, при концентрации смачивателя 0,5% и давлении азота 1,0 МПа.
Пылеобразующую способность (р) угольного пласта определяли по формуле
р = 0,367 —ср-, (3)
hGгР Дж
где h - высота сбрасывания груза, м; Gгр - масса сбрасываемого груза, кг.
Средний выход пыли ((гс/>) за один удар
С=Р = ^.™-' ' (4,
где Gob - общая масса частиц размером 0,07 мм, мг; п - число сбрасываний груза.
Рассчитанные по формуле (3) значения пылеобразующей способности угля (р) при увлажнении чистой водой и раствором смачивателя с концентрациями, %: 0,05; 0,2; 0,5; 0,7; 1,0 хорошо аппроксимируются полиномом третьей степени
р(С) = 1(ГЕ ■ С3 + 0,0014 • С2 - 0,012 • С + 0,0378 (5)
Пылеобразующая способность угля, обработанного газонаполненными растворами чистой воды и с концентрацией смачивателя 0,5% при давлениях, МПа: 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0, хорошо аппроксимируется линейными функциями
Рс=о%(~Р) = " 0,001 ■ Р + 0,030- (6)
Рс=о,5%(^) = —0,002 ■ Р + 0,014. ^
На основе полученных результатов разработаны «Методика обработки угольного массива газонаполненными растворами поверхностно-активных веществ», включающая использование рациональных параметров увлажнения, и «Технологическая часть промышленных испытаний пылесвязывающего действия обработки угольного массива газонаполненными растворами ПАВ», которая вошла в «Технологическую часть проекта предварительной дегазации пласта «Болдыревский» (шахта им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс»)».
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Скопинцева О. В., Прокопович А. Ю., Савельев Д. И. Влияние температуры и концентрации смачивателя «Неолас» на снижение поверхностного натяжения жидкости // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. -№12. - С. 44-46.
7. Скопинцева О. В., Прокопович А. Ю., Савельев Д. И. Исследование влияния предварительного увлажнения угольного пласта на показатели его метановой опасности. - Метан: Сб. научн. трудов по материалам симпозиума «Неделя горняка-2008» // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № ОВ 4. - С.267-272.
8. Лебедев В. С., Иванов Д. В., Скопинцева О. В., Савельев Д. И. Оценка роли глубокосорбированных углеводородов угольных пластов в возникновении пожароопасных ситуаций в угольных шахтах // Известия вузов. Геология и разведка. - 2010. - №2. - С.86-88.
9. Савельев Д. И., Данилива Г. Ю. Исследование взаимодействий в системе «уголь - жидкость - газ» при термовлажностной химреагентной обработке угля // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. - М.: УРАН ИП-КОН РАН, 2009. - С. 249-251.
10. Скопинцева О. В., Савельев Д. И. Пылеподавление пеной на горных предприятиях. - Аэрология: Сб. научн. трудов по материалам симпозиума «Неделя горняка-2009» // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. -№ ОВ 13. - С. 221-227.
11. Савельев Д. И. Повышение пылевзрывобезопасности выемочных
участков угольных шахт с учётом газового фактора // Уголь. - 2011. - №5. - С. 107. ЕШ' ’
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------
Скопинцева О. В. - к.т.н., доц. Московский государственный горный университет, [email protected];
Иляхин С. В. - д.т.н., проф. Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе, [email protected];
Савельев Д. И. - аспирант, Московский государственный горный университет, [email protected];
Прокопович А. Ю. - к.т.н., горный инженер, [email protected].
