CC BY
27
13
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 11 (20), 2015 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ОСТАТОЧНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ И ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
Лебедев Владимир Сергеевич
Профессор, докт. геол.-мин.наук, Российский государственный геологоразведочный университет
(МГРИ-РГГРУ), г. Москва Скопинцева Ольга Васильевна Профессор, докт. техн.наук,
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Горный институт, г. Москва
АННОТАЦИЯ
Исследовано содержание и состав остаточных углеводородов (ОУВ) угольной пыли, выделяющихся при термическом воздействии на пыль. Установлено обогащение ОУВ угольной пыли тяжелыми углеводородами (ТУ), доля которых в сумме ОУВ достигает 88 относительных процентов. ОУВ угольной пыли шахты «Осинниковская» (Кузбасс) по содержанию и составу близки к ОУВ углей угольных пластов этой же шахты. Высокая доля ТУ в ОУВ угольной пыли повышает пожароопасность в угольных шахтах.
ABSTRACT
The contents and composition of the residual hydrocarbons (OUV) of coal dust which are allocated at thermal impact on dust is investigated. Enrichment of OUV of coal dust is established by the heavy hydrocarbons (HH) which share in the sum of OUV reaches 88 relative percent. OUV of coal dust of «Osinnikovskaya» mine (Kuzbass) according to the contents and structure are close to OUV of coals of coal layers of the same mine. The high share of TU in OUV of coal dust increases fire danger in coal mines.
Ключевые слова: угольные шахты, уголь, угольная пыль, остаточные углеводороды, тяжелые углеводороды, пожаровзрывоопасность угольных шахт.
Keywords: coal mines, coal, coal dust, residual hydrocarbons, heavy hydrocarbons, fire-and-explosion hazard of coal mines.
Проблема пожаровзрывоопсности в угольных шахтах является общемировой и требует еще своего решения. В многочисленных публикациях [1, с.40], [2, с.87], [6, с.12] отмечается, что пожаровзрывоопасность (ПВО) в угольных шахтах в основном связана со взрывами метановоздушных и пылеметановоздушных смесей, и лишь косвенно отмечается, что присутствие тяжелых углеводородов (ТУ) повышает пожаровзрывоопасность (ПВО) в угольных шахтах. Ранее нами было установлено [2, с.88], [3, с.247], что в ископаемых углях присутствуют ОУВ, выделяемые из угля при термическом воздействии. Также было установлено существенное обогащение ОУВ углей ТУ и высказано предположение, что выделение ОУВ в процессе добычи угля может быть пусковым фактором для развития ПВО в угольных шахтах [2, с.88], [3, с.250]. Угольная пыль образуется в результате дробления и размельчения углей в процессе добычи и других, протекающих в шахтном пространстве процессах. В связи с отмеченным, было проведено исследование ОУВ угольной пыли и углей, за счет которых формируется угольная пыль.
Состав остаточных углеводородов уп
Для выделения и определения состава ОУВ угольной пыли и углей был использован метод термической дегазации - нагревание при температуре 150-250 0С в атмосфере аргона и определение состава выделившихся УВ [2, с.87]. Результаты измерений представлены в см3/кг пыли или угля, а состав УВ (от С до С6) - в относительных процентах в сумме УВ.
Объектами исследований являлась осевшая пыль пласта Е-5 и уголь пластов Е-5, Е-6 и К-5 шахты «Осинниковская» Кузбасса. Результаты представлены в табл. и на рис. 1, 2 и 3.
Установлено присутствие ОУВ в исходной угольной пыли. Суммарное количество ОУВ, выделивщихся при температуре 150-250 0С, варьировало от 28 до 41 см3/кг. Установлена четкая зависимость «выхода» суммы УВ от температуры: с увеличением температуры увеличивается количество выделяемых УВ, причем зависимость выхода УВ от температуры из исходной пыли и ее фракций (по размеру частиц) близкая (табл.).
Таблица
ьной пыли и углей шахты «Осинниковская»
Проба Фракция, мм Содержание, отн.%
СН. 1С3-С6
Пыль 0,25-0,5 П94
То же 0,1-0,25 14,8 80,2
То же 0,07-0,1 11,4 “856
То же <0,07 13,1 82,8
Уголь Е-5 0,25-0,5 3,1 “894
То же <0,07 7,1 91,7
Уголь Е-6 0,25-0,5 6,3 “897
То же "<907 5,9 “9гз
Уголь К-5 0,25-0,5 5,7
То же "<907 5,8 "872
14
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 11 (20), 2015 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
На рис. 1 представлен состав ОУВ, выделяющихся из исходной пыли при температуре от 150-250 0С - во всем исследованном температурном интервале состав ОУВ практически одинаков, причем во всех случаях установлено существенное обогащение ТУ На рис. 2 представлен состав ОУВ отдельных фракций угольной пыли, выделяющихся при температуре 200 0С. ОУВ всех исследованных фракций пыли обогащены ТУ - доля суммы С3-С6 варьирует от 82,6 до 88 отн. %.
На рис. 2 представлен состав ОУВ фракции 0,07-
Рисунок 3. Сопоставление состава ОУВ
угольной пыли и угля Е-5 фракции менее 0,07 мм (Т-200 0С)
1-угольная пыль: 2- уголь
На рис. 3 представлено сопоставление состава ОУВ угольной пыли и угля Е-5 ( фракции пыли и угля менее 0,07 мм, температура 200 0С). В целом, состав ОУВ пыли и угля практически одинаков.
В таблице приводится состав ОУВ угольной пыли и угля угольных пластов шахты «Осинниковская». Следует отметить, что в ОУВ угольной пыли и углях практически одинаковая доля ТУ - доля суммы С3-С6 в ОУВ пыли и угля варьирует в пределах от 75 до 92 отн. %.
Резюмируя результаты исследования ОУВ угольной пыли, следует отметить следующее.
Главное - это то, что остаточные углеводороды пыли обогащены тяжелыми углеводородами С3-С6 (от 75 до 85,6 отн. %), и угольная пыль унаследует остаточные углеводороды углей, из которых она формируется. Высокая
0,1 мм угольной пыли, выделяющихся при температурах 150, 200 и 250 0С. Четко видна близость состава ОУВ при различном температурном воздействии, доля суммы С3-С6 составляет от 77,8 до 82,2 (среднее значение 80,7) относительных процентов.
В составе угольной пыли превалируют «тонкие» (от 100 микрон и ниже) фракции. Важно было сопоставить «тонкие» фракции пыли с «тонкими» фракциями угля Е-5, из которого и образуется угольная пыль.
Рисунок 2. Состав ОУВ фракций угольной
пыли (Т-200 0С) 1- (0,25-0,5) мм; 2- (0,07-0,1) мм;
3 - менее 0,07 мм
доля тяжелых углеводородов в остаточных углеводородах угольной пыли повышает пожаровзрывоопасность в угольных шахтах. При оценке пожаровзрывоопасности в угольных шахтах необходимо учитывать присутствие в угольной пыли и углях остаточных углеводородов, существенно обогащенных тяжелыми углеводородами.
Список литературы
1. Забурдяев Г.С. О предупреждении взрывов метано-и пылевоздушных смесей в угольных шахтах. - Уголь, 2003, № 10. - С. 36-41.
2. 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 // Изв. Вузов. Геология и разведка, 2010, №2. - С. 86-88.
3. Лебедев В.С., Скопинцева
О.В., Савельев Д.И. Глубокосорбированные углеводороды в каменных углях Кузнецкого бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2013, №5. С. 244-250.
4. Мамаев В.И., Ибраев Ж.А., Лигай В.А. и др. Предупреждение взрывов пылеметановоздушных смесей.- М.: Недра, 1990. -159 с.
5. Нецепляев М.И., Любимов А.И., Петрухин П.М. и др. Борьба со взрывами угольной пыли в шахтах. - М.: Неддра, 1992. - 298 с.
6. Пучков Л.А., Каледина Н.О., Кобылкин С.С. Системные решения обеспечения метанобезопасности угольных шахт // Горный журнал, 2014, № 5. - С. 12-16.
